П. В. Афанасьєв ПОБУДОВА ДЖЕРЕЛ БЕЗПЕРЕБІЙНОГО ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ ТА РАДІОСИСТЕМ

Скачати 0.8 Mb.

Назва	П. В. Афанасьєв ПОБУДОВА ДЖЕРЕЛ БЕЗПЕРЕБІЙНОГО ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ ТА РАДІОСИСТЕМ
Сторінка	6/8
Дата	09.04.2013
Розмір	0.8 Mb.
Тип	Документи

bibl.com.ua > Фізика > Документи

1 2 3 4 5 6 7 8

Розділ 4. Вхідні коректори джерел безперебійного електроживлення радіотехнічних комплексів
Увімкнення в мережу змінного струму нелінійних навантажень, наприклад, джерел електроживлення з ємнісним чи іншим фільтром на реактивних елементах, у тому числі і ДЖБ, призводить до того, що споживаний цими пристроями струм має несинусоїдальний характер з високим відсотком вмісту високих гармонік. Внаслідок цього під час роботи різного роду електрообладнання виникають проблеми електромагнітної сумісності, і коефіцієнт потужності при цьому, як правило, не перевищує 0,7.

Саме тому було розроблено і введено в дію стандарт VDE0712, в якому містились певні вимоги до освітлювального електрообладнання потужністю понад 25 Вт щодо гармонічних складових споживаного цим обладнанням струму і коефіцієнту потужності [1]. В 1982 році європейським стандартом IEC555 було введено більш жорсткі обмеження щодо вмісту високих гармонік в струмі навантаження, причому дія цього стандарту розповсюджувалась не лише на освітлювальне електрообладнання, а й на системи електроживлення потужністю понад 165 Вт [2].

В наш час стандарт МЕК IEC 1000-3-2 визначає норми щодо гармонічних складових споживаного струму і коефіцієнту потужності для систем електроживлення потужністю понад 50 Вт і всіх типів освітлювального електрообладнання [3]. Поступове посилювання вимог до споживачів електроенергії викликало необхідність прийняття спеціальних заходів і підштовхнуло розробників електрообладнання до розробки та впровадження різних варіантів схем, здатних забезпечувати підвищення коефіцієнта потужності. Так, в 80-х роках минулого століття почали використовуватися мікросхеми різних фірм виробників, які дозволили створити прості коректори коефіцієнта потужності для випрямних пристроїв і електронних баластів. В колишньому Радянському Союзі, а також в Україні після здобуття нею незалежності ніяких обмежень щодо вмісту вищих гармонік в електроустановках електроспоживачів не вводилося. З цієї причини питанням підвищення коефіцієнта потужності не приділялося достатньої уваги і в технічній літературі, а елементна база для схем корекції електроживлення значно поступалася зарубіжним аналогам. Останнім часом завдяки доступності придбання імпортних електронних компонентів і можливості створення на їх основі недорогих і при тому надійних в роботі схем активних коректорів ситуація докорінно змінилась на краще.

Як правило, на вході кожного джерела живлення застосовують мостовий випрямляч та згладжувальний фільтр на реактивних елементах. Типовий приклад принципових схем такого однофазного випрямляча показано на рис. 4.1, зі згладжувальною ємністю (а) та з L–C фільтром (б). На цьому ж рисунку наведені форми напруги та струму (в): 1 – напруга на ємності; 2 – випрямлена напруга; 3 – струм навантаження. Зазначимо, що, згідно з наведеними на рис. 4.1,в формами напруги та струму, струм навантаження в електромережі протікає на інтервалі t₁...t₂, тобто тоді, коли випрямлена напруга мережі перевищує напругу на конденсаторі.

Коефіцієнт потужності (відношення активної складової потужності до повної потужності) для схеми, наведеної на рис. 4.1,а, знаходиться в межах 0,5...0,7 і залежить від величини ємності конденсатора і опору навантаження [4]. Збільшення потужності в навантаженні призводить до зростання пульсацій на конденсаторі фільтру, які для електролітичних конденсаторів не повинні перевищувати допустимих значень.

Рис.4.1
Застосування LC-фільтру для згладжування пульсацій випрямленої напруги, як видно з рис. 4.1,б, можна назвати методом пасивної корекції коефіцієнта потужності. Форма вхідного струму залежить від величини індуктивності дроселя і ємності конденсатора фільтру. Оскільки частота мережі живлення дорівнює 50 Гц, елементи фільтра мають великі розміри, що погіршує масо-габаритні показники пристрою. Коефіцієнт потужності при цьому трохи більший – 0,7...0,85. Зазначимо, що застосування індуктивності веде до виникнення перенапруг, які з'являються на вихідній ємності і на дроселі фільтра під час стрибкоподібних змінювань струму навантаження.

