6.4. Заряд емкостных накопителей от неуправляемых выпрямителей

В тех случаях, когда частота следования импульсов генератора существенно меньше частоты питающей сети, т. е. время заряда емкостного накопителя составляет десятки и сотни периодов питающей сети, в качестве зарядных устройств могут применяться неуправляемые выпрямители с реактивным балластом. Использование реактивного балласта существенно повышает КПД такого зарядного устройства, а отсутствие промежуточных фильтров снижает его массогабаритные показатели.

На рис. 6.15 и 6.16 приведены схемы однофазных зарядных устройств с индуктивным и с емкостным балластами. Во втором случае последовательно с конденсатором включен резистор, который ограничивает броски токов при включении ключа К и защищает диоды выпрямителя от экстратоков. Сопротивление этого резистора существенно меньше реактивного сопротивления емкостного реактора и практически не влияет на процесс за-

Рис. 6.15 Рис. 6.16

ряда и КПД зарядного устройства. Стабилизация напряжения заряда в таких устройствах обеспечивается за счет того, что система управления выключает ключ К (электронный или электромеханический) при достижении напряжением заряда заданного уровня, т. е. отключает зарядное устройство от питающей сети. Реактивный балласт в данных схемах обычно включается на вторичной стороне согласующего силового трансформатора, так как при включении этого балласта на первичной стороне образуется делитель, состоящий из самого балласта и индуктивности намагничивания трансформатора, что приводит к снижению напряжения холостого хода последнего. Расчет таких устройств достаточно тривиален, а величина реактивного балласта в первую очередь определяется значением тока короткого замыкания.

6.5. Заряд емкостных накопителей от источников тока

В качестве зарядных устройств больших емкостных накопителей широкое применение нашли источники тока, которые обеспечивают линейный рост напряжения во времени на накопителях. Статические внешние характеристики идеальных источников тока могут быть представлены как  = const. Источники питания с такими внешними характеристиками в отличие от источников напряжения не существуют в чистом виде, и их приходится создавать искусственно. В качестве источников тока, предназначенных для заряда емкостных накопителей, могут быть применены индуктивно-емкостные преобразователи (ИЕП), которые преобразуют внеш­ние характеристики источников гармонических (синусоидальных) ЭДС во внешние характеристики источников тока. На рис. 6.17 приведена схема прос-

Рис. 6.17

тейшего однофазного ИЕП (так называемая схема Бушеро), принцип работы которого основан на резонансе напряжений в реактивных элементах L и С. Их параметры подобраны таким образом, чтобы

,

где  = 2f – круговая частота напряжения питающей сети. Режим холостого хода для ИЕП является аварийным, поскольку при бесконечной величине добротности реактивных элементов напряжение холостого хода (напря­жение на зажимах конденсатора С, а также на зажимах катушки индуктивности L) стремится к бесконечности. В реальных устройствах добротности реактивных элементов имеют конечную величину, что несколько ограничивает напряжение холостого хода, но, тем не менее, при отсутствии нагрузки выход ИЕП должен быть закорочен. Ток короткого замыкания ИЕП практически равен току нагрузки, и для схемы Бушеро

.

Такой вид заряда может быть применен только в тех случаях, когда рабочая частота генератора существенно меньше частоты питающей сети, т. е. F  f. После размыкания ключа К ток ИЕП поступает на первичную обмотку согласующего трансформатора Т_р и после выпрямления с помощью двухфазного двухполупериодного выпрямителя VD ток заряда обеспечивает заряд накопителя, причем , где I_ср – средний ток заряда.

По достижении напряжением накопителя заданного значения U_max ключ К замыкается и процесс заряда прекращается. За время t = T_зар накопитель заряжается до напряжения U_max (рис. 6.18) и после некоторой паузы разряжается на нагрузку. Частота коммутаций ключа К равна рабочей частоте генератора, причем ключ должен обладать двусторонней проводимостью.

Рис. 6.18

В качестве такого ключа на практике используют встречно-параллельно включенные тиристоры или симисторы. Поскольку эти полууправляемые вентили работают в цепи переменного тока, их выключение происходит ав­томатически при каждом переходе тока через ноль. В силу этого импульсы управления должны постоянно присутствовать на управляющих электродах данных приборов во время паузы, длительность которой существенно больше длительности периода питающей сети.

В мощных импульсных установках применяются трехфазные ИЕП, обеспечивающие равномерную загрузку трехфазной сети. Ток трехфазных ИЕП после выпрямления имеет малые пульсации, и заряд накопителя производится практически постоянным током. В силу того, что напряжение заряда растет линейно, ошибка в точности стабилизации амплитуды зарядного напряжения с помощью системы управления постоянна во всем диапазоне регулирования.