工业供电电源的好坏对于工厂设备管理和装置的正常、有效地运行具有重要的影响力，因此工业电源的选择与其他所有的工业控制系统的部件的选择同样重要。
    目前，工业自动化技术的发展日新月异，自动控制系统的更新的周期也愈来愈短了。这一方面要求系统设计者更专注于新的自动系统的发展和挑选,另一方面，电源生产厂家也必须提供更高质量和满足各种控制系统要求的工业电源，从而使系统设计者能放心地采用这些产品，提高系统的可靠性。
    基于这个目的，这个讲座将着重地讲授如何选择正确的工业电源，工业电源的基本原理及要求，同时对在生产实际中遇到的问题作了详细的讨论。

1  工业控制开关电源的基本结构

    一般的工业控制开关电源按照其安装的方法可以分成三类：插入式开关电源、平板式开关电源和导轨式开关电源。
    ?  插入式开关电源  是按照IP00的保护等级进行设计的, 主要用于安装在已有外壳内的单个供电电源的情况（如变频器的内部电源等）。这类设备对于外来异物和水的进入不提供保护，同时也无抗冲击和振动的能力。因此在工业控制系统的领域里，这种形式的电源很少得到应用，如图1所示。
    ?  平板式开关电源  严格地讲平板式开关电源需按照IP20的保护等级进行设计的，通常来说， 具有这一保护等级的电源可以直接安装在干燥的房间及控制箱里，并且可以确保对带电部件的触碰保护和防止直径在12.5毫米（0.5英寸）以上的外来异物的进入。 如有需要，电源设备可以被安装在一个本身就能确保足够保护的控制箱内。同时平板式开关电源应有一个坚固支架能承受频率范围在10Hz~150Hz之间的2.3g的振动（g为重力加速度）。在工业应用，必须能承受加速度峰值在30g，持续时为18ms的冲击的防护能力。平板式开关电源采用螺丝固定在背板的攻丝螺纹上，它必须保证通过测试的电源在控制箱内完全安装后，能够被安全的运输至安装地点而不会出现从安装轨道上脱落的现象。

图1  插入式开关电源

图2  平板式开关电源

    ?  导轨式开关电源  导轨式开关电源与平板式开关电源相同，电源的外部采用IP20等级的罩壳。在安装的技术上使用DIN标准的导规式的方法，这样一来可即插即用，安装在可移动的家用电器上或者安装在标准导轨上的工业控制柜里，完全满足工业用电设施的供电安装的需求。与一般的平板式开关电源相比较，具有安装简单、可靠性强、散热性能好及维修保养方便的优点。随着工业控制系统对电源要求越来越高的情况下， 导轨式开关电源将在工业领域里得到越来越广泛的应用。

