В Лаврус - Источники энергии
Преобразователи постоянного и переменного напряжений применяются для стабилизации и регулирования напряжения приборных комплексов, в быстродействующих позиционных и тахометрических следящих системах, электрохимии, подъемно-транспортных устройствах, тяговых электроприводах горнодобывающей промышленности, для заряда аккумуляторов электромобилей, городского электротранспорта.
Полупроводниковые преобразовательные устройства находят также широкое применение в качестве коммутационной аппаратуры и статических регуляторов реактивной мощности.
Широкое развитие получили автономные системы электропитания сравнительно небольшой мощности. Их развитие идет, в основном, в направлении создания миниатюрных источников с высокими массогабаритными (удельными) характеристиками. В таких устройствах предусматривается максимальное совмещение функций в отдельных блоках системы, что сокращает количество функциональных блоков и элементов.
Системы электропитания строятся на базе полупроводниковых преобразовательных устройств. Они оснащаются как устройствами сигнализации и контроля основных функций, так и системой дистанционного контроля и сигнализации.
Наличие дистанционного контроля и сигнализации позволяет следить за состоянием системы и осуществлять управление через модем. Это избавляет потребителей от необходимости содержать штат по обслуживанию системы электропитания, а обратиться к профессионалам, которые имеют опыт предоставления таких услуг (см. стр. 106).
Системы электропитания фирмы Benning имеют модульную конструкцию и исполняются в настенных и напольных конструкциях. Модульное исполнение позволяет реализовывать различные варианты конфигурации систем электропитания используя резервирование, чем достигается высокая степень надежности устройств. При монтаже систем резервного электропитания в комбинированных модулях устанавливаются и аккумуляторные батареи.
3.5.1. ВЫПРЯМИТЕЛИ
Выпрямители используются как самостоятельно функционирующие устройства, так и в качестве составных элементов систем электропитания.
Выпрямители, использующие принцип импульсного преобразования, обладают хорошими массогабаритными показателями. В силу своих достоинств импульсные выпрямители с бестрансформаторным входом нашли наиболее широкое применение в диапазоне малых и средних мощностей.
Предлагаемый ряд типоразмеров выпрямительных модулей PDT 800...PDD 3000 (рис. p024) позволяет монтировать установки электропитания с естественным охлаждением и токами нагрузки от десяти до нескольких сотен ампер. Использование принудительной вентиляции позволяет увеличить мощность блока вдвое. Технические характеристики выпрямителей представлены в табл. t007.
Использование импульсных выпрямителей совместно с герметизированными, не требующими ухода, аккумуляторными батареями позволяет реализовывать системы бесперебойного электропитания которые находят широкое применение для питания аппаратуры связи и не требуют обслуживания в течение многих лет эксплуатации. В подтверждение сказанного можно привести тот факт, что представители фирмы Benning были приглашены для ремонта аппаратуры, которая проработала в метрополитене без обслуживания 30 лет.
Подключение выпрямительных устройств в стандартных 19"дюймовых шкафах осуществляется при помощи разъемов. Все модули имеют внутреннюю защиту от повышенного напряжения на входе, перегрева и перенапряжения на выходе. Отображение всех важных эксплуатационных и аварийных параметров позволяет упростить и оптимизировать работу обслуживающего персонала.
Данные выпрямители применяются также для обеспечения питанием в системах наблюдения и сигнализации. В области малых мощностей они находят применение для заряда стартерных батарей дизельных двигателей и газовых турбин.
3.5.2. ТИРИСТОРНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
Тиристорные выпрямители (рис. p059) охватывают средний и верхний диапазоны мощностей. Именно при высоких выходных напряжениях и больших токах тиристор -- наиболее удачный полупроводник в электротехнике. Управление осуществляется комбинированным транзисторно-тиристорным силовым элементом. Как правило, в выпрямителях применяются мостовые коммутируемые схемы выпрямления.
