楊　明

摘要:大型數(shù)字化設(shè)備在醫(yī)院和學(xué)校被廣泛應(yīng)用,而電能質(zhì)量對(duì)數(shù)字化設(shè)備的影響日益被重視。本文從介紹電能質(zhì)量入手,闡述了電壓偏差、頻率、諧波對(duì)數(shù)字化設(shè)備的影響,并提出了改善供電質(zhì)量的幾種策略。

關(guān)鍵詞:數(shù)字化設(shè)備;電能質(zhì)量;電壓偏差

如今各種復(fù)雜的、精密的、對(duì)電環(huán)境超敏感的負(fù)荷設(shè)備被醫(yī)療、教學(xué)、科研院所廣泛使用,這些設(shè)備是保證工作被精準(zhǔn)完成的物質(zhì)基礎(chǔ)和重要保障,要求設(shè)備具有安全可靠、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、精度高、重復(fù)性好、抗干擾、無污染,能夠不間斷地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、存貯等。數(shù)字化設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行要依靠電網(wǎng)系統(tǒng)輸送持續(xù)高質(zhì)量電能,但在實(shí)際運(yùn)行中,由于電網(wǎng)中變頻驅(qū)動(dòng)或晶閘管整流直流驅(qū)動(dòng)設(shè)備、計(jì)算機(jī)、電弧爐等非線性負(fù)載的影響而導(dǎo)致電網(wǎng)污染,電能質(zhì)量下降,電網(wǎng)存在的電壓浪涌、電壓尖峰、電壓瞬變、噪聲電壓、過壓、欠壓、電源中斷等污染和干擾始終威脅著設(shè)備的運(yùn)行安全，造成電子設(shè)備在運(yùn)行時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)程序運(yùn)行錯(cuò)誤,嚴(yán)重的造成數(shù)據(jù)丟失、硬件損壞,尤其使得對(duì)電能質(zhì)量敏感的數(shù)字化設(shè)備的安全運(yùn)行指數(shù)顯著降低,數(shù)字化設(shè)備的故障嚴(yán)重影響科學(xué)的數(shù)據(jù)采集，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生不可挽回的損失和后果。

電能質(zhì)量對(duì)數(shù)字化設(shè)備的影響

電能質(zhì)量是指供電裝置在正常工作情況下不中斷和干擾用戶使用電力的物理特性。所謂電能質(zhì)量實(shí)質(zhì)上是各種單一的擾動(dòng)和不平衡現(xiàn)象的總和在電網(wǎng)中的集中體現(xiàn)。它強(qiáng)調(diào)的是電網(wǎng)與用電設(shè)備之間的相互影響。理想的電力系統(tǒng)應(yīng)以恒定的頻率(50Hz)正弦波形、按照規(guī)定的電壓水平對(duì)用戶供電,在三相交流電力系統(tǒng)中,各相的電壓和電流應(yīng)處于幅度大小相等、相位互差120°的對(duì)稱狀態(tài)。然而,由于系統(tǒng)各元件的參數(shù)并不是理想線性或?qū)ΨQ的、調(diào)控手段不完善、負(fù)荷性質(zhì)各異且變化的隨機(jī)性、各種故障等原因,理想狀態(tài)在實(shí)際中并不存在。

作為敏感負(fù)荷的數(shù)字化設(shè)備,電能質(zhì)量對(duì)數(shù)字化設(shè)備具有嚴(yán)重的影響。電壓的波動(dòng)使數(shù)字化設(shè)備的電源系統(tǒng)發(fā)生故障,輕則燒斷保險(xiǎn)絲,重則損壞電源系統(tǒng)和整臺(tái)設(shè)備;供電頻率偏移會(huì)對(duì)一些精度較高而又需要市電頻率同步或做基準(zhǔn)的設(shè)備可靠性大打折扣;供電中斷會(huì)使醫(yī)療設(shè)備MRI、CT、DSA等依靠計(jì)算機(jī)程序控制的大型數(shù)字化設(shè)備數(shù)據(jù)記錄丟失,或者系統(tǒng)軟件被損壞,嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞主機(jī)和硬盤,更嚴(yán)重的是直接影響CT球管的壽命和控制電路、高壓箱的安全,以及MRI的磁體線圈、梯度功放、射頻功放等部件的安全,甚至?xí)⒓磽p壞這些部件;尖峰電壓、浪涌電壓、噪聲干擾、奇次諧波等會(huì)造成數(shù)字化設(shè)備的電路板損壞,計(jì)算機(jī)控制出現(xiàn)紊亂,高壓系統(tǒng)不穩(wěn)定而危及整機(jī)安全。

