長距離低壓直流傳輸導線末端的“電壓補償”

    眾所周知，電流流經(jīng)傳輸導線時會產(chǎn)生電壓降，而傳輸導線上的電壓降常常被忽視。比如，線徑為1mm²、長度約50米的銅導線的電阻就接近1歐姆，如果其中流過10A的電流，導線上的電壓降就會達到10V。而負載所需的電流幾乎都不是恒定的，比如，電機或者具有較大輸入電容的負載起動時所需的短時峰值電流可能引起更大幅的電壓暫降。而一般的電氣元件都不能耐受如此寬范圍的輸入電壓波動，出現(xiàn)重新起動、復位或功能失常等故障現(xiàn)象。

    用戶在選定導線線徑時，往往會參考導線廠商提供的數(shù)據(jù)，根據(jù)導線中預計流過的持續(xù)電流值來選定導線的線徑。而大多數(shù)導線廠商提供的“線徑電流對照表”是根據(jù)導線的散熱情況，標定不致引起導線溫度高于某一危險限值時的最大允許持續(xù)電流值。按照這種方法計算的結果往往是選定了偏小的線徑。

    比如，需要為30m所需導線長為60m)外的顯示屏供電，顯示屏所需電流為4A。按照“線徑電流對照表”，0.75mm²線徑的導線似乎足夠了。而事實上，長度60m、線徑0.75mm²的導線上流過4A電流時，會產(chǎn)生6.75V的電壓降(圖1所示為直徑1mm²的導線線長與壓降關系曲線，依此可方便計算出4A電流流過60m的0.75mm²線徑時的壓降),這意味著從電源輸出的24V電壓到達導線末端的顯示屏時會在17.25V­-24V之間隨著電流 4V-0A 而波動，顯然，這對于像顯示屏這樣的負載來說是無法承受的。

分布式供電無法實現(xiàn)
　　一種可行的解決方案是，盡量縮短低壓直流傳輸導線的長度，將交流/直流電源設置在負載附近。 但這需要改變整個系統(tǒng)的供電方式，由“集中供電”改為“分布供電”，需要安排更多的交流“取電 點”，或者采用長距離的 230Vac 或 400Vac 交流傳輸線。在很多應用中，考慮到低壓安全要求或系統(tǒng) 設計要求等，無法實行這種方案。

普通的直流/直流轉換器方案
另一個可行的解決方案是在長距離低壓直流導線末端串入一臺直流/直流轉換器，作為“電壓補償 器”，以補償導線上的壓降引起的電壓波動。并不是所有的直流/直流轉換器都適用于此類應用，非常 重要的是，
1) 直流/直流轉換器要有較寬的輸入電壓范圍，允許的輸入低電壓要很低。
2) 直流/直流轉換器自身不能有過高的輸入(起動) 電流需求。

PULS 普爾世的電壓補償器 CD5.241-L1
　　PULS 普爾世在開發(fā)電壓補償器“CD5.241-L1 ”時，認真考慮了這些應用需求，設計了 14-35Vdc的寬輸入電壓范圍，和主動式浪涌電流抑制以及“軟”起動功能以避免普通直流/直流轉換器起動時的 輸入峰值電流?？梢韵率鰬脼槔齺碚f明它的特性。
　　在長距離低壓直流傳輸導線末端有一個電氣元件，它的輸入側內(nèi)置較大的電容器，起動時會產(chǎn)生 較高的短時充電電流，而所需持續(xù)電流為 1.5A。由于所需持續(xù)電流值較小，用戶可能會根據(jù)“線徑電流對照表”選擇較細的導線，很容易出現(xiàn)電氣元件無法正常起動。此時，若在負載前串入額定 5A 的普通的直流/直流轉換器來補償電壓降，在起動時會出現(xiàn)如下情況：
　　直流/直流轉換器會用其最高允許的輸出電流(一般為 6.5A)來為該電氣元件中的輸入電容器充電。 同時，直流/直流轉換器內(nèi)部的電解電容器也要被充電。這就造成直流/直流轉換器輸入端出現(xiàn)很高的電 流。結果是，與沒有串入直流/直流轉換器時相同，不斷出現(xiàn)重起動，或者無法起動。
　　PULS 普爾世的 CD5.241-L1 很好地解決了這些問題。在輸入電壓出現(xiàn)后，輸出電流會緩慢上升到 最高值，這樣輸出端的負載或電容器就會被“溫柔”地充電。當然，這種“軟”起動時間會長一些， 但是這種方式有效地避免了起動過程中的大電流。

圖2 ：CD5.241-L1 的軟啟動，無輸入浪涌電流(24V/5A 持續(xù)輸出時)

圖3：CD5.241-L1 的“軟”啟動時輸入電流與輸出電壓( 圖2 中部分放大)

　　該產(chǎn)品還具有輸入/輸出絕緣電隔離，并在-25 至 60°C 之間可以輸出 120W 滿載功率。如需更多功率，可以將多臺產(chǎn)品的輸出并聯(lián)。該系列產(chǎn)品還可以提供 20 ％的額外功率儲備，在+45 °C 環(huán)境溫度下還可以持續(xù)輸出該額外功率。 
　　扁平的外形設計使得該產(chǎn)品可以安裝在深度為 120mm 的小型電控柜中，而32mm 的寬度節(jié)省了DIN 導軌上的安裝空間。內(nèi)部集成的“軟”起動功能，電子輸入浪涌電流抑制器，輸入極性反置保護，和全面的標準和認證，保證了該產(chǎn)品簡單方便的安裝。除了上文描述的 24V/24V 的電壓補償器之外，PULS 普爾世的 CD5 系列還包括 24V/12V, 48V/24V 等多款產(chǎn)品。

圖4 ：普爾世的直流/直流轉換器 CD5 系列(24V/24V 產(chǎn)品都帶有 EX 防爆認證)

　　CD5 系列直流/直流轉換器的其它應用除了可以在長距離傳輸導線末端穩(wěn)定電壓之外，CD5 直流/直流轉換器系列還可以用于：
    1) 電池驅動時的輸出電壓穩(wěn)壓調(diào)節(jié)；
    2) 提供與控制電路的絕緣電隔離，以避免接地故障回路；
    3) 船舶、叉車等移動供電應用；
    … …
    其中，CD5.241-s1 提供電池供電應用中的有用特性：帶有兩個繼電接觸器觸點輸出。“Input-low contact 輸入電壓低信號”可以探測電池輸出電壓低，而“DC-OK 觸點”則可以用來構建冗余系統(tǒng)。這 款產(chǎn)品還帶有具有抗振動能力的快速連接彈壓式接線端子。其它款產(chǎn)品則沿用螺絲固定接線端子。

 
圖5：帶繼電接觸器觸點輸出的CD5.241-s1