Назначение и классификация устройств электропитания

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Содержание

1. Назначение и классификация устройств электропитания………………………………..….3

2. Параметры ИЭП……………………………………………………………………………..….3

3.1 Стабилизируемые ИЭП………………………………………..…………………………..….5

3.2 Принцип действия параметрического стабилизатора…………………………………….....5

3.3 Параметрический стабилизатор на кремниевом стабилитроне……………………..….…7

3.4 Параметрический стабилизатор переменного тока с дросселем насыщения……………..8

3.5 Принцип действия компенсационного стабилизатора…………………………………….12

3.6 Компенсационный стабилизатор на одном триоде…………………………………..….…12

3.7 Компенсационный стабилизатор на составном триоде………………………………..…..14

3.8 Компенсационный стабилизатор с усилителем сигнала рассогласования…………….…14

4. Химические источники………………………………………………………………………..16

4.1 Принцип действия кислотного аккумулятора………………………………………..….….16

4.2 Параметры кислотных аккумуляторов………………………………………………………17

4.3 Типы пластин кислотных аккумуляторов………………………………………………..…19

4.4 Типы кислотных аккумуляторов……………………………………………………….……21

4.5 Щёлочные аккумуляторы…………………………………………………………………….21

4.6 Сравнение щёлочных и кислотных аккумуляторов………………………………………..22

5. Виды и режимы работы аккумуляторных батарей АБ и выпрямительных устройств ВУ с нагрузкой………………………………………………………………………………………….22

5.1 Заряд-разряд…………………………………………………………………………………..23

5.2 Непрерывная буферная работа………………………………………………………………23

5.3 Режим среднего тока……………………………………………………………………..…..23

5.4 Выпрямительное устройство для режима среднего тока типа ВАК………………………24

5.5 Режим импульсного подзаряда………………………………………………………………25

5.6 Выпрямитель для импульсного подзаряда БВ 24/2.5……………………………………….27

5.7 Режим непрерывного подзаряда……………………………………………………………..28

5.8 Выпрямитель для непрерывного подзаряда…………………………………………………28

5.9 Периодическая буферная работа……………………………………………………………..31

Назначение и классификация устройств электропитания

Современные системы железнодорожной автоматики, телемеханики и связи для своего постоянного функционирования требуют наличия источников электроэнергии различного вида, называемых источниками электрического питания (ИЭП). Кроме ИЭП также необходимы измерительные устройства, устройства коммутации, контроля, индикации, защиты от перегрузок, сигнализации, токораспределения и автоматизации. Все они относятся к электропитающим установкам (ЭПУ).

Устройства электропитания различают по следующим признакам:

1) по роду тока (постоянный и переменный ток); К ИЭП постоянного тока относятся выпрямители и химические источники (аккумуляторы, гальванические элементы). К ИЭП переменного тока – силовые трансформаторы, генераторы, преобразователи напряжения и частоты.

2) по величине напряжения в нагрузке: ИЭП низковольтные – ниже 50-60 В и высоковольтные – выше 500 В);

3) по величине мощности (малой мощности – до 100 Вт и большой мощности свыше 1 кВт);

4) по способности поддерживать напряжение на нагрузке в заданных пределах (стабилизированные и нестабилизированные).

Параметры ИЭП

Свойства ИЭП определяются его входными и выходными параметрами.

К входным параметрам относятся:

1) - номинальные напряжение, ток и частота сети;

2) относительное изменение напряжения сети:

;

3) полная мощность:

, (ВА);

4) активная мощность, потребляемая из сети:

, (Вт);

5) (данный параметр влияет на габариты приборов);

К выходным параметрам относятся:

1) - номинальные значения напряжения, тока и частоты;

2) Относительные изменения напряжения на выходе:

;

3) Выходная мощность:

, (при );

4) кпд:

;

5) Выходное (внутреннее) сопротивление источника:

, (Ом);

DIвых

Iвых

DUвых

Стабилизируемые ИЭП

Стабилизируемые ИЭП обладают способностью поддерживать один из выходных параметров U , I или f в заданных пределах, несмотря на влияние дестабилизирующих факторов (старение элементов, изменение напряжения сети, сопротивления нагрузки и температуры окружающей среды). Наибольшее распространение получили стабилизаторы напряжения.

Свойства стабилизаторов напряжения часто оцениваются с помощью коэффициента стабилизации:

где – относительное изменение напряжения на входе;

– соответствующее относительное изменение напряжения на выходе;

По принципу действия стабилизаторы напряжения подразделяются на две группы: параметрические и компенсационные.

Химические источники.

Химические источники преобразуют химическую энергию в электрическую, при этом происходит расход активных веществ из которых состоит источник (разряд).

Химические источники подразделяются на: первичные – гальванические, вторичные – аккумуляторы.

Гальванические элементы являются приборами однократного действия, т.е. в конце разряда, когда активные вещества будут израсходованы, они подлежат замене.

Аккумуляторы при заряде, подключаются к внешнему источнику постоянного тока. При этом электрическая энергия переходит в химическую энергию и снова образуются активные вещества. Аккумулятор является источником многократного действия (в средним 1000 циклов заряд-разряд).

Аккумуляторы.

В зависимости от типа применяемых активных веществ аккумуляторы бывают двух типов: кислотные (кислотно-свинцовые) и щелочные.

Кислотные аккумуляторы.

В качестве электролита используется серная кислота.

Принцип действия.

