艾默生UPS电源6KVA指定经销商
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电涌保护器应用中的几个问题的探讨
摘要:探讨了电涌保护器(SPD)应用中的4个颇有争议的问题,这就是SPD的响应时间、多级SPD的动作顺序、不同波形冲击电流的等效变换以及SPD的残压与冲击电流峰值的关系。最后说明了SPD应用中各电压之间的相互关系。
关键词:电涌保护器 响应时间 冲击电流 防雷保护
一、前言
三、多级SPD的动作顺序
艾默生(IMERSON)网络能源有限公司是美国艾默生电气下属的子公司,位于广东省深圳市龙岗区坂雪岗工业区,现有员工1500人,在中国设有31个办事处及29个用户服务中心。
UPS不间断电源是在电网异常,比如停电,欠压等情况下不间断的为电器设备提供后备交流电源,从而能够维持设备的正常运作,所以有了它我们就不用担心在工作时由于停电,文件没有保存而导致之前的努力全都白费了,我想有过这种经历的人一定很痛苦吧。有了它,我们就不用担心数据的丢失了。很多人可能没有接触过这种电源,对它的功能可能不是很清楚,更别说如何使用它了,下面这篇文章能够帮助大家解决这个问题。
UPS不间断电源的功能作用
UPS( Uninterruptible Power System ),即UPS不间断电源,是一种含有储能装置,以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时,UPS 将市电稳压后供应给负载使用,此时的 UPS就是一台交流市电稳压器,同时它还向机内电池充电;当市电中断( 事故停电 )时, UPS 立即将机内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电,使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。 UPS作为保护性的电源设备,它的性能参数具有重要意义,应是我们选购时的考虑重点。市电电压输入范围宽,则表明对市电的利用能力强(减少电池放电)。输出电压、频率范围小,则表明对市电调整能力强,输出稳定。波形畸变率用以衡量输出电压波形的稳定性,而电压稳定度则说明当UPS突然由零负载加到满负载时,输出电压的稳定性。 还有UPS效率、功率因数、转换时间等都是表征UPS性能的重要参数,决定了对负载的保护能力和对市电的利用率。性能越好,保护能力也越强,总的来说,离线式UPS对负载的保护最差,在线互动式UPS电源略优之,在线式UPS不间电源则几乎可以解决所有的常见电力问题。
UPS不间断电源的智能化还表现在加强UPS的节能功能即所谓“绿色UPS”上。“绿色UPS”可以减少PC系统使用的电能量,既降低了费用又保护了环境。比如“绿色UPS”在检测到打印机长时间空闲后,就会把打印机的电源关闭。当出现打印排队请求时,UPS可以马上给打印机恢复供电,随着“绿色UPS”的出现,为节约能源又提供了理想的解决方案.
UPS不间断电源的使用步骤
1.UPS不间断电源位置的安装选择
一个好的安装位置非常重要,放置UPS的地方必须具备良好的通风效果,要远离水、可燃性气体和腐蚀剂,环境温度保持在0~40℃之间,若是在低温下拆装使用,可能会有水滴凝结现象。环境温度一旦超过25度,每升高10度,电池的寿命就要缩短一半。目前UPS所用的蓄电池一般都是免维护的密封铅酸电池,设计寿命普遍是5年。
UPS电源不宜侧放,应保持进风孔与出风孔通畅;负载与UPS电源连接时,须先关闭负载、再接线,然后逐个打开负载,严禁将电动、复印机等感性负载接入UPS,以免造成伤害。将UPS电源接到专用的带有过电流保护装置的插座上时,所用电源插座应接保护地端;无论输入电源线是否插入市电插座,UPS输出都可能带电。要使UPS无输出,须先关掉开关,再取消市电供应。
2. 首次充电有技巧
新购买UPS电源后,要将UPS插入220V市电电网中,充电至少10小时以上,以确保电池充电充分。否则,蓄电池的实际可供使用的容量将大大低于蓄电池的标称容量。若UPS电源长期不用。应每隔2~3个月开机24小时,让其充电充分,并让UPS电源处于逆变器工作状态下2~3分钟,以保证电池的正常寿命。UPS电源一旦接通市电,即开始对电池组充电,持续按开机键1秒以上进行开机,即开启逆变器。
3. 使用UPS不间断电源时的开机和关机顺序
正确使用UPS电源的开机关机顺序应该是先打开UPS给它供电,然后再打开各个负载,这样可以避免启动时瞬间的电流冲击给UPS造成的损害,在关机时的顺序正好相反应该先关闭各个负载最后关闭UPS。在市电中断由UPS供电时,应该尽快保存好自己的数据和资料然后关闭电脑,否则使用UPS电源进行工作可能会使 UPS过量放电,从而缩短UPS的使用寿命。
4.UPS电源蓄电池的过度放电和蓄电池长期开路闲置不用可使蓄电池的内阻增大,可充、放电性能变坏。对于长期闲置不用的UPS电源,在重新开机使用前,让 UPS电源利用机内的充电回路充电12小时以后再接负荷,对于后备式UPS电源,最好每隔一个月让UPS电源处于逆变器状态工作2~3分钟,来激活蓄电池。 此外,还需要严格控制蓄电池的充电电流不得超过蓄电池允许的最大充电电流。因为过大的充电电流会导致蓄电池的使用寿命缩短。
什么设备能够实现高频感应式加热呢?
