基于空管UPS系统下交流纹波的处理方式和实施建议简述

谭铖远

摘要：根据“民航通信导航监视设施设备供配电指导材料”：一级、二级管制单位对应的航管楼和塔台应采用双总线UPS供电系统，与之相对应的电源监控系统应具备对UPS蓄电池单体电压、内阻等电池性能的监视功能。随着空管工艺设备的逐渐增设，UPS在空管系统中承担的角色越来越重要。近期，民航浙江空管分局进行了SOCOMEC系列电池更换项目，本文就施工中UPS系统产生纹波的原因、影响及改进措施，结合实际进行论证献策。

关键词：空管;UPS;纹波;整流逆变

一、此次交流纹波产生的背景

为解决分局SOCOMEC系列UPS电池性能严重下降问题，确保工艺设备供电正常，近日民航浙江空管分局动力设备室成功实施SOCOMEC系列UPS电池更新改造项目。在现场电池监控的安装调试中，发现新装的两套H3G-TH产品内阻与实际偏差较大。

在测试中发现当我们断开电池开关后，电压内阻都可以正常测试，且测试的值都符合精度要求，当我们把电池开关合闸后，电压开始变化比较大，且内阻测的值偏差大，当我们用万用表测两组电池的正负极电压，发现两组分别存在0.5V交流电压和1.1V交流电压，但我们断开电池组开关后，两组电池无交流电压。数据显示正常。

经过沟通：华塑蓄电池监控设备测内阻的方式为直流测试法又称为直流放电法，在测内阻的时候要求电池在浮充状态下，使得在测试内阻的时候电池电压波动的范围很小，才会得到一个精确的值，如果电压一直在波动，会使测得值偏差较大或者为0。

因此，纹波是造成此次电池监控系统测量值和实际值偏差较大的因素。

二、交流纹波产生的原因及影响

（1）纹波

我们常见UPS系统输出的直流电压是由交流电压经整流、滤波、稳压后得到的。由于滤波不干净，直流电平之上就会附着包含周期性与随机性成分的杂波信号，这就产生了纹波。在额定输出电压、电流的情况下，输出直流电压中的交流电压的峰值就是通常所说的纹波电压。因此纹波是一种复杂的杂波信号，它是围绕着输出的直流电压上下来回波动的周期性信号，但周期和振幅并不是定值，而是随着时间变化，并且不同电源的纹波波形也不一样。

（2）纹波产生的原因

整流滤波电路是UPS系统中整流器的重要组成部分，具有把交流电压转换成直流电压的功能作用。由于二极管、晶闸管等整流电路在交流电网中产生了谐波电流，同时因为这些元器件的存在，造成了直流侧电流的波动，从而导致了直流侧纹波的产生，经与电池监控厂家的沟通，交流纹波电压一般要求小于0.5%，均在可控范围之内。

（3）纹波产生的影响

一般来说纹波是有百害而无一利的，纹波的危害主要有以下几点：电源中携带的纹波会在电器上产生谐波，降低电源的使用效率;较高的纹波可能会产生浪涌电压或电流，从而导致电气设备运行不正常或加速设备老化;在数字电路中纹波会干扰电路逻辑关系纹波还会给通信、测量和计量仪器、仪表带来噪音干扰，破坏信号的正常测量、计量，甚至损坏设备。所以在制作电源的时候，我们都要考虑将纹波降低到百分之几以下，对纹波要求高的设备要考虑把纹波降低到更小。

三、几种针对纹波的建议

（1）实时监测

根据定义，纹波的含量为从脉动量中去除直流分量后所得到的值。传统的纹波测量设备有宽频交流毫伏表或数字示波器。其中交流毫伏表由于只能测量交流信号，可以从直流电压中提取出交流小信号。使用示波器测量纹波时，示波器赢设置为交流耦合模式。

由于手动测量的不便利，并经过与华塑电池监控厂家的沟通，因此我们可以考虑通过加装一款纹波监测电路，有一款RM纹波监测模块，内部含有纹波采样电路捕捉到电池上微小的纹波变化，然后经过下列设计的框架结构来实时监控设备运行状态。

我们可以在分局动环主机侧设置一个纹波电压阈值。按照流程序列，整套流程通过单体采样端子实时监控电池的纹波大小，然后經过RM转换模块，将信息集成到收敛模块。当动环主机从收敛模块中接收的纹波电压大于阈值时，则动环主机告警，值班人员立即查看设备运行状态，确认主机的运行状态，从而降低纹波对工艺设备的运行影响，若无异常，则考虑是否为UPS系统内元器件老化。

（2）一些可以减少纹波的想法

①增加UPS系统内整流器的脉冲数会减少高次谐波电流的次数及数值。若采用6脉冲叠加的方式，即12脉冲、18脉冲、24脉冲，则随着脉冲数的增加，电源侧输入谐波电流也会随着降低，缺点是会导致整流结构复杂，成本增加，但可确确实实减少纹波的产生。

②输出滤波电容放置及走线对纹波噪声也至关重要，所以反馈线路在设计时应避开磁性元件、开关管及功率二极管。原则是：1.从输入到输出尽量按顺序走线;2.变压器底下和附近不走取样电路，保护电路，主芯片及震荡相关电路的线路;3.总接地点取在输出滤波电容上比较合适，各个电路接地点应从总接地点分别引出。

③加大电感和输出电容滤波：

根据驱动电源公式，电感内电流波动大小和电感值成反比，输出纹波和输出电容值成反比，因此加大电感值和输出电容值可以减小纹波。

可以通过并联电容器来加大输出电容值来减小纹波，或使用铝电解电容以达到大容量的目的。如果整流器与滤波电容器中间接一滤波电感，电感是可以起到平滑电流的作用，可以降低流过滤波电容器的纹波电流。因此在UPS系统中，考虑在整流器与滤波电容量间介入大小适当的电感或并联电容，不仅可以明显减小滤波电容器的纹波电流，还可以有利于提供功率因数。

④二级滤波

二级滤波，就是再加一级滤波器。滤波器对交流纹波的抑制能力是比较明显的，根据要除去的纹波频率去选择合适的电感电容构成滤波电路，一般是能够很好的减小纹波。

四、结语：

本次SOCOMEC系列UPS电池更换项目的成功实施本人就施工中UPS系统产生纹波的原因、影响及改进措施展开了探讨，纹波是一种复杂的杂波信号，它是围绕着输出的直流电压上下来回波动的周期性信号，但周期和振幅并不是定值，并且对于纹波的测量也不是那么的简单，希望能够随着科技的进步与UPS系统的完善，无论通过哪种方式，消除纹波电压或降低纹波电压至可控阶段。