Методи активної корекції коефіцієнта потужності можна умовно поділити за частотою перетворення на низько- та високочастотні [5, 6].

Принципова схема низькочастотного коректора коефіцієнта потужності (ККП), що працює на частоті 100 Гц, наведена на рис. 4.2, а, а форми напруги і струму – на рис. 4.2,б, де позначено: 1 – напруга мережі; 2 – струм, споживаний з мережі.

Принцип роботи ККП полягає в наступному. У випадку позитивної напівхвилі у момент переходу напруги мережі через нуль транзистор VT1 відкривається на 1...2 мс, і через обмотку дроселя і діоди VD3, VD8 протікає струм. Під час вимкнення транзистора VT1 енергія, накопичена в дроселі, передається в конденсатор фільтра і навантаження через діоди VD1, VD6. У випадку негативної напівхвилі процес повторюється з тією різницею, що струми протікають через інші пари діодів. У результаті застосування низькочастотного коректора форма струму, що споживається з електромережі, має не зовсім синусоїдальний характер з низькими гармонічними складовими (рис. 4.2,б), а коефіцієнт потужності у разі повного навантаження досягає значення 0,94...0,97. Беззаперечною перевагою цієї схеми є низькі втрати, можливість використання низькочастотних компонентів, характерною ознакою яких є висока надійність і низька вартість. Основні недоліки схеми – завищені габарити і маса порівняно з іншими коректорами потужності.

Рис. 4.2
Зменшення розмірів елементів фільтру досягається шляхом збільшення частоти перетворення. Пристрої корекції, що формують вхідний синусоїдальний струм, на сьогоднішній день працюють на частотах 20...150 кГц і, як правило, їх виконують за схемою підвищувального перетворювача.

Зазначимо, що в технічній літературі наводяться приклади різних варіантів увімкнення дроселя і силових ключів, найпоширеніші з яких наведені на рис. 4.3.

Рис. 4.3

Так схема, що наведена на рис. 4.3,а, являє собою класичний варіант високочастотного ККП, створеного на основі підвищувального перетворювача з дроселем L1, ввімкненим після випрямляча.

На відміну від цієї схеми, в схемах, наведених на рис. 4.3,б, 4.3,в та 4.3,г, дросель L1, увімкнено в ланцюг змінного струму частотою 50 Гц до випрямляча. При цьому схема на рис.4.3,б є різновидом схеми, наведеної на рис.4.2,а, і відрізняється від неї способом управління силовим транзистором та додатковими силовими діодами. Схема на рис.4.3,в відрізняється від схеми рис.4.3,б меншою кількістю силових діодів за рахунок використовування двох силових транзисторів ККП, які по черзі працюють на кожному півперіоді напруги електромережі. Щодо схеми, наведеної на рис.4.3,г, то за алгоритмом роботи вона є аналогом схеми, наведеної на рис.4.3,а, проте має дросель, винесений в ланцюг змінного струму.

Методи управління силовими транзисторами можуть бути різними. Наприклад, для формування кривої вхідного струму може використовуватися датчик струму дроселя та датчик випрямленої мережної напруги. Силовий транзистор відкривається при нульовому значенні струму дроселя, а закривається у разі однакових вихідних сигналів датчика струму і датчика напруги.

Слід звернути увагу на наведені на рис. 4.4 форми напруги та струму в високочастотних ККП із змінною (а) та з постійною частотою комутації (б). На цьому рисунку позначено: 1 – напруга мережі; 2 – робота високочастотного коректора; 3 – струм, що споживається з електромережі.

Форма струму в кожному з циклів (рис.4.4,а) трикутна, а його середнє значення пропорційне середній випрямленій напрузі. Частота перемикання силового транзистора в даному випадку змінюється залежно від струму навантаження і напруги електромережі, що не дає можливості синхронізувати роботу ККП з силовим перетворювачем на його виході.

Для усунення залежності вихідної напруги від струму навантаження в схему вводять вузол помножувача сигналів з датчиків вхідної і вихідної напруги. Такий спосіб управління транзисторами ключа досить просто реалізувати за допомогою існуючих контролерів, наприклад, таких як TDA4862, МС33260, NJM2375. Мікросхеми досить широко застосовуються для корекції коефіцієнта потужності в схемах електронних баластів і джерелах живлення потужністю до 100...180 Вт і більше. В наш час на ринку з'явилась велика кількість мікросхем управління, призначених для побудови схем коректорів, що працюють на постійній частоті [28, 29]. Для формування кривої вхідного струму, із застосуванням таких мікросхем, доводиться використовувати більш складну структуру управління. Форма струму, що споживається з електромережі, наведена на рис. 4.4,б.

