保持自动化系统内的电能质量

如 Digi-Key 先前关于低质量市电细节的文章所述，当地市电电网的波动可能引起六种电能质量问题，包括电压浪涌、停电、频率不稳定和噪声。这些波动也可能源自每一个电动自动化设备的内部，从而让问题更加复杂化。幸运的是，很多元器件可以解决这样的电力一致性问题。这些电源和其他电源元器件可使机械发挥最佳性能，并防止机械对当地市电电网产生负面影响。

设备内部产生的电能质量问题主要有两类：噪声和谐波干扰。

电源中的电噪声是指高频电压变化。高频是相对的，但总是表示频率远高于系统交流频率。从时域来看，交流电流应表现为平滑的正弦波。噪声使波形变得参差不齐。

在机械的供电系统中总是会有一定的噪声，这由导线的电阻引起。此类噪声称为热噪声，通常是可忽略不计的干扰。更明显且潜在有害的噪声是由局部负载（如焊机和电动机）引起。来自此类部件和系统的噪声通常难以量化，并且最有可能导致受影响的设备子部件过热、磨损，甚至失效。

电力谐波是频率为系统交流频率整数倍的电压或电流干扰。这些干扰由整流器、计算机电源、日光灯和某些类型的变速电机等非线性负载引起。电流谐波往往大于电压谐波，实际上往往驱动后者。

这些电力谐波（由于它们引起发热的方式）会显著降低电机的效率并缩短其寿命。它们还可能导致电机机械输出的振动和转矩脉动，从而缩短集成在电机中的动力传输子部件（特别是轴支撑轴承）的寿命。

关键电力系统参数

电源的两个重要规格包括功率因数和保持时间。

功率因数是一个无量纲比值，用来描述交流系统中有功功率与视在功率之间的差异。视在功率是有功功率和无功功率的组合。无功功率是依次从网络中提取、暂时储存，然后在不消耗的情况下返回。这通常由感性或容性负载引起，会导致电流和电压异相。无功功率会增加配电系统的负荷、降低电能质量，并导致能源费用增加。

理想情况下，系统的功率因数为 1，意味着系统中没有无功功率。功率因数低于 0.95 的设计会导致配电系统的负荷增加，并可能会发生无功电费。

保持时间是电源在断电后可在其规定电压范围内持续供电的时长。请考虑一下不间断电源 (UPS) 和发电机，这些是在停电和欠压期间用于确保自动化操作连续性的备用电源类型。正如本文最后一节所详述，UPS 必须在任何重要时间段内供电。但根据 UPS 的设计，这些可能会在市电电力故障和 UPS 启动供电之间引入高达 25 毫秒的延迟。

电源保持时间可以让电源弥补这一差距，主要是利用存储在电容器中的电能。事实上，由于开关模式电源的电容电压更高，因此其保持时间往往比线性电源更长。

有关能解决机器引起的电源问题的其他功能

接地、隔离和滤波电源转换器是高质量电源的基础。

接地：正确接地对于电源正常工作必不可少。它提供基准电压（由该电压测量所有其他电压）以及电流的返回路径。有关该主题的更多信息，请阅读 Digi-Key 文章接地故障感测和保护须知。

隔离：虽然非隔离电源的能效和紧凑性程度更高，但在输入和输出电压之间进行隔离，则可防止部件发生故障时危险电压传递到输出。为了保护操作人员免受危险电压伤害，或保护设备免受瞬变和骤升的影响，也可能需要隔离。

隔离的形式包括：

部件之间的物理隔离

电感耦合，通过变压器（改变电源系统电压的电源转换器）

光耦合，最适合电源系统不同部分之间的信号传输，同时确保极高的隔离水平

电滤波器和浪涌抑制：浪涌抑制可消除瞬变和骤升，保护电气设备免受这些过压条件的影响。相比之下，电滤波器能平滑系统电压以去除噪声和谐波。若要了解大型飞机（使用 400 Hz 电源）上使用的工业电源中的滤波器，请阅读 文章 400 Hz 电源上的电源操作。或者考虑另一种在靠近使用点的自动化装置中特别常见的电滤波器类型（LC 滤波器），来补充电机驱动器。LC 滤波器是一种振荡电路或谐振电路（也称为调谐电路），使用电感器 L 和电容器 C 来产生设定频率的输出。电机用 LC 滤波器的作用通常是将驱动器的矩形 PWM 输出电压转换为低残余纹波的平滑正弦波。其优点包括通过避免高 dv/dt、过压、过热和涡电流损耗来延长电机寿命。

文章来源：《电力系统自动化》 网址: http://www.dlxtzdhzz.cn/zonghexinwen/2020/1104/604.html