HD23艾默生充电模块.docx
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HD23艾默生充电模块
HD22010-3艾默生充电模块
2.1HD22010-3系列
2.1.1模块简介
HD22010-3系列充电模块是电力电源最主要的配置模块,广泛应用于35kV
到330kV的变电站电力电源中.本系列产品为HD22010-2系列充电模块的
优化产品,其各项性能指标优于HD22010-2充电模块.
HD22010-3系列充电模块采用自冷和风冷相结合的散热方式,在轻载时自冷
运行,符合电力系统的实际运行情况.模块外形尺寸与HD22005-3充电模块
相同,因此模块的功率密度有所增高.
型号说明
HD22010-3
产品版本
10A额定输出电流
220Vdc额定输出电压
充电模块
订货信息
订货信息见下表.
表2-1-1订货信息
名称型号编码单位定购指南备注
充电模块HD22010-302130517PCS根据系统要求配置个数自然冷/风冷结合防尘设计
充电模块HD11020-302130XXXPCS根据系统要求配置个数自然冷/风冷结合防尘设计
工作原理概述
下面以HD22010-3模块为例介绍产品,工作原理框图如下图所示.
三相
交流输入
直流
176V～286V
0～2860W
输入
EMI
三相
无源PFC
DC/DC整流
滤波
输出
EMI
输入检测
保护
辅助
电源
DC/DC
控制与保护
输出,温
度检测
模块
监控
RS485
图2-1-1HD22010-3充电模块原理图
HD22010-3充电模块由三相无源PFC和DC/DC两个功率部分组成.在两功
率部分之外还有辅助电源以及输入输出检测保护电路.
前级三相无源PFC电路由输入EMI和无源PFC组成,用以实现交流输入的
整流滤波和输入电流的校正,使输入电路的功率因素大于0.92,以满足
DL/T781-2001中三相谐波标准和GB/T17794.2.2-2003中相关EMI,EMC
标准.
后级的DC/DC电路由DC/DC变换器及其控制电路,整流滤波,输出EMI
等部分组成,用以实现将前级整流电压转换成电力操作系统要求的稳定的直
流电压输出.
辅助电源在输入无源PFC之后,DC/DC变换器之前,利用三相无源PFC的
直流输出,产生控制电路所需的各路电源.
输入检测电路实现输入过欠压,缺相等检测.DC/DC的检测保护电路包括
输出电压电流的检测,散热器温度的检测等,所有这些信号用以DC/DC的
控制和保护.
结构及接口
1.模块外观
HD22010-3充电模块的外观如下图所示.
图2-1-2HD22010-3充电模块外观
2.前面板
HD22010-3充电模块前面板如下图所示.
紧固螺钉
LED显示面板
指示灯
显示切换
按钮
拉手盖板
风扇罩及
防尘网
拨码开关
手动调压
按钮
图2-1-3充电模块前面板
1）LED显示面板
显示模块的电压,电流或告警信息.
由显示切换按钮进行输出电压和电流的显示切换.显示3位数字,电压显示
精度为±0.3V,电流显示精度为±0.2A.
出现模块告警时,闪烁显示故障代码.
2）指示灯
模块面板上有3个指示灯,功能见下表.
块认为只有地址为254的数据包是广播数据包.
③地址设置拨码
拨码开关右边四位为模块通信地址设置拨码,用于设置模块的通信地址.
在模块上设置的通信地址为二进制数,每一位拨码向上拨代表二进制数0,
向下拨代表二进制数1.四位地址设置拨码中最左边一位为最低位,最右边
一位为最高位.
充电模块HD22010-3的地址设置拨码为4位,因此模块的地址设置范围为
0~15,也就是说,连接到监控模块的同一个串口上的模块数最大为16个.
模块地址是监控模块识别各充电模块的唯一标志,同一系统中模块的地址设
置不能相同.对于同一个模块,模块通信地址设置必须与监控模块中的模块
地址设置相同,否则将出现通信异常.
在监控模块中设置的模块地址为十进制数,他们之间的转换关系见下表.
表2-1-3模块地址拨码状态和地址对应表
模块地址拨码状态
1234
拨码
二进制值
对应
模块地址
000000000
000100011
001000102
001100113
010001004
010101015
011001106
011101117
100010008
100110019
1010101010
1011101111
1100110012
1101110113
1110111014
1111111115
例如:
地址设置拨码处于如图2-1-4所示的位置（黑色为拨码位置）.表示二
进制1010,从表中可查出十进制地址为10.
6）拉手盖板
模块拉手隐藏在盖板后面.将盖板向下平移,就会露出模块拉手.模块工作
时应将拉手盖板恢复到图2-1-3位置,否则将影响模块的散热.