目前大型數(shù)字化設(shè)備基本上采用計(jì)算機(jī)控制,電壓偏差對(duì)數(shù)字化設(shè)備的核心控制器的計(jì)算機(jī)硬件或軟件的影響是造成數(shù)字化設(shè)備不能正常工作的關(guān)鍵問題之一,其中樞控制系統(tǒng)對(duì)電壓的跌落更為敏感。電壓偏差還使其它電子數(shù)字化設(shè)備的硬件運(yùn)行發(fā)生故障或錯(cuò)誤,或使設(shè)備的低電壓保護(hù)或快速過流保護(hù)動(dòng)作而使設(shè)備電源跳閘,導(dǎo)致設(shè)備斷電而徹底停止運(yùn)行。

電源頻率對(duì)數(shù)字化設(shè)備的影響

鐵磁諧振式穩(wěn)壓器對(duì)頻率非常敏感。交流電源的頻率對(duì)數(shù)字化設(shè)備的使用有重要意義。例如X射線燈絲電源一般由鐵磁諧振式穩(wěn)壓器供電。對(duì)頻率非常敏感,略有變化都會(huì)使其輸出電壓值產(chǎn)生較大波動(dòng),使燈絲電壓、X射線管電流也產(chǎn)生波動(dòng),從而改變透照條件,影響膠片黑化效果。在實(shí)際X光機(jī)進(jìn)行投照工作時(shí),電源頻率的變化與管電壓、管電流的升降成正比關(guān)系,電源頻率的改變會(huì)對(duì)X光機(jī)等數(shù)字化設(shè)備的正常工作會(huì)造成很大影響。

電源頻率的變化能導(dǎo)致交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。這是因?yàn)榻涣麟妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與其電源頻率成正比。另外,有的數(shù)字化設(shè)備是按60Hz設(shè)計(jì)的,將這種設(shè)備用于50Hz電源,有時(shí)就得采取相應(yīng)措施。電源頻率的變化能使有的定時(shí)電路工作異常。這是因?yàn)闉榱撕?jiǎn)化電路和與電源信號(hào)相位同步,有的數(shù)字化設(shè)備中使用的定時(shí)電路是利用對(duì)交流電源信號(hào)整形后計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)的,電源頻率的改變必然會(huì)影響此類定時(shí)器的定時(shí)。電源頻率的降低能使電源變壓器偏熱并使電源保險(xiǎn)管容易燒斷。因?yàn)橛泻芏鄶?shù)字化設(shè)備是按國(guó)外60Hz電源設(shè)計(jì)制造的,將其用于國(guó)內(nèi)50Hz電源時(shí)有些變壓器就會(huì)偏熱,這是由于變壓器線圈的每伏匝數(shù)與其所工作的電源頻率成反比。所以,設(shè)計(jì)在60Hz下工作的變壓器若用于50Hz中,就會(huì)出現(xiàn)初級(jí)線圈匝數(shù)偏少、感抗不足而使電流偏大的現(xiàn)象。電源頻率的變化會(huì)使電源信號(hào)對(duì)數(shù)字化設(shè)備的干擾發(fā)生改變。遙控診斷X線機(jī)等數(shù)字化設(shè)備具有閉路電視系統(tǒng),電源信號(hào)通過地線或空間耦合等途徑不可避免地會(huì)串入電視系統(tǒng)的亮度通道中而對(duì)其亮度產(chǎn)生干擾。電源頻率的變化會(huì)使磁飽和穩(wěn)壓器工作失靈。磁飽和式穩(wěn)壓器中有對(duì)頻率十分敏感的LC諧振電路,電源頻率的改變會(huì)令其失諧,最終導(dǎo)致穩(wěn)壓器工作失靈。

諧波對(duì)數(shù)字化設(shè)備的影響數(shù)字化設(shè)備的主控制電路普遍采用硅整流電路,一方面,這些設(shè)備的電路按一定規(guī)律開閉不同電路,因而將產(chǎn)生特性和非特性諧波電流注入系統(tǒng),所以它是一種諧波源;另一方面,外部電源諧波可影響換流器和換流器負(fù)荷的運(yùn)行,從而引起數(shù)字化設(shè)備故障。由諧波引起系統(tǒng)誤差而造成觸發(fā)角位移和由于電流和電壓的變化引起的可控硅故障都會(huì)給換流裝置帶來影響。某些受控制的整流器的控制邏輯往往因畸變電壓而導(dǎo)致運(yùn)行誤差,造成由其控制的數(shù)字化設(shè)備出現(xiàn)停機(jī),嚴(yán)重的將被損壞。隨著各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在數(shù)字化設(shè)備中的普遍使用,尤其是數(shù)字式可編程的數(shù)字化設(shè)備對(duì)供電系統(tǒng)電能質(zhì)量提出了新的要求。若是供電電壓存在高次諧波,則會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的傳輸、處理帶來嚴(yán)重的影響,特別是運(yùn)算速度快的計(jì)算機(jī)會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作,使正常的工作程序被破壞,造成數(shù)字化設(shè)備數(shù)據(jù)丟失、軟硬件損壞。

有效遏制不良電環(huán)境對(duì)數(shù)字化設(shè)備的不良影響，可以采用以下幾種措施。接地法，對(duì)需要安裝的數(shù)字化設(shè)備必須滿足其接地條件。大型設(shè)備要求有獨(dú)立供電線路,并且單獨(dú)接地,接地電阻值一般小于1Ω。良好的接地可以有效地消除某些高頻干擾。對(duì)已經(jīng)安裝了的設(shè)備,尤其是安裝在舊建筑中的數(shù)字化設(shè)備,進(jìn)行徹底普查,確認(rèn)供電電路是否滿足設(shè)備要求的條件,是否有良好的接地,否則要進(jìn)行改造。電源濾波器法，通過加裝電源濾波器的方法,使高頻電磁干擾被抑制,得到恒定的供電。選擇濾波器時(shí),應(yīng)注意工作電壓、工作電流和抑制頻率等參數(shù)。在安裝時(shí),濾波器應(yīng)安裝在靠近數(shù)字化設(shè)備的地方,其外殼應(yīng)良好接地。凈化交流穩(wěn)壓電源法，采用高精度凈化交流穩(wěn)壓電源為數(shù)字化設(shè)備供電,它不僅能抑制來自公共電源的各種干擾,而且還能有效地抑制公共電源的瞬間高壓、瞬間下跌、尖峰和脈沖。在選用時(shí)要注意其技術(shù)參數(shù),使其達(dá)到穩(wěn)壓精度高、范圍寬、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、抑制能力強(qiáng)、波形失真小,整機(jī)效率高的要求。UPS法，大型數(shù)字化設(shè)備需要具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻、濾波、抗電磁干擾、防電壓突然中斷等功能的供電系統(tǒng)。UPS不間斷電源正是這種合適的供電系統(tǒng)。一般采用在線式UPS作為供電電源,UPS在有市電時(shí),提供機(jī)內(nèi)逆變器輸出的穩(wěn)定的正弦波電源,當(dāng)市電供電出故障或完全中斷時(shí),由UPS內(nèi)置或外置的蓄電池組繼續(xù)向逆變器提供直流電源,從而保證UPS輸出無時(shí)間中斷的穩(wěn)定的正弦波電壓給數(shù)字化設(shè)備正常供電。

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