Рис.4.4
В структурах однофазних джерел безперебійного живлення широке застосування знайшла напівмостова схема інвертора, що містить два послідовно ввімкнених конденсатора, які застосовуються в якості ємнісного дільника. Напруга на кожному з цих конденсаторів підтримується стабільною в межах ± 400 В за рахунок високочастотного ШІМ управління силового транзистора ККП з постійною частотою комутації 10...20 кГц.

На рис.4.5 наведені схеми високочастотних ККП з диференціальним виходом з одним (а) та з двома дроселями (б). В першій з цих схем застосовується один дросель L1 і один силовий транзистор VT1, така схема, з подвійним перетворенням енергії, застосовується в ДЖБ потужністю до 2...3 кВ·А.

Для потужностей понад 3 кВ·А в якості ККМ використовують два однотактні підвищувальні перетворювачі (бустери) на силових транзисторах VT1, VT2 (рис.4.5,б). Ці транзистори управляються незалежними високочастотними ШІМ сигналами у відповідному півперіоді напруги електромережі. Така схема містить два дроселі L1, L2, проте за рахунок зниження кількості силових діодів знижуються втрати потужності в ККП.

Рис. 4.5
Багато фірм (Micro Linear, UNITRODE та ін.) випускають документацію із застосування ККП, що містять методики розрахунку схем ККП для конкретних мікросхем, рекомендації з вибору окремих компонентів таких схем тощо. На ринку широко представлені нові конструкції контролерів, що дозволяють створювати більш надійні і дешеві джерела живлення з високим коефіцієнтом потужності. Ці контролери мають в своєму складі схему управління ККП і ШІМ – контролер, що управляє силовим інвертором, тобто виходить закінчене джерело живлення. Детальніша інформація про такі компонентами міститься в наведеному списку літератури, зокрема в [29].

Розділ 5. Побудова джерел безперебійного живлення малої і середньої потужностей
Джерела безперебійного живлення (ДБЖ) призначені для захисту електрообладнання користувача від будь-яких неполадок в електромережі, в тому числі від спотворень чи зникнень напруги мережі, високовольтних імпульсів і високочастотних перешкод, що надходять з електромережі. Різноманітність топології і основи структурної побудови ДБЖ розглянуті в розділі 3.

ДБЖ з подвійним перетворенням енергії, тобто ДБЖ, в яких напруга промислової мережі перетворюється в постійну напругу і потім ця напруга перетворюється в змінну для живлення навантаження, мають найдосконалішу технологію щодо забезпечення якісною електроенергією без перерв в живленні під час переходу з мережного режиму на автономний і навпаки. Забезпечуючи синусоїдальну форму вихідної напруги, такі ДБЖ використовуються для найвідповідальніших споживачів електроенергії, якими є системи телерадіокомплексів, в яких пред'являються підвищені вимоги щодо якості електроживлення. Сучасні ДБЖ малої та середньої потужності, на відміну від класичної схеми "випрямляч–інвертор", мають у своїй структурі коректор коефіцієнта потужності (ККП), який забезпечує вхідний коефіцієнт потужності, близький до одиниці, і практично синусоїдальну форму струму, що споживається з електромережі (див. розділ 4).

Термін "ДБЖ з потрійним перетворенням", який останнім часом набув певного поширення, не можна вважати новою топологією ДБЖ. Вживаючи цей термін, насправді мають на увазі додаткове перетворення нестабільної напруги постійного струму в стабільну підвищену напругу постійного струму для живлення інвертора, який входить до складу структури ДБЖ з ККП. Згідно з міжнародним стандартом [2] такі структури також відносяться до ДБЖ з подвійним перетворенням енергії (Double–Conversion UPS).

Залежно від стану мережі і величини навантаження, ДБЖ з подвійним перетворенням енергії може працювати в різних режимах: мережному, автономному, в режимі байпас тощо.

Мережний режим – це режим живлення навантаження від промислової мережі, визначальною особливістю якого є наявність мережної напруги в межах допустимого відхилення, і навантаження, що не перевищує максимально допустиме. В цьому режимі здійснюється:

– фільтрація імпульсних та високочастотних мережних перешкод;

– перетворення енергії змінного струму промислової мережі в енергію постійного струму за допомогою випрямляча і схеми корекції коефіцієнта потужності;

– перетворення за допомогою інвертора енергії постійного струму в енергію змінного струму із стабільними параметрами;

– підтримання працездатності акумуляторної батареї (АБ) за допомогою зарядного пристрою.

