3.2 Системы электропитания постоянного тока

С истемы электропитания постоянного тока содержат в своем составе устройства бесперебойного питания с выходом на постоянном токе, содер­жащие выпрямительные устройства [6]. На рисунке 3.2 изображена функ­циональная схема такого выпрямителя.

Выпрямитель построен по бестрансформаторной схеме, в которой напряжение однофазной или трехфазной электросети и_с поступает на сете­вой фильтр ФЭС1, выполняющий защитные функции и затем выпрямляется с помощью выпрямителя В1. При этом пульсирующее выходное напряжение выпрямителя равно и_д=220 в. Затем с помощью корректора коэффициента мощности ККМ производится заряд емкости фильтра сглаживания током, повторяющим форму напряжения электросети (в идеальном случае - полуси-нусойда). В результате ток, отбираемый из электросети повторяет форму ее напряжения и коэффициент мощности такого устройства высок и практиче­ски равен единице (у/>0,95).

Коэффициент мощности равен: ц/=Р/8, где: Р, вт - активная составля­ющая мощности (потребляемая нагрузкой); £ вА - полная или кажущаяся мощность. Если положить, что напряжение электросети имеет практически

синусоидальную форму, то коэффициент мощности можно найти с помощью соотношения:

Ц/=УС08р,

здесь: у - коэффициент несинусоидальности тока нагрузки; р - угол сдвига между напряжением электросети и первой гармоникой тока нагрузки.

Выходное напряжение ККМ, равное около 400 в, подается на высокоча­стотный стабилизированный преобразователь СП, содержащий трансформа­тор. С помощью преобразователя СП напряжение понижается до необходи­мой величины и стабилизируется. Затем это напряжение выпрямляется по­средством выпрямителя В2 и фильтруется с помощью высокочастотного сглаживающего фильтра ФНЧ1.

На предприятиях связи используются четыре основных структурных схемы [1] систем электропитания постоянного тока с заземленным плюсом (рисунки 3.3, 3.4):

1. 

2. Б уферная система электропитания без устройств стабилизации;

3. Буферная система со стабилизированным конвертором;

4. Буферная система электропитания с вольтодобавочным конвертором;

5. Другие система электропитания постоянного тока (например, с отде­ленной от нагрузки аккумуляторной батареей).

а) б) в)

Рисунок 3.3 Системы электропитания постоянного тока (выпрямители): а) буферная система электропитания постоянного тока с двухгруппной аккумуляторной батареей;

б) буферная система электропитания со стабилизированным конверто- ром;

в) буферная система с вольтодобавочным конвертором;

Однофазное или трехфазное напряжение переменного тока выпрямляет­ся, понижается и стабилизируется с помощью выпрямительного устройства или нескольких параллельно включенных выпрямителей (два выпрямителя 1171-1172 на рисунке 3.3 а). В случае аварии, то есть отсутствия напряжения электросети питание нагрузки осуществляется от аккумуляторной батареи ОБ1 и ОБ2. После аварии заряд батареи и одновременно питание нагрузки производится от выпрямителей. Преимуществом буферных систем электро­питания является отсутствие коммутаций при пропадании напряжения в электросети и его восстановлении.

Максимальное значение выходного тока выпрямительного устройства равно: 1^=1₀+1за_Р, где 1_Зар~0,25С₁₀ - ток заряда АБ в послеаварийном режиме. А максимальное значение активной мощности, потребляемой выпрямитель­ными устройствами в условиях нормального электроснабжения:

Рв=(10+1из) ■Мэ_ли_Шз/т1в, (3.1)

где: ип_лЗ~2,28 - напряжение «плавающего заряда» для свинцово - кис­лотных аккумуляторов, определяемое с учетом рабочей температуры 1_Ср; г\_в -КПД выпрямителя; 1₀ - ток нагрузки; 1_ПЗ~0,0007С₁₀ - ток окончания заряда АБ [13]; Ыэл - количество элементов в аккумуляторной батарее.

Буферная система электропитания постоянного тока с конвертором (смотри рисунок 3.3б) содержит (в данном случае) два параллельно вклю­ченных выпрямителя и71-и72. Конверторы и73-и74 предназначены для стабилизации выходного напряжения и₀ и компенсации изменения напряже­ния на аккумуляторной батарее ОБ1, ОБ2.

Параллельное включение выпрямительных устройств и71-и72 (а также стабилизированных конверторов и73-и74) позволяет реализовать схему ре­зервирования, в которой один модуль выпрямительного устройства является избыточным. Количество модулей, необходимых для обеспечения электро­питания нагрузки с резервом будет равно:

^=(Робщким/Рмод)⁺1, (3.2)

где: N - количество модулей; к_ПМ~0,75-0,95 - коэффициент учета парал­лельного включения; Р_Мод - мощность одного модуля.

Для многих типов модульных источников бесперебойного питания об­щая мощность вычисляется с поправочным коэффициентом, учитывающим

неполное равенство нагрузки (выходных токов) параллельно соединенных модулей: Ровщ= N-Рмодкпм-

При длительной работе от аккумуляторной батареи в аварийных режи­мах используется буферная система электропитания постоянного тока с вольтодобавочным (ВДК) конвертором (смотри рисунок 3.3в).

В штатном режиме контактор К1 замкнут, элементы: аккумуляторной батареи UZ4 поддерживаются в заряженном состоянии с помощью выпрямительного устройства UZ1-UZ2. Одновременно обеспечивается питание основного оборудо­вания от выпрямителя. В аварийном режиме контактор К1 размыкается, а выход вольтодобавочного конвертора UZ3 соединяется последовательно с аккумулятор­ной батареей GB1, GB2. Так как напряжение на выходе конвертора оказывается больше напряжения на диоде VD1, он запирается. При разряде аккумуляторной батареи с помощью вольтодобавочного конвертора добавляется недостающая до­ля напряжения для обеспечения постоянства напряжения на нагрузке. Диод VD1 необходим для обеспечения непрерывного протекания тока в момент сраба­тывания контактора К1.

В системе электропитания постоянного тока с отделенной от нагрузки аккумуляторной батареей аккумуляторная батарея подзаряжается от дополнительного выпрямителя содержания. При снижении напряжения ниже допустимой нормы питание нагрузки производится от аккумуляторной батареи, которая подключается с помощью электронного ключа.