Text
                    В.М.Бушуев
.ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ
УСТРОЙСТВ
связи
-----------------------------------/
Допущено Министерством связи СССР.
в качестве учебника для учащихся
электротехникумов связи"
специальностей 0708, 070911
0733, 0734, 0735, 0736
Scanned Ьу Sc
\'ower.frikz011 .
1
а.оJь.
. /1 'r""lJicJ,z о
МVиm!Vw , ~vvVWVЩ1 ~''\ ·1 '
}lflfu1плnп.,n1'·иuuщ,71U1J/ )
)~~~~/
Моекв
®«Радио и СВЯЗЬ»
19Вб
/
~~


ББК 32.889 690 УДК 621.31 (075) • Бушуев В. М. Б90 Электропитание устройств связи: Учеб. для технику- мов. -М.: Радио и связь, 1986. - 240 с.: ил. Рассматриваются устройство и принцип действия трансформаторов, элек­ трических двигателей, генераторов, источняков электрической энергии посто­ янного тока и других устройств, применяемых на предприятиях проводной связи. Особое внимание уделяется выпрямлению переменного тока, стабили­ зации напряжения и тока, электроустановкам пятания устройств и систем тедеграфной и телефонной связи. Для учащихся техникумов связи проводных спецнадьностей. 2402020000-104 Б 046(01)-86 101-86 Рецензенты: Куйбышевский политехникум связи и Минский электротехникум связи Редакция литературы rпо конструированию и технологии производства РЭА Учебник Владимир Михайлович Бушуев ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ СВЯЗИ Заведующий редакцией П. И. Никонов. Редактор Ю. И. Суханов. ББК 32.889 Перепдст художника Ю В. Архангельског_о. Художественный редактор Т. В. Бусарова. Т<'хническпй редактор Т. Н. Зыкина. Корректор Т. В. Дземидович ИБ .N'2 1370 Сдано в набор 29 11.85 Подписано в печать 25.02.86 Формат 60X90I/16 Бумага типогр. No 3 Гарнитура литературная Усл. печ л. 15,О Усл. кр.-отт. 15,0 Уч.-изд. л. 17,19 Изд. No 19993 Зак. No 135 Цена 95 к. Издатедьство «Радио и связь:.. 101000 Москва, Почтамт, а/я 693 Московская типография No 5 ВГО сСоюзучетиэдат:. 001000 М(•скnа, ул. К.ирова, д. 40 Т-02896 Печать высокая Тираж 35 ООО экз. © Издательство ~Радио и связь», 1986
• ПРЕДИСЛОВИЕ 1 1 Развитие Единой автоматизированной сети связи стра-­ ны (ЕАСС) базируется на внедрении новой электрон­ ной аппаратуры, устойчивая и к~чественная работа ко­ торой во ~ногам предопределяется возможностями эле­ ктропит ающих устройств (ЭПУ) и токораспределитель­ ных сетей предприятий, а также источников вторично­ го электропитания (ИВЭ), входящих в состав аппара­ туры связи. Широкое использование в аппаратуре связи новы~­ элементов и устройств и значительная ее концентрация на предприятиях _связи требуют резкого повышения на-. дежности средств электропитания, стабильности выход­ ных напряжения И тока. Следствием этого явилась не­ обходимость применения разнообразных преобразова­ телей электроэнергии и стабилизаторов. Поэтому в на­ стоящем учебнике по сравнению с изданнЬIIМ ранее ши­ ре и по.лнее изложены вопросы построения преобразо­ вателей, стабилизаторов, установок бесперебойного пи­ тания (УБП), токораспределительных сетей и аппарату, ры междугородной связи. При этом основное внимание уделено современным устройствам с использованием им­ пульсных методов преобразования и стабилизации на­ пряжения и тока. В конце книги приведен список литературы для бо­ - лее глубокого изучения курса. • Отзывы о книге просим направлять в адрес изда­ тельства «Радио и связь'>: 101000, Москва, Почтамт, а/я 693.
