楼宇智能化基础知识弱电的供电方式

楼宇智能化基础知识弱电的供电方式笔记，记录了信号传输、弱电工程系统电源和弱电工程系统供电概念等知识，非常详细有条理。

楼宇智能化基础知识

• 楼宇智能化基础知识
  • 信号传输
    • 信号传输的概念
      • 信号
        • 信号是运载消息的工具，是消息的载体，是随时间变化的物理量。从广义上讲，信号包含光信号、声信号和电信号等。
      • 传输
        • 根据国际电信联盟(ITU)的定义，传输是指通过物理介质传播含有信息的信号的过程。从功能上看，这是一个在通信网中的各节点之间转移信息的过程。
      • 信号传输
        • 一般为某种形式的电磁能（电信号、无线电、光），可以传输语音、文字、符号、音乐、图像等。
      • 信号传输的发展历史
        • （1）在19世纪末即发明了用电信号来模拟语音信号并进行远距离传输，于是出现了电话以及话音传输技术；
        • （2）从电话通信发明到20世纪60年代，电信传输均是采用模拟话音传输技术，起初是采用一对线路传输一路模拟话音信号；随后为提高传输效率，开始采用频分复用 (FDM)技术进行多路载波传输，传输介质也从双绞线向同轴电缆过渡。
        • （3）上世纪60年代末到80年代后期，通信网络处于数字化的发展时期。
        • （4）近年来，光传输技术得到了迅速发展，光纤通信技术获得了广泛应用。
    • 传输媒介
      • 传输介质
        • 信号传输一般采用电流、无线电波、微波或者是光谱能量来传递信号传输媒介是这些能量所传递的通路。传输媒介可分为线缆及无线两种。。
        • 线缆媒介
          • （1）双绞线
            • •
            • 双绞线由两根绝缘铜线相互缠绕而成，而一对或多对双绞线安装在一个绝缘塑料外皮套中时，便形成了双绞线电缆。双绞线电缆有两种：非屏蔽与屏蔽。
              • 非屏蔽双绞线电缆由多股双绞线和一个塑料外皮构成
              • 屏蔽双绞线是一种绝缘电缆，它内部是双绞线，外面用铝箔包住。
          • （2）同轴电缆
            • 同轴电缆由同一轴线的两个导体组成。典型的同轴电缆中央是一根相对比较硬的铜导线或是一股导线，它由泡沫塑料与外层绝缘开。这层绝缘体又被第二层导体包住，网状导体被用来屏蔽EMI干扰，最后，电缆表面由坚硬的绝缘塑料包住。
          • （3）光线缆
            • 光纤是一种束缚和传导光波的长圆柱形透明材料，由光导玻璃或塑料芯构成，它被另一层称作包层的玻璃包住，以及最外一层坚硬的外壳包住，一般是由3层组成。中心提供光通路，而包层由多层反射玻璃构成。玻璃层设计成可以将光折射到中芯上构造。每一芯以及包层都被外壳紧型或松型裹着。光纤缆也可以由单外壳光纤构成，但通常是将多股光纤捆到一起 放在电缆中心。光纤有多模和单模两种。
        • 无线媒介
          • （1）无线电
            • 无线通信的传输媒质，即是无线信道，无线信道是基站天线与用户天线之间的传播路径。天线感应电流而产生电磁振荡并辐射出电磁应电流而产生电磁振荡并辐射出电磁波，这些电磁波在自由空间或空中传播，最后被接收天线所感应并产生感应电流。
          • （2）微波
            • 地面（基于地球表面）系统
              • 地面微波一般采用定向式抛物面形天线，这便要求与其它地点之间的通路没有障碍或视线能及。
            • 卫星系统
              • 卫星微波系统通过地球上的定向抛物面天线，向地球同步卫星发送直波光束。
            • （3）红外线
              • 红外连接采用光发射二极管（LED）、激光二极管（LLD）或者光电二极管来进行站与站之间的数据交换。
    • 模拟信号的传输
      • 概念
        • 模拟信号是指代表消息的信号参量（幅度、频率或相位）随消息连续变化的信号。如代表消息的信号参量是幅度，则模拟信号的幅度应随消息连续变化，即幅度有无限多个取值。
      • 模拟通信系统特点
        • （1）技术成熟，设备简单，对一些需要大量低价接收终端的通信运用场合较为实用；
        • （2）信息传输效率较低，频谱利用率不高，通信质量差，不适宜计算机应用，抗干扰能力较差等
      • 调制
        • 调制就是用需要发送的信号去控制载波的某个或几个参数，从而将信号寄生在载波上。
        • 调制的目的主要有三方面：
          • （1）将基带信号变换为适合于信道传输的频带信号，如在无线通信中，必须将基带信号载在高频上才能发射出去；
          • （2）改善系统性能；
          • （3）实现信道复用，提高信道利用率。
    • 数字信号的传输
      • 数字信号结构简单，再生力强，故数字通信具有模拟信号系统无可比拟的优点。数字信号指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。二进制码就是一种数字信号。二进制码受噪声的影响小，易于数字电路进行处理，所以得到了广泛的应用。
  • 弱电工程系统电源
    • 弱电工程系统供电概念
      • 直流供电
        • 1、直流供电系统组成
          • （1）整流器：
            • 将交流转化为直流的装置。它有两个主要功能： 第一，将交流电变成直流电，经滤波后供给负载，或者供给逆变器； 第二，给蓄电池提供充电电压。
          • （2）滤波器：
            • 将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施
