提高电能质量

工业控制的设计选项可以提供内置的稳健性电压下降。这些控件已经安装了功能，并且不需要事后缓解电压下降来防御电压下降的影响。

本系列文章的第1部分和第2部分解释和描述了工业过程对电能质量(PQ)事件或电源变化(特别是电压下降)的敏感性的起源，以及减轻这些变化并帮助敏感过程在发生这些事件时保持运行的改造方法。

不要认为电池UPS系统是必要的;还有其他技术。

有效使用现有PQ标准

自1999年以来，组织已经解决了已经存在的PQ现象对工业过程的相对较新的影响，例如SEMI F47标准的电压跌落抗扰性。1999年，半导体设备和材料组织(SEMI)发布了SEMI F47标准，以解决1996年信息技术产业委员会(ITIC)性能曲线中的缺陷——当时半导体制造设备被设计为正常运行。ITIC曲线(下半部分)在图1中显示为绿色线。

EPRI在电能质量方面的研究告知SEMI组织，最常见的电压下降的严重程度，导致半导体制造设备的昂贵工艺中断。SEMI F47标准对ITIC曲线(图1中所示的红线)进行了修改，判断足以允许半导体制造工艺组件和工艺通过这些最常见的电压下降幅度和持续时间。

为了符合标准，半导体控制元件或整个过程必须在0到0.2秒之间通过标称电压的50%以上的区域，在0.2到0.5秒之间通过70%以上的区域，在0.5到1秒之间通过80%以上的区域(后来扩展到2秒)。SEMI F47标准仅处理单相和两相(线对线)电压下降，而不是三相电压下降，这使得半导体制造工艺对电压下降的响应得到显著改善。

然而，SEMI F47标准虽然可以用于其他行业，但专门针对半导体行业。随着人们对三相电压跌落问题的日益关注，以及对解决所有工业过程的标准的需求，电气和电子工程师协会(IEEE)引入了2017年通用工业IEEE Std 1668．该标准结合了与SEMI F47标准提供的单相和两相电压下降相同的稳稳性要求，以及如图2(绿线)所示的三相电压下降的额外要求。

因此，工业控制组件-或整个过程-可能被要求作为采购请求的一部分遵守本标准。

采用坚固的直流电源，交流元件

所有的控制电路元件对电压下降的稳健性都不一样。没有一家制造商“垄断了市场”的鲁棒控制组件。然而，单个模型比大多数模型更健壮。

从1999年开始，EPRI的电力电子应用中心(当时称为EPRI- peac)，并继续通过今天的EPRI和其他测试实验室，许多交流供电组件(接触器，继电器，传感器，控制器和直流电源)已通过认证，符合SEMI F47标准。

图4:通用输入直流控制电路设计示例。礼貌:EPRI(/标题)

调整电机驱动系统的行驶参数

许多现代的可调速驱动器(asd)设计有各种参数，这些参数可以改变，以提供对电压下降的稳健性-一些电子软启动器也可以具有可变的设置。

最简单的参数可能是时间延迟;事实上，一些asd有2秒的时间延迟作为功率损失参数的一部分。如果电源在2秒内没有恢复，驱动器将关闭。幸运的是，大多数电压下降在2秒前就结束了。但是，这个参数可以立即启用，也可以不立即启用。对于大多数具有这些参数的驱动器，买方必须进行更改，因为这些已被禁用。

通常，驱动器关闭直流母线欠压由于电压凹陷。其他参数可能涉及诸如动能缓冲等动作，其中旋转电机的旋转能量可用于维持ASD的直流母线电压，直到凹陷结束。海岸参数允许驱动器释放对电机的控制，从而保持直流母线电压，直到电源返回，从而另一个参数允许ASD捕捉旋转电机在其当时的转速，然后斜坡电机回到操作rpm。

这些有用的参数很少在制造商中共享相同的名称，甚至可能在参数列表中彼此不接近;然而，搜索ASD手册可以识别出它们。一些参数还将列出更改生效所需的相关参数。

总体结论

这篇由三部分组成的文章指出，电压下降是导致工业过程关闭事件的主要原因——120伏控制电路对电压下降最敏感。大多数电压跌落的幅度(剩余电压)为或高于标称的50%，持续时间为0.5秒或更短。在控制电路中，对大多数控件来说常见的几个单独的组件可能会导致控件关闭，从而导致过程关闭。这些组件通常是PLC，它的I/O，直流电源，交流“冰块”继电器和接触器，以及可调速驱动器。

允许控制电路和过程通过电压跌落涉及减轻一个或多个组件对电压跌落的敏感性，或在电压跌落期间支撑控制电路的电压。

虽然后者可以通过基于电池的不间断电源(UPS)来实现，但对于铅酸电池来说，这需要定期检查并在大约三到四年后完全更换电池。以锂离子为基础的UPS等新技术宣称电池寿命可达7至8年。

相比之下，“无电池”缓解方案几乎不需要维护，在高温下运行更好，而且不需要更换电池。这些可能会运行10到15年。

控制电路可以通过要求加入符合电压降标准的组件(SEMI F47或IEEE Std 1668)来设计得更加健壮，或者通过购买订单要求整个过程符合这些标准，而不需要基于电池的UPS来维护。通过只使用由三相通用输入直流电源提供的直流元件，在其范围内的最高输入电压下运行，并且小于满载，控制可能是最可靠的。

通过保持控制电压高，运行信号到ASD可以维持，但驱动器可能关闭直流母线欠压。大多数现代驱动器具有可调参数，可以允许驱动器在一段时间内忽略电压凹陷，直到启用全输入电压返回。制造商可能无法启用这些参数。

可以采用几种方法来提高工业控制从缓解到完全设计的电压跌落敏感性，从而使工业过程对电压跌落的影响更加健壮。

Mark Stephens 是 的主要项目经理; 奥尔登莱特  技术领导者, 电力研究所(EPRI)．编辑:克里斯·瓦夫拉，副主编， 控制工程 ,CFE 媒体cvavra@cfemedia.com．

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关键词:电源，电压下降

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- - - - - -视频:通过要求加入符合电压降标准的元件——SEMI F47或IEEE Std 1668，控制电路可以设计得更健壮。

- - - - - -电能质量概念系列文章．

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