7）风扇罩及防尘网
风扇罩用于防止外部物件被风扇吸入充电模块中造成模块损坏.防尘网用于
过滤灰尘以延长模块寿命.
3.后面板
HD22010-3充电模块的后面板主要是输入输出一体化插座,如下图所示.
盖板
一体化插座
风道板
散热器
图2-1-5HD22010-3充电模块后面板
HD22010-3充电模块采用输入输出一体化插座,可热插拔,因此模块安装维
护极为方便.
一体化插座管脚分布如下图所示.
直流输出负极
4
V
PE保护地
W
直流输出正极
均流-
均流+
Data-
Data+
26
29
2
3
1
27
28
U
图2-1-6一体化插座管脚分布
管脚详细说明见下表.
表2-1-4一体化插座管脚说明
信号名称引脚号信号定义特性说明
1V相输入
2U相输入
3W相输入
模块的交流电源输入端,输入方式为三相三线制.
交流输入
4保护地PE为模块的保护地引出端,内部已经和模块外壳连接.
12DATA+
通讯接口
15DATA-
弱信号端,模块和上级设备的通讯接口,为串行异步传输模式,
通信方式为RS485.
21SHARE+
均流接口
24SHARE-
弱信号端,两个或者两个以上的模块输出并联时,需要将此端并
联,以实现模块均分负载功能.
26输出正极
直流输出
29输出负极
模块的直流输出端,输出和机壳之间隔离.
主要功能
1.保护功能
1）输入过/欠压保护
模块具有输入过/欠压保护功能.当输入电压小于313±10Vac或者大于485
±10Vac,模块保护,无直流输出,保护指示灯（黄色）亮.电压恢复到335
±10Vac～460±15Vac之间后,模块自动恢复工作.
2）输出过压保护/欠压告警
模块具有输出过压保护欠压告警功能.当输出电压大于293±6Vdc
（HD11020-3模块为148±4Vdc）时,模块保护,无直流输出,保护指示灯
（黄色）亮.模块不能自动恢复,必须将模块断电后重新上电.
当输出电压小于198±1Vdc（HD11020-3模块为99±1Vdc）时,模块告警,
有直流输出,保护指示灯（黄色）亮.电压恢复后,模块输出欠压告警消失.
3）短路回缩
模块具有短路回缩功能.当模块输出短路时,输出电流不大于40%额定电流.
短路因素排除后,模块自动恢复正常输出.
4）缺相保护
模块具有缺相保护功能.当输入缺相时,模块限功率,可半载输出.在输出
电压为260V时输出5A电流（HD11020-3模块输出130V/10A）.
5）过温保护
模块的进风口被堵住或环境温度过高导致模块内部的温度超过设定值时,模
块会过温保护,模块面板的保护指示灯（黄色）亮,模块无电压输出.当异
常条件清除,模块内部的温度恢复正常后,模块将自动恢复为正常工作.
6）原边过流保护
异常状态下模块整流侧出现过流,模块保护.模块不能自动恢复,必须将模
块断电后重新上电.
2.其它功能
1）风扇温度控制
模块采用温度和电流联合控制风扇转动的方式.风扇转速分为停转,半转和
全转三档,通过对输出电流和模块温度综合考虑进行风扇调速控制.
2）故障显示
模块告警信息以故障代码的形式在LED上实时的闪烁显示.这时LED显示
内容改为故障代码,按下显示切换按钮后显示电压.故障代码如下表所示.
表2-1-5故障代码显示含义
故障代码E31E32E33E34E35E36
代码含义输出欠压模块过温交流过欠压交流缺相原边过流输出过压
3）通信功能
模块可以RS485方式与上位机通信.将模块输出电压和电流,模块保护和告
警信息发送给上位机,接受并执行上位机下发的控制命令.见下表.
表2-1-6HD22010-3系列充电模块通信功能
序号项目指标备注
1遥信
将模块的保护信号（交流过,欠压,缺相,输出过,欠压,模
块过温等信号）和故障信号传递给监控单元
2遥测
测量充电模块的输出电压,电流,送模块表头显示并上报监控
单元
3遥控根据监控单元的命令,控制充电模块的开/关机,均/浮充转换
根据监控单元的命令,调节模块的输出电压
4遥调根据监控单元的命令,在10%～100%范围内调节充电模块的输
出电流限流点
同时具备手动
控制功能,可以
屏蔽监控单元
的控制
性能参数
1.环境要求
HD22010-3系列充电模块环境要求见下表.
表2-1-7HD22010-3充电模块环境要求
项目指标
工作温度-10℃～40℃
储存温度-25℃～55℃
相对湿度≤95%
大气压力70～106kPa
冷却方式自然冷,风冷结合
2.输入特性
HD22010-3系列充电模块输入特性见下表.
