Назначение основных блоков СГЭП и их реализация

 

2.1.1 Входной сетевой выпрямитель в зависимости от питающей сети может быть одно- или трехфазным, неуправляемым, а для расширения функциональных возможностей (изменения уровня выпрямленного напряжения) — управляемым.

2.1.2 Сглаживающий фильтр выполняет функции фильтрации (уменьшения) переменной составляющей выпрямленного напряжения до уровня, который требуется по условиям эксплуатации для регулирующего органа, питающегося от входного выпрямителя, ограничения зарядного тока конденсатора фильтра, компенсации кратковременных провалов напряжения питающей сети. Фильтры делятся на пассивные (R, L, C-фильтры) и активные — электронные фильтры. В том случае, если силовой инвертор не предъявляет жестких требований к качеству питающего напряжения, критерием для выбора величины пульсаций на выходе фильтра может быть допустимая амплитуда переменной составляющей на конденсаторе входного фильтра. Оценка сглаживающих действий фильтра производится обычно по величине его коэффициента сглаживания, определяемого отношением коэффициента пульсаций на входе фильтра (выходе выпрямителя) к коэффициенту пульсаций на его выходе. При расчете фильтров на его выходе обычно учитывают только постоянную составляющую выпрямленного напряжения и основную гармонику пульсации, т.к. амплитуды высших гармоник с увеличением номера гармоник резко падают. Наиболее эффективно осуществляется сглаживание пульсаций при помощи Г-образных фильтров, составленных из дросселей и конденсаторов.

2.1.3 Задача инвертора (И) заключается в преобразовании входного постоянного напряжения в переменное, прямоугольное или ступенчато-синусоидальное с одновременным регулированием его значения. Одним из вариантов реализации этих задач может быть использование регулятора постоянного напряжения на базе непосредственного преобразователя напряжения (НПН), обеспечивающего стабилизацию постоянного напряжения и нерегулируемого инвертора. Наиболее часто для этих целей используют инверторы с широтно-импульсным регулированием. Регулирующие органы с прямоугольным выходным напряжением наиболее просты в реализации, но обладают определенными недостатками. Наличие высокочастотных гармоник, превышающих допустимый уровень, в выходном прямоугольном напряжении может вызвать помехи в работе оборудования, содержащего линейные блоки питания, или питающегося через понижающий трансформатор. К таким потребителям относятся офисные АТС, радио и телеоборудование, измерительная и медицинская аппаратура. Выгодно использовать прямоугольное напряжение там, где к СГЭП подключают импульсные блоки питания, имеющие структуру «выпрямитель — накопительный конденсатор высокой емкости — импульсный преобразователь». В этом случае форма выходного напряжения не оказывает существенного влияния на работу блоков питания и обеспечивает малый коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения.

2.1.4 Трансформатор обеспечивает гальваническую развязку нагрузки от питающей сети и служит для согласования уровней входного и неограниченного числа, в общем случае, выходных напряжений, в частном случае он может быть исключен.

2.1.5 Аккумуляторная батарея [5], цепь последовательно соединенных химических источников тока, предназначена для питания регулирующего органа РО (в нашем случае силового инвертора) при отклонениях напряжения основой питающей сети за допустимые пределы либо полном ее отсутствии. Основным классификационным признаком АБ служит тип электролита: кислотный или щелочной. Различают три режима эксплуатации аккумуляторов: переключения, буферный и аварийный. В режиме переключения АБ разряжается и заряжается поочередно. В буферном режиме АБ подключена параллельно основному источнику. При возрастании нагрузки или снижении входного напряжения батарея частично разряжается, при снижении нагрузки — вновь подзаряжается. В аварийном режиме эксплуатации АБ постоянно поддерживается в режиме готовности к работе и подключается к цепи нагрузки при отказе основного источника.