您能想象的到,一根铁棒一二秒钟就可以被加热烧红吗?任何金属都可以被很快地加热到其熔,这就是一种人类目前能够做到和掌握的最快捷的金属材料直接加热法 ——高频感应式加热。能够达到这种效果,我们选用的设备就是高频机,那么我们应该怎样才能选择一台质量高的高频机呢?
如何选好用好高频机
高频感应加热方式
频率范围:一般40KHZ至200KHZ左右,常用40KHZ至80KHZ。加热深度、厚度,约1-2mm。多用于小型工件的深层加热、红冲、煅压、退火、回火、调质,表面淬火,中等直径的管材加热和焊接、热装配,小齿轮淬火等。
超高频感应加热方式
频率相对最高,频率范围:一般200KHZ以上,可高达几十MHZ。加热深度、厚度最小,约0.1-1mm。多用于局部的极小部位或极细的棒材淬火、焊接,小型工件的表面淬火等。
感应式加热的主要优点和缺点:
1)对工件无需整体加热,可有选择性地进行局部加热,因而电能消耗少,工件变形小。
2)加热速度快,可使工件在极短的时间内达到所需温度,甚至1秒以内。从而使工件的表面氧化和脱碳都较轻,大多数工件都无须气体保护。
3)可根据需要通过调整设备的工作频率和功率,对表面淬硬层进行调控。从而使淬硬层的马氏体组织较细,硬度、强度和韧性都比较高。
4)经感应加热方式热处理后的工件,表面硬层下有较厚的韧性区域,具有较好的压缩内应力,使工件的抗疲劳和破断能力都更高。
5)加热设备便于安装在生产线上,易于实现机械化和自动化,便于管理,可有效地减少运输,节约人力,提高生产效率。
6)一机多用。即可完成淬火、退火、回火、正火、调质等热处理工艺,又可完成焊接、熔炼、热装配、热拆卸及透热成形等工作。
7)使用方便、操作简单、可随时开启或停止。且无须预热。
8)即可手动操作,也可半自动和全自动操作;即可长时间地连继工作,亦可即用即停随机使用。有利于设备在供电低谷电价优惠期的使用。
9)电能利用率高,环保节能,安全可靠,工人工作条件好,国家提倡。等等.

电涌保护器(SPD)是抑制由雷电、电气系统操作或静电等所产生的冲击电压,保护电子信息技术产品必不可少的器件。随着各种电子信息技术产品越来越多地渗入到社会和家庭生活的各个领域,SPD的使用范围日益扩大,市场需求量日益增长。
总的来说,电子信息技术产品的过电压保护还是一个新的技术领域,两相关于SPD的国际标准IEC61643-1和IEC61643-21发表才几年,有关SPD应用中的许多问题还存在着争议,本文就其中的4个问题提出笔者个人的看法,以期引起讨论。它们是:SPD的响应时间,多级SPD的动作顺序,不同波形冲击电流的等效变换以及SPD的残压与冲击电流峰值的关系。最后对SPD应用中各个电压之间的相互关系作了说明。
二、SPD的响应时间
不少人错误地认为,响应时间是衡量SPD保护性能的一个重要指标,制造厂也在其技术资料中列明了这一参数,但许多制造厂并不知道它的确切含义,也未进行过测量。一个流行的观点是,在响应时间内,SPD对入侵的冲击无抑制作用,冲击电压是"原样透过"SPD而作用在下级的设备上。这不符合SPD的是工作情况,是错误的。
SPD中对冲击过电压起抑制作用的非线性元件,按其工作机理可区分为"限压型"(如压敏电阻器、稳压二极管)和"开关型"(如气体放电管、可控硅)。
氧化锌压敏电阻器是一种化合物半导体器件,其中的电流对于加在它上面的电压的响应本质上是很快的。
那么,以前的技术资料中所说的用压敏电阻构成的SPD响应时间r≤25ns是怎么回事呢?
