1.4. Регулирование и стабилизация выпрямленного напряжения и тока
СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ
Напряжение и частота сети, от которой питаются выпрямительные устройства предприятий связи, не остаются постоянными. Как правило, отклонения напряжения составляют плюс 5— 10 и минус 15—20%, а отклонения частоты — до 5% номинального значения. Не остаются постоянными ток нагрузки и температура окружающей среды. Отклонения сетевого напряжения и его частоты, изменение окружающей температуры и тока нагрузки являются основными дестабилизирующими факторами и вызывают изменение величины выпрямленного напряжения и пульсации. При изменении тока нагрузки изменение величины выпрямленного напряжения происходит из-за изменения падения напряжения на внутреннем сопротивлении выпрямительного устройства; при изменении температуры окружающей среды изменение величины выпрямленного напряжения происходит из-за изменения параметров элементов выпрямительного устройства.
Аппаратура связи, питание которой осуществляется от выпрямительных устройств, требует постоянного напряжения, величина которого колебалась бы в очень незначительных пределах. Резервная аккумуляторная батарея, работающая в буфере с выпрямительным устройством, требует чтобы ее подзаряжали (содержали) выпрямленным напряжением, отклонения которого составляли бы всего 2% от установленного значения, и заряжали бы постоянным током, величина которого также изменялась бы очень незначительно. Для обеспечения вышесказанного выпрямительные устройства предприятий связи в зависимости от назначения выполняются со стабилизацией выпрямленного напряжения
или тока и с возможностью плавного изменения этих величин (регулирования) обслуживающим персоналом до требуемого значения. Для этого выпрямительные устройства дополняются специальными элементами.
Регулирование и стабилизация напряжения (тока) на выходе выпрямительных устройств большой мощности, питающих аппаратуру связи, осуществляется следующими способами: дросселями насыщения без обратной связи; дросселями насыщения с внутренней обратной связью; с помощью тиристоров (изменение момента включения тиристора).
Первый способ регулирования и стабилизации применен в находящихся в настоящее время в эксплуатации выпрямительных устройствах типа ВУ и ВУЛС. Второй способ применен в выпрямительных устройствах типа ВУК и ВУЛС-2. Третий способ применен в разрабатываемых в настоящее время выпрямительных устройствах типа ВУТ, которые должны прийти на смену выпрямительным устройствам типа ВУК.
В выпрямительных устройствах малой мощности, которые применяются для питания учрежденческих и домовых подстанций, а также в электропитающих установках сельской телефонной связи для стабилизации выпрямленного напряжения применяют феррорезонансные стабилизаторы (выпрямительные блоки ВБ-24/6-3, ВБ-24/3-3; ВБ-60-2, ВТ-61/5, ВБ-60/25). Эти блоки не имеют плавного регулирования выпрямленного напряжения. В настоящее время для питания сельской телефонной связи, а также учрежденческих и домовых подстанций разработаны и внедрены в серийное производство выпрямительные блоки типа ВБ-60-3 и ВТ-61/5-3, регулирование и стабилизация выпрямленного напряжения в которых осуществляются с помощью тиристоров.
Для содержания дополнительных элементов аккумуляторной батареи разработаны выпрямительные устройства малой мощности, стабилизация выпрямленного напряжения которых осуществляется с помощью полупроводникового стабилизатора с регулирующим транзистором, работающим в импульсном режиме. Такие стабилизаторы установлены в устройстве автоматической коммутации аккумуляторной батареи (АКАБ).
ДРОССЕЛИ НАСЫЩЕНИЯ
Дроссель насыщения (ДН) представляет собой устройство, индуктивное сопротивление которого изменяется в зависимости от величины подмагничивающего постоянного тока. Дроссель насыщения имеет обмотку переменного тока или рабочую об
мотку и одну или несколько обмоток подмагничивания w или обмоток постоянного тока. Магнитная цепь его состоит из стального замкнутого магнитопровода. Магнитный поток дросселя насыщения создается одновременно переменным и постоянным магнитными потоками.
Броневые трансформаторы имеют следующие преимущества: наличие одной катушки вместо двух у трансформатора стержневого типа, более высокий коэффициент заполнения окна магнитопровода обмоточными проводами, обмотка защищена ярмом от механических повреждений.
ТРЕХФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Питание выпрямительных устройств мощностью свыше 1 кВт осуществляется от трехфазной сети переменного тока, поэтому в таких выпрямительных устройствах применены трехфазные трансформаторы. При их применении все. три фазы питающей сети будут загружены равномерно, кроме того, в выпрямительном устройстве можно применить схему выпрямления с шестикратной и более частой пульсаций.
Трехфазный трансфокатор может быть выполнен групповым, состоящим из трех одинаковых однофазных трансформаторов, и со связанной магнитной системой. Устройство трехфазного трансформатора со связанной магнитной системой изображено на рис. 1.8б, его магнитопровод имеет три стержня и два ярма — нижнее и верхнее. Для уменьшения намагничивающих токов поперечное сечение ярма делается несколько больше поперечного сечения стержней. На стержнях трансформатора размешаются обмотки.
Рис. 1.11. Схема соединения обмоток трехфазного трансформатора:
а — при соединении в звезду; б — при соединении в треугольник
Простейший дроссель насыщения и схема его включения представлены на рис. 1.12. Для переменного тока катушка со стальным сердечником обладает реактивным (индуктивным) сопротивлением xL. Ток в нагрузке будет зависеть от суммы индуктивного xL и активного Rн сопротивлений, а падение напряжений на каждом из них будет пропорционально их величинам, т. е. UДН=I-xL, а URн=I-RB.
Индуктивное сопротивление дросселя насыщения не является постоянной величиной, а будет изменяться в зависимости от изменения магнитного состояния стали магнитопровода, а им, в свою очередь, управляет ток, текущий в обмотке.
Рис. 1.12. Простейший дроссель . насыщения и схема его включения
Рис. 1.13. Дроссели насыщения: а — однофазный; б — трехфазный
Следовательно, изменением величины тока в обмотке w можно в широких пределах изменять магнитную проницаемость μ и зависящее от нее индуктивное сопротивление обмоток переменного тока дросселя насыщения и падение напряжения UДН. При увеличении тока подмагничивания индуктивное сопротивление xL дросселя насыщения уменьшается, а при уменьшении тока подмагничивания — увеличивается. Величина постоянного магнитного потока зависит от числа витков обмотки w и от тока, протекающего по этой обмотке.
Дроссель насыщения, показанный на рис. 1.12, представляет собой обычный трансформатор, он, как и трансформатор, имеет две обмотки (обмотку переменного тока и обмотку подмагничивания), размещенные на общем магнитопроводе. Обмотка переменного тока, по которой протекает ток нагрузки, выполнена из провода, рассчитанного на заданный ток нагрузки и, как правило, имеет небольшое число витков. Обмотка подмагничивания наоборот, в целях упрощения, имеет большое число витков из тонкого провода. Переменное напряжение обмотки индуктирует в обмотке переменную ЭДС, которая по закону трансформирования во столько раз будет больше переменного напряжения обмотки w, во сколько раз число витков обмотки будет больше числа витков обмотки w. Так как обычно w=>w, то и переменная ЭДС, наводимая в обмотке w, может достигать очень больших значений, опасных как для самой обмотки (может не выдержать изоляции проводов этой обмотки), так и для элементов источника постоянного тока, питающего обмотки подмагничивания. Поэтому конструкцию дросселей насыщения выполняют так, чтобы сохранить управляющее действие обмотки и исключить трансформаторное действие рабочей обмотки на обмотку подмагничивания. В выпрямительных устройствах типа ВУ, ВУЛС и ВУК применены следующие конструкции дросселей насыщения: однофазный дроссель насыщения (рис. 1.13а) и трехфазный дроссель насыщения (рис. 1.13б).
Магнитная цепь однофазного дросселя состоит из двух, расположенных рядом, стержневых магнитопроводов (рис. 1.13а). Обмотки подмагничивания расположены на средних стержнях магнитопровода, а обмотки переменного тока (w'~ и w"~) —на крайних. Обмотки переменного тока могут быть соединены параллельно или последовательно. Чтобы переменный магнитный поток, создаваемый обмоткой переменного тока, не наводил бы переменного напряжения в обмотке подмагничивания, рабочая обмотка разбита на две обмотки w'~ и w"~. Эти обмотки располагаются, наматываются и соединяются при их параллельном и последовательном соединении так, чтобы магнитные потоки Ф'__ и Ф"_., создаваемые этими обмотками, имели бы направление, указанное на рис. 1.13а, при котором в среднем стержне эти магнитные потоки будут иметь противоположные направления и будут взаимно компенсировать один другого, так как число витков w' ~ = w" . Таким образом, в среднем стержне переменный поток будет отсутствовать, т. е. в обмотке переменного напряжения наводиться не будет.
Магнитная цепь трехфазного дросселя насыщения состоит из шести стержневых магнитопроводов—двух для каждой фазы переменного тока (рис. 1.13б). Обмотки переменного тока каждой из трех фаз А, В, С разбиты на две части (w'—для фазы A; w'~B, w''— для фазы В; w‘~c, -для фазы С)
и помещены на крайних стержнях магнитопровода, обмотки постоянного тока — на средних стержнях и охватывают одновременно средние стержни всех магнитопроводов. При таком расположении, намотке и соединении этих обмоток в обмотке подмагничивания также не наводится переменного напряжения.
