电源的并联和冗余——有什么区别?

 

  

您的系统或机器需要更高的总功率,还是想确保可靠的电源供应?常见的解决方案包括并联或建立冗余供电系统。在这篇博文中,您将了解有关这两种系统类型的定义、差异和正确使用的更多信息。

最大化利用率与最小化停机时间

通过并联两个或多个相同类型的电源单元,它们共享一个系统或机器的电源。共同供电从而实现更高的总功率

另一方面,冗余电源系统可提高系统或机器的可靠性。在这里,额外的电源单元安装在机器或系统中作为备用。万一其中一个单元出现故障,其余电源单元将维持系统运行。冗余模块防止反向馈入可能短路的电源输出。

总功率更高——并联是如何工作的?

通过并联使用电源,系统或机器所需的负载电流由多个电源单元共同提供。

电源有哪几种并联方式?

通常,可以将可以并联连接的电源分为两组:带负载共享和不带负载共享的电源。

在没有负载共享的电源情况下,无法确保均衡的电流分配。这会导致电源过载和过热,进而导致设备故障。

另一方面,具有负载共享功能的电源装置可确保均衡的电流分配。这可以防止一个或多个设备过载。此处可以区分主动负载共享和被动负载共享。

有源负载分配中,连接的控制电路确保电源之间输出电压的精确同步。然而,这非常复杂并且容易受到干扰。

 

 

两台电源简单并联

 

 

图一:简单并联结构

 

如果 100% 平衡分布不是根本,则可以使用无源负载共享。此处,输出电压设置为尽可能一致。

随着输出电流的增加(从空载电压到满载),输出电压降低(倾斜特性曲线)。如果一个电源单元低于另一个电源单元的输出电压,则另一个单元参与电流供应(见图 2)。

 

 
 

 

 

带有倾斜特性曲线的被动并联示例

 

 

图 2:具有倾斜特性曲线的无源并联电路

 

 

 

电源设置得越一致,电流分布就越平衡——例如,40% 到 60% 的比例。但是,这里不会实现完全平衡的 50:50 分配。

被动负载共享既可靠便宜对于许多系统和机器来说,这种操作模式足够了。因此,普尔世专注于为大多数具有并联功能的电源装置提供无源负载分配。

 

如何正确设置并联?

为了在并联连接的电源单元之间实现平衡负载,输出电压必须尽可能精确地设置为相同的值。每个电源制造商设计其输出电路的方式不同。因此,建议使用相同品牌的相同电源这样可以实现可靠的调整并防止在操作过程中出现不可预见的问题。

为了最大限度地降低设备过热的风险,电源必须彼此相邻布置,而不是安装在彼此的顶部。根据安装手册考虑设备之间最小间距的规范。

 

更高的可用性——什么是冗余电源系统?

在冗余电源系统中,使用的电源多于为负载实际供电所需的电源。这些单元在它们之间共享总负载(= 并联)。如果其中一个发生故障,则全部负载由其余电源单元承担。如果有故障的电源单元在此过程中短路,冗余模块 会保护它不被反馈到短路中。

因此,这种可靠的电源可确保机器或系统的高可用性。冗余电源系统尤其适用于无法容忍电源故障的情况。

一个应用是在汽车行业,生产停工的成本远远超过从一开始就设置冗余电源系统的成本。另一个例子是食品行业:根据卫生法规,停工的系统必须彻底清洁才能重新投入运行。这种维护既费时又费钱,可以通过冗余系统来避免。

 

有哪些类型的冗余?

有多种冗余系统可供选择。一些最常用的包括 1+1 和 N+1 冗余。

 

 

1+1冗余

 

 

 

1+1冗余

 

 

1+1 冗余需要三个组件:两个相同的电源单元和一个冗余模块。

电源之间共享负载电流。如果两者之一发生故障,另一个将接管 100% 的负载供电。对于 10 A 负载电流,需要两个 10 A 电源装置。

您可以使用两个CP10.241电源单元和一个YR20.242冗余模块来设置此 1+1 冗余系统

 

 

 

 

N+1冗余

 

 

 

N+1冗余

 

 

对于 N+1 冗余,除了所需的电源单元(N = 数量)之外,还安装了一个备用电源。

例如,对于 60 A 的总负载,需要三个 20 A 电源单元。然而,在这种情况下,四个 20 A 单元分担负载(每个 15 A)。如果其中一个出现故障,其余三个电源仍可提供总负载。

您可以使用四个CP20.241电源单元和两个YR40.241冗余模块来设置此 N+1 冗余系统

 

 

 

在冗余电源系统中,您还必须注意前面提到的并联连接规则。

对于 N+1 冗余,您应该只使用允许并联使用的电源单元。至于1+1冗余,总负载可以由一台机组提供,这就是为什么一台机组永远不会超载的原因。因此,未明确标记为可并联的电源单元也可用于 1+1 冗余。

 

使用冗余时应该注意什么?

为了使冗余电源系统发挥作用,每个电源都应连接到不同的交流电源这可以防止在输入侧出现故障时出现完全故障。然而,这种单独的交流电源通常难以在控制柜中实施。

冗余系统还应该提供一种监控电源装置的方法。如果出现故障,外部信号会向 PLC 发送警报,通知维护团队。然后,技术人员可以在不停机的情况下快速更换有故障的电源装置。这种对设备的无缝监控使维护工作顺利进行。

 

结论

电源的并联连接主要用于增加总功率在这里,电源单元共同提供操作机器或系统所需的负载。

冗余电源系统着重于电源的可靠性。在这种情况下,多个电源单元也共同为机器或系统供电。与并联连接不同,即使一个电源单元出现故障,冗余系统中的总负载也可以不间断地供电。为此,使用了比负载电流实际需要更多的电源单元。冗余模块防止回馈到可能短路的电源输出中。当必须防止停机时使用此解决方案。