1 – положительная пластина PbO ₂.

2 – отрицательная пластина Pb.

3 – электролит (раствор серной кислоты).

4 – сосуд из кислотоупорного материала.

Рассмотрим процессы, которые происходят в аккумуляторах при разряде:

Молекулы серной кислоты распадаются, диссоциируют на положительные ионы водорода и отрицательные ионы кислотного остатка, при этом положительные ионы перемещаются к положительной пластине, а отрицательные ионы к отрицательной пластине.

Ионы отдают свой заряд пластине, нейтрализуются и вступают в реакцию с материалом пластины. При этом на положительной пластине происходит реакция:

PbO₂ + 2H + H₂SO₄ = PbSO₄ + 2H₂O

На отрицательной пластине более простая реакция:

Pb + SO ₄ = PbSO ₄

Из реакции следует:

1. Активная масса как положительной, так и отрицательной пластины превращается в сульфат свинца;

2. В процессе разряда расходуется серная кислота и образуется вода, следовательно плотность электролита будет уменьшаться, это имеет большое практическое значение, т.е. измеряя плотность электролита определяют степень разряда кислотного аккумулятора.

При заряде к электродам подключается внешний источник, между пластинами создаётся электрическое поле. Движение ионов, под действием поля идет в обратном направлении и химические реакции идут в обратном направлении. При этом активная масса пластин восстанавливается до первоначального химического состава, а плотность электролита возрастает до первоначального состояния.

Щёлочные аккумуляторы.

Щёлочные аккумуляторы в качестве электролита используется раствор NaOH, СaOH. Применяется два типа: железоникелевые ЖН и кадмиевоникилевые КН.

В процессе заряда или разряда плотность электролита щёлочных аккумуляторов не меняется. Эти аккумуляторы выпускаются в стальном корпусе закрытого типа. Одна из пластин (крайняя) имеет электрический контакт с корпусом.

Непрерывная буферная работа

ВУ, АБ и нагрузка включены постоянно (непрерывно) в буфер.

Непрерывная буферная работа в зависимости от типа применяемых устройств (ВУ) может иметь 3 режима:

· Режим среднего тока.

· Режим импульсного подзаряда.

· Режим непрерывного подзаряда.

Режим среднего тока

Применяется ВУ, которое вырабатывает средний ток, величина которого не зависит от величины тока нагрузки.

В случае если ток нагрузки I _н будет больше I _ву (I _н > I _ву), то I _аб = I _н – I _ву (разряд АБ).

Если I _н < I _ву, то I _аб = I _ву - I _н (заряд АБ).

Величина среднего тока выбирается из условия, чтобы количество электрической энергии, отдаваемое ВУ за сутки, равнялось количеству электрической энергии отдаваемой в нагрузку за сутки + количество электрической энергии для компенсации потерь в аккумуляторе (саморазряд).

Очевидно, что для того чтобы I _ву = const необходимо иметь очень большое внутреннее сопротивление.

Режим импульсного подзаряда

В этом режиме используется выпрямительное устройство, которое вырабатывает два тока I_max и I_min в зависимости от величины напряжения на аккумуляторных батареях.

Предположим, что напряжение на аккумуляторной батареи составляет 2,2 В на один аккумулятор, тогда ВУ автоматически переключается в режим максимального тока. Т.к. I_max > I _Н происходит заряд аккумуляторной батареи, напряжение возрастает на ней и когда оно достигнет 2,3 В на один аккумулятор ВУ автоматически переключается в режим минимального тока I_min. В этом режиме I _ву меньше, чем ток нагрузки. Происходит разряд АБ, напряжение снижается и когда оно достигает 2,2 В на один аккумулятор схема автоматически переключается в режим максимального тока.

Данный режим не требует ежедневного персонала для обслуживания. Большой срок службы АБ, т.к. она работает не по полному циклу (заряд - разряд), а по (частным неглубоким циклам заряд - разряд). Поэтому данный режим наиболее широко применяется для питания устройств автоматики, а так же для питания небольших по мощности устройств связи.

Работа дросселя насыщения

Он имеет 3 основных или фазных обмотки включённых последовательно с трансформатором (СТ) (звездой). На сердечнике ДН расположена вспомогательная обмотка подмагничивания (ВОП) и главная обмотка подмагничивания (ГОП).

ВОП подключается к дополнительному выпрямительному устройству (ВУ).

ГОП подключается к усилителю сигнала рассогласования (УС).

Рассмотрим характеристику ДН, зависимость его сопротивления Х_дрос от величины намагничивающей силы I_w.

По вспомогательной обмотке протекает ток I ₀, что задаёт начальную рабочую точку 0 за счёт намагничивающей силы I ₀ W _воп.

Рассмотрим работу сигнала рассогласования. Предположим, что U _вх увеличится. Тогда возникает сигнал рассогласования и по обмотке W _гоп начнёт протекать ток I _у, который даст намагничивающую силу I _у W _гоп. Направление этой намагничивающей силы будет противоположно направлению I ₀ W _воп. Попадаем в А и сопротивление дросселя становится больше. На нём увеличивается падение напряжения, чем компенсируется повышение напряжения на входе.

Если напряжение на входе меньше номинального, то сигнал рассогласования будет вызывать ток управления другого направления (попадаем в В). При этом сердечник более глубоко насыщен, магнитная проницаемость уменьшается, сопротивление дросселя уменьшается, меньше падение напряжения, а на выходе напряжение остается постоянным.