Навигация

 

 Меню раздела

Токовые выпрямительные блоки питания
Стабилизаторы напряжения
Стабилизаторы импульсного действия
Стабилизаторы напряжения импульсного действия
Режим работы НТТ
Нелинейные резисторы
Организация питания полупроводниковых устройств
Параллельный феррорезонансный контур как стабилизатор напряжения
Метод эквивалентных синусоид
Процесс возникновения ферро-резонанса
Свободные составляющие токов и напряжений
Процесс феррорезонансных колебаний
Переходный процесс в феррорезонансном контуре
Токовые феррорезонансные блоки питания
Комбинированные выпрямительные блоки питания
Нестабилизированные блоки напряжения
Стабилизированные блоки напряжения
Выбор параметров феррорезонансного СН
Тиристорные СН последовательного действия
Стабилизаторы напряжения на базе ДН
Особенности работы трехфазного БПНС
Способы выполнения комбинированных блоков питания
Векторные диаграммы напряжений БПК
Реальные входные характеристики БПК
Использование заряженных конденсаторов
Разряд конденсаторов на электромагнитные аппараты
Заряд конденсаторов от источников выпрямленного напряжения
Переходный процесс заряда конденсатора
Зарядные устройства, включаемые в цепи напряжения
Заряд конденсаторов от источников выпрямленного тока
Заключительная часть процесса заряда конденсатора
Векторные диаграммы
Зарядные устройства, включаемые в цепи тока
Работа электромеханических аппаратов
Организация питания полупроводниковых устройств
Выполнению комплектных полупроводниковых устройств релейной защиты
Использование однофазных БПТ и БПН
Особенности использования выпрямленного оперативного тока
Перерывы в питании оперативным током
Особенности применения выпрямленного оперативного тока
Схемы включения выпрямительных блоков питания
Выбор схемы включения БПТ
Схема простейшего БПК
Схемы включения централизованных БПК на упрощенных подстанциях
Проектирование упрощенных подстанций
Централизованный БПК
Выполнение БПК на подстанции
Схемы питания оперативных цепей от заряженных конденсаторов
Применение зарядных устройств и блоков конденсаторов
Защита трансформаторов для упрощенных подстанций
Область применения схемы питания
Основная особенность маломощных токовых УЗ
Расчет схем с БПТ
Расчет нагрузки на БПТ
Метод расчета
Расчет схем с БПН и БПНС
Проверка работы защитных устройств в цепях БПН и БПНС
Расчет схем с БПК
Выбор параметров БПК
Анализ БПК с трехфазным БПН или БПНС
Построение эквивалентных ВАХ для двухфазных к. з
Расчет схем с зарядными устройствами и блоками конденсаторов
Примеры расчета БПК на распределительных подстанциях
Выпрямительные блоки питания


Заряд конденсаторов от источников выпрямленного напряжения

В зависимости от режима использования заряженных конденсаторных батарей к устройствам для их заряда (УЗ) предъявляются требования как по скорости заряда, так и по значению предельного напряжения в длительном режиме. Поэтому должны исследоваться установившийся и переходный режимы заряда конденсаторов от источника переменного напряжения. Таким источником, как правило, является промежуточный трансформатор ПТН, осуществляющий гальваническое разделение цепей переменного напряжения и оперативных цепей, а также обеспечивающий получение требуемого уровня зарядного напряжения.
Выпрямитель, являющийся обязательной составной частью УЗ, может выполняться одно- или двухполупериодным.
Установившийся режим заряда конденсаторов является основным с точки зрения оценки схем, в которых скорость заряда не имеет существенного значения. Рассмотрим сначала этот режим для однополупериодной схемы выпрямителя. Схема замещения показана на рис. 30, а. В ней принято, что характеристика намагничивания ПТН идеальна и ток намагничивания отсутствует, сопротивления первичной г\ (приведено к стороне вторичной обмотки) и вторичной г2 обмоток являются чисто активными, диод Д идеален, а его прямое ГПР и обратное г0бр сопротивления вынесены, сопротивление утечки конденсатора гут линейно. При подаче входного напряжения и' 1 (приведено к стороне вторичной обмотки) нужно рассмотреть два режима (рис. 30,6) заряда (области / и III) и разряда (область II). Если постоянная времени разряда конденсатора составляет более 0,5 с, то напряжение в области остается практически неизменным, а следовательно, оно остается неизменным и в областях I и III. Поэтому напряжение в течение всего установившегося режима остается практически неизменным. Оно зависит от соотношения между сопротивлениями заряда и разряда конденсатора. Это было показано в [2], где на основании представления о неизменности ш во времени использовалось основное условие установившегося процесса заряда конденсатора — равенство нулю среднего зарядного тока за период частоты напряжения и\.
Найдем средние за период токи через конденсатор в схеме на рис. 30, а в предположении, что известен диапазон углов 2ф, в течение которого и>мс. Учитывая, что tic = U' sin ф, а сопротивление заряда равно г3ар==г'+г2+гпр (г0бр и гут на несколько порядков больше и могут не учитываться), получим положительный средний ток трансформатора ПТН, как площадь, заштрихованную на рис. 30, в в области /, деленную на гзар, а средний ток заряда конденсатора /зар.ср равен этому току за вычетом тока утечки через гут:
В области II разряд конденсатора осуществляется через г0бр под воздействием разности напряжений (гэар в этом случае пренебрегаем) и под действием напряжения через гут. Напряжения, под воздействием которых происходит разряд, соответствуют площадям, заштрихованным по-разному на рис. 30, в (область II). Вычисляя эти площади интегрированием, можно получить результирующий средний ток разряда (без учета его знака).
Поскольку угол ф невелик, заменим tg ф двумя первыми членами его разложения в ряд Тейлора. При углах ф до 45° это дает погрешность не более 10 %. Поэтому приближенное выражение, характеризующее уровень напряжения заряда, можно записать.
При г' +г2-ЬгПр=0 ф=0 и, следовательно, напряжение заряда ис равно амплитуде напряжения и'. То же самое будет при бесконечно больших сопротивлениях г0бр и гух. При всех остальных значениях сопротивлений напряжение будет меньше амплитуды напряжения.
В реальных УЗ используются кремниевые диоды, обратное сопротивление которых достигает 1—2 МОм и выше. Однако параллельно диодам, как правило, устанавливаются выравнивающие резисторы, имеющие сопротивление по крайней мере на порядок меньше. Поэтому сопротивление г0бр — это практически сопротивление выравнивающих резисторов.
Если конденсаторные батареи включаются через разделительные кремниевые диоды, то можно пренебречь разрядом конденсатора через их обратное сопротивление и учесть только прямое сопротивление этих диодов. В этом случае выражение принимает вид:
Прямое сопротивление диодов нелинейно, и поэтому замещение его линейным резистором Гпр вносит определенную погрешность. Однако в установившемся режиме ток заряда невелик, и диоды работают в начальной части вольт-амперной характеристики, где сопротивление больше по значению и ближе к линейному, чем в рабочей части характеристики, в которой сопротивление можно считать обратно пропорциональным току.
Сопротивление утечки конденсаторов зависит от их типа. У металлобумажных конденсаторов, наиболее распространенных в схемах с УЗ, сопротивление утечки составляет примерно 600—1000 МОм/мкФ при температуре 20 °С, но падает до 40—60 МОм/мкФ при температуре 60 °С. У электролитических конденсаторов это сопротивление составляет около 2—3 МОм/мкФ.
Расчеты и опыт показывают, что УЗ с однополупериодным выпрямлением, внутренним сопротивлением промежуточного трансформатора примерно 500—600 Ом и металлобумажными конденсаторами при емкости батареи около 500 мкФ дают снижение напряжения заряда на 8—10 % по сравнению с зарядом конденсатора емкостью примерно 80 мкФ. При электролитических конденсаторах предельная емкость заряжаемой конденсаторной батареи снижается в 10—15 раз по сравнению с батареей бумажных конденсаторов.
Проведем такой же анализ для схем с двухполупериодным выпрямлением. На рис. 31, а приведена упрощенная расчетная схема устройства с выпрямительным мостом, а на рис. 31,6 и в схемы замещения для режима заряда и разряда соответственно. Здравствуйте. Спешите купить елочные игрушки оптом. Я уже опробовал!
Если пренебречь падением напряжения от очень малых токов 12 и U в резисторах г'+г2 и гПр, то в области I положительный средний двухполупериодный зарядный ток составит [см. (75)]:
В соответствии с рис. 31, в в моменты времени, когда модуль напряжения и с превышает модуль переменного напряжения и', точки/и 2 являются эквипотенциальными, разрядного тока через источник нет и разряд конденсатора осуществляется как по гут, так
При двухполупериодной схеме выпрямления сопротивление цепи заряда в области I следует принять равным rj+2r2+гПр, где двойное сопротивление г2 взято исходя из условия, что каждая из секций вторичной обмотки занимает при прочих равных условиях вдвое меньшее окно ПТН, а число витков секции примерно такое же, как у полной вторичной обмотки ПТН в предыдущих схемах.
Разряд конденсатора в области II осуществляется по трем путям: через сопротивление гут под воздействием напряжения ыс и через оба сопротивления г0бр под воздействием разности напряжения и напряжений. Хорошо видно, что площадь каждой из этих разностей (косая штриховка на рис. 32, б) равна площади, ограниченной прямой в области II. Это означает, что эквивалентный разряд конденсатора осуществляется.
Наименьшее значение ср, а следовательно, наибольшее напряжение заряда будет при использовании выпрямительного моста, однако при достаточно мощных ПТН (малые значения г\ и г2) уровень напряжения ис во всех трех схемах отличается незначительно. Тот же самый вывод можно сделать и для случая, когда используются диоды с большим Гобр и конденсаторы с малыми утечками.
Следовательно, в тех случаях, когда время заряда конденсаторов не имеет существенного значения, наиболее экономичной является самая простая из схем — схема с однополупериодным выпрямлением.
Для выбора параметров схемы заряда при заданных требованиях к скорости заряда необходимо рассматривать не только установившийся, но и переходный процесс в схеме.