图3  导轨式开关电源(德国PULS电源公司产品)
 *在本文中,所提到的电源均为导轨式开关电源

2  导轨式开关电源的电参数和防护要求

2.1  导轨式开关电源的电参数
    衡量一个导轨式开关电源性能的好坏主要是由它的的输入/输出变量来决定的，为了更加便于理解，用图4来说明。

图4  电源技术数据参数分配

    (1)  输入端变量
    Input voltage    输入电压                            
    Frequency     工作频率                                  
    Inrush current    突变电流(瞬间峰值电流)              
    Current consumption   耗电流        
    Input fuse     输入保险丝                           
    Power factor    功率因数
    Mains buffering    干线缓冲                     
    Harmonic filter    谐波滤波器                       
    PFC     功率因数校正
    Primary grounding    初级端电源接地                       
    (2)  输出端变量
    Output voltage    输出电压
    Output current    输出电流
    Output fuse    输出端保险丝
    Start-up delay    启动延迟时间
    Control deviation    偏移控制
    Rise time     脉冲响应时间
    Residual ripple    余纹波
    Reverse voltage    反向电压
    Second grounding   次级端电源接地
    (3)  工作环境条件
    周围温度，湿度，海拔高度，振动和冲击强度。
2.2  导轨式开关电源的防护要求
    除此而外，为了保证电源单元的工作安全，可用性及对人员的保护，电源具有不同的保护级别和安装的要求。根据国际标准的一些规定，电子设备（包括电源）的保护级别分为等级0，1，2和3。仅具备等级0的设备被禁止使用。导轨式开关电源单元通常被设计为符合保护级别I和II。
    (1)  具备一级保护级别的设备
    对于保护级别I的设备来说，电击防护并非仅仅限制于基本的绝缘设施。此外，电源必须与设备的保护导体相连接，因此，即使是在绝缘设施发生问题时也不会有电压降。此类设备都具有接地保护线（PE）。
    导轨式开关电源一般符合一级保护级别。此类单元通常使用电源输入端的PE连接线接地。电源单元通过导轨安装适配器通电地连接到导轨上。如果安装导轨已经接地，则通过端点的PE连接并不再是必需的。
    (2)  具备二级保护级别2的设备
    对于保护级别II的设备来说，电击防护除了有绝缘设施，还使用一种双重或加强绝缘体。因为这种电源没有与保护接地连接的可能性。为了安全起见，此类设备与安装条件无关。借助良好的绝缘方案和非导体的外壳，一般二级保护级别设备的导轨开关式电源要采取很高的抗干扰措施，PULS公司的导轨式开关电源都采用一级保护级别的接地方式。
    (3)  电隔离装置
    对于导轨式开关电源电隔离装置是一个重要的要求，这在本质上是由绝缘体，变压器和一个设计合理的闭环控制电路决定的。具备电隔离装置的电源在从设备输入到输出之间不存在电压和电流的连接。在设计绝缘功能时，制造商的任务便是选择一种合适的绝缘材料及提供足够大的空隙。除其它参数外绝缘电压和设备的最大安装高度还取决于绝缘空隙大小的选择。
    (4)  安装高度
    依据DIN VDE 0110规范第一部分设计的电源适合安装的最小海拔高度为2 000米（6 562英尺）。
    (5)  安全隔离
    如果一个供电回路的电压与另一个的电压无关的话，那么依据DIN VDE 0106 规范，101部分这2个供电回路是安全隔离的。 这涉及到绝缘措施的选择，使用安全的变压器以及完全的隔离装置，其中包括利用光电耦合器进行隔离的控制电路。PULS 所有的导轨开关电源 SilverLine强力型、MiniLine 迷你型和Dimension概念型电源都根据DIN VDE 0100-410，DIN VDE 0106-1010 和EN 61558-2-17规范进行和通过了安全隔离的测试。德国 VDE 0555/EN 60742规范规定了隔离变压器以及额定频率超过500Hz的变压器的电安全性指标。由于这些电源被很安全地隔离，不再有必要为了符合DIN VDE 0551规范而使用昂贵的隔离变压器。
2.3  导轨式开关电源输出端接地的分析
    输出电压端的接地装置保证了直流电压电路在接地发生故障情况下得到可靠的保护。避免由于接地故障引起对人员和机器的危险发生。所谓接地故障是指一根电源线与地线可允许的连接，例如，由于导线绝层导致裸线和一个接地的外壳相接触。
    如图5所示，当接地故障发生在位于输出端保险丝的后面直接在负载电路中时，是非常危险的。在这个区域里，如果发生双重接地故障，这样会导致在起动开关位置的短路，从而引起机器的误启动，发生人为的事故。
    为了避免由于接地故障引起的误动作，可以通过在输出端附加一个与地线相连的安全低电压输出接地来实现，如图6所示。理想情况下，输出电压端的接地直接放在电源的输出端上。在这种情况下，如果在输出电回路某个位置出现非故意的接地故障，这样非故意引起的接地故障会导致熔丝和输出电压负载回路的短路，进而导致熔丝熔断，启动继电器不会发生误动作，操作人员和机器能够得到安全上的保护。

图5  电源输出端无接地措施

图6  电源输出端带有接地措施

    图7为根据德国标准0100-410规范的开关电源输出电压端的安全低电压的接地连接到PE地线的方式。

图7  电源输出端接地与PE的连接方法