Тиристорные выпрямители применяются как для непосредственного питания потребителей, так и, одновременно, для подзаряда аккумуляторных батарей в устройствах бесперебойного электропитания. Обеспечение оптимального режима эксплуатации батарей выполняют автоматические устройства, которые осуществляют переключение из режима заряда в режим содержащего заряда, и позволяют избежать газовыделения аккумуляторной батареей и защитить их от глубокого разряда (см. гл. 2).
Для отображения основных функциональных и аварийных параметров предусмотрены устройства контроля и сигнализации которые обеспечивают передачу сообщений на центральный диспетчерский пульт. Такая связь позволяет персоналу центра обслуживания непрерывно наблюдать за работой выпрямителей и регистрировать параметры:
сети переменного тока;
выходного напряжения;
выпрямителя;
батарей.
Электропитание осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В либо 380+15% В и частотой 50+5% Гц. Нестабильность выходного напряжения при изменении параметров сети в указанных пределах не хуже 1% от номинального значения. Нестабильность выходного тока 2%. Пульсации выходного напряжения в диапазоне 0...100% нагрузки не превышают 5%. КПД не хуже 80%. Напряжение помех соответствует VDE 0875 класса "G".
Одна из основных областей применения тиристорных выпрямителей большой мощности -- резервное электропитание электрических станций.
3.5.3. ИНВЕРТОРЫ
Инверторы используются для работы в качестве узлов резервных источников электропитания переменного напряжения 220 В и 380 В, 50 Гц и являются составной частью систем бесперебойного электропитания. Они применяются для питания потребителей переменного тока от первичного источника в виде аккумуляторной батареи или источников электроэнергии, вырабатывающих постоянный ток, в системах передачи электроэнергии постоянного тока. Кроме того, инверторы являются составной частью преобразователей частоты со звеном постоянного тока.
Различают инверторы применяемые для резервного питания аппаратуры малой и средней мощности, работающие от номинального постоянного напряжения 24 В, 48 В и 60 В, мощностью до 2,5 кВА (табл. t010) и инверторы большой мощности, применяемые в промышленности, на электрических станциях, работающие от постоянного напряжения 110 В и 220 В, мощностью до 160 кВА.
В инверторах используются новейшие электронные компоненты наряду с высокочастотным преобразованием, что, в конечном счете, позволяет получить компактную конструкцию, малую массу и высокий коэффициент полезного действия. Наличие специальных схемных решений делает возможной параллельную работу инверторов. При этом могут быть реализованы установки (рис. p025) с уровнем резервирования N+1. Помимо этого, параллельное включение позволяет увеличить суммарную мощность. Таким образом, возможно дооснащение оборудования при необходимости увеличения мощности.
Для повышения надежности работы системы в целом совместно с инвертором применяется электронное переключающее устройство (EUE). EUE позволяет в случае неисправности инвертора подключить нагрузку непосредственно к сети (приоритет инвертора) или переключить питание нагрузки от сети на инвертор (приоритет сети) в случае отключения напряжения.
Инвертор фирмы Benning обеспечивает выходное напряжение 230+5% В, частотой 50+0,1% Гц при изменении напряжения на входе от -15 до +20%. Коэффициент нелинейных искажений на выходе -менее 3% при линейной нагрузке. Уровень радиопомех соответствует европейским нормам EN55022. Кроме того, приборы этого типоразмерного ряда отличаются нормируемой динамикой. При изменении нагрузки от 10% до 100% и обратно в течение примерно 1 мс происходит установление скачков напряжения.
3.5.4. СТАБИЛИЗАТОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Для питания нагрузок, чувствительных к изменениям входного напряжения, применяют стабилизаторы. Как правило, необходимость применения стабилизаторов возникает в системах электропитания с батареями. Напряжение аккумуляторной батареи при разряде изменяется в значительных пределах. Колебания напряжения для многих потребителей являются недопустимыми.
Преобразователи, позволяющие осуществлять широтно-импульсное регулирование на нагрузке, называют широтно-импульсными преобразователями.
Применение широтно-импульсных преобразователей для регулирования и стабилизации напряжения различных потребителей объясняется следующими преимуществами:
высокий КПД;
высокая надежность;