这是技术标准IEEEC62.33-1982中定义的响应时间,它是一个用来表征"过冲"特性的物理量,与通常意义上的响应时间是完全不同的另外一个概念。为了说明这一点。
IEEEC62.3(6.3)电压过冲(UOS)。在冲击电流波前很陡、数值又很大时,测量带引线压敏电阻的限制电压的结果表明,它大于以8/20标准波时的限制电压。这种电压增量UOS称作"过冲"。尽管压敏电阻材料本身对陡冲击的响应时间有所不同,但差别不大。造成过冲的主要原因是在器件的载流引线周围建立起了磁场,该此磁场在器件引线和被保护线路之间的环路中,或者在引线与模拟被保护线路的测量电路之间的环路感应出电压。
在典型的使用情况下,一定的引线长度是不可避免的,这种附加电压将加在压敏电阻器后面的被保护线路上,所以在冲击波波前很陡而数值又很大的条件下测量限制电压时,必须认识到电压过冲对于引线长度和环路耦合的依赖关系,而不能把过冲作为器件内在的特性来看待。
近几年来发表的国际电工委员会关于SPD的技术标准IEC61643-1和IEC6163-21都没有引入响应时间这一参数:IEEE技术标准C62.62-2000[]更明确指出,波前响应的技术要求对SPD的典型应用而言是没有必要的,可能引起技术要求上的误导,因此如无特别要求,不规定该技术要求,也不进行试验、测量、计算或其他认证。这是因为:
(1) 对于冲击保护这一目的而言,在规定条件下测得的限制电压,才是十分重要的特性。
(2) SPD对波前的响应特性不仅与SPD的内部电抗以及对冲击电压起限制作用的非线性元件的导电机理有关,还与侵入冲击波的上升速率和冲击源阻抗有关,连接线的长短和接线方式也有重要影响。
笔者认为,对于电源保护用SPD,以下三项技术指标是重要的:①限制电压(保护电平);②通流能力(冲击电流稳定性);③3连续工作电压寿命。
当单级SPD不能将入侵的冲击过电压抑制到规定保护电平以下时,就要采用含有二级、三级或更多级非线性抑制元件的SPD。
非线性元件Rv2和Rv2都是压敏电阻,实用中RV1也可以使气体放电管,Rv2也可以是稳压管或浪涌抑制二极管(TVS管)。两极之间的隔离元件Zs可以是电感Ls或电阻Rs,若RV1和RV2的导通电压分别是Un1和Un2,所选用的元件总是Un2 Un1。
有人认为,当入侵冲击波加在X-E端子上时,总是第一级RV1先导铜,然后才是第二级。实际上,第一级或第二级先导通都是可能的,这取决于以下因素:
(1) 入侵冲击波的波形,主要是电流波前的声速(di/dt);
(2) 非线性元件Rv1和RV2的导通电压Un1和Un2的相对大小;
(3) 隔离阻抗Zs的性质是电阻还是电感,以及它们的大小。
当Zs为电阻Rs时,多数情况是第二级先导通。第二级导通后,当冲击电流I上升到iRs+Un2 ≥Un1是第一级才导通。第一级导通后,由于在大电流下第一级的等效阻抗比Rs加第二级的等效阻抗之和小得多。因而大部分冲击电流经第一级泄放,而经第二级泄放的电流则要小得多。若第一级为气体放电管,它导通后的残压通常低于第二级的导通电压Un2,于是第二级截止,剩余冲击电流全部经第一级气体放电管泄放。
若Zs为电感Ls,且侵入电流一开始的上升速度相当快,条件Ls(di/dt)+Un2Un1得到满足,则第一级先导通。若第一级导通时的限制电压为Uc1(1),则以后随着入侵冲击电流升速(di/dt)的下降,当条件UC1(1) ≥Ls(di/dt)+Un2得到满足时,第二级才导通。第二级导通后,将输出端Y的电压,抑制在一个较低的电平上。
四、不同波形冲击电流的等效变换
SPD的冲击电流试验会碰到诸如8/20、10/350、10/1000或2ms等不同波形,那么从对于SPD的破坏作用等效的角度看,如何进行不同波形冲击电流的峰值换算,有人主张按电荷量相等的原则进行换算。按照这一原则,只要将两种不同波形的电流波对时间积分,求得总的电荷量,令两个电荷量相等,就可得到两种波的电流峰值之间的比例关系了。这种变换方法与泄放冲击电流的元件没有一点关系,显然是不切合实际的。还有人主张按能量相等的原则进行换算。按照这一原则,不仅要知道两个电流波形,还要知道当这两个电流波流入电压抑制元件时,该元件两端限制电压的波形,然后将各个时刻对应的电流值和电压值相乘而得出功率波,再将功率波对时间积分得出能量,令两个能量值相等,就可得到两个电流峰值之间的比例关系了。这种变换方法考虑到了具体的非线性元件,但没有考虑冲击电流的热效应和电流值很大时的电动力效应。实际上就氧化锌压敏电阻而言,它能承受的8/20冲击电流的能量比承受2ms时的能量大。该图表明了厚度为1.3mm的早期压敏电阻样品能承受的冲击电流能量随电极面积的变化。可见,能量相等的原则至少对压敏电阻是不适用的。
对氧化锌压敏电阻在大电流下破坏机理的研究得出了下述结果;在大电流作用下,压敏电阻的破坏模式有两种,当大冲击电流的时间宽度不大于50μs时(例如4/10和8/20波),电阻体开裂;当电流值较小而时间宽度大于100μs时(例如10/350、10/1000和2ms波),电阻体穿孔。两种不同破坏模式可以这样解释:时间很短的大电流在电阻体内产生的热量来不及向周围传导,是个绝热过程,加上电阻体的不均匀使电流的分布不均匀,这样电阻体不同部位之间的温差很大,形成很大的热应力而使电阻体开裂。当冲击电流的作用时间较长时,电阻体不均匀造成的电流集中,使电阻体材料熔化而形成穿孔。
使用压敏电阻体破坏的电流密度J(A·cm-2)与冲击电流波的时间宽度r(μs)之间的关系,在双对数坐标中大体为一条斜率为负值的直线,因而可用下面的方程式来表达:
logJ=C-Klogr
式中,C和K是与具体器件相关的两个常数,可以根据实验资料推算出来,于是就可以计算出这种产品能够承受的不同波形冲击电流的峰值了。
综上所述,对于以压敏电阻作为非线性抑制元件的SPD,为进行不同波形冲击电流之间的等效变换,应以两种不同波形(例8/20、10/350)的冲击电流对所选定的压敏电阻进行试验,分别得出使试样失效的两个电流峰值,代入上式,求得常数C和K的具体数值,然后利用该公式进行计算。试验式不一定进行到样品开裂或穿孔,可将压敏电压变化达到-10%作为失效判据。
应当指出,就是不同企业、不同批次的压敏电阻器,尽管尺寸规格相同,但实际能承受的冲击电流(能量)的水平可能相差很大,因此必须对每批供货逐批抽样检验。
艾默生(IMERSON)电气有110多年的历史,总部设在美国密苏里州圣路易斯市,是全球最悠久的跨国电气公司之一。经营领域涉及网络能源、过程控制、工业自动化、环境调节、家电和工具五大领域。公司业务遍布全球150多个国家,在世界各地拥有60多个子公司和12万多名员工。艾默生电气2006财政年度销售业绩达201亿美元,名列世界500强,连续5年被《工业周刊》评为全球最佳管理100家企业之一。2005年再次被《财富》杂志评为美国最受尊敬的公司之一,更在电子行业中名列第二。
艾默生(IMERSON)网络能源隶属于艾默生电气,拥有业界最宽、最完整的网络能源产品线,拥有Emerson Network Power, Emerson Energy Systems, Liebert, Astec, Asco、Dura-line等国际著名的网络能源产品品牌,拥有业界领先的网络能源技术、研发、产品制造及服务平台。2001财政年度网络能源销售额达36亿美元,是全球唯一能够提供最完整的网络能源端到端一体化整体解决方案的供应商。
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