Основными параметрами АБ являются емкость и напряжение. Следует различать напряжение электрохимической системы, напряжение разомкнутой цепи, разрядное и номинальное. Наиболее важным является разрядное напряжение начальное и конечное. Разряд батареи связан с опасностью переполюсовки отдельных аккумуляторов и соответственно, чем больше соединено последовательно элементов, тем ниже надежность АБ. Числом последовательно соединенных аккумуляторов выбирают номинальное напряжение в цепи постоянного тока.

Разрядной емкостью АБ называют количество электричества, которое источник тока отдает при заданном режиме разряда до достижения определенного конечного напряжения, измеряется емкость в ампер-часах.

Величину номинальных токов разряда и заряда АБ принято выражать в долях от номинальной емкости и измерять в амперах. Режим разряда определяется особенностями потребителя, а заряда — особенностями самих аккумуляторов и зарядных устройств.

Существует два основных способа заряда АБ: при постоянстве тока и постоянстве напряжения. Для повышения надежности АБ при эксплуатации следует соблюдать требования зарядных и разрядных характеристик, выполненных в виде номограмм для различных типов аккумуляторов и режимов их работы.

Емкость и напряжение АБ в каждом конкретном случае выбираются из условий технического задания такими, чтобы обеспечить потребителя электроэнергией на время выхода напряжения основного источника за допустимые пределы при заданном токе нагрузке.

2.1.6 Зарядное устройство предназначено для восполнения электрической энергии АБ при ее многократном использовании. Схемотехника практической реализации ЗУ довольно разнообразна: от простейших — неуправляемый выпрямитель с согласующим трансформатором на входе, до схем с поэлементным контролем и зарядом АБ. При одном преимуществе — простота реализации — первый вариант имеет массу недостатков. Основной недостаток — отсутствие контроля за состоянием АБ. Для повышения долговечности аккумуляторных батарей при высокой надежности их в эксплуатации ЗУ должно иметь возможность работать в двух режимах: режиме заряда со стабилизацией зарядного тока и режиме подзаряда при стабилизации напряжения на АБ. Второй режим используется для компенсации потерь емкости за счет саморазряда АБ. Такие ЗУ позволяют реализовать многоступенчатый (несколько уровней стабилизации тока), а, кроме того, и форсированный заряд аккумулятора.

2.1.7 На разрядное устройство возложена задача согласования уровня выходного напряжения АБ с уровнем напряжения питания РО основного (силового) канала СГЭП от входного выпрямителя. Высокие значения КПД достигаются в непосредственных преобразователях постоянного напряжения (НПН), использующих импульсные методы регулирования. Непосредственные преобразователи имеют предпочтение в тех случаях, когда входное и выходное напряжения сопоставимы. Если напряжения отличаются во много раз, то эффективнее использовать многократные преобразователи. В них последовательно осуществляется инвертирование, трансформация, выпрямление, что приводит к увеличению потерь и снижению КПД. Tак как РО основного канала работает в широком диапазоне изменения питающего напряжения и обеспечивает поддержание выходного напряжения с заданной точностью, то на разрядное устройство необязательно возлагать задачу стабилизации выходного напряжения. Разрядное устройство можно заменить отсекающим диодом, если на входе СГЭП установлен согласующий трансформатор, выпрямленное напряжение вторичной обмотки которого соизмеримо с напряжением АБ.

2.1.8 Блок питания собственных нужд (БПСН) предназначен для обеспечения всех узлов и устройств системы напряжениями требуемых уровней и соответствующего качества. Традиционное построение источников питания на основе низкочастотных трансформаторов и нескольких каналов разноуровневых напряжений, как правило, всегда требуемых для сложных систем, обладает одним достоинством — высокой надежностью, но зачастую не удовлетворяет по таким критериям как коэффициент полезного действия и массогабаритные показатели. Существенно повысить КПД и улучшить массогабаритные показатели позволяет использование непосредственных преобразователей напряжения. Однако они имеют свой недостаток: выходные напряжения у таких источников не имеют между собой гальванической развязки. Всего этого удается избежать при использовании преобразователей, выполненных на основе инверторов. Использование звена повышенной частоты позволяет улучшить массогабаритные показатели электромагнитных элементов, а наличие трансформатора обеспечивает гальваническую развязку входных и выходных цепей.

2.1.9 Схема управления СГЭП предназначена для обеспечения работоспособности системы во всех режимах и по принципу действия может быть реализована как аналоговой, так и с использованием дискретных полупроводниковых элементов; цифровой, в которой функциональные узлы могут быть выполнены на базе логических элементов или цифровых интегральных микросхем более высокого уровня. Еще более высокий уровень интеграции достигается использованием микропроцессорной техники. Наиболее распространены комбинированные схемы управления, в которых используется и аналоговая, и цифровая, включая процессоры, схемотехника. Схема управления инвертором основного канала формирует сигналы управления силовыми ключами по заданному алгоритму и обеспечивает тем самым возможность регулирования выходного напряжения в требуемом диапазоне. Структура построения схемы управления может быть либо одноканальной, в которой разделение сигналов управления осуществляется на последнем этапе, либо многоканальной — в ней управляющие каждым ключом сигналы формируются независимыми каналами.

2.1.10 Сопряжение управляющих входов ключей силового инвертора с выходами схемы управления требует установки усилителей мощности, обеспечивающих усиление сигналов управления по мощности и согласование их по уровню напряжения. Важным моментом является и обеспечение гальванической развязки высоковольтных ключей от схемы управления, особенно в мостовых схемах, в которых силовые транзисторы уже связаны между собой гальванически. Согласование сигналов по мощности решают либо с помощью транзисторных импульсных усилителей, либо с использованием драйверов, обеспечивающих требуемый алгоритм работы ключей в стойках инвертора. Гальваническая развязка может быть обеспечена как оптоэлектронными приборами, так и установкой в выходных каскадах усилителей развязывающих трансформаторов.

2.1.11 Для поддержания одного или нескольких выходных параметров системы с заданной точностью при воздействии возмущающих факторов последняя должна быть замкнута с помощью отрицательных обратных связей по этим параметрам. Задача обратной связи заключается в измерении выходной величины и передаче сигнала с выхода системы на информационный вход схемы управления. При этом сигнал должен быть приведен к виду, удобному для сравнения его с задающим, и соответствовать ему по уровню. В электрических системах наиболее часто стоит задача стабилизации либо выходного напряжения, либо тока нагрузки. Если в устройстве есть обе отрицательные связи, то они не должны работать одновременно. При работе одной из них другая должна быть отключена и наоборот.

2.1.12 На блок защит возлагается задача ограничения несанкционированного изменения тока и напряжений, превышающих допустимые техническими условиями эксплуатации значений, на полупроводниковых и других элементах системы. Использование традиционных средств защиты от аварийных перегрузок (плавких предохранителей, токовых реле теплового или электромеханического действия) не обеспечивает защиты полупроводниковых элементов ввиду недостаточного быстродействия при высоких скоростях развития опасных процессов (сверхтоков и перенапряжений). Поэтому схемы защиты выполняются в виде электронных схем, воздействующих на схему управления или дополнительные элементы с целью ограничения контролируемых параметров в допустимых пределах. Зачастую используются комбинированные схемы, сочетающие быстродействующие электронные защиты и инерционные, пассивные элементы. Функциональная схема защиты включает в себя датчики, источники опорных напряжений, узлы сравнения, запоминающие устройства и исполнительные элементы и может иметь световую или звуковую индикацию.

2.1.13 Схема устройства контроля напряжения предназначена для слежения за уровнем напряжения питающей сети и выдачи сигналов в схему управления с целью своевременного переключения нагрузки на питание от резервного источника питания и обратного переключения при восстановлении сети с целью более рационального использования резервных химических источников тока. Схема реализации устройств контроля напряжения сети переменного тока зависит от типа СГЭП.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: