Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электропитание устройств и систем телекоммуникаций. Учебное пособие. Курс лекций
.pdf
121
ВОПРОС 6. Двухзвенные преобразователи постоянного напряжения.
Стабилизация выходного напряжения
преобразователей
Для устранения недостатков, присущих непосредственным преобразователям постоянного напряжения и отмеченных ранее, в более сложных
по структуре силовой части преобразователях подобного назначения производится последовательное преобразование постоянного тока в переменный
с напряжением прямоугольной или непрямоугольной формы, а последний
затем вновь преобразуется в постоянный ток. Для выполнения такого двукратного преобразования электроэнергии силовая часть рассматриваемых
преобразовательных устройств должна содержать два последовательно соединенных силовых элемента - высокочастотный транзисторный инвертор
(регулируемый или нерегулируемый) и высокочастотный выпрямитель со
сглаживающим фильтром. При этом электрическая изоляция выходных цепей преобразователя друг от друга и от источника электроэнергии, а также
обеспечение требуемых номинальных значений выходных напряжений осу-
ществляются с помощью высокочастотного силового трансформатора.
Многоканальные преобразователи постоянного напряжения имеют две или
более (на практике 15...20) электрически изолированных цепей постоянного
тока с разными уровнями выходных напряжений, одноканальные - одну выходную цепь постоянного тока, электрически изолированную от источника
электроэнергии [4].
Функциональная схема трехканального ДППН показана на рисунке
17. Для получения трех гальванически не связанных между собой и входом
каналов преобразователя в состав последнего включен (между инвертором
и выпрямителем каждого канала) четырехобмоточный трансформатор Т.
Выходное напряжение инвертора подается на первичную обмотку w1. Требуемая величина напряжения на выходе каждого канала (U2; U3; U4) обеспечивается за счет определенного количества витков в обмотках w2, w3 и w4
трансформатора T. На практике, как правило, в состав такого преобразователя включают входной и выходной фильтры. Входной фильтр обеспечивает развязку между высокочастотным инвертором и источником питания
122
преобразователя. Выходные фильтры обеспечивают сглаживание пульса-
ций напряжения каждого канала.
Применение ДППН в источниках вторичного электропитания позволяет получить не только ряд необходимых вторичных напряжений из одного
первичного, но и повысить стабильность вторичных напряжений по сравнению с первичным. Выходное напряжение существующих первичных источников электропитания в процессе эксплуатации меняется. У большинства из них колебания напряжения лежат в пределах + (10...20)%. Допустимые колебания напряжения питания большинства ответственных приемников систем телекоммуникаций на порядок меньше и составляют + (3...5%),
а отдельных (выходные каскады в аппаратуре связи) еще более чувствительны к изменению напряжения питания, и того меньше - всего +
(0,1...0,5)%.
Отсюда вытекает необходимость стабилизации выходных напряжений преобразователя. Все многообразие встречающихся на практике стабилизированных двухзвенных высокочастотных преобразователей постоян-
Рисунок 17 - Функциональная схема двухзвенного трехканального
преобразователя постоянного напряжения
ного напряжения можно свести к относительно небольшому числу типовых
унифицированных функциональных схем, изображенных на рисунках
18…20.
123
Наиболее простая функциональная схема (рисунок 18) содержит входной фильтр (ФВХ)регулируемый высокочастотный транзисторный инвертор
(РИ), с выхода которого переменное напряжение подается на трансформатор и далее на выпрямители В1...Вn (где n - число выходных каналов стабилизированного преобразователя). Указанные выпрямители с выходными
фильтрами LC-типа Ф1, Ф2, ...Фn преобразуют переменное напряжение в постоянное, одновременно сглаживая пульсации. Централизованная стабилизация одновременно всех выходных напряжений преобразователя достигается изменением относительной длительности импульсов переменного
напряжения на выходе РИ под действием сигнала отрицательной обратной
связи (ООС), снимаемого со схемы обратной связи ОС. Последняя может
быть подключена принципиально к любому одному (обычно наиболее мощному) выходу стабилизированного преобразователя.
Совмещение функций преобразования напряжений и стабилизации их
значений в одном мощном функциональном узле - регулируемом высокочастотном инверторе - позволяет исключить лишние преобразования электрической энергии, существенно упростить силовую схему стабилизированного многоканального преобразователя и повысить его КПД. Это является
несомненным достоинством рассмотренной схемы. Наиболее эффективным применение данной схемы оказывается при сравнительно малом коли-
честве (не более двух-пяти) выходных каналов, когда нагрузка по каждому
каналу в процессе работы преобразователя изменяется в сравнительно небольших пределах.
Рисунок 18 - Структурная схема ДППН с централизованной
стабилизацией на основе регулируемого инвертора
124
К недостаткам, снижающим эффективность вышерассмотренной
функциональной схемы относятся следующие:
1. Необходимость включения по многим выходным каналам дополнительных линейных стабилизаторов постоянного напряжения (на рисунке 18
обозначены ЛС1, ЛС2, ...) из-за сильных изменений выходных напряжений
преобразователя в моменты изменений одной или нескольких нагрузок,
обусловленных, в свою очередь, сравнительно плохими динамическими
свойствами сглаживающих фильтров LC-типа.
2. Невозможность удовлетворения по качеству вторичных питающих
напряжений при увеличении (более пяти) каналов преобразователя.
3. Изменение спектрального состава пульсаций всех выходных напряжений в процессе автоматического регулирования. Для большого количе-
ства приемников электрической энергии систем телекоммуникаций, чувствительных к спектру высших гармоник питающего напряжения, это
может оказаться неприемлемым, что ограничивает возможности данной
функциональной схемы. Кроме того, для нее характерно плохое использование мощных транзисторов в регулируемом инверторе по току и напряжению, так как они должны выбираться с учетом максимальных значений питающего напряжения и потребляемого тока, который, в свою очередь, будет
соответствовать минимальным значениям напряжения питания.
Централизованную стабилизацию одновременно всех выходных
напряжений в многоканальном высокочастотном преобразователе постоянного напряжения позволяют также реализовать функциональные схемы,
изображенные на рисунках 19…20. В схеме, приведенной на рисунке 19 на
вход нерегулируемого транзисторного высокочастотного инвертора (И)
включен импульсный стабилизатор ИС постоянного напряжения со сглаживающими фильтрами LC-типа на входе ФВХ и C-типа на выходе (ФС). Этот
стабилизатор обеспечивает постоянство напряжения питания инвертора во
всех режимах работы. При относительно малом внутреннем сопротивлении
инвертора и выходных выпрямителей B1, B2, ... Bn с емкостными сглаживающими фильтрами Ф1, Ф2, ...Фn это условие является достаточным для оптимизации выходных напряжений преобразователя по каждому из его выходных каналов.
125
Рисунок 19 - Структурная схема ДППН с централизованной стабилиза-
цией на основе импульсного стабилизатора в общей силовой цепи
По сравнению с предыдущей функциональной схемой данная схема
обладает рядом следующих преимуществ. Существенно лучше используются мощные полупроводниковые приборы вследствие питания инвертора
стабильным напряжением с выхода ИС. Выходные сглаживающие фильтры
С-типа обеспечивают существенно лучший характер процессов быстрой
коммутации мощных транзисторов, меньшие мгновенные перегрузки,
меньшие потери энергии на коммутацию, большие рабочие частоты преобразования электроэнергии. К недостаткам следует отнести дополнительное преобразование электроэнергии в импульсном стабилизаторе, как
следствие этого, более сложную конфигурацию силовой схемы и дополнительные потери энергии в импульсном стабилизаторе ИС.
В современных средствах вторичного электропитания функциональная схема, изображенная на рисунке 19, используется обычно при суммарной выходной мощности преобразователя от 5...10 до 100...300 Вт, числе
выходных каналов от 3...5 до 15...30, частотах преобразования электроэнергии от единиц до 50-100 кГц и более.
При малой мощности многоканального ДППН (1...3 Вт) на вход нерегулируемого транзисторного инвертора И вместо импульсного стабилизатора ИС и сглаживающих фильтров Фвх и Фс может включаться линейный
стабилизатор, который обеспечивает высокие динамические свойства преобразователей при резких коммутациях токов их нагрузок и изменениях питающего напряжения (рисунок 20).
126
В функциональной схеме, изображенной на рисунке 20 выходное
напряжение стабилизирующего устройства суммируется на входе инвертора с напряжением питания таким образом, чтобы их сумма во всех режимах и условиях эксплуатации оставалась неизменной и равной U
п.max
. При
этом стабилизирующее устройство (СУ на рисунке 20) преобразует значительно меньшую энергию, чем в схеме, изображенной на рисунке 19. В качестве СУ в функциональной схеме, приведенной на рисунке 20, может
быть использован регулируемый непосредственный преобразователь постоянного напряжения, основные схемы которого рассмотрены выше.
Рисунок 20 - Структурная схема ДППН с централизованной
стабилизацией на основе вольтодобавки
Существенно меньшая по сравнению с функциональной схемой, изображенной на рисунке 19 мощность СУ обусловливает значительно лучшие
массогабаритные характеристики преобразователя в целом при выполнении его по функциональной схеме на рисунке 20. Поэтому такие схемы
обычно реализуются в многоканальных стабилизированных ДППН при
суммарной мощности нагрузок более 100...300 Вт.
Контрольные вопросы
1. Дать определение понятия «Инвертор».
2. Основные области применения инверторов.
3. Классификация инверторов.
4. Схемы инвертирования, находящие применение в практике.
5. Основные характеристики, которые позволяют сравнивать между
собой различные схемы инверторов.
127
6. Пояснить принцип действия однофазного двухтактного транзи-
сторного инвертора.
7. Пояснить принцип действия однофазного параллельного инвер-
тора тока.
8. Назначение преобразователей постоянного напряжения.
9. Классификация преобразователей постоянного напряжения.
10. Дать определение понятия «Непосредственный преобразователь
постоянного напряжения» (НППН).
11. Пояснить принцип действия непосредственного преобразователя
постоянного напряжения (НППН).
12. Дать определение понятия «Двухзвенный преобразователь посто-
янного напряжения» (ДППН).
13. Пояснить принцип действия двухзвенного преобразователя посто-
янного напряжения (ДППН).
14. Пояснить принцип действия НППН понижающего типа.
15. Пояснить принцип действия НППН повышающего типа.
16. Пояснить принцип действия НППН реверсивного типа.
17. Структурная схема, принцип действия и области применения
двухзвенных преобразователей постоянного напряжения.
18. Изобразить функциональную схему и пояснить принцип действия
двухзвенного трехканального преобразователя постоянного напряжения.
128
ЛЕКЦИЯ №6
Тема лекции: Электропитание телекоммуникационной
аппаратуры
Вопросы лекции:
1. Электроустановки предприятий связи.
2. Классификация установок электропитания и технические требования к
их оборудованию.
3. Электропитающая установка.
4. Системы бесперебойного электропитания постоянного и переменного
тока.
5. Комбинированные системы бесперебойного питания.
ВОПРОС 1. Электроустановки предприятий связи
Одним из основных элементов любого предприятия (объекта) связи,
определяющим его работоспособность является электроустановка. Под
электроустановкой (ЭУ) подразумевается весь комплекс энергосооружений, обеспечивающий не только электропитание аппаратуры, но и функционирование систем: освещения; кондиционирования и вентиляции воздуха;
теплоснабжения и других систем, связанных с жизнедеятельностью предприятия, как в нормальных условиях внешнего электроснабжения, так и в
аварийных [4]. Аппаратура современных инфокоммуникационных систем
требует для своей работы бесперебойной подачи электрической энергии
как постоянного, так и переменного тока. Для обеспечения бесперебойной
подачи к аппаратуре электрической энергии требуемого качества в состав
ЭУ вводятся устройства бесперебойной подачи (УБП) постоянного и переменного тока, называемые также электропитающими установками. (ЭПУ).
Тогда как, например, аппаратура освещения требует гарантированной подачи электрической энергии, т.е. допускает кратковременные перерывы в
подаче электроэнергии, связанные с переходом с одного источника электроэнергии на другой.
129
Электроустановка должна отвечать следующим основным техниче-
ским требованиям:
обеспечивать аппаратуру связи электрической энергией, удовлетво-
ряющей требованиям аппаратуры, установленной на данном предприятии;
обеспечивать требуемые параметры надежности подачи электриче-
ской энергии, удовлетворяющие желаемой надежности работы инфокоммуникацинных систем;
обеспечивать максимально возможную степень автоматизации ра-
боты установки, вплоть до полной автоматизации;
обладать высокими значениями КПД и коэффициента мощности;
строиться с максимальным использованием типового унифициро-
ванного оборудования и быть экономичной в строительстве и эксплуатации.
Степень автоматизации электроустановки должна обеспечивать кон-
троль и управление её работой с помощью телемеханики и телесигнализации.
Оборудование электроустановки должно обеспечивать выполнение
следующих функций:
прием электрической энергии переменного тока промышленной ча-
стоты от источников электрических сетей энергосистемы;
непрерывный автоматический контроль качества электрической
энергии, поступающей от электрических сетей энергосистемы;
резервирование источников электрических сетей энергосистемы
при помощи собственных стационарных или передвижных источников
электроэнергии;
преобразование электроэнергии переменного тока по роду тока,
числу фаз и уровню напряжения для обеспечения электропитания аппаратуры связи и оборудования объекта связи;
обеспечение требуемой надежности электроснабжения электро-
приемников объекта связи;
обеспечение бесперебойности электропитания аппаратуры связи;
130
местную и дистанционную сигнализацию о режимах работы элект-
роустановки (мониторинг);
управление режимами работы электроустановки.
В зависимости от конкретных условий отдельные из приведенных
функций электроустановки объекта связи могут отсутствовать.
В состав электроустановки предприятия связи входят следующие ос-
новные виды оборудования:
воздушные и кабельные линии: электропередачи 10; 6 и 0,4 кВ;
трансформаторные подстанции;
распределительные пункты и устройства переключения источни-
ков напряжения, в том числе устройства автоматического ввода резервного
источника переменного напряжения (АВР);
устройства компенсации реактивной мощности (конденсаторные
установки);
устройства защиты от перенапряжений, возникающих в линии
электропередачи; собственные стационарные и передвижные дизельные
электростанции; электропитающие установки;
электрооборудование систем жизнеобеспечения (вентиляции, кон-
диционирования, отопления, водоснабжения, канализации стоков технологических помещений) и освещения технологических помещений;
защитные заземляющие устройства;
оборудование автоматического контроля качества электрической
энергии, поступающей от электрических сетей энергосистемы;
устройства управления и мониторинга.
В зависимости от конкретных условий объекта связи отдельные виды
оборудования могут не входить в состав его электроустановки.
ВОПРОС 2. Классификация установок электропитания и технические
требования к их оборудованию
Состав оборудования той или иной установки электропитания в
первую очередь определяются целями, для достижения которых применя-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]