开关柜控制回路电源抗干扰试验(一)
电气二次回路抗干扰专题
电气二次回路抗干扰专题
电磁干扰指“任何可能引起装臵、设备和系统性能降低，或对有生命物质产生损害作用的电磁现象。”在电力系统中，随着电力网的迅速发展和电压等级的提高，严酷的强电磁环境对继电保护装臵的干扰越来越严重。而电网继电保护装臵也发生了划时代的变化，数字保护被广泛应用，其耐受电磁干扰能力远不如电磁型保护。
一、常见的电磁干扰源
电磁干扰是指出现在测控系统电路上、能产生不良作用的电信号，其影响继电保护和自动装臵的正常工作。产生电磁干扰信号的干扰源可以分为如下三种：（1）自然干扰源，指自然界中存在的干扰源，主要指雷电，如一次系统遭雷击对二次设备引起干扰。根据雷击点的不同，雷电流将通过不同路径传入变电站。这种干扰源与人类的活动无关，不可能不让它出现，但可以通过各种方法控制其对电力系统的干扰作用。（2）电力系统内的干扰源，指系统本身存在的干扰源；高压变电站是一个具有高强度电磁场环境的特殊地域，装在高压变电站内的继电保护和自动装臵不断受到正常运行情况下和某些偶然情况下（操作及故障）产生的强电磁场干扰。电力系统内的干扰源也包括来自二次回路本身的干扰。（3）电力系统外部干扰源，是与电力系统无关而与人类活动有关的干扰源，如无线电干扰、工作人员在近处使用步话机以及由于人身触及电子设备外壳产生的火花放电等干扰。
（一）自然界干扰源
1.雷电干扰源
雷击线路形成的雷电过电压波沿线路传入变电站，或雷电直击变电站设备产生过电压干扰源，均可危害变电站设备安全运行，也是造成线路跳闸停电事故的主要原因之一。雷电波侵入变电站，在变电站内经历复杂的折、反射过程，可能使电力设备承受很高的过电压。这
个过电压靠避雷器放电限幅。避雷器的导电时间很短，不会引起保护误动，但避雷器的高频放电电流是一种高频干扰源。
2.自然辐射
自然辐射干扰源的种类非常多，主要有电子噪声、大地表面磁场、大地磁层、大地表面电场、大地内部电场、大气中电流电场、闪电和雷暴电场、太阳无线电辐射和银河系无线电辐射等。对这种辐射带来的干扰，必须在设备上完成屏蔽措施，以保证设备与环境的电磁兼容。
（二）系统内干扰源
发、变电站测控系统受到的另一最严重的干扰源来自电力系统内部，如交流变电站带电设备产生的电磁场及电晕、断路器和隔离开关等设备的一次操作、电力系统故障等。
1.高压输变电工程电磁辐射
电磁辐射是指能量通过空间传播的所有现象，即频率从零开始，能量以电场、磁场或电磁波的形式传播的所有现象。在高压输变电工程中，电磁辐射通常指电场辐射、磁场辐射和无线电（电磁）辐射现象。
2.操作开关干扰源
在电力系统短路、一次系统操作中，都会有电弧产生，此电弧为一高频电流源，将对弱电回路引起干扰。特别是开关在闭合或打开时，会引起长时间的多次重燃，在回路中形成一系列高频电流、电压衰减振荡波。振荡波的电压幅值等于电弧点燃瞬间断口之间的电位差。母线（或电气设备间的连线）相当于天线，将暂态电磁场的能量向周围空间辐射，通过静电耦合或电磁耦合而作用于弱电回路，产生干扰电压。同时通过连接在母线或线路上的测量设备(TA、TV、CVT)直接耦合到二次设备。干扰电压可造成继电保护的误动作或使二次设备损坏，是必须广泛重视和深入讨论的问题。受干扰电压最为严重的点是高频收发信机通道的入口处，因为此处除有电磁干扰的影响外，还有
经过结合设备直接耦合过来的干扰分量。经TA、TV二次回路的耦合也不可忽视，特别是CTV。在一些大型变电站投运试验时，这是需要考核和测量的主要项目。
3.操作电容器
操作电容器产生干扰源的原理，与操作开关产生干扰源的原理相似，区别在于充电暂态电流的大小与其容量和电源内阻相关。如果在同一母线上有其他电容器组在运行，它降低了由被操作电容器看到的阻抗（电源内阻），从而增加了暂态电流的幅值及频率，也更易对相邻回路产生干扰。
4.中压开关柜操作
柜式断路器多用于10kV中压配电网，新的趋势是将微机保护及控制装臵直接装在开关柜处，距中压带电部分极近。当断路器进行充电合闸和断开短路电流时，将对微机保护产生强烈的干扰。
5．二次回路自身产生的干扰源
变电站控制回路中，或发电厂的综合电力设备的数字集成电路装臵内，直流回路中有许多大电感线圈，在直流电源进行断开、闭合操作时，线圈两端将出现过电压。二次回路自身产生的干扰源主要来自：
（1）触点断开、闭合直流回路中的电感线圈和中间继电器。
（2）触点开断交流中间继电器。
（3）直流电源接地、中断及恢复。
在大型高压变电站，直流回路的对地电容很大，在直流回路操作、相邻回路故障（一点接地）、直流中断后的恢复过程中，保护装臵内部的逻辑回路电位也可能会发生变化，其配合关系紊乱，引起信号及跳闸令误输出，或造成断路器偷跳。此同题的解决是一个系统工 程，它不仅与保护装臵有关，还与直流系统有关。
在图1-1中，假若+电源在S处意外接地，由于CT电容器电压不能突变，A点的电压将由原来的-110V变为0V，跳闸线圈YT将会
带电，使断路器跳闸。假若YT一端意外接地，由于CP、CN电容器电压不能突变，CP上的电荷可经过电源和跳闸线圈YT放电，CN上的电荷可经过跳闸线圈YT直接放电，使断路器跳闸。为解决此问题，出口继电器的动作电压范围应在55%～70%额定电压之间，光耦输入回路也不例外。Q/GDW161-2007《线路保护及辅助装臵标准化设计规范》要求：对于可能导致多个断路器同时跳闸的直跳开入，应采取措施防止直跳开入的保护误动。例如：在开入回路中装设大功率重动继电器，或者采取软件防误措施。
图1-1 直流电源接地示意图
(a)直流电源正接地引起误动图；(b)直流电源负接地引起误动图
操作系统直流电源接地常常引起断路器偷跳，其中以重瓦斯保护回路最为严重。瓦斯保护的动作触点安装在变压器处，距控制室较远，电缆也较长，因而对地电容较大，为避免重动继电器误动，跳闸出口继电器除要求出口继电器的动作电压范围应在55%～70%额定电压之间外，还要求动作功率较大（例如5W以上），但不要求快速动作。现将操作直流电源接地时，重瓦斯保护误动的情况分析如下。回路接线如图1-2所示，KCO和直流系统绝缘监察装臵联系起来，构成一个完整的回路。图中C3为电缆对地等值电容，KG和KCO分别为重瓦斯动作信号和出口继电器。
由图1-2可知，正极接地时，KCO线圈两端的电压值可用等值电路图1-3表示。把图1-3中电路进行拉氏变换，变换后的计算图如图1-4所示。
图1-2 直流正极接地瓦斯保护回路图
图1-3 图1-2的等值电路 图1-4 图1-3经拉氏变换计算图 图1-4中：
拉氏反变换得
若，则【开关柜控制回路电源抗干扰试验】
根据正极接地的计算方法，同样可以计算出负极接地时KCO线圈两端电压为
当
，设，则
开关柜控制回路电源抗干扰试验(二)
开关电源实验报告-
开关电源实验报告
一、 实验名称
30W-12V开关电源制作
二、 实验目的
1.掌握BUCK降压型反激式开关电源原理、焊接、调试。
2.熟悉UC3842主要性能参数、端子功能、工作原理及典型应用。
三、 实验要求
1.输入电压AV220V，调节输出电压为DC12V，输出功率30W。
2.掌握电路板焊接工艺。
四、 实验介绍
㈠开关电源介绍
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在安防监控，节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。
开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关电源具有以下特征：①电源电压和负
载在规定的范围内变化时，输出电压应保持在允许的范围内或按要求变化；②输出与输入之间有良好的电气隔离；③可以输出单路或多路电压，各路之间有电气隔离。本次实验是要采用UC3842制作一路输出的AV220V-DC12V的30W开关电源。 ㈡开关电源原理
电路由主电路、控制电路、启动电路和反馈电路4部分组成。主电路采用单端反激式拓扑。控制电路是整个开关电源的核心，控制的好坏直接决定了电源整体性能，电路电流环控制采用UC3842内部电流环，电压外环采用TL431和PC817构成外部误差放大器。
输入市电首先经过滤波、整流后变换为直流电压，再经过直流变换器变换为所需的直流电压；通过检测和控制电路对其输出进行调整。
图4-1 开关电源基本结构框图
㈢主要元器件介绍
1）UC3842
〈1〉UC3842简介：
UC3842是高性能固定频率电流模式控制器专为离线和直流直直流变换器应用而设计的，这些集成电路具有可微的振荡器，能进行占空比的控制、温度补偿的参考、高增益误差放大器。电流取样比较器和大电流图腾柱式输入，是驱动功
率MOSFET的理想器件。其他的保护特性包括输入和参考欠压锁定，各有滞后、逐周电流限制、可编程输出静区时间和单个脉冲测量锁存。
〈2〉UC3842的性能特点：
①它属于电流型单端PWM调制器，具有管脚数量少、外围电路简单、安装调试简便、性能优良、价格低廉等优点。能通过高频变压器与电网隔离，适于构成无工频变压器的20~50W小功率开关电源。
②最高开关频率为500kHZ,频率稳定度达0.2%。电源效率高，输出电流大，能直接驱动双极型功率晶体管或VMOS管、DMOS管、TMOS管。输出电流为200mA，峰值为1A，既可驱动双极型三极管也可驱动MOSFET管。若驱动双极型三极管，应加入开关管截止加速RC电路，同时将内部振荡器的频率限制在40kHz以下；若驱动MOSFET管，振荡频率由外接RC电路设定。
③内部有高稳定度的基准电压源，典型值为5.0V，允许有±0.1V的偏差。温度系数为0.2mV/℃。
④稳压性能好。其电压调整率可达0.01%/V,能同第二代线性集成稳压器（例如LM317）相媲美。启动电流小于1mA,正常工作电流为15mA。
⑤除具有输入端过压保护与输出端过流保护之外，还设有欠压锁定电路，使工作稳定、可靠。
⑥最高输入电压VIM=30V，输出最大峰值电流IPM=1A,平均电流为0.2A,本身最大功耗POM=50W。 DM=1W,最大输出功率P
⑦启动电压大于16V、启动启动前电源电流仅0.5mA。处于正常工作状态时，工作电压在10～34V之间，负载电流为15mA。超出此限制，开关电源呈欠电压或过电压保护状态，无驱动脉冲输出。
⑧内设5V(50mA)基准电压源，经2∶1分压后作为取样基准电压。
⑨内设过流保护输入端(3脚)和误差放大器输入端(1脚)两个PWM控制端。 误差放大器输入构成主PWM控制系统，可使负载变动在30%～100%时输出负载调整率在8%以下，负载变动70%～100%时输出负载调整率在3%以下。
⑩过流检测输入端可对逐个脉冲控制，直接控制每个周期的脉宽，使输出电【开关柜控制回路电源抗干扰试验】
压调整率达到0.01%/V。如果3脚电压大于1V或1脚电压小于1V，PWM比较器输出高电平使锁存器复位，直到下一个脉冲到来时才重新置位。利用1脚和3脚的电平关系，在外电路控制锁存器的开/闭，使锁存器每个周期只输出一次触发脉冲。因此，电路的抗干扰性极强，开关管不会误触发，提高了可靠性。
〈3〉UC3842的引脚排列及内部框图
图4-2 UC3842结构图
UC3842采用DIP-8封装如上图4-2，管脚VI、VO、GND端分别接输入电压、输出电压、地。VREF为内部5.0V基准电压引出端。RT/CT是外接定时电阻、定时电容的公共端。UC3842内部框图如图2,其主要包括5.0V基准电源，振荡器、误差放大器，过流检测电压比较器、PWM锁存器、输入欠压锁定电路、门电路、输出级、34V稳压管。
①5V基准电源：内部电源，可以提供5V/50mA的输出。
②振荡器：决定电源开关频率，RT接在4脚和8脚之间，CT接4脚、GND和5脚之间。
③误差放大器：由VFB端输入的反馈电压和2.5V做比较，误差电压COMP用于调节脉冲宽度。COMP端引出接外部RC网络，以改变增益和频率特性。 ④电流取样比较器：3脚ISENSE用于检测开关管电流，当UISENSE>1V时，关闭输出脉冲，迫使开关管关断，达到过流保护的目的。
⑤欠压锁定电路UVLO：开通阈值16V，关闭阈值10V，具有滞回特性。
⑥PWM锁存电路：保证每一个控制脉冲作用不超过一个脉冲周期，即所谓逐个脉冲控制。另外，VCC与GND之间的稳压管用于保护，防止器件损坏。
⑦输出电路：图腾柱输出电路，输出PWM触发信号，可驱动MOS管及双极型晶体管。
2）TL431
TL431在开关电源中起到误差放大器的作用，将产生的直流电压与标准的+12V比较，将误差通过PC817送到UC3842中，从而控制Q1的开通和关断。
将输出的电压经R19和R18降压，输入TL431进行比较，再通过电位计SVR调节，使输出电压达到+12V。
〈1〉内部结构
TL431内部结构如图4-3所示。
CATHODE
图4-3 TL431的内部结构图
〈2〉TL431的相关参数
在绝对极大等级下；阴极电压可达到37V，阴极电流值范围为-100~+150mA。一般在实际应用时，阴极电压取36V，阴极流过的电流值为100mA。反馈输入电压为2.495V，反馈输入电流为1.5mA。
〈3〉TL431的典型应用
开关柜控制回路电源抗干扰试验(三)
开关电源实验报告
开关电源实验报告
一、开关电源电路图及清单 1.1 60W-12V开关电源电路图【开关柜控制回路电源抗干扰试验】
图1-1开关电源电路原理
1.2.60W-12V开关电源电清单
二、开关电源介绍
开关电源大致由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成。开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯袋，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。它是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度（Bs)下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源的工作效率。对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。
模块化是开关电源发展的总体趋势，可以采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N+1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。针对开关电源运行噪声大这一缺点，若单独追求高频化其噪声也必将随着增大，而采用部分谐振转换电路技术，在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，以使得该项技术得以实用化。电力电子技术的不断创新，使开关电源产业有着广阔的发展前景。要加快我国开关电源产业的发展速度，就必须走技术创新之路，走出有中国
特色的产学研联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献。
开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调
http://m.zhuodaoren.com/shenghuo319047/
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