表2-1-8HD22010-3充电模块输入特性
项目指标
输入电压323V～475V（三相三线制）
输入电流≤10A
交流输入频率45Hz~65Hz
效率≥92%
3.输出特性
HD22010-3系列充电模块输出特性见下表.
表2-1-9HD22010-3系列充电模块输出特性
项目HD22010-3HD11020-3
输出电压范围176V～286V88V～143V
额定输出电流10A20A
最大输出电流11A（输出电压260V）22A（输出电压260V）
电压上升时间3～8秒（软启动时间）
输出恒流范围10%～110%
稳流精度≤±0.5%（20%限流测试）
负载电压纹波系数≤0.1%
稳压精度≤±0.5%
温度系数（1/℃）≤0.2‰
4.机械参数
模块外形尺寸（长×宽×高）:
398mm×110mm×257mm
模块重量:
30%25Period判据B10
电压暂降,短时中断和电压渐
变抗扰性要求
IEC61000-4-11
>90%250Period判据B
9.MBTF>300,000小时
2.1.2安装设计及维护
注意
未经许可,严禁擅自打开模块外壳.否则,由此造成的设备损坏以及人身伤
害艾默生公司概不负责.同时,由此造成的技术秘密的泄漏,艾默生公司保
留追究相关法律责任的权利.
安装设计
1.模块散热设计
模块采用自然冷却以及风冷相结合的散热方式.小负载时自然冷,大负载时
安装于模块前部的风机从模块前方抽风吹向模块后方.因此在设计电力电源
系统时,需要进行模块的散热风道设计.即在安排模块位置时,应该保证模
块前后上下散热风道的畅通,模块前端和底部必须保留15～20cm进风口.
模块后方尽量少安装温度敏感部件,设计时应避免将直流采样盒,霍尔传感
器,配电监控盒等部件安置在模块风道附近.
注意
严禁将模块水平安装到系统上!
设计机柜时,严禁在模块前加柜门阻碍空气
流动!
2.模块热插拔设计
对模块本身来说,模块不具备热插拔功能.模块能够热插拔的条件是模块输
出端串接隔离二极管,以防止系统母线上已经存在的电压对模块内未充电的
大容量的电容充电,引起母线的瞬时短路和模块内部部分电路的瞬时过载,
严重时甚至毁坏设备.
对正在工作中的模块进行插拔时,必须有严格的时间间隔.原则是拔离的模
块的输出电压完全下降到0V后才能再次插上,否则在重复插拔的过程中,
将导致模块损坏.
注意
同一充电模块在系统带电的情况下,相邻两次插拔时间间隔必须大于1分钟!
在附件中我们提供了热插拔功能需要的相应组件,每套组件包含下表中物
品.
表2-1-12热插拔功能组件
名称型号数量
二极管全桥GP35081
散热器散热功率:
20W1
固定螺丝M4×15带弹垫平垫组合1
二极管全桥内有四个连接的管芯,其引脚如下图所示,连接时参考下图.
模块输出端母排
图2-1-8二极管全桥的电气连接
注意
二极管和散热器之间必须涂抹导热硅脂,保证二极管能够散热良好.
3.模块电源配电设计
为了方便充电模块的单个维护,模块交流输入进线处应分别设置单独的空气
开关.模块不应直接连接到系统交流母线上,推荐空开额定容量为10A.
4.均流通讯线设计
电缆长度根据实际的设计柜体来选择.电缆一般选择四芯屏蔽电缆,也可以
选择非屏蔽电缆.电缆的两头直接和信号转接板的J3,J4相连.
注意
在选择多芯电缆时,对于多余的电缆请不要作任何连接,否则可能导致通讯
质量的下降,造成通讯中断的故障.
模块转接板
5.模块转接板设计
模块转接板如下图所示.管脚定义见下表.
直流输出负极
直流输出正极
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Date+
保护地PE
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W
V
U
图2-1-9模块转接板
每一个充电模块都配备一套模块转接板组件,包含下表所示物品.
表2-1-13模块转接板组件
名称数量备注
一体化插座DL29Z1母头
大号插针6母针
印制板1
已组合4个小号插针,1块印制板
（W1M61X3）和2个四位凤凰端子
各转接板组件应先组装好之后再装配到系统上.组装步骤如下:
1）焊接大号插针电缆
根据实际情况选取适当长度的电缆,电缆规格如下表所示.