Глава 1. ТРЕХФАЗНЫЕ ЭЛЕI(ТРИЧЕСI\ИЕ СИСТЕМЫ И ТРАНСФОРМАТОРЫ 1,1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРЕХФАЗНЫХ СИСТЕМАХ :под трехфазной 1си,мметричной 1системой э.д.с. понимают сово­ купность трех синусоидальных э.д.с. одинаковых частоты и амп­ .питу~ды, сдвинутых ~между собой 1по фаз~ на 120°. График 1мгновен- 1ных 1значений 1их изображен на рис. 1.1,а Чтобы отличить три э. д. с. в системе, одну из них обозначают l1ерез еа, отстающую от 11ее на 120° - через еь и опережающую на 120° - ~через ее. После­ довательность ~прохождения э. д. с. через одинаковые значения (на­ пример, ч1ерез нулевое значение) называют последовательностью фаз. Т~рехфазная цепь 1состО1ит нз трехфазной сисrемы э. д. 1с. (гене­ ратор), треJСфазной нагрузки и юоединительных проводов. Под фазой трехфазной цеmи понимают участок цепи, по кото1рому про­ v-екает один 1и тот же ток. :е .о с еь Се а) lc Р) wt с Рис. 1.1. Трехфазная симметричная система 4 . ЕА IA
, Обмо11rои фаз Гlенератора, три однофазных генератора или т.ри нагрузки можно соединить в зве.з~ду .или в треУ'гольник. На 1р1ис. 1.1,6 ~показана 'Грехфазная щеюь, генератор и нагрузка ~которой со­ еД1инены в зве:зtду, а на .рис. 1 1.1,в - цепь, в ~которой нагруз1ки -со­ единены в треугольни~к. Возможны варианты включения генерато- ров 1и нагрузок в -схемы звезда/треугольник и наоборот. - При соодиненrши об.моток Г1енератора звездой (рис. 1.'1,6) точку О, в ~которой они об-ъединены, называют нул1евой '(центральной) точ1кой генератора. Нулевой точкой нагрузки 01 называют '!'Очку, в ~которой объединяются выводы трехфазной нагруз1ки. Нулевой провод трехфазной цепи 1соединяет между ~собой точки О 1и 01• В симметричных трехфазных цепях нулевой провод 1может не при- меняться. , ПротекающИ~е по .проводам трехфазной цепи таки называют ли­ нейны'1и тока,,1ш lл, а напряж•ення между ~проводами - линейным.и (междуфазными) на1пряжениямн Ил. Каж.дая из трех обмоток ге­ нератора является. фазой генератора, а ~каждая 1из трех нагру­ гок - фазой наnру31ки. Токи, ,пронжающие в обмотках фаз 1Г1ене­ ратора ,и в нагруз1ке, называют фазовы'1и токами 1Ф· а напряже­ ния соответственно -фазовыми напряжениями Иф. Соотношения между напряже!'иями и токами. Определение мощности. При соединении обмоток генератора в звезду линейное напряжение 1связано с фазовым соотношением Ил= V3UФ· . Линейный так lл равен фазов0~му току /Ф генератора. IПр1и со­ единении об'1оток генератора в треугольник линейное напряже­ ние равняется фазовому. Есл1и нагрузка соединена в звезду, то Линейный ток равенu !фа­ зовому. В случае соединения нагрузки в треугольник линеиные токи не равны фазовым и определяются по первому закону l(ирхгофа. Р асомотрим сх,ему рис. 1.1,6. Есл1и принять, что нулевой ~про­ вод ммеет очень 1мал0tе сопротивление, то потенциалы точ~е~к О и 01 пра1ктически равны 1ме:жду собой. В схе.м1е образуются три кон­ тура, так ~каждого 1ИЗ котарых ~равен частному от деления фазово­ го напряжения на фазовую на1грузку. Ток в нулевом провод1е ра­ вен геометрической су~м1ме фазовых токов. Иссл~дован.ия и раоч~е­ ты в трехфазных цепях производятся известными 1методам1и, 1пр1и­ меняе'1ыми для синусоидальных то,ков. ,Положим, что в схеме РИl. 1.1,6 фазовые э. д. с. ,равны 220 В ка:ждая 1и сопрот1ивления нагрузок равны 10 Ом, но иыеют различный характер (ZA =R, Zв=JшL и Zc=-J/шC), то ,модули токов каж:дой из фаз будут одина1ковы и ~равны 220/10=22 А, ~причем ток lл будет совпадать по фазе с Ел, ТО/К fв - отставать на 90° от Ев 1и ток fc- опере­ жать на 90° Ее. Модуль тока в нулево.м проводе, равный 1су1мме всех трех токов, бу,дет равен 16 А. Векторная диагра1м1ма э.1д.с. и токов изображена на рис. 1.1,г. В трехфазной цепи может отсутствовать нулевой провод. В этом случае цепь представляет собой схему с дВ)'IМЯ узлами 1и в 5
