基于空管UPS系統(tǒng)下交流紋波的處理方式和實施建議簡述

譚鋮遠(yuǎn)

摘要：根據(jù)“民航通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施設(shè)備供配電指導(dǎo)材料”：一級、二級管制單位對應(yīng)的航管樓和塔臺應(yīng)采用雙總線UPS供電系統(tǒng)，與之相對應(yīng)的電源監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備對UPS蓄電池單體電壓、內(nèi)阻等電池性能的監(jiān)視功能。隨著空管工藝設(shè)備的逐漸增設(shè)，UPS在空管系統(tǒng)中承擔(dān)的角色越來越重要。近期，民航浙江空管分局進(jìn)行了SOCOMEC系列電池更換項目，本文就施工中UPS系統(tǒng)產(chǎn)生紋波的原因、影響及改進(jìn)措施，結(jié)合實際進(jìn)行論證獻(xiàn)策。

關(guān)鍵詞：空管;UPS;紋波;整流逆變

一、此次交流紋波產(chǎn)生的背景

為解決分局SOCOMEC系列UPS電池性能嚴(yán)重下降問題，確保工藝設(shè)備供電正常，近日民航浙江空管分局動力設(shè)備室成功實施SOCOMEC系列UPS電池更新改造項目。在現(xiàn)場電池監(jiān)控的安裝調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)新裝的兩套H3G-TH產(chǎn)品內(nèi)阻與實際偏差較大。

在測試中發(fā)現(xiàn)當(dāng)我們斷開電池開關(guān)后，電壓內(nèi)阻都可以正常測試，且測試的值都符合精度要求，當(dāng)我們把電池開關(guān)合閘后，電壓開始變化比較大，且內(nèi)阻測的值偏差大，當(dāng)我們用萬用表測兩組電池的正負(fù)極電壓，發(fā)現(xiàn)兩組分別存在0.5V交流電壓和1.1V交流電壓，但我們斷開電池組開關(guān)后，兩組電池?zé)o交流電壓。數(shù)據(jù)顯示正常。

經(jīng)過溝通：華塑蓄電池監(jiān)控設(shè)備測內(nèi)阻的方式為直流測試法又稱為直流放電法，在測內(nèi)阻的時候要求電池在浮充狀態(tài)下，使得在測試內(nèi)阻的時候電池電壓波動的范圍很小，才會得到一個精確的值，如果電壓一直在波動，會使測得值偏差較大或者為0。

因此，紋波是造成此次電池監(jiān)控系統(tǒng)測量值和實際值偏差較大的因素。

二、交流紋波產(chǎn)生的原因及影響

（1）紋波

我們常見UPS系統(tǒng)輸出的直流電壓是由交流電壓經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后得到的。由于濾波不干凈，直流電平之上就會附著包含周期性與隨機性成分的雜波信號，這就產(chǎn)生了紋波。在額定輸出電壓、電流的情況下，輸出直流電壓中的交流電壓的峰值就是通常所說的紋波電壓。因此紋波是一種復(fù)雜的雜波信號，它是圍繞著輸出的直流電壓上下來回波動的周期性信號，但周期和振幅并不是定值，而是隨著時間變化，并且不同電源的紋波波形也不一樣。

（2）紋波產(chǎn)生的原因

整流濾波電路是UPS系統(tǒng)中整流器的重要組成部分，具有把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓的功能作用。由于二極管、晶閘管等整流電路在交流電網(wǎng)中產(chǎn)生了諧波電流，同時因為這些元器件的存在，造成了直流側(cè)電流的波動，從而導(dǎo)致了直流側(cè)紋波的產(chǎn)生，經(jīng)與電池監(jiān)控廠家的溝通，交流紋波電壓一般要求小于0.5%，均在可控范圍之內(nèi)。

（3）紋波產(chǎn)生的影響

一般來說紋波是有百害而無一利的，紋波的危害主要有以下幾點：電源中攜帶的紋波會在電器上產(chǎn)生諧波，降低電源的使用效率;較高的紋波可能會產(chǎn)生浪涌電壓或電流，從而導(dǎo)致電氣設(shè)備運行不正常或加速設(shè)備老化;在數(shù)字電路中紋波會干擾電路邏輯關(guān)系紋波還會給通信、測量和計量儀器、儀表帶來噪音干擾，破壞信號的正常測量、計量，甚至損壞設(shè)備。所以在制作電源的時候，我們都要考慮將紋波降低到百分之幾以下，對紋波要求高的設(shè)備要考慮把紋波降低到更小。

