Эксплуатация электропитающих установок связи - Выпрямительные устройства ВУК

Автоматизированные выпрямительные устройства кремниевые типа ВУК разработаны с учетом требований автоматики, унификации и надежности и выпускаются в настоящее время взамен выпрямительных устройств типа ВУ. Выпрямительные устройства типа ВУК выпускаются с условной мощностью 2, 4, 9, 16 и 40 кВт и имеют следующие особенности.

1. В качестве выпрямительных элементов применены кремниевые вентили вместо селеновых, что позволило повысить КПД устройств ВУК на 3—15%.
2. В качестве автоматически регулируемого элемента применен трехфазный дроссель насыщения с внутренней обратной связью (за исключением ВУК мощностью 2 кВт), что позволило значительно снизить мощность дросселя насыщения и значительно уменьшить расход меди и трансформаторной стали, увеличить скорость регулирования и тем самым улучшить динамические характеристики выпрямительных устройств, сократив длительность переходных процессов примерно в 2—10 раз в зависимости от мощности выпрямительного устройства. Введение демпферной обмотки в дросселях насыщения позволило устранить возможные автоколебания, возникающие в некоторых режимах работы выпрямительных устройств из-за разной постоянной времени дросселя насыщения и стабилизатора.
3. В качестве устройства, следящего за величинами выпрямленного напряжения и тока, в выпрямительных устройствах типа ВУК всех мощностей применен один и тот же полупроводниковый стабилизатор.
4. Величина напряжения пульсации выпрямленного напряжения уменьшена и соответствует нормам, установленным ГОСТ 5237—69 для аппаратуры проводной связи.
5. Габаритные размеры по ширине уменьшены у выпрямительных устройств мощностью 9 и 16 кВт до 800 мм, у устройств мощностью 4 кВт — до 550 мм.
6. Схемы автоматики ВУК усовершенствованы введением в них полупроводниковых элементов (стабилитронов и транзисторов), создающих четкое срабатывание реле.
7. В режиме стабилизации напряжения введено ограничение по току.
8. В ВУК мощностью 9 и 16 кВт введена сигнализации от перенапряжения.
9. При параллельной работе ВУК вместо любого рабочего выпрямительного устройства, выключившегося из-за неисправности, применено автоматическое включение резервного выпрямительного устройства.

В табл. 1.7 приведены типы и основные электрические параметры выпрямительных устройств типа ВУК, в табл. 1.8 —основные технические данные в режимах стабилизации напряжения и тока, а в табл. 1.9 габаритные размеры и масса.

Таблица 1.7
Типы и основные электрические параметры выпрямительных устройств типа ВУК

Примечание. Коэффициент полезного действия и коэффициент мощности указаны при номинальном напряжении питающей сети и максимальной выходной мощности.

Выпрямительные устройства типа ВУК обеспечивают стабилизацию выпрямленного напряжения с точностью ±2% при изменении напряжения и частоты питающей сети в пределах, указанных в табл. 1.7, и тока нагрузки в пределах, указанных в табл. 1.8.
Выпрямительные устройства мощностью 2, 4, 9 и 16 кВт обеспечивают стабилизацию выпрямленного тока с точностью 10% от максимального значения при установке тока в диапазоне от 50 до 100% максимального значения и с точностью 20% установленного значения при установке тока в диапазоне от 30 до 50%, а выпрямительное устройство ВУК-67/600 — с точностью 10% установленного значения при установке тока в диапазоне от 100 до 40% максимального значения. Указанная точность стабилизации сохраняется при изменениях выпрямленного напряжения от нижнего до верхнего пределов, указанных в табл. 1.8, и при изменениях напряжения и частоты питающей сети, указанных в табл. 1.7.

Таблица 1.8
Основные технические данные выпрямительных устройств типа ВУК в режимах стабилизации напряжения и тока

Примечание. Режимы работы выбираются путем перепайки витков иа силовом трансформаторе.

Таблица 1.9
Габаритные размеры и масса выпрямительных устройств типа ВУК

Для зарядно-буферных устройств в режиме стабилизации тока при изменении выпрямленных напряжений от верхнего предела до максимального значения, указанных в табл. 1.8, допускается снижение тока до 60% установленной величины.
Выпрямительные устройства ВУК-265/60, ВУК-140/66, а также буферные выпрямительные устройства с максимальным напряжением 67 В могут использоваться для заряда аккумуляторных батарей до напряжения 2,3 В на элемент без вольтодобавочного выпрямителя. При этом их выходное напряжение может быть повышено соответственно до 270, 155 и 74 В, а ток снижен до 75—80% максимального значения. Структурная схема выпрямительных устройств ВУК мощностью 4 кВт и более приведена на рис. 1.27.
Принципиальные электрические схемы выпрямительных устройств ВУК (кроме ВУК мощностью 2 кВт) незначительно отличаются друг от друга. Выпрямительное устройство ВУК состоит из силовой цепи (основного тракта), полупроводникового стабилизатора 10, систем автоматики и сигнализации 6, устройств защиты от перегрузок по току 7 и перенапряжения 8, устройства, обеспечивающего равномерное распределение тока нагрузки между параллельно работающими выпрямительными устройствами 9.

Силовая цепь устройства включает трансформаторы тока 1, силовой трансформатор 2, дроссель насыщения 3, вентили основного выпрямительного моста 4, фильтр 5.
В устройствах типа ВУК для выпрямления переменного тока применена трехфазная мостовая схема — схема Ларионова. Регулирование и стабилизация выпрямленных напряжения и тока  осуществляется трехфазным дросселем насыщения.

