先说答案:不同电压等级的电源可以并联吗?答案是:若不采取特殊措施,将多只电源直接并联想都不要想,完全不可能。一旦并联后,电源会因为内阻剧烈发热而迅速烧毁,继而系统发生破坏性崩溃。
这种特殊措施是什么?这要从相同电压等级的电源并联谈起。注意:这个问题是很有技术背景的。
我们知道,哪怕是普通的电池,它也是有内阻的。我们把两只电压相同的电池并联起来,会发生何种问题?我们看下图:
我们先看图1的1图:图中电池E1输出电流I,I在外电路分成两支,一支I1流过负载电阻R,另一支I2流过电池E2,并在电池E2的内阻r2上产生热量 ,使得电池E2发热。
同样,我们在图1的2图中看到电池E2也对电池E1的内阻产生发热作用,其热量为: 。如果两只电池E1和E2的参数完全一致,则两只电池的发热当然也完全一致。
我们把图1中的电池换成开关电源或者稳压电源,情况也一样。
在工程中,把电源的并联叫做电源并列,把电源并列后流过电源内阻的发热电流叫做环流。
电源并列引起的环流发热很严重,它会影响到电源的工作寿命,影响到系统的稳定性。因此,在实际工作中,一定要消除环流。
我们看下图:
图2中,我们在两只并列的电池(电源)输出端各串接一只二极管,如此一来,环流就消失了。
当前,特别是用于PLC的24V直流的冗余电源,电源正极出口处一定要配套二极管。事实上,已经有专门的产品,用于构建双电源的阻环流二极管。图2中右侧是菲尼克斯公司的阻环流二极管产品,我们从该产品面板上能看到双二极管的接线图。
我们看下图:
图3是两台串联型稳压电源,它们消除环流的办法也是串接二极管。
现在,我们把思路在拓展一下。如果两台电力变压器也需要并列,这种并联操作在企事业单位中很常见,我们该如何消除环流?
由于电力变压器输出的交流电流和功率都很大,此时不可能加装二极管。为此,要求并列的两台变压器,它们的阻抗电压一致,输出电压一致,绕组接线当然也要一致。另外,这两台变压器的一次侧供电回路必须来自同一个中压配电网,以消除频率偏差和相位差偏差。我们把两台变压器的并列操作叫做同期操作。
我们常常需要将自备发电机和变压器并列操作,用于停电后的电压恢复过程。在此过程中,同期检测十分重要,它还必须检测市电和发电机电压之间的频率偏差、相位偏差和电压偏差。若同期不合格,则发电机与变压器之间不允许并列。
事实上,在我编写的变电站和配电所测控PLC程序中,有相当部分就是用于电源(电力变压器、自备发电机机组)间的并列操作,而PLC自身必须采用双冗余的24V电源供电,当然也需要配套阻环流二极管。
回到题主的主题上来。
不知道大家想到没有,两只并列的电源,即便是相同厂家相同规格,它们的电源电动势也不可能完全一致。因此,题主的疑问一定会在很小的范围内出现。如何解决?
我们看图4:
图4其实就是图2,其中E1=5V,而E2=10V。由于二极管导通后的压降是0.7V,当二极管D2导通后,A点的电压是: 。我们看到,二极管D1的负极是正9.3V,正极是5V,所以二极管D1截止。
由此可见,当两个电源并联后,只要在电源正极串联二极管,则电动势较高的电源能够输出电能,电动势较低的电源被关闭。
由此可见,阻环流二极管的作用不但消除了环流,同时也抑制了电源电压偏差带来的不良后果。但请注意,除非两只电源的电动势和内阻完全一致,否则冗余电源组合在任何时刻,都只有一只电源在工作。
这可不就是电源冗余的本来目的吗?
所以,期望通过电源冗余并列提高负载能力,这种想法在工程中实现起来有点困难,因为它正好是矛盾的两个方面。解决方法是什么?我留给题主吧,等着题主回答。
由此可见,这个问题的工程应用还是很普遍的,也很有意义。