三、幾種針對紋波的建議

（1）實時監(jiān)測

根據(jù)定義，紋波的含量為從脈動量中去除直流分量后所得到的值。傳統(tǒng)的紋波測量設(shè)備有寬頻交流毫伏表或數(shù)字示波器。其中交流毫伏表由于只能測量交流信號，可以從直流電壓中提取出交流小信號。使用示波器測量紋波時，示波器贏設(shè)置為交流耦合模式。

由于手動測量的不便利，并經(jīng)過與華塑電池監(jiān)控廠家的溝通，因此我們可以考慮通過加裝一款紋波監(jiān)測電路，有一款RM紋波監(jiān)測模塊，內(nèi)部含有紋波采樣電路捕捉到電池上微小的紋波變化，然后經(jīng)過下列設(shè)計的框架結(jié)構(gòu)來實時監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)。

我們可以在分局動環(huán)主機側(cè)設(shè)置一個紋波電壓閾值。按照流程序列，整套流程通過單體采樣端子實時監(jiān)控電池的紋波大小，然后經(jīng)過RM轉(zhuǎn)換模塊，將信息集成到收斂模塊。當(dāng)動環(huán)主機從收斂模塊中接收的紋波電壓大于閾值時，則動環(huán)主機告警，值班人員立即查看設(shè)備運行狀態(tài)，確認(rèn)主機的運行狀態(tài)，從而降低紋波對工藝設(shè)備的運行影響，若無異常，則考慮是否為UPS系統(tǒng)內(nèi)元器件老化。

（2）一些可以減少紋波的想法

①增加UPS系統(tǒng)內(nèi)整流器的脈沖數(shù)會減少高次諧波電流的次數(shù)及數(shù)值。若采用6脈沖疊加的方式，即12脈沖、18脈沖、24脈沖，則隨著脈沖數(shù)的增加，電源側(cè)輸入諧波電流也會隨著降低，缺點是會導(dǎo)致整流結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增加，但可確確實實減少紋波的產(chǎn)生。

②輸出濾波電容放置及走線對紋波噪聲也至關(guān)重要，所以反饋線路在設(shè)計時應(yīng)避開磁性元件、開關(guān)管及功率二極管。原則是：1.從輸入到輸出盡量按順序走線;2.變壓器底下和附近不走取樣電路，保護電路，主芯片及震蕩相關(guān)電路的線路;3.總接地點取在輸出濾波電容上比較合適，各個電路接地點應(yīng)從總接地點分別引出。

③加大電感和輸出電容濾波：

根據(jù)驅(qū)動電源公式，電感內(nèi)電流波動大小和電感值成反比，輸出紋波和輸出電容值成反比，因此加大電感值和輸出電容值可以減小紋波。

可以通過并聯(lián)電容器來加大輸出電容值來減小紋波，或使用鋁電解電容以達(dá)到大容量的目的。如果整流器與濾波電容器中間接一濾波電感，電感是可以起到平滑電流的作用，可以降低流過濾波電容器的紋波電流。因此在UPS系統(tǒng)中，考慮在整流器與濾波電容量間介入大小適當(dāng)?shù)碾姼谢虿⒙?lián)電容，不僅可以明顯減小濾波電容器的紋波電流，還可以有利于提供功率因數(shù)。

④二級濾波

二級濾波，就是再加一級濾波器。濾波器對交流紋波的抑制能力是比較明顯的，根據(jù)要除去的紋波頻率去選擇合適的電感電容構(gòu)成濾波電路，一般是能夠很好的減小紋波。

四、結(jié)語：

本次SOCOMEC系列UPS電池更換項目的成功實施本人就施工中UPS系統(tǒng)產(chǎn)生紋波的原因、影響及改進(jìn)措施展開了探討，紋波是一種復(fù)雜的雜波信號，它是圍繞著輸出的直流電壓上下來回波動的周期性信號，但周期和振幅并不是定值，并且對于紋波的測量也不是那么的簡單，希望能夠隨著科技的進(jìn)步與UPS系統(tǒng)的完善，無論通過哪種方式，消除紋波電壓或降低紋波電壓至可控階段。