Рис. 1.27. Структурная схема выпрямительных устройств типа ВУК мощностью 4 кВт и более

Рис. 1.28. Схема полупроводникового стабилизатора

 В устройствах ВУК мощностью 4, 9, 16 и 40 кВт применены дроссели насыщения с внутренней положительной обратной связью, а в ВУК мощностью 2 кВт — дроссель насыщения без обратной связи. Дроссель насыщения имеет три обмотки подмагничивания: главную обмотку подмагничивания (ГОП), обмотку смещения и демпферную. Как видно из кривой намагничивания, приведенной на рис. 1.17, угол управления может достигнуть наибольшего значения, если задать подмагничивание, при котором В0=—Bs, но при этом ток подмагничивания должен быть отрицательным. Чтобы не менять знака тока во время регулирования, ДН снабжают обмоткой смещения. В этой обмотке поддерживают ток, создающий постоянную намагничивающую силу — Нк. Благодаря этому вся кривая намагничивания оказывается смещенной относительно оси ординат на величину Нк вправо и во всей области регулирования ток подмагничивания будет иметь положительные значения.
Полупроводниковый стабилизатор (рис. 1.28) представляет собой трехкаскадный усилитель постоянною тока на транзисторах, а элементами опорного напряжения служат кремниевые стабилитроны Д3, Д4. Первый каскад стабилизатора (транзисторы Т1 и Т2) выполнен по схеме составного транзистора на кремниевых транзисторах малой мощности, второй каскад является согласующим (эмиттерный повторитель) и выполнен на германиевом
транзисторе средней мощности Т3. Нагрузкой третьего выходного каскада является главная обмотка подмагничивания дросселя насыщения (ГОП). Вследствие индуктивной нагрузки выходной каскад выполнен на высоковольтном германиевом транзисторе большой мощности T4. Для обеспечения нормальной работы стабилизатора в разных температурных режимах в цепь эмиттера транзистора Т4 включены два кремниевых диода, а в цепь эмиттера транзистора Т3 — один кремниевый диод. Для защиты транзистора выходного каскада от переменной составляющей напряжения, которая может появиться в обмотке ГОП, параллельно последней включен диод Д8.
В некоторых режимах работы ВУК могут появиться незатухающие колебания с частотой 5—10 Гц. Для их устранения применена отрицательная обратная связь. В выпрямительных устройствах мощностью 4, 9 и 16 кВт напряжение обратной связи снимается с демпферной обмотки дросселя насыщения, а в выпрямительных устройствах мощностью 2 и 40 кВт напряжение обратной связи снимается со вторичной обмотки дросселя фильтра. Напряжение обратной связи подается на базу транзистора Τ1первого каскада стабилизатора.
Если напряжение на выходе ВУК по какой-либо причине увеличится, то напряжение на входе стабилизатора станет выше напряжения стабилитронов Д3 и Д4. Из-за нелинейности последних резко увеличится ток, проходящий через резисторы R1, R2, т. е. увеличится напряжение, подаваемое на эмиттер — базу составного транзистора первого каскада стабилизатора Т1, Т2, который откроется. Напряжение между эмиттером и коллектором Т2 уменьшится, а следовательно, уменьшится входное напряжение эмиттер — база транзистора Т3 второго каскада. Транзистор Т3 закроется, коллекторный ток через Т3 резко уменьшится и Т4 также закроется, так как уменьшится напряжение на резисторе R5. В обмотку подмагничивания ГОП дросселя насыщения поступит ток меньшей величины, в результате рабочая точка на кривой намагничивания дросселя (см. рис. 1.17) сместится влево, т. е. время перемагничивания, а следовательно, и величина угла α дросселя увеличатся, а выпрямленное напряжение уменьшится.
При уменьшении напряжения на входе стабилизатора транзисторы первого каскада закрываются, а второго и третьего открываются, в обмотку ГОП поступает ток большой величины. Таким образом осуществляется автоматическая стабилизация напряжения на выходе ВУК при изменении напряжения питающей сети и тока нагрузки. Аналогично работает стабилизатор в режиме стабилизации тока.
В цепь каждой фазы ВУК между главными контактами контактора переменного тока и первичными обмотками силового трансформатора включены первичные обмотки трансформаторов тока, вторичные обмотки которых через выпрямительные мосты подключены к цепям автоматики и защиты. Питание цепей автоматики, защиты и сигнализации осуществляется от однофазного трансформатора.
Защита и автоматика, срабатывающие в зависимости от тока нагрузки, получают входной сигнал от вторичных обмоток трансформаторов тока через соответствующие выпрямительные мосты. Напряжение выпрямительного моста пропорционально току нагрузки, так как фазовый ток пропорционален току нагрузки выпрямительного устройства.
Для равномерного распределения нагрузки между параллельно работающими выпрямителями применено специальное устройство, благодаря которому стабилизатор контролирует не только выходное напряжение выпрямительного устройства, а также и токи нагрузки каждого из выпрямительных устройств.
Из-за применения разных типов стабилизаторов выпрямительные устройства типа ВУК с условной мощностью 9 и 16 кВт не стыкуются с однотипными выпрямительными устройствами типа ВУ. Выпрямительные устройства типа ВУК с условной мощностью 2 и 4 кВт могут работать совместно с однотипными выпрямительными устройствами типа ВУ, но при этом необходимо внести изменения в схемы автоматики выпрямительных устройств типа ВУ.
Выпрямительные устройства мощностью 2, 4, 9 и 16 кВт выполнены в виде шкафа; ВУК-67/600 конструктивно выполнено в двух шкафах — силовом и коммутационном, которые устанавливаются рядом.