长距离低压直流传输导线末端的“电压补偿”———PULS普尔世的直

    大型的风力发电设备、印刷设备、物料传送设备、轧钢设备、饮料罐装设备或大型医疗器械等往往需要动辄几十米、上百米的低压直流传输导线，来连接主控制柜和分布式的各种电气元件。而位于传输导线末端的、远离主控制柜的电气元件经常会“掉电”，或重新起动，或无法持续稳定工作。现场测试后，发现直流供电电压波动很大，常常远低于额定值24V。人们首先想到的解决方案是，提高主控制柜内的交流/直流电源的功率，却无济于事；增加不间断电源或缓冲模块，当然也没有改善。PULS普尔世公司的“电压补偿器”CD5.241-L1很好地解决了这个问题。
导线上的电压降不容忽视
      众所周知，电流流经传输导线时会产生电压降，而传输导线上的电压降常常被忽视。比如，线径为1mm2、长度约50米的铜导线的电阻就接近1欧姆，如果其中流过10A的电流，导线上的电压降就会达到10V。而负载所需的电流几乎都不是恒定的，比如，电机或者具有较大输入电容的负载起动时所需的短时峰值电流可能引起更大幅的电压暂降。而一般的电气元件都不能耐受如此宽范围的输入电压波动，出现重新起动、复位或功能失常等故障现象。
      用户在选定导线线径时，往往会参考导线厂商提供的数据，根据导线中预计流过的持续电流值来选定导线的线径。而大多数导线厂商提供的“线径电流对照表”是根据导线的散热情况，标定不致引起导线温度高于某一危险限值时的最大允许持续电流值。按照这种方法计算的结果往往是选定了偏小的线径。
      比如，需要为30m所需导线长为60m)外的显示屏供电，显示屏所需电流为4A。按照“线径电流对照表”，0.75mm2线径的导线似乎足够了。而事实上，长度60m、线径0.75mm2的导线上流过4A电流时，会产生6.75V的电压降(图1所示为直径1mm2的导线线长与压降关系曲线，依此可方便计算出4A电流流过60m的0.75mm2线径时的压降),这意味着从电源输出的24V电压到达导线末端的显示屏时会在17.25V­-24V之间随着电流4A-0A而波动，显然，这对于像显示屏这样的负载来说是无法承受的。。

  图1：导线温度30°C时线径1mm2的线长与压降关系曲线
  
  图2：CD5.241-L1的软启动，无输入浪涌电流(24V/5A持续输出时)
  
  
  
图3：CD5.241-L1的“软”启动时输入电流与输出电压(图2中部分放大)       该产品还具有输入/输出绝缘电隔离，并在-25至60°C之间可以输出120W满载功率。如需更多功率，可以将多台产品的输出并联。该系列产品还可以提供20％的额外功率储备，在+45°C环境温度下还可以持续输出该额外功率。
      扁平的外形设计使得该产品可以安装在深度为120mm的小型电控柜中，而32mm的宽度节省了DIN导轨上的安装空间。内部集成的“软”起动功能，电子输入浪涌电流抑制器，输入极性反置保护，和全面的标准和认证，保证了该产品简单方便的安装。除了上文描述的24V/24V的电压补偿器之外，PULS普尔世的CD5系列还包括24V/12V, 48V/24V等多款产品。 图4：普尔世的直流/直流转换器CD5系列(24V/24V产品都带有EX防爆认证)
CD5系列直流/直流转换器的其它应用
除了可以在长距离传输导线末端稳定电压之外，CD5直流/直流转换器系列还可以用于：
1) 电池驱动时的输出电压稳压调节；
2) 提供与控制电路的绝缘电隔离，以避免接地故障回路；
3) 船舶、叉车等移动供电应用；
… …
          其中，CD5.241-s1提供电池供电应用中的有用特性：带有两个继电接触器触点输出。“Input-low contact输入电压低信号”可以探测电池输出电压低，而“DC-OK触点”则可以用来构建冗余系统。这款产品还带有具有抗振动能力的快速连接弹压式接线端子。其它款产品则沿用螺丝固定接线端子。
  
  
  图5：带继电接触器触点输出的CD5.241-s1
分布式供电无法实现
       一种可行的解决方案是，尽量缩短低压直流传输导线的长度，将交流/直流电源设置在负载附近。但这需要改变整个系统的供电方式，由“集中供电”改为“分布供电”，需要安排更多的交流“取电点”，或者采用长距离的230Vac或400Vac交流传输线。在很多应用中，考虑到低压安全要求或系统设计要求等，无法实行这种方案。
  普通的直流/直流转换器方案
      另一个可行的解决方案是在长距离低压直流导线末端串入一台直流/直流转换器，作为“电压补偿器”，以补偿导线上的压降引起的电压波动。并不是所有的直流/直流转换器都适用于此类应用，非常重要的是，
1)       直流/直流转换器要有较宽的输入电压范围，允许的输入低电压要很低。
2)       直流/直流转换器自身不能有过高的输入(起动)电流需求。
      PULS普尔世的电压补偿器CD5.241-L1
       PULS普尔世在开发电压补偿器“CD5.241-L1”时，认真考虑了这些应用需求，设计了14-35Vdc的宽输入电压范围，和主动式浪涌电流抑制以及“软”起动功能以避免普通直流/直流转换器起动时的输入峰值电流。可以下述应用为例来说明它的特性。
       在长距离低压直流传输导线末端有一个电气元件，它的输入侧内置较大的电容器，起动时会产生较高的短时充电电流，而所需持续电流为1.5A。由于所需持续电流值较小，用户可能会根据“线径电流对照表”选择较细的导线，很容易出现电气元件无法正常起动。此时，若在负载前串入额定5A的普通的直流/直流转换器来补偿电压降，在起动时会出现如下情况：
      直流/直流转换器会用其最高允许的输出电流(一般为6.5A)来为该电气元件中的输入电容器充电。同时，直流/直流转换器内部的电解电容器也要被充电。这就造成直流/直流转换器输入端出现很高的电流。结果是，与没有串入直流/直流转换器时相同，不断出现重起动，或者无法起动。PULS普尔世的CD5.241-L1很好地解决了这些问题。在输入电压出现后，输出电流会缓慢上升到最高值，这样输出端的负载或电容器就会被“温柔”地充电。当然，这种“软”起动时间会长一些，但是这种方式有效地避免了起动过程中的大电流。




   


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