工控設備在戶外或是有電動機等大型廠房的應用場合中,開關電源在工作一段時間后可能會突然停止工作。拆開電源外殼查看內部元器件,可能會發現電源輸入端的壓敏電阻炸裂或是大電解電容炸裂,甚至電源中的主功率MOS管也炸裂失效。以下是元器件失效的常見原因:
1. 輸入端存在過高的電壓,或是輸入電壓中有疊加很高的電壓尖峰,導致電源的輸入電壓超過元器件的最大承受電壓而失效。
2. 輸入電網電壓波動:電網中的負載出現較大波動會導致輸入電壓過壓。例如,在用電高峰時期電網電壓往往偏低;在一些有大型電動機或是感性負載的廠房場合,當負載停機或是開機時,往往都會急劇抬高或拉低電網的電壓,導致電網波動。國家標準對電網電壓波動等級有如下規定:
在供電較好的城市和工業區,電網電壓變化范圍通常只有±10%(電網額定電壓220VAC,波動上限為264VAC)左右。因此開關電源的輸入電壓最大值一般都是設計為264VAC。一旦電網電壓超過264VAC,開關電源有可能會損壞,嚴重時甚至會造成設備跳閘、著火,對人員和財產造成威脅。
在供電條件較差的農村和邊遠地區、或者電網存在負載變化很大的應用場景:如山區、公路隧道,發電機等電網供電場合,電壓變化范圍可能要大得多,有時甚至能夠達到20%~30%(274~299VAC)。此時電網輸入電壓已經超過電源的最高輸入電壓264VAC,因此電源存在很高的失效風險,導致設備停電失效。
3.電網中存在感應高壓電壓尖峰:當用電設備在戶外場合時,在雷雨天氣打雷時,電網中有時會感應到雷電高壓尖峰電壓,導致電網輸入電壓存在一個較高的電壓尖峰,此尖峰電壓會疊加到220VAC輸入電壓中,導致尖峰電壓隨之進入電源內部,電源內部的元器件過壓損壞。
最惡劣的情況是雷電直接擊中電網電線,導致電網電壓瞬間上升到電源和設備無法承受的值,電源直接損壞。當感應電壓進入到電源內部時,輸入大電解電容兩端會產生一個很高的浪涌尖峰電壓。此尖峰電壓會導致大電容過壓失效。
總的來說,工控設備的電源失效問題往往與輸入端電壓過高或電壓尖峰有關。在設計和應用中,需要特別注意電網電壓的波動和感應高壓電壓尖峰對電源的影響,以確保設備的穩定運行和安全性。
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