根据对场地大屏幕彩色显示屏输入特性的相关检测数据可知,在大屏幕彩色显示屏的交流电源输入端采用的是单相整流滤波器,来为其负载提供各种低压直流电源的设计方案,如图1所示。这是一种单相整流滤波型非线性负载的典型输入波形。在正弦波电压供电的条件下,其电流波是一串非连续性的脉冲波。相关的运行实践表明,对于场地大屏幕彩显系统来说,彩显屏幕的图像画面亮度的瞬变,其所需输入功率的负载百分比的瞬态变化率极大。与图像亮度较暗(轻载)时的输入功率相比,处于图像亮度较亮(重载)时,其输入功率的变化可能会突然增大12～14倍。与此同时,其输入电流谐波含量THDI值始终保持在57%～77.4%的高电流谐波的“污染”水平上,其输入功率因数PF值始终处在0.5～0.76的低功率因数水平(见表2)。由此可见,这种负载是会向UPS反馈大量谐波电流的单相整流滤波型的非线性负载,其谐波污染的危害性主要表现在:因场地大屏幕彩显系统输入电流谐波含量THDI值相当高,在此条件下,当它处于重载(图像亮度很高)条件下运行时,由于反射到UPS输入端的谐波电流的绝对值很大,会导致在输入电源原本是正弦波电压的波形上呈现出明显的“削顶”现象,从而导致在UPS的电压失真度(THDV值)急剧增大(见图2);对于这种单相整流滤波型非线性负载而言,由于其输入电流谐波含量主要来自3次电流谐波分量及其奇数次的电流谐波分量。由此所带来的负面影响之一是:导致其零线电流会增大到其输入相电流的150%～170%。对于所检测的这台大屏幕彩显系统而言,当它运行在相电流为131A的条件下时,所测得的零线电流竟高达226A,其零线电流与相电流之比高达1.7:1。
图1 大屏幕彩显的输入特性
图2 400V/2kW高压气体灯(金属卤化物灯)的控制原理图
表2 彩显屏幕图像的亮度与其输入功耗、PF值和THDI值之间的关系
有鉴于此,在为场地大屏幕彩显系统选配UPS时,一定要预留足够的功率裕量。因此,按照大屏幕彩显系统的最大运行功耗来选配UPS的功率,并将其供电系统的零线电缆截面积增大为相线电缆截面积的1.5倍。
(2)场地音响功放系统
众所周知,由于音响功放设备及大功率扬声系统经常是在功放音乐信号/语言信号的条件下运行的,信号强弱的波动范围很大。其中,音乐信号的强弱起伏最大。就一般的音乐信号而言,其峰值功率会比其额定功率高出2～3倍。为了使这些音响功放设备能长期可靠地运行,应为它们预留适当的功率裕量。在实际工作中,常将功率裕量设定为≥最大不失真功率P0。P0这个参数的定义是:在负载为8Ω时,在确保供电电源的总电压谐波失真(THDV)不大于1%的条件下,这套功放设备所应输出的连续正弦波的功率。根据相关的经验数据,宜将音响功放设备的额定功率取为其功放最大不失真功率的1/2左右。为此,在选配UPS的输出功率时,要考虑此项运行参数。在充分考虑到UPS的过载能力的前提下,选择UPS的输出功率。
(3)IT设备及网管设备
对于服务器、计算机等IT设备及网络通信设备而言,它们都是多年来在筹建各类IDC机房所常见的单相整流滤波型非线性负载。根据多年来的工作经验,建议将UPS单机的负载百分比控制在IT设备功耗的80%之内。
3 金卤灯照明系统的工作原理及其运行特性
如上所述,对于金卤灯照明系统而言,在其运行中,如果因故使其供电电源出现供电时间超过4～5ms的闪断/停电故障的话,就会导致金卤灯照明系统熄灯10min以上的事故,从而造成不必要的经济损失或恶劣的社会影响。为避免这样的事故发生,有必要弄清楚其工作原理及运行特性。
3.1 金卤灯的工作原理
一台400V/2kW的金属卤化物灯的典型控制框图如图3所示。它是由如下四大部件组成的:
①金卤灯的灯管:这是金卤灯照明系统的核心部件;
②触发器:利用它来控制金卤灯灯管的启动/关断;
③由“电感型镇流器L+电容C”所组成的输入滤波器;
④由“输入开关K+接触器J”所组成的手动“开机/关机”控制系统。