用于单相以及相对相应用的辅助电源
2019-3-21
市场上有许多宽输入电压AC/DC电源。由于输入范围为90-305VAC的电源涵盖了100、115、230和277Vac标称电压，因此可作为全球通用的电压。然而，很多工业中安装的是没有中性线的三相电，因此需要更宽的输入电压范围来满足相对相的输入需求。本文将解释为什么开发了具有6:1输入电压范围的新型低功率AC/DC转换器。
首先进行简短的技术说明：在三相主电源中，相相间互成120°角。相间电压如图1所示。VAB的幅度是单相电压VA的√3倍。
图一：三相电源矢量图
在一些工业应用中，交流电经过整流后产生的是不平滑直流电。只要直流电压在输入电压范围内，所有的标准AC/DC转换器都可以正常工作。均方根(rms)交流电压定义为：交流电压在纯阻性负载上产生的热效应和直流电压相等。实际上交流电压峰峰值远高于均方根电压(图2)。如果主电源经过全波整流，那么所产生的直流电压将比标称均方根电压高出√2倍。因此，为了涵盖所有可能的整流三相交流输入电压，转换器的直流输入电压范围必须至少高达678VDC。
图2：全波整流交流波形
为了满足单相和相对相的交流电压，以及全波整流后的电压要求。
RECOM Power推出了RAC05-K/480系列，具有85-528VAC的超宽输入交流电压范围，以及120V至745VDC的直流输入电压范围，因此该系列可满足100V至480VAC或整流后的直流输入电压。超宽输入电压AC/DC转换器有三个主要的应用领域：状态检修(CBM)、智能街道照明以及缺相容错工业系统。
根据状态进行维护
单纯来说CBM的意思是：「如果没有损坏，就无需修理！」这个概念是持续监控机器和系统，如果所有读数都在公差范围内，就没有必要做任何预防性维护。只有当指示器开始显示新的变化才会进行调查（例如：意外的温度升高、电机的振动特征变化或数据异常），有必要时再予以维修。
CBM用于智能维护系统（预测和预防而非故障和修复），对于一旦停机可能导致严重问题的关键系统特别有帮助，或者对超级大的工厂来说，使用CBM可以显著减少备件库存和降低营运维护部门的成本（每位工程师可以负责更多的机器设备）。
与所有信息化系统一样，CBM跟被监控设备之间需要定期的数据通信来往。如果我们以电机健康监测系统为例，传感器可测量温度、振动、噪声、转速和电源电流以获得准确的电机性能状况。该信息可由有线现场总线系统连续发送，或者通过无线IoT链路进行预处理之后不定期发送以减少数据流量。在任何一种情况下，都需要为CBM监测系统提供稳定可靠的低压直流电源。图3显示了这种系统没有可用的中性线因此是由三相电源的其中两相供电。
图三：电机健康监测系统由三相电动机电源的两相供电
在三相电能计量、电动车充电站以及可持续能源监测和控制系统也需要类似的相对相的AC/DC电源。
智能街道照明
低功率380-480V AC/DC转换器最常见的第二个应用是智能街道照明。最常见的做法是低功率的AC/DC电源安装在路灯的灯柱上，路灯连接三相电中的两相。因此三个相位上的负载可以平均分配，同时减少所需的布线量。每个灯柱分别接地，所以不需要额外的接地线或中性线。
图四：智能街道照明典型接线图 - 每个灯连接两相
路灯控制可以用无线或电力线通信集中协调，实现路灯可自动化（每个灯柱都可以安装GPS接收器，因此每盏灯都知道它的位置、时间以及日出和日落时间（民用曙暮光），并作为GPS天文数据传输出去）。在一些照明计划中，例如多层停车场、街道照明和大面积照明，还可以包括移动检测器和车辆检测器以在需要照明的地方让路灯亮起。
无论控制是本地控制还是集中控制，传感器和通信收发器都必须由相间电源供电。它们的功率要求并不高，通常3-4W就足以为红外探测器、GPS模块或网状无线电供电。由高压电供电的敏感传感器或无线电设备的主要问题在于要如何应对浪涌和瞬变。室外智能灯装置通常被归类为过电压类别(OVC) III或IV，这意味着电压浪涌可能有非常高的能量因为越高的OVC类别有越低的源阻抗。
RAC05-K/480符合OVC III标准（内置气体放电管、保险丝和MOV）。安装OVC IV需要一个由外部避雷器组成的预滤波器，可根据法规要求在经过几次浪涌电压或浪涌电流后进行更换。
容错