Автономний режим – це режим живлення навантаження енергією акумуляторної батареї. У разі відхилення параметрів мережної напруги за допустимі межі чи у випадку повного зникнення живлення від мережі ДБЖ миттєво переходить на автономний режим живлення навантаження енергією акумуляторної батареї (АБ) через підвищувальний перетворювач та інвертор. У разі відновлення напруги мережі ДБЖ автоматично перейде в мережний режим.

Режим байпас – це режим живлення навантаження напряму від мережі. Якщо в мережному режимі відбувається перевантаження чи перегрівання ДБЖ, а також, якщо один з вузлів ДБЖ виходить з ладу, то навантаження автоматично перемикається з виходу інвертора напряму на електромережу. При знятті причин переходу в режим Байпас (відсутності перевантаження чи перегрівання ДБЖ) ДБЖ автоматично повертається в нормальний мережний режим з подвійним перетворенням енергії. Слід зазначити, що в режимі Байпас навантаження не захищено від неякісної напруги мережі.

Режим заряду акумуляторної батареї здійснюється лише за наявності мережної напруги. Зарядний пристрій забезпечує заряд акумуляторної батареї незалежно від того, чи ввімкнено інвертор чи має місце режим Байпас.

Режим автоматичного перезапуску ДБЖ виникає у разі відновлення мережної напруги, якщо до того ДБЖ працював в автономному режимі і був автоматично вимкнений внутрішнім сигналом з метою уникнення неприпустимого розряду батареї. Після появи вхідної напруги ДБЖ автоматично увімкнеться і перейде на мережний режим.

Зазначимо, що виробники ДБЖ з подвійним перетворенням енергії зазвичай випускають ряд ДБЖ таких номінальних потужностей [3, 4]:

– однофазні ДБЖ малої потужності: 1; 1,5; 3 кВ·А;

– однофазні ДБЖ середньої потужності: 6, 10, 15, 20 кВ·А;

– ДБЖ з трифазним входом і однофазним виходом середньої потужності:10, 15, 20, 30 кВ·А;

– трифазні ДБЖ середньої потужності: 10, 15, 20, 30 кВ·А;

– трифазні ДБЖ великої потужності: більше 30 кВ·А.

Розглянемо особливості схемотехніки силових ланцюгів сучасних однофазних ДБЖ малої і середньої потужності на типових прикладах ДБЖ, які випускаються такими виробниками, як Liebert, Invensys, Chloride, Riello, Тенси–Техно та ін.

Загальноприйнята виробниками структурна схема силового ланцюга ДБЖ малої потужності наведена на рис. 5.1.

Рис.5.1
До складу ДБЖ малої потужності входять: силовий блок, вхідний і вихідний фільтри, плати управління і дисплея. Силовий блок містить: коректор коефіцієнта потужності – випрямляч (ККП–В), інвертор (ІНВ), перетворювач постійної напруги (ППН), зарядний пристрій ЗП, вторинне джерело живлення (ВДЖ), акумуляторна батарея (АБ), реле блоку комутації (К1, К2) (рис. 5.1), що забезпечує роботу ДБЖ в мережному і автономному режимах.

Вхідні і вихідні фільтри забезпечують придушення кидків мережної напруги під час перехідних процесів і здійснюють фільтрацію високочастотних комутаційних перешкод.

Плата управління (ПУ) забезпечує необхідний алгоритм роботи силового блоку ДБЖ, тестування стану, моніторинг і управління ДБЖ. ПУ з'єднується роз'ємами з силовим блоком і з платою дисплея. Всі ланцюги ПУ ізольовані від високовольтної напруги, наявної на силовій платі. За функціональним призначенням ПУ складається з таких вузлів:

– центральний мікроконтролер (МК);

– вузол формування ШІМ сигналів для управління силовими транзисторами інвертора;

– вузол узгодження вхідних і вихідних сигналів;

– вузол узгодження сигналів індикації і управління платою дисплея;

– вузол формування сигналів по інтерфейсу;

– допоміжне джерело живлення ланцюгів ПУ.

В якості центрального МК може бути використаний мікроконтролер типу МС68НС711 [29], на входи якого поступають аналогові і цифрові сигнали вимірювання електричних параметрів системи і стану вузлів ДБЖ.

