400Hz中频电源经常用在飞机地面供电、机库保障、雷达车间和电子装备实验台。负载里面有开关电源、变频器和晶闸管整流装置,输入电流不是纯正弦波。为400Hz电源配蓄电池时,容量核算要考虑有功功率、直流母线电压、逆变效率、放电深度、温度变化和瞬时冲击。
400Hz中频电源蓄电池容量计算公式
蓄电池容量计算公式如下:
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C = (P × t) / (Vdc × ηinv × ηbat × DOD × K)
C的单位是安时,P是负载有功功率,单位是千瓦。t是备电时间,单位是小时。Vdc是直流母线电压,单位是伏。ηinv是逆变器效率,ηbat是蓄电池放电效率,DOD是放电深度,K是温度修正系数。
| 符号 | 含义 | 常用取值 |
| P | 负载有功功率 | 由kVA乘以功率因数 |
| t | 备电时间 | 0.5h到1h |
| Vdc | 直流母线电压 | 540V或600V |
| ηinv | 逆变器效率 | 0.90到0.95 |
| ηbat | 蓄电池放电效率 | 0.95左右 |
| DOD | 放电深度 | 按电池种类确定 |
| K | 温度修正系数 | 按最低温度确定 |
核算前先确定有功功率
400Hz中频电源的额定输出常以kVA标出。kVA不是kW,两者相差一个功率因数。现场负载功率因数一般在0.75到0.9之间。没法实测时,按0.8估算。比如一台400Hz中频电源额定容量100kVA,功率因数0.8,有功功率P就是80kW。
一组80kW负载核算示例
以80kW负载做核算。备电时间按0.5小时,直流母线电压取540V,逆变器效率取0.92,蓄电池放电效率取0.95,放电深度取0.8,温度修正系数取1.1。计算如下:

P等于80kW,先把80kW换成80000W。80000乘以0.5小时,得到40000Wh。分母是540乘以0.92乘以0.95乘以0.8乘以1.1,约等于415。40000除以415,得到约96.3Ah。
这里算出的96.3Ah是整组电池在540V电压下的容量。实际选型时,需要把单体电池串联到540V,再看单体容量是否达到这个数。达不到时,用并联电池组满足容量,并联组还要做均流处理。
蓄电池种类与放电深度对照
| 电池种类 | 放电深度DOD | 容量核算特点 |
| 富液式铅酸电池 | 0.6到0.7 | 需要定期维护 |
| 阀控式铅酸电池 | 0.7到0.8 | 免维护,内阻略大 |
| 胶体电池 | 0.7到0.75 | 低温性能比普通铅酸好 |
| 磷酸铁锂电池 | 0.8到0.9 | 重量轻,放电倍率高 |
温度修正系数取值
电池温度低时,可放出的容量会下降。K值大于1会把容量放大。下面是常见温度下的修正系数。
| 环境温度 | K值 |
| 25摄氏度 | 1.0 |
| 20摄氏度 | 1.04 |
| 15摄氏度 | 1.11 |
| 10摄氏度 | 1.19 |
| 5摄氏度 | 1.28 |
| 0摄氏度 | 1.40 |
瞬时冲击电流的核算
400Hz中频电源带交流电动机或变压器时,启动电流会高于运行电流。电池内阻和逆变器峰值电流需要一起看。只用平均有功功率算容量,可能在大功率设备启动时把直流母线电压拉低,中频电源会欠压保护。现场要按负载启动曲线的峰值电流校核,至少要按3倍额定电流看电池能不能撑住。
充电恢复能力
电池放完电后,需要通过整流器把电量补回来。充电电压上限要与直流母线电压匹配。充电电流太小,备电时间无法快速恢复;充电电流太大,电池温度会升高。容量核算还要看整流器的充电能力,不能只算放电侧。
现场经验数据
在我处理过的400Hz中频电源项目里,航空地面电源常用30分钟到60分钟备电时间。雷达负载的冲击电流更大,电池容量需要适当放大。铅酸电池和磷酸铁锂电池在相同负载下算出的容量不一样,因为放电深度和单体电压平台不一样的。现场也观察到,电池温度超过35摄氏度时,浮充电压需要重新校核,否则电池内部失水加快。
配套400Hz电源储能电池选型核算事项
400Hz中频电源的直流母线电容、输出滤波器和逆变器压降都会实际放电电流。电池容量做得太大,占用空间大,电池组重量也会增加;做得太小,电池会经常深放。合山东运电气有限公司在400Hz中频电源储能电池配套核算中有实际项目积累,可提供负载曲线核对和电池组配置。实际报价需要查看网页上的电话进行沟通。
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