表2-1-14模块转接板电缆规格
名称电流载流量型号及规格备注
交流电缆4～5A/mm2BVR-4mm2红,绿,黄三色分别对应A,B,C三相
直流电缆2.5～3A/mm2BVR-4mm2红色为正极,黑色（或者蓝色）为负极
保护接地电缆\BVR-4mm2黄绿相间
信号电缆\UL2464-26XX仅以不同颜色区分即可
将电缆焊接到插针中,如下图所示.
插入后锡焊
12#插针电缆12mm
图2-1-10电缆焊接示意图
2）分别将焊接好的电缆的插针插入一体化插座.
注意
插座第4脚应连接系统保护地PE（系统外壳）,按照标准采用黄绿色导线.
安装尺寸
HD22010-3充电模块安装尺寸见下图.
（
图2-1-11充电模块安装尺寸
运输包装
因模块在系统上是靠档销防止模块滑脱,没有与系统紧固连接.在系统运输
时,模块必须取下,单独包装发运.严禁模块安装于系统上运输,否则将造
成系统和模块损坏.
维护
1.清洗防尘网
HD22010-3充电模块在灰尘较大的环境下长时间工作后,防尘网内会堆积大
量灰尘.灰尘太多会影响模块散热,应及时清洗防尘网.清洗方法如下:
1）取下位于模块前面板上的格状风扇罩.
2）从取下的格状风扇罩中取出防尘网（注意方向）,用清水洗涤,待干燥后,
按原方向装入风扇罩即可.
3）将格状风扇罩装到模块的前面板,复原.
2.更换风扇
模块风扇不需要做特别维护,损坏后,及时更换即可.更换方法如下:
1）取下位于模块前面板上的格状风扇罩（注意风扇罩内装有一个长方形的
防尘网）.
2）取下2颗M3*35的风扇定位螺钉,取出风扇,从拉手底部取出风扇转接
头,拔下2芯电源插头（2颗M4的自攻螺钉用来固定风扇金属网罩,不用
取下）.
3）更换风扇.将2芯电源插头放入拉手底部,安装M3*35的风扇定位螺钉.
4）安装风扇罩,同时应注意防尘网方向,方向错误时,风扇罩将不能装入
面板.
2.1.3模块使用注意事项
模块均流
均流指的是连接到同一母线上的模块输出相同电流以均分负载.模块出厂前
已经经过严格的均流调试,在模块工作于自动控制方式下,任何模块设置为
相同输出电压时,不需要作任何均流调整,模块也不提供外部调整的器件.
系统存在控制模块（采用34,35接线方案）时,控制模块和合闸模块之间
只能连接通信电缆,不能连接均流电缆.任何情况下,充电模块和监控模块
之间只连接通信电缆.
如果发现模块之间严重不均流,采用下述的排除方法,将造成不均流的模块
更换.确认模块是否均流损坏的方法如下:
首先,逐个模块检查均流母线是否连接好,均流线是否连接正确,充电模块
是否在自动工作状态下.如果都正常,按以下步骤查找故障模块.
1.彻底断开模块的均流电缆和通讯电缆,单独开启一个充电模块.
2.待充电模块开启以后,给充电模块加额定负载1/3～2/3的额定电流.
3.用万用表的直流电压档测量充电模块的正负均流母线的之间的电压,正
常情况下应为0.6～1.2V左右.
4.逐个检查每个充电模块在负载情况下的均流母线电压,有电压为正常,
如果负载状态下测量无此电压,则充电模块的均流电路已经损坏.
注意
当模块连接到不同母线上（如系统采用34,35接线方式）时,严禁在控制
模块和合闸模块之间连接均流线!
同时,严禁将均流线连接到监控模块上!
输出电压设定范围
模块在手动工作方式下,输出电压由面板上的手动调压按钮调节.按一下左
边按钮输出电压降低1V,按一下右边按钮输出电压升高0.5V.在自动方式
下,模块电压由监控模块指令控制.
模块告警现象及处理
模块常见故障表现有:
电源指示灯（绿色）灭,保护指示灯（黄色）亮,故
障指示灯（红色）亮.同时数码管闪烁,指示故障代码（电流显示）.各状
态所指示常见故障及处理措施见下表.
表2-1-15模块告警及处理措施
异常现象异常原因处理建议
输入交流断电检查输入是否正常
电源指示灯（绿色）灭
模块内部故障返回维修
输出欠压E31检查输出电压是否正常
模块过温E32环境温度过高.系统热设计不合理
交流过欠压
E33
检查交流输入电压是否正常
交流缺相E34检查交流输入电压是否缺相正常
保护指示灯亮（黄色）
原边过流E35检查模块是否过热,防尘网是否堵塞,拉手盖板是否复位
故障指示灯亮（红色）输出过压E35断开交流电,重新上电
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