МК забезпечує:

– обробку аналогової і цифрової інформації про стан блоків силової плати і режимів їх роботи;

– формування сигналів управління блоками силової плати;

– формування сигналів інформації про стан системи на плату дисплея.

Крім МК, найвідповідальнішим вузлом на платі управління є формувач ШІМ –сигналів для управління транзисторами інвертора ДБЖ, реалізований на дискретних аналогових елементах.

Плата дисплея містить ряд світлодіодів для індикації режимів роботи ДБЖ і кнопки ввімкнення/вимкнення інвертора силового блоку. В деяких моделях ДБЖ використовуються ЖК - дисплеї для відображення електричних параметрів і стану ДБЖ.

До складу ДБЖ може також входити додатковий блок зарядного пристрою, який забезпечує заряд зовнішньої акумуляторної батареї (АБ) підвищеної ємності під час роботи ДБЖ в мережному режимі.

Загальноприйнята виробниками структурна схема силового ланцюга ДБЖ середньої потужності наведена на рис. 5.2.

Рис.5.2.
Силовий блок середньої потужності містить: коректор коефіцієнта потужності (ККП), випрямляч (В), інвертор (ІНВ), зарядний пристрій (ЗП), вторинне джерело живлення (ВДЖ), акумуляторну батарею (АБ), блок комутації (БК), додаткову плату зарядного пристрою (ДЗП) (рис. 5.2).

В ДБЖ середньої потужності з складу силової плати виділяють декілька силових вузлів, що містять силові дроселі, накопичувальні конденсатори, плату комутації (Байпас), блок зарядного пристрою.

Структурна схема силового ланцюга ДБЖ середньої потужності відрізняється від ДБЖ малої потужності застосуванням двотактної схеми ККП, статичним блоком комутації, виконаним на тиристорах, і ланцюгом під'єднання АБ за допомогою тиристора (див. рис. 5.2). Принциповою особливістю структури ДБЖ середньої потужності є те, що підвищення напруги акумуляторної батареї (АБ) для живлення інвертора здійснюється за допомогою ККП, виключаючи використання додаткового перетворювача постійної напруги, в порівнянні із структурою ДБЖ малої потужності. Це дозволяє підвищити загальний ККД ДБЖ.

1 2 3 4 5 6 7 8

Схожі:

ВІЙСЬКОВИЙ ІНСТИТУТ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ ТА ІНФОРМАТИЗАЦІЇ ВІЙСЬКОВИЙ ІНСТИТУТ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙ ТА ІНФОРМАТИЗАЦІЇ НАЦІОНАЛЬНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ УКРАЇНИ "КПІ"	М. В. Афанасьєв Графік захисту дипломних робіт Аніщенко Л. Я. – завідувач лабораторією оцінки впливу на навколишнє середовище УкрНДІЄП
Тема 2 (заняття 2). Джерела міжнародного права (2 год.) Поняття і значення джерел міжнародного права. Роль ст. 38 Статуту Міжнародного Суду ООН у визначенні джерел міжнародного права	Поняття фінансової діяльності(2 лекції) Фінанси – сукупність суспільно-економічних відносин, які направлені на формування, розподіл і використання публічних, централізованих...
ПОРЯДОК проведення Всеукраїнського конкурсу "До чистих джерел" Основні... України, раціональне використання водних ресурсів, підвищення екологічної і правової обізнаності громадян щодо охорони водних ресурсів...	ПЛАН КОНСПЕКТ на проведення занять зі спеціальної підготовки з водійським складом СДПЧ-1 НАВЧАЛЬНА МЕТА: вивчити з особовим складом водіїв систему електроживлення пожежних автомобілів
ПЛАН КОНСПЕКТ на проведення занять зі спеціальної підготовки з водійським складом СДПЧ-3 НАВЧАЛЬНА МЕТА: вивчити з особовим складом водіїв систему електроживлення пожежних автомобілів	ПЛАН КОНСПЕКТ на проведення занять зі спеціальної підготовки з водійським складом СДПЧ-1 Навчальна мета: вивчити з особовим складом водіїв основні вимоги при проведені ТО електроживлення пожежних автомобілів
СИНЕЛЬНИКІВСЬКА МІСЬКА РАДА РОЗПОРЯДЖЕННЯ міського голови Керуючись Законом України «Про місцеве самоврядування в Україні», з метою забезпечення безперебійного руху транспорту на автомобільних...	SWIFT SWIFT Товариство всесвітніх міжбанківських фінансових телекомунікацій; українською мовою вимовляється СВІФТ — міжнародна міжбанківська...

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання