一分為二看動態(tài)電壓瞬變范圍

劉蘇寧

（中國電信股份有限公司廣東研究院，廣東 廣州 510630）

1 圖解項目檢驗

《YD/T 1095-2018通信用交流不間斷電源（UPS）》（以下簡稱《YD/T 1095》）[1]中，有3個檢驗項目用于檢驗不間斷電源的輸出電壓穩(wěn)定性：穩(wěn)壓精度、動態(tài)電壓瞬變范圍和電壓瞬變恢復時間。

穩(wěn)壓精度與動態(tài)電壓瞬變范圍兩個項目的檢驗計算方法相似，都是計算輸出電壓一個實測值相對于另一個作為基準值的輸出電壓值的相對誤差。穩(wěn)壓精度計算中的“基準值1”是輸出電壓額定值，動態(tài)電壓瞬變范圍計算中的“基準值2”是輸出電壓在瞬間變化前穩(wěn)定狀態(tài)下的波形峰值（峰峰值）實測值?！盎鶞手?”存在的前提條件是其以輸出電壓額定值為基準，滿足穩(wěn)壓精度的技術指標（≤±2%）?！盎鶞手?”以V0表示。

穩(wěn)壓精度與動態(tài)電壓瞬變范圍兩個項目的檢驗條件不同。穩(wěn)壓精度的兩個檢驗條件為：①輸出電流為額定值和輸入電壓為下限值；②輸出電流為零和輸入電壓為上限值。分別在這兩個條件下檢測輸出電壓實測值，計算實測值相對于其額定值的相對誤差S1和S2，從中選取一個絕對值較大的數(shù)，即穩(wěn)壓精度的檢驗結(jié)果。

檢驗動態(tài)電壓瞬變范圍和電壓瞬變恢復時間的兩個檢驗條件：

（1）突加條件：輸出電流由零值瞬間增加到額定值；

（2）突減條件：輸出電流由額定值瞬間減少到零值。

這兩種突變條件彼此獨立，且標準沒有要求檢驗的先后順序。

假設計算結(jié)果BV1和BV2滿足動態(tài)電壓瞬變范圍技術指標（≤±5%，220±5%，209～231）），但超出穩(wěn)壓精度的技術指標量值范圍（±2%，220±2%，215.6～224.4）。

1.1 輸出電流突加條件下動態(tài)電壓瞬變范圍檢驗計算

圖1是輸出電壓的3個相鄰周期的正弦波正半周波形示意圖。左邊第一個波峰瞬變前的峰值實測值V0。T1時刻，輸出電流由零值瞬間增加到額定值，第二個波峰峰值瞬變減少到實測值V1，209≤V1≤215.6。輸出電流突加，輸出電壓瞬變減少是大概率事件，電流突加后維持額定值大小不變。

輸出電壓瞬變值為ΔV10=V1-V0。

瞬變后電壓峰值實測值的相對誤差，用BV1表示：

BV1是動態(tài)電壓瞬變范圍中的一個最大值（絕對值）。

1.2 輸出電流突加條件下電壓瞬變恢復時間檢驗計算

如圖1所示，T1時刻，輸出電流由零值瞬間增加到額定值，第二個波峰峰值瞬變減少到實測值V1，之后電壓峰值實測值快速“恢復”趨近于發(fā)生瞬變前的峰值量值V0。T2時刻，第三個波峰峰值實測值V3=215.6，恰好“恢復”到與V0的相對誤差符合穩(wěn)壓精度的技術指標。

圖1 輸出電流突加，輸出電壓瞬變值ΔV10和恢復時間BT1

電壓瞬變恢復時間：BT1=T2-T1。

如果BV1沒有超出穩(wěn)壓精度的技術指標，那么BT1=0。電壓瞬變恢復時間的技術指標有20 ms、40 ms、60 ms三檔。

1.3 輸出電流突減條件下動態(tài)電壓瞬變范圍檢驗計算

圖2顯示輸出電壓三個相鄰周期的正弦波正半周波形示意圖。左邊第一個波峰瞬變前的峰值實測值V0。T3時刻，輸出電流由額定值瞬間減少到零值，第二個波峰峰值瞬變增加到實測值V2，224.4≤V2≤231。輸出電流突減，輸出電壓瞬變增大是大概率事件，電流突減后維持零值大小不變。

輸出電壓瞬變值ΔV20=V2-V0；

瞬變后電壓峰值實測值的相對誤差，用BV2表示。

BV2是動態(tài)電壓瞬變范圍中的一個最大值（絕對值）。

1.4 輸出電流突減條件下電壓瞬變恢復時間檢驗計算

如圖2所示，T3時刻，輸出電流由額定值瞬間減少到零值，第二個波峰峰值瞬變增加到實測值V2。之后，電壓峰值實測值又快速“恢復”趨近于發(fā)生瞬變前的量值V0，T4時刻，第三個波峰峰值實測值T4=224.4，恰好“恢復”到與V0的相對誤差符合穩(wěn)壓精度的技術指標。

圖2 輸出電流突減，輸出電壓瞬變值ΔV20和恢復時間BT2

電壓瞬變恢復時間：BT2=T4-T3。

如果BV2沒有超出穩(wěn)壓精度的技術指標，那么電壓瞬變恢復時間BT2=0。

在兩個條件下，兩次檢測動態(tài)電壓瞬變范圍僅有兩個檢測數(shù)據(jù)——BV1和BV2。檢驗結(jié)果的表達形式有兩種：①條件1和條件2：BV1～BV2；②條件1：BV1；條件 2：BV2。

“BV1～BV2”表達了一個“范圍”，符合項目名的題義，但是含義不清晰。例如，符號“～”表達的從BV1到BV2之間的數(shù)值是什么數(shù)據(jù)？如何劃分給其所屬的已知的兩個檢驗條件？所以，檢驗結(jié)果的表達形式只能采用“條件1：BV1；條件2：BV2”。這種形式的邏輯意義相當于已把“動態(tài)電壓瞬變范圍”一分為二，視其包含兩個同名的小項目。

從圖1和圖2共4個不同的計時時間（T1、T3和T2、T4），可見兩次檢驗是發(fā)生在不同的時間，不同的波形及其峰值說明檢測計算的“地點”也不同，佐證這種“一分為二”觀點是正確的。

2 用示波器檢驗動態(tài)電壓瞬變范圍

使用存儲示波器檢驗動態(tài)電壓瞬變范圍。圖3和圖4是示波器顯示波形的截屏，共有4條信號波形。上方第一條波形是輸出電壓波形，在時間軸上密集疊加在一起。第二條是輸出電流波形，呈現(xiàn)出“直線-矩形-直線”的模樣，其中“矩形”是密集疊加在一起的額定電流信號波形，“矩形”兩側(cè)的“直線”是幅度為零的電流波形。第三條是局部放大第一條電壓波形后的波形。第四條是局部放大第二條電流波形后的波形，被放大的波形部分出自“矩形”一側(cè)2條ΔT游標垂線框定的區(qū)間。

如圖3所示，第二條電流波形中，“矩形”左側(cè)的波形由“直線”瞬間變化到“矩形”，這是輸出電流由零值突然增加到額定值，在做電流突加條件下的檢驗。ΔT游標垂線框定的局部電流信號波形被放大后，顯示如第4條波形，一半直線加一半正弦波的復合波形，直線與正弦波的連接點就是電流突加變化點。

如圖4所示，把2條游標垂線移動到第2條電流波形中的“矩形”的右側(cè)位置，波形由“矩形”瞬間變化到“直線”，這是輸出電流由額定值瞬間減少到零值，在做電流突減條件下的檢驗。游標垂線框定的局部電流信號波形，被放大后顯示如圖4所示中的第4條波形，一半正弦波加一半直線的復合波形，正弦波與直線的連接點就是電流突減變化點。

“矩形”兩側(cè)的瞬間突變點，可視為兩個不同的“檢測地點”?！熬匦巍辈ㄐ畏宸逯凳禽敵鲭娏鞯念~定值，“矩形”波形的延續(xù)時間就是電流突加變化與突減變化的間隔時間，也是人為加上額定負載，之后再卸掉額定負載的間隔時間。對間隔時間長短的唯一要求是最好等待幾個或十幾個“60 ms”的時間，輸出電壓“恢復平穩(wěn)”之后。

輸出電流突加條件下的檢驗與突減條件下的檢驗之間沒有關系，所以能把“動態(tài)電壓瞬變范圍”這個檢驗項目一分為二，視其包含兩個同名的小項目。因而，不同條件下的二個檢驗數(shù)據(jù)之間沒有關系，形如“BV1～BV2”把沒有關系的二個數(shù)據(jù)撮合在一起，無法解釋其實際意義。

如圖3所示，依據(jù)標準《YD/T 1095》[1]要求，在電流突加條件下，在第3條輸出電壓波形上檢測動態(tài)電壓瞬變范圍，檢測步驟：

（1）移動示波器的2條ΔT游標垂線，垂線間距20 ms，測量電流突加前的一個周期的電壓波形峰峰值，記為V0。

圖3 輸出電流由零值突然增加到額定值時輸出電流和輸出電壓波形

圖4 輸出電流由額定值突然減少到零值時輸出電流和輸出電壓波形

（2）移動2條游標垂線，垂線間距20 ms，測量電流突加后電壓瞬變值ΔV10量值最大的一個周期的電壓波形峰峰值，記為V1。

（3）計算電壓瞬變的相對誤差，用BV1表示：

BV1是動態(tài)電壓瞬變范圍中的一個最大值（絕對值）。

如圖4所示，同樣步驟，在電流突減條件下，在第3條電壓波形上，測得電流突減前一個周期的波形峰峰值，記為V0；電流突減后，測得電壓瞬變值ΔV20量值最大的一個周期的波形峰峰值，記為V2。

電壓瞬變的相對誤差，用BV2表示：BV2是動態(tài)電壓瞬變范圍中的一個最大值（絕對值）。檢測電壓瞬變恢復時間。圖3中，在第3條電壓波形上，從電流突加點開始移動2條ΔT游標垂線，垂線間距20 ms，觀察電流突加后的電壓波形的有效值變化。當電壓有效值“恢復”到215.6 V時，所用的時間即電壓瞬變恢復時間BT1。圖4中，同樣步驟，在第3條電壓波形上觀察電流突減后的電壓波形的有效值變化。當電壓有效值“恢復”到224.4 V時，測得電壓瞬變恢復時間BT2。

3 輸出電流的取值

從輸出電流的取值來討論檢驗結(jié)果的表達形式。滿足“突加條件”的做法，是在UPS輸出端瞬間加上額定負載，輸出電流為額定值。實現(xiàn)“突減條件”的做法，是在輸出端瞬間卸下額定負載，開路狀態(tài)，電流為零。

在空載至額定負載之間任取一個負載量R，對應一個大于0、小于額定電流的電流Ir。常見的是電流Ir與電流零值之間的瞬間變化導致的輸出電壓峰峰值的瞬變，那么這個瞬變中電壓實測值的相對誤差是否包含在按兩個條件要求所做的檢驗結(jié)果中呢？為了與標準《YD/T 1095》[1]中給定的檢驗條件及其檢驗結(jié)果進行比較，只考慮電流Ir與電流零值之間的瞬間突加和突減變化。

標準中[1]，定義“輸出電壓瞬變值”是二個量的差值，瞬變后的輸出電壓峰峰值實測值（以V1和V2表示）與瞬變前輸出電壓的峰峰值實測值V0的差值（V1-V0、V2-V0）。與此相似，給“輸出電流瞬變值”下一個定義，它是電流突減前和電流突加后的一個電流值Ir與電流零值的差值：Ir-0=Ir。當Ir接近或等于輸出電流零值時，電流瞬變值接近或等于零值，是最小值。當Ir接近或等于輸出電流額定值時，電流瞬變值接近或等于額定值大小，是最大值。

輸出電流突變，不同大小的電流瞬變值都對應有不同大小的輸出電壓瞬變值，兩者的變化量呈正比關系。先看輸出電流從零值瞬間突加到Ir條件下的檢驗，參見圖1和圖3。電流突加導致輸出電壓峰峰值瞬間變小，實測值為V1。

當輸出電流Ir接近或等于額定值時，電流瞬變值接近或等于額定值大小，是最大值；有一定量的電壓瞬變值與之對應，也是最大值，電壓峰峰值實測值的相對誤差BV1也是最大值，BV1在動態(tài)電壓瞬變范圍內(nèi)也是最大值。這是依據(jù)《YD/T 1095》[1]中提出的突加條件所做的檢驗。

當輸出電流Ir接近或等于輸出電流零值時，電流瞬變值接近或等于零值，是最小值；電壓瞬變值亦接近或等于零值，也是最小值。電壓峰峰值實測值的相對誤差BV1是最小值，BV1在動態(tài)電壓瞬變范圍內(nèi)也是最小值。

一般而言，輸出電流從零值至Ir突加條件下，當0≤Ir≤額定值、0≤V1的相對誤差≤BV1。動態(tài)電壓瞬變范圍：0～BV1。

參見圖2和圖4，再看在輸出電流瞬間從Ir突減到零值條件下，電流突減導致輸出電壓峰峰值瞬間變大，實測值為V2。同樣的分析過程，可以得到結(jié)論：當0≤Ir≤額定值時，0≤V2的相對誤差≤BV2。動態(tài)電壓瞬變范圍：0～BV2。

兩種條件下的檢驗結(jié)果“0～BV1”和“0～BV2”中的“0”是必然存在、取值確定的，所以可采用省略形式。

輸出電流突加條件下，檢驗結(jié)果為BV1；輸出電流突減條件下，檢驗結(jié)果為BV2。

4 結(jié) 論

（1）把檢驗項目一分為二，合情合理?！扒椤笔荱PS的工作情況，“理”是檢測發(fā)生在不同時間、不同地點、不同條件下。

（2）在零值至額定值、額定值至零值之間瞬變，這兩種極端條件下的檢驗結(jié)果的表達形式“0～BV1”和“0～BV2”具有指導意義，指明了一般條件下Ir與零值之間瞬變，動態(tài)電壓瞬變范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)取值范圍。

（3）“動態(tài)電壓瞬變范圍”內(nèi)所有的量值都是同等檢驗條件下輸出電壓瞬間相對變化的相對誤差值。