Устройство заряда емкостных накопителей энергии быстродействующих приводов электроаппаратов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Севастопольский национальный технический университет

ООО «Инвеста»

Устройство заряда емкостных накопителей энергии быстродействующих приводов электроаппаратов

Гилев А.А.

Данилов В.Н.

Рекомендована к печати д.т.н., проф. Родькиным Д.Й.

Севастополь 25.04.2006

Введение

В настоящее время для питания быстродействующих приводов электрических аппаратов широкое применение находят емкостные накопители энергии (ЕНЭ), которые позволяют получить импульсы тока большой амплитуды (10 кА и выше) [1]. При значительной величине запасаемой энергии и ограниченном времени заряда возникает вопрос об определении минимально необходимой мощности источника питания, обеспечивающего заряд ЕНЭ за требуемое время.

Традиционная схема заряда накопительной емкости представлена на рис. 1.

Рисунок 1- Общепринятая схема заряда ЕНЭ: 1 - силовой трансформатор; 2 - выпрямительный мост; 3- балластный резистор; 4- накопительная емкость

Балластное сопротивление используется для ограничения максимального тока заряда при работе на разряженную емкость.

Основным недостатком зарядных выпрямителей с активным токоограничивающим сопротивлением является низкий коэффициент полезного действия заряда. Если процесс заряда осуществляется от источника постоянного напряжения и параметр зарядной цепи удовлетворяет соотношению , где L - эквивалентная индуктивность обмоток трансформатора и соединительных проводов, то КПД не может превышать 50% [2].

Кроме того в связи с необходимостью обеспечения автоматического повторного включения (АПВ) выключателя, к цепи заряда ЕНЭ предъявляется дополнительное требование длительности процесса заряда конденсатора, при котором время переходного процесса не должно превышать 0,3 с (длительность первой паузы АПВ).

Наличие в цепи заряда активного сопротивления R_б ведет к снижению интенсивности роста напряжения U_с.

Цель работы - разработка импульсного устройства заряда емкостных накопителей энергии для обеспечения высокого КПД и минимизации времени заряда.

Материал и результаты исследований

Для решения сформулированной выше задачи представляется целесообразным использовать для заряда ЕНЭ однотактного преобразователя с обратным включением выпрямительного диода.

Предлагаемая схема заряда ЕНЭ представлена на рис. 2.

Рисунок 2 - Предлагаемая схема заряда ЕНЭ

Схема работает следующим образом. Система управления (СУ) обеспечивают поочередное отпирание и запирание полевого транзистора VT. Трансформатор TV накапливает энергию в сердечнике в период открытого состояния транзистора VT и протекания тока через первичную обмотку W₁. В это время диод VD5 оказывается запертым приложенным к нему напряжением с обмотки W₂. При запирании транзистора VT напряжения, индуцируемое магнитным потоком на обмотке W₂ меняет знак и начинает быстро нарастать по абсолютному значению.

Когда напряжение на обмотке W₂ достигает значения, равного напряжению U_с на емкости диод VD5 отпирается и конденсатор начинает заряжаться далее, замедляя дальнейший рост индуцируемого напряжения.

В данной схеме транзистор VT и диод VD5 отпираются поочередно, причем транзистор всегда работает в ключевом режиме, независимо от состояния заряда емкостного накопителя С. Это обеспечивает нечувствительность схемы к режиму короткого замыкания в цепи нагрузки, что дает возможность избавиться от балластного резистора.

Предлагаемая схема позволяет заряжать емкостной накопитель с минимальным временем заряда и максимальным КПД. В период времени от 0 до t_раз система управления формирует управляющие сигналы для транзистора VT, обеспечивающие работу преобразователя на максимальной частоте (20...25 кГц).

При достижении U_C=U_зад. преобразователь переходит в ждущий режим и одиночными импульсами зарядного тока компенсирует саморазряд емкостного накопителя или его разряд по цепям управления.

На рис. 3 представлена система управления зарядным устройством.

Рисунок 3 - Принципиальная схема системы управления зарядного устройства

Cхема управления с помощью интегрального таймера D1 формирует последовательность импульсов, открывающих ключевой транзистор преобразователя. Количество витков обмотки обратной связи (Wо.с.) рассчитано так, что при достижении напряжения +2000В на накопительной емкости, стабилитрон VD1 пробивается и открывшийся транзистор VT1 блокирует формирование импульсов управления на время, определяемое величинами импульсов R5 и С3 (постоянная времени цепи ОС). Таким образом осуществляется стабилизация напряжения на накопительной емкости.

Графики тока и напряжения будут иметь вид, представленный на рис. 4.

а)

б)

Рисунок 4 - Графики зарядного тока (а) и напряжения (б) на конденсаторе при использовании предлагаемого преобразователя

Благодаря тому, что преобразователь работает на достаточно высокой частоте, это позволяет значительно улучшить массогабаритные показатели трансформатора по сравнению с традиционной схемой.

Применяемый полевой транзистор с изолированным затвором обладает хорошими ключевыми свойствами из-за отсутствия запаздывания вследствие рассасывания неосновных носителей и минимальными затратами на управление им, что значительно упрощает выходные цепи системы управления преобразователями. заряд токоограничивающий конденсатор

Выводы

Описанная выше схема заряда емкостных накопителей энергии быстродействующих приводов электрических аппаратов по сравнению с традиционной обладает следующими преимуществами:

- обеспечение режима АПВ аппаратами с приводами, питающимися от ЕНЭ;

- повышение КПД зарядного устройства;

- снижение массо-габаритных показателей силового трансформатора.

Литература

1. Копачков А.Р. К вопросу о стабилизации тока заряда емкостного накопителя индукционно-динамического привода синхронного выключателя высокого напряжения // Электричество, -- 1987, №2. С. 8-13.

2. Воробьев А.А. и др. КПД зарядки емкостного накопителя // Из. вуз. Электромеханика, -- 1968, №12. С. 1303-1310.

Размещено на Allbest.ru