          • （3）蓄电池
            • 蓄电池的作用是能把有限的电能储存起来，在合适的地方使用。它的工作原理就是把化学能转化为电能
          • （4）直流变换器
            • 直流变换器分为并联直流变换器和非并联直流变换器两种。并联直流变换器采用先进的高频脉宽调制边缘谐振技术，使效率得到了极大提高。整机具有稳压精度高、动态响应快、输出杂音低、抗干扰能力强、工作温度范围宽等特点。非并联直流变换器采用进口DC-DC模块组成，具有稳压精度高、输出噪声低、抗干扰能力强等优点，且体积小、重量轻。
        • 2、直流供电系统的分类
          • （1）集中方式：
            • 由市电、油机发电机组及转换屏组成。直流系统是由整流器、蓄电池及直流屏组成，集中安装在电力室和电池室。由电力室馈送出来的低压基础载流电源，接至各个通信机房，即安装在楼房底层的电源设备为整栋大楼的通信设备供电。
          • （2）分散方式：
            • 1）半分散供电方式
            • 将电源设备搬至通信机房内，为本机房的各种通信设备及空调机供电。
            • 2）全分散供电方式
            • 在每行通信设备的机架内都装设了小基础电源系统
        • 3、直流供电优缺点
          • 优点：
            • 1）当输送的功率相同时，其线路的造价低，线路的损耗较小；
            • 2）两端直流电力系统不需要同步运行，输电距离不受电力系统同步运行稳定性的限制，还可以用来提高与直流线路并列运行的交流输电系统的稳定性；
            • 3）用于直流线路的电流和功率的调节比较容易且迅速，可实现各种调节、控制；直流线路的短路电流较小，交流系统用直流线路互联之后，短路容量基本没有增加。
            • 4）用以实现不同频率或相同频率交流系统之间的非同步联系，既可得到联网的技术经济效益，又可避免大面积停电事故的发生。
            • 5）在导线几何尺寸和电压有效值相等的条件下，电晕无线电干扰较小。
            • 6）线路在稳态运行时没有电容电流，沿线电压分布较平稳；线路部分不需要无功补偿。
          • 缺点：
            • 1）整流器较贵：整流器在运行中需要较多的无功功率，并要装设滤波装置；整流器过载的能力也较小；
            • 2）以大地作为回流电路时，会引起沿途金属构件和管线的腐蚀。
        • 直流供电系统的组成
      • UPS供电
        • UPS的概念
          • UPS是一种集数字和模拟电路、自动控制逆变器与免维护贮能装置于一体的电力电子设备，它广泛地应用于从信息采集、传送、处理、储存到应用的各个环节。
        • UPS的基本功能
          • 1）．电网电压正常时，市电电压通过UPS稳压后供应给负载使用，性能好的UPS本身就是良好的交流稳压器；同时它还对机内的电池进行充电，贮存后备能量。
          • 2）．电网电压异常时（欠压、过压、掉电、干扰等）UPS的逆变器将电池组的直流电能转换成交流电能维持对负载的供电。
          • 3）．UPS在电网供电和电池供电之间自动进行转换，确保对负载的不间断供电。一般的电脑设备允许有很小的电力间断（切换时间10ms以内），但精密的电脑设备和通信设备不允许电力有间断（切换时间0ms），所以应确认你需要的UPS切换时间究竟是多少。
        • UPS的种类
          • 1）后备式
            • （1）系统组成：
              • 充电器：市电存在时通过整流对蓄电池进行充电；
              • 逆变器：市电存在时，逆变器不工作；当市电中断时，则由逆变器向负载供电；
              • 输出转换开关：市电存在时，接通市电向负载供电；市电中断时，断开市电通路，
              • 接通逆变器，继续向负载供电；
              • 自动稳压器：市电存在时稳压和吸收部分干扰。
            • 性能特点：
              • ①当市电存在时：
                • 市电利用率高，可达98％以上；
                • 输入功率因数和输入电流谐波取决于负载性质；
                • 输出能力强，对负载电流峰值系数、负载功率因数、过载等没有严格的限制；
                • 输出电压稳定度较差，但能满足一般要求。
              • ②当市电中断时：
                • 转换时问一般为4～10ms；
                • 输出转换开关受切换电流能力和动作时间的限制，一般后备式UPS多在2kVA以下。
          • 2）在线互动式
            • • （1）在线含义：逆变器工作，但不输出功率，处于热备份状态，同时兼顾对蓄电池充电，增大了UPS在市电正常时的功率容量，并且减少了在市电中断时的转换时间，提高了输出电压的滤波作用，属于并联功率调整方式，输出功率多在5kVA以下
            • （2）功能部件
              • ① 输入开关：市电中断时，自动断开输入开关，防止逆变器向电网反向馈电。
              • ② 自动稳压器：市电存在时，可粗略稳压和吸收部分电网干扰。
              • ③ 逆变器：此逆变器具有双向变换功能，当市电存在时为整流器，给蓄电池浮充电；当市电中断时为逆变器，由电池释放电能，保持给负载继续供电。
            • （3）性能特点
              • 1）当市电存在时：
                • 市电利用率高，可达98％以上；
                • 输入功率因数和输入电流谐波取决于负载性质；
                • 输出能力强，对负载电流峰值系数、负载功率因数、过载等没有严格的限制；
                • 输出电压稳定度较差，但能满足一般要求；
                • 变换器直接接在输出端，并处于热备份状态，对输出电压尖峰于扰有抑制作用。
              • 2）当市电中断时：
                • 因为输入开关存在断开时间，致使UPS输出仍有转换时间，但比后备式要小得多；
                • 电路简单、成本低、市电供电时可靠性高；
                • 变换器同时具备充电功能，且其充电能力较强；
                • 如在输入开关与自动稳压器之间串接一电感，当市电中断时，逆变器立即向负载供电，可避免输入开关未断开时，逆变器反馈到电网而出现短路的危险。
                • 在线互动式UPS的转换时间接近予零，并增加了抗干扰能力
              • 3）双变换在线式
                • （1）功能部件：
                  • 整流器：
                  • 当市电存在时，实现AC→DC转换功能，一方面向DC→AC逆变器提供能量，同时还向蓄电池充电。该整流器多为可控硅整流器。
                  • 逆变器：
                  • 完成DC→AC转换功能，向输出端提供高质量电能，无论由市电供电或转由蓄电池电，其转换时间均为零。
                  • 静态开关：
                  • 当逆变器过载或发生故障时，逆变器停止输出，静态开关自动转换，由市电直接向负载供电。静态开关为智能型大功率无触点开关，转换时间可认为是零。
                • （2）性能特点：
                  • ① 不管有无市电，负载的全部功率都由逆变器提供，保证高质量的电能输出。
                  • ② 市电中断时，输出电压不受任何影响，没有转换时间。
                  • ③ 由于全部负载功率都由逆变器供给，因此UPS的输出能力不理想，对负载提出限制条件。
                  • ④ 对可控整流器还存在输入功率因数低、无功损耗大和输入谐波电流对电网产生较大的污染等缺点。
                  • ⑤ 在市电存在时，串联式的两个变换器都承担100%的负载功率，UPS整机效率较低。
                  • ⑥ 当采用高输入功率因数双变换在线式UPS时可以通过能量变换关系，把非线性负载引起的无功损耗降至最低。因而高输入功率因数双变换在线式UPS具有节能效果。
              • 4）双变换电压补偿在线式
                • （1）功能部件
                  • ①逆变器（I）：AC→DC和DC→AC的双向变换器，输出变压器次级串联
                  • 在UPS主电路中。其功能主要有：
                  • 对UPS输入端进行功率因数补偿，并抑制输入电流谐波；
                  • 与逆变器（Ⅱ）完成对输入电压补偿；
                  • 与逆变器（Ⅱ）一起完成对电池的充电功能。
                  • ②逆变器（Ⅱ）：DC→AC和AC→DC的双向变换器。其功能：
                  • 与逆变器（I）完成对输出电压差值的补偿；
                  • 与逆变器（I）完成对电池的充电功能；
                  • 随时监测输出电压，保证输出电压的稳定，并对输出电压波形失真和输出电流谐波成分进行补偿；
                  • 当市电中断时，全部输出功率由逆变器（Ⅱ）给出，保证输出电压不同断，转换时间为零。
                • （2）性能特点
                  • ①逆变器（Ⅱ）监视输出端，并与逆变器（I）参与主电路电压的调整，可向负载提供高质量的电能。
                  • ②市电中断时，输出电压不受影响，没有转换时间；当负载电流发生畸变时，由逆变器（Ⅱ）调整补偿。
                  • ③当市电存在时，逆变器(I)与逆变器(Ⅱ)只对输入电压与输出电压的差值进行调整与补偿，逆变器主要承担输出功率中的无功功率和瞬间变化，因而功率余量大，过载能力强。
                  • ④逆变器（I）同时完成对输入端功率因数的校正功能，输入功率因数>0.9，输入谐波电流 <3％。
                  • ⑤在市电存在时，由于两个逆变器承担的最大功率仅为输出功率的1/5，因此整机效率可以达到96％。
                  • ⑥在市电存在时，逆变器（Ⅱ）的功率强度仅为额定值的1/5，因此功率器件的可靠性必然大幅度提高。
                  • ⑦由于具有输入功率因数补偿，因而节能效果好。
          • 4、UPS的选用
            • 1）购买时考虑的因素：
              • （1）注意输出功率、输出电压波形、波形失真系数、输出电压稳定度、蓄电池可供电时间的长短等技术参数；
              • （2）注意产品的可维护性；
              • （3）UPS所配蓄电池的容量：
                • ① 蓄电池的性能价格比； ② 蓄电池的放电效率比；
            • 2）如何选型：
            • 3）其他因素对选型的影响