соответствии с методо1:м двух узлов, в котором за искомое прини­ мается напряжение 1межлу ним1и, на1пряжение между точ1кам1и О и 0 1 ,может быть выражено уравнением и00 1 = (ЕАуА+Евув+Есус)/i(уА+ув+ус)' где Ул, Ув и Ус - П!роводимости ~фаз наГ~рузки. В симметричной трехфазной сисrем1е 1при 1равн0~мерной нагрузке напряжение U001 равно нулю. Если нагрузка неравномерна, то напряжения на (ра­ зах нагруз:к~и будут равны разности между напряжением ~каждой фазы генера·лора 1и напряжением Иоо 1 , т. е. Ило 1= Ел-Иоо 1 ; Иво= =Ев-Иоо 1 ; Исо=Ес-Иоо 1 • Токи в фазах нагрузки определяются из соотношений: lл= =VAoJZл; lв=Иво 8/Zв И lc=Иco,/Zc. Расамотрим ~схему рис. 1.1,в. К каждой фазе нагрузки ~прикла- дываются л1инейные напряж1ения, ~которые в VЗiбольше фазовых. Линейные токи связаны с фазовыми така,ми, протекающими в на­ грузке, системой уравнений 1кО1мплексных ,величин: 1л=1 лв-Iсл; lв= lвс-lлв; ic=lcл-lвc. Если значения фазовых нагрузок од1инаковы, т. е. фазы гене­ ратора нагружены равномерно, то линейные таки одинаковы и в VЗ раз больше фазовьlх. При неравном1е1рной наГ~рузке линей· ные то~и 1VIoryт быть 1и больше, и меньше !фазовых. Например, ес­ ли в схеме 1.1,в нагрузки ~принять равными Zлв=-10j, Zвс= lOJ и Zсл = 10 Ом, то модули фазовых токов будут одинаковы и равны 38 А каждый, 'причем ток 1лв буд!ет опережать напряжение Илв на 90°, ток 1вс отставать от напряжения Ивс на 90° и ток 1ед совпадать по фазе с на1пряжение~м ИсА· В~екторная диаграмма на­ пряжений и токов приведена на 1рис. 1.1,д. 1Из векторной диаграм­ мы 1мож110 определить tЛ1инейные та~к.и: lл=fc-;::: 19,7 А и /в=38 А. ' Под активной мощностью треХJфазной оис11емы пьнимают сум­ му активных мощностей фаз и активной мощности, выделяемой в сопротивлении нулевого провода: Р=Рл +Рв+Рс+Роо 1 • Реактивная мощность трехфазной оисТ1емы равна су;м1ме реа1к­ тивных мощностей фаз и реактивной ~мощности, выделяемой в со­ противлении нулевого провода: Q=Qл+Qв+.Qc+Qoo1· Полная мощность системы S= V P 2 +Q2 • При равномерной нагрузке: Poo 1=Qoo1=0; Рл=Рв=Рс= =ИФ/ФсоS<рф; Qл=Qв=Qc=VФ/ФsinqJф, где qJф - угол меж~ лу И Ф ,и / Ф• определяемый характе1р01м наГ~рузки. При равномерной нагрузке активная, реактивная и 'Полная ,мощнос11и будут иметь следующш~ выражения: 1 Р=ЗИФ/Фсоs срФ; Q=ЗИФ sin qJФ и S=ЗVФ/Ф· Тре~фазные оис11емы получили широкое 1распространеН1ие, так как обладают •следующими основными преимущес11вЭ1ми1 1) они 6
экономичноо однофазных при ра1спред~ел1ени1и электроэнергии; 2) отличаются 1прос11отой, экономмrчностью 1и надежностью елемен­ ч:ов, в частности транофо,р1маторо.в и асинх~ронных двигателей; 3) при равном.ерной нагрузке ~мгновенная ~мощность тр.ехфазных rенера11оров за период 1практичеаки неизменна. 1.2 . ВРАЩАЮЩЕЕСЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Магнитное ~поле, в.е1ктор результирующ1ей магН1итной индукции 'В которого неи31менен и вращается с постоянной угловой ско­ ростью, называ1еТ1ся круговым вращающимся ~магнитным полем. На рис. 1.2,а показана ~катушка, че,рез ,которую 1пропускается еинусоидальный ток. Направление вектора магнитной индукции В sа~висит от констру,кцИlи катушки и направленlИя тока в ней. Есл,и в начало обмотки катушк,и Н ток входит, то вектор В на1правлен верти1кально вверх. В ~следующий полу~пе,риод в~ектор В нашравлен вниз. Таким образом, при изменении положения вектора образует­ ся пульсирующее, неподвижное в пространстве, магнитное поле. Известно, что синусоидально изменяющийся вектор, направленный по прямой, можно представить 1геометрич~еокой су1м1Мой двух ве1к- , торов, имеющих одина,ковые аМ~плитуды, начальные ~фазы 1и ~вра­ щающихся в разные ~стороны с одина1ковой угловой 1скоростыо (рис. 1.2,б). РассмоТlрим магнитное ,поле тр1ех одинаковых катушек, ~под­ ключенных к симметричной трехфазной системе. Оои катушек Сдвинуты 1В 1ПЛООКОСТИ на 120° ОТНООИТ1ельно одна ~другой, и 'ГОКИ входят в начала обмоток 1катуш€.к (рис. 1.2,в). Цифра1ми 1, 12 и 3 обозначены положительные на,правленил осей катуше1к. Обозна­ чим индукцию первой' катуш1к;и В 1 , второй - В 2 1и третьей - В 3 • На рис. 1.2,г показаны ~мгновенные знаrчения В1, В2 и В3 и р1езульти­ рующий вектор В для ,различных ~моментов. С увел1ичением вре- в -~ }(1н 3 2 t о) н а) 8) f вf 1 f Bz В2.Бt 83 ~ в ~ 2J 2.f Е22JВ3 v UJt=O tJt ==ff/2 (J) t-= !t в г) (J)t=37t 2 Рис. 1 2. Вращающееся магнитное поле 7
мени вектор результирующей 1магнптной !Индукции вращается в прос11ранстве со скоростью ш 1по направлению от первой 1катуш,ки ко второй. Выше было !Показано, что пульсирующ~ее ~поле ~каждой катушки можно ~представить в виде геометрической су,м~мы двух вращающихся векторов, ,пр1ичем а1мплитуды 1их равны половине а1мпл1ит;у.цы пульсирующего вектора. В расомотренной трехlфазной системе су,мма трех вращающихся против часовой стр~ел1ки векто­ ров ~равна нулю, в то время ~как 1результирующ~ее значени~е трех _ других векторов, вращающихся ~по часовой стрелке, представляет собой вращающийся вектор, ~модуль 1которого равен ,полу'Гора1крат­ ному значению магнитной индукции одной катушки, причем на" •правление этого вектора совпа~ает с осью той катушК~Н, по кото" рой протекает наиболнший ток. Для изменения направления вращ1ения магнитного поля ,в 11рех­ фазной сис11еме достаточно поменять 1места1ми два из трех прово­ дов1 подключающих ~катушки 1 к Г1енератору. 1.3. ТРАНСФОРМАТОРЫ Принцип действия. Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, 'Иiмеющий дв~е ,или более индуктивне связанны~е обмотки, способный 1преоб1разовывать ~переменный ток одного напряжения в 1гальван~ичесюи несвязанный с НИIМ перемен­ ный ток другого напряжения. Работа 11рансформатора основана на эл1екnромагнитном взаимодействии обмотек, 1К одной из кото­ рых поД1ключае1ся исrочник электроэнергии, а 1к ~д1ру~гим - на­ грузки. 06,мотка трансформатора, к которой подводится энерI1ИЯ пр~еобразуе1мого пере1менного тока, называ~ется первичной. Обмот­ ки, от которых отводится энергия; сч1итаются вторичными. Обмот­ ки с большИ~м числом ви11ков называюТtся обмотками высш1его на­ пряжения 1 (ВН), с ~меньшим - низшего напряжения (1НН). Для увеличения магн1итной связи обмотО1к последние ~располагаются на сердечнике, выполненно1м из ферромагнитного 1мат~ериала. