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  • 配电管理中对配电单元的需求

  •  2022/11/1
  •    配电单元有什么作用?配电单元是如何工作的,它们是如何在电子系统中使用的?

      配电单元 (PDU) 是具有多个输出的设备,旨在为工业电子系统(例如计算机和网络系统)中的设备供电。配电单元的核心用途包括控制电力的流动,因此设备不会接收太多或太少。

      那么,为什么要使用配电单元呢?配电单元的一些工业用途包括制造、医疗、航空航天、半导体和军事应用。它们有助于增强电源保护和管理。它们帮助设施提高效率、提高系统可靠性并优化性能。

      需要注意的两种重要类型的 PDU 是高功率 PDU 和低功率 PDU:

      HP 配电单元:大功率 PDU 具有更高的功率因数,这意味着它们可以在更低的电流下运行更高的电压。它们使用更小的电缆,占用更少的空间并有助于降低成本。医疗不间断电源 (UPS) PDU 就是一个很好的例子。LP 配电单元:低功率 PDU 的功率因数较低,无法在较低电流下运行较高电压。它们性能可靠,占据了 PDU 全球大部分市场份额,但缺乏大功率 PDU 在空间和成本节约方面的优势。

      配电单元在配电管理中的优势

      工业电子系统面临几个常见的配电挑战,使用 PDU 有助于缓解这些挑战。下面,我们将讨论其中的一些问题以及配电单元的优势。

      1. 功率转换

      配电系统的核心用途之一涉及功率转换。电源转换将特定的电源配置更改为电气设备可以更轻松地使用的形式。发电厂可能以特定形式供电,但下游的计算机组可能需要不同形式的电力。

      以下是四种基本的电源转换类型:

      交流电到交流电:交流电到交流电的转换通过赋予交流电不同的电压电平来改变交流电——下游应用程序(如通信网络)可以使用的电压电平。这些转换通常需要变压器。变压器还可以将初始电源配置更改为电子应用可以使用的配置,例如星形配置。DC 到 DC:DC 到 DC 转换通过改变其电压来改变直流电。如果来自电力设施的电流对于下游应用来说电压过高,则需要对电流进行转换,因此它会以较低电压流过输出端。交流电到直流电:交流电到直流电的转换将交流电转换为直流电,因此设施可以在只有交流电可用时运行需要直流电的电子设备。这种转换通常需要电源。直流到交流:直流到交流转换将直流电转换为交流电。这种转换通常需要一个逆变器,它允许设施在只有直流电源可用时运行需要交流电源的电子设备。配电单元的好处之一是,当它们将电力分配给电子设备时,它们允许在交流和直流或直流和交流之间进行电源转换。它们还可以帮助将电压转换为工业电子系统更可用的电平。

      2. 电源调节

      电源调节可提高流向电子设备和设备的电源质量。对于家用计算机,电源调节通常以电涌保护器的形式出现。但是对于工业电子系统,更复杂的设备变得必要,以帮助提供正确的电压并防止整个系统出现浪涌和信号问题。

      功率调节单元从电力公司获取电力并对其进行修改或过滤以满足使用它的系统的要求。然后它以所需的电压和质量输出功率。许多功率调节单元由电压调节器和其他模块组成,可提高电能质量,例如瞬态脉冲保护、噪声抑制和功率因数校正。他们可能会使用有源电源滤波器,通过直接注入电流来改变电能质量,或者使用无源电源滤波器,使用电容器、电感器和电阻器等组件。

      那么,为什么所有这些条件都是必要的?与低电能质量相关的信号问题通常会影响设施中的大部分布线并导致性能问题。它们会导致电压尖峰、浪涌、骤降、高频噪声和瞬变,从而导致锁定、错误读数和系统损坏。在整个工业电子系统设施中使用电源调节器有助于防止信号问题并减轻这些影响。

      功率调节中如何使用配电单元?工业配电单元可以通过合并功率调节单元的元件来调节流经它们的功率,然后再将其分配到下游设备。此过程有助于解决整个工业电子系统中的信号问题。

      3. 电源控制

      配电单元的基本用途之一是功率控制。功率控制涉及管理传输到电子设备的功率量。这很重要,因为它有助于设施确保安全并促进工业电子系统的冗余和可靠性。

      配电单元提供多种不同的功能来帮助进行功率控制。这些功能可能包括远程以太网信号、断路器、开关和电源之间的自动切换。将这些功能直接集成到 PDU 有助于使工业电子配电系统的尺寸、成本和复杂性更易于管理,尤其是当单元具有不同的功率要求时。

      将开关设备直接安装到配电单元上称为本地控制。例如,断路器通常安装在本地以帮助控制功率流。它们通过在电源输入、电路分支甚至插座处提供开关来帮助保护电路。但是,在某些行业中,不建议以这种方式使用断路器进行电源控制,因为它们的性能和有效性会随着时间的推移而下降。

      相反,设施可以使用嵌入式或可编程控制器、继电器逻辑和开关等组件进行电源控制。在智能配电单元中,这些功能可以结合传感器和外部信号,以帮助自动化电源控制和管理,并减少设施管理人员的工作量。

      4. 电源监控

      功率监控涉及测量功率的不同方面以评估性能并确定可能需要改进的地方。它有助于评估和提高能源效率,而不会导致成本飙升或降低系统正常运行时间或可靠性。来自配电单元的电力监控还可以提供其他有用的指标:

      电压:测量输入电源的电压有助于确保电气系统获得所需的功率水平。评估输入电压对于确保设备为电子系统提供安全水平的电源至关重要。电流:测量工业电子系统中多个点的电流有助于评估输入、单个电路和插座的总负载。过多的电流会使断路器跳闸,因此监控电流有助于保持系统有效运行。时间:测量配电单元或单个电路接收电力的持续时间有助于通知维护请求和调度。开/关状态:监控开/关状态可以为设施提供有关启用哪些电源、选择哪些开关选项以及哪些插座正在接收电源的有用数据。如果电子系统中的设备特别复杂和敏感,则设施可能需要监控各种参数,例如谐波。监控这些参数有助于确保系统获得最佳性能和使用寿命所需的电能质量。拥有这些指标可以让设施管理人员知道一切运行顺利,并让他们能够在出现问题时迅速采取纠正措施。设施还可以设置警报和设置点,以帮助通过监控系统自动管理小问题。

      5. 电源切换

      电源开关涉及通过开关稳压器路由电源。线性稳压器保持连续的负载电流以产生恒定的负载电压,而开关稳压器通过将输入电压切成更小的块或能量并一次将它们发送到输出来保持恒定的电流流动。

      工业电子系统经常使用电源开关,因为开关稳压器效率更高——提供70% 到 95% 的效率,而不是线性稳压器的 40% 到 70% 的效率。它们可以实现更小、更轻、更安静的系统。

      电源切换可以是直接的或间接的。直接电源开关将电源线直接通过开关发送。直接电源开关在使用直流电源的工业电气系统中最为常见。对于15 安或以下的电流和 120 伏或以下的交流电源,这也是最常用的方法。

      另一方面,间接电源切换使电源线与控制面板分开。出于这个原因,它通常用于更高的电压和安培数。在这种设置中,电源线不是直接通过开关,而是通过接触器、机械继电器或固态继电器。控制开关是独立的——它可以是本地的、独立的或通过另一个继电器连接。

      配电单元通常具有允许自动切换的自动转换功能。

      6. EMI 过滤

      电磁干扰 (EMI) 会对工业电子系统造成巨大破坏。它会使电信号偏离理想的正弦波形,并可能导致许多系统困难,例如设备性能下降、操作错误或完全故障。EMI 滤波有助于减少这种危险。

      当一种类型的电子信号干扰另一种类型的电子信号时,就会发生 EMI。虽然有时会使用滤波器来保护设备免受外部噪声的影响,但 EMI 滤波器的主要作用是防止设备内产生的噪声进入电源线并干扰其他设备。

      EMI 滤波器通常通过使用电感器和电容器来工作:

      电容器:电容器阻挡直流电——大量 EMI 的来源——但允许交流电通过。EMI 滤波器中的分流电容器将高频电流重定向到电感器。电感器:电感器就像小型电磁体——当电流通过它们时,它们的作用是在磁场中保持能量。通过这种方式,它们降低了电流的电压。理想情况下,EMI 滤波器中的一系列电感器可以将 EMI 降低到零,这种现象称为接地短路。如果电源信号的范围在 50 到 60 Hz 之间,则导体和电容器会起作用以转移或阻止所有其他频率。

      降低 EMI 的其他方法包括屏蔽,这在许多电子应用中很常见,以及隔离变压器,它们不太常见,可提供隔离接地和大幅降噪。

      有效的配电单元包括 EMI 滤波器,以减少 EMI 干扰并优化工业电子系统性能。

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