据估计，近90%的电源故障是由单相短路引起的。三相故障极为罕见。 在工业应用中电力的连续性对连续作业或安全性是极为重要的，因此可以考虑使用非接地安装。
这对三角型配电系统尤其有效，而不是图1所示的星型配置。三角型配置可以不接地、角接地或中心抽头接地，接地时使用高阻抗接地或固定接地。这种安排的原因是接地故障时可能会在系统的某些地方产生不需要的电流，但系统的其余地方仍正常运行。因此，尽管星型连接是最常见的，但三角型连接仍然用于许多关键流程上，例如数据中心、汽车厂或造纸厂等连续生产工厂。
RAC05-xxk/480不需要接地，因为它是一个4kVAC双重隔离的Class II设备，所以它与三角型或星型接法兼容。它还可以与三相整流器一起使用成为一个相位冗余电源，如图2所示。如果任何单相发生故障，电源可以由另外两相供电。
图六：RAC05-xxK/480之连接选择
结论
RAC05-K/480系列是一款多功能AC/DC电源，可用在85VAC至528VAC的单相或相间应用。无需任何外部组件，转换器的OVC III耐浪涌能力意味着它适用于各种工业应用，例如智能工业、智能照明和容错工业等领域。
RAC05-K/480连结: https://www.recom-power.com/pdf/Powerline_AC-DC/RAC05-K_480.pdf
更多精选内容: https://recom-power.com/rec-n-5-watt-ac!sdc-modules-for-wide-mains-voltages-up-to-480vac-30.htm
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图一：三相电源矢量图
| VA =单相电压(rms) | VAB = 相间电压(rms) |
|---|---|
| 115 VAC | 200VAC |
| 230 VAC | 400VAC |
| 277 VAC | 480VAC |
在一些工业应用中，交流电经过整流后产生的是不平滑直流电。只要直流电压在输入电压范围内，所有的标准AC/DC转换器都可以正常工作。均方根(rms)交流电压定义为：交流电压在纯阻性负载上产生的热效应和直流电压相等。实际上交流电压峰峰值远高于均方根电压(图2)。如果主电源经过全波整流，那么所产生的直流电压将比标称均方根电压高出√2倍。因此，为了涵盖所有可能的整流三相交流输入电压，转换器的直流输入电压范围必须至少高达678VDC。
图2：全波整流交流波形
| 标称单相电压(rms) | 峰值整流电压(DC) | 标称三相电压(rms) | 峰值整流电压(DC) |
|---|---|---|---|
| 115 VAC | 163 V | 200 VAC | 283 V |
| 120 VAC | 170 V | 208 VAC | 285 V |
| 220 VAC | 311 V | 380 VAC | 538 V |
| 230 VAC | 325 V | 400 VAC | 566 V |
| 240 VAC | 340 V | 416 VAC | 588 V |
| 277 VAC | 391 V | 480 VAC | 678 V |
为了满足单相和相对相的交流电压，以及全波整流后的电压要求。
RECOM Power推出了RAC05-K/480系列，具有85-528VAC的超宽输入交流电压范围，以及120V至745VDC的直流输入电压范围，因此该系列可满足100V至480VAC或整流后的直流输入电压。超宽输入电压AC/DC转换器有三个主要的应用领域：状态检修(CBM)、智能街道照明以及缺相容错工业系统。
根据状态进行维护
单纯来说CBM的意思是：「如果没有损坏，就无需修理！」这个概念是持续监控机器和系统，如果所有读数都在公差范围内，就没有必要做任何预防性维护。只有当指示器开始显示新的变化才会进行调查（例如：意外的温度升高、电机的振动特征变化或数据异常），有必要时再予以维修。
CBM用于智能维护系统（预测和预防而非故障和修复），对于一旦停机可能导致严重问题的关键系统特别有帮助，或者对超级大的工厂来说，使用CBM可以显著减少备件库存和降低营运维护部门的成本（每位工程师可以负责更多的机器设备）。
与所有信息化系统一样，CBM跟被监控设备之间需要定期的数据通信来往。如果我们以电机健康监测系统为例，传感器可测量温度、振动、噪声、转速和电源电流以获得准确的电机性能状况。该信息可由有线现场总线系统连续发送，或者通过无线IoT链路进行预处理之后不定期发送以减少数据流量。在任何一种情况下，都需要为CBM监测系统提供稳定可靠的低压直流电源。图3显示了这种系统没有可用的中性线因此是由三相电源的其中两相供电。
图三：电机健康监测系统由三相电动机电源的两相供电
在三相电能计量、电动车充电站以及可持续能源监测和控制系统也需要类似的相对相的AC/DC电源。
智能街道照明
低功率380-480V AC/DC转换器最常见的第二个应用是智能街道照明。最常见的做法是低功率的AC/DC电源安装在路灯的灯柱上，路灯连接三相电中的两相。因此三个相位上的负载可以平均分配，同时减少所需的布线量。每个灯柱分别接地，所以不需要额外的接地线或中性线。
图四：智能街道照明典型接线图 - 每个灯连接两相
路灯控制可以用无线或电力线通信集中协调，实现路灯可自动化（每个灯柱都可以安装GPS接收器，因此每盏灯都知道它的位置、时间以及日出和日落时间（民用曙暮光），并作为GPS天文数据传输出去）。在一些照明计划中，例如多层停车场、街道照明和大面积照明，还可以包括移动检测器和车辆检测器以在需要照明的地方让路灯亮起。
无论控制是本地控制还是集中控制，传感器和通信收发器都必须由相间电源供电。它们的功率要求并不高，通常3-4W就足以为红外探测器、GPS模块或网状无线电供电。由高压电供电的敏感传感器或无线电设备的主要问题在于要如何应对浪涌和瞬变。室外智能灯装置通常被归类为过电压类别(OVC) III或IV，这意味着电压浪涌可能有非常高的能量因为越高的OVC类别有越低的源阻抗。
| 工作电压(AC rms) | OVC I (30 Ω) | OVC II (12Ω) | OVC III (2Ω) | OVC IV (2Ω) |
|---|---|---|---|---|
| 150 | 800 | 1500 | 2500 | 4000 |
| 300 | 1500 | 2500 | 4000 | 6000 |
| 600 | 2500 | 4000 | 6000 | 8000 |
图五：过电压类别
RAC05-K/480符合OVC III标准（内置气体放电管、保险丝和MOV）。安装OVC IV需要一个由外部避雷器组成的预滤波器，可根据法规要求在经过几次浪涌电压或浪涌电流后进行更换。
容错
据估计，近90%的电源故障是由单相短路引起的。三相故障极为罕见。 在工业应用中电力的连续性对连续作业或安全性是极为重要的，因此可以考虑使用非接地安装。
这对三角型配电系统尤其有效，而不是图1所示的星型配置。三角型配置可以不接地、角接地或中心抽头接地，接地时使用高阻抗接地或固定接地。这种安排的原因是接地故障时可能会在系统的某些地方产生不需要的电流，但系统的其余地方仍正常运行。因此，尽管星型连接是最常见的，但三角型连接仍然用于许多关键流程上，例如数据中心、汽车厂或造纸厂等连续生产工厂。
RAC05-xxk/480不需要接地，因为它是一个4kVAC双重隔离的Class II设备，所以它与三角型或星型接法兼容。它还可以与三相整流器一起使用成为一个相位冗余电源，如图2所示。如果任何单相发生故障，电源可以由另外两相供电。
图六：RAC05-xxK/480之连接选择
结论
RAC05-K/480系列是一款多功能AC/DC电源，可用在85VAC至528VAC的单相或相间应用。无需任何外部组件，转换器的OVC III耐浪涌能力意味着它适用于各种工业应用，例如智能工业、智能照明和容错工业等领域。
RAC05-K/480连结: https://www.recom-power.com/pdf/Powerline_AC-DC/RAC05-K_480.pdf
更多精选内容: https://recom-power.com/rec-n-5-watt-ac!sdc-modules-for-wide-mains-voltages-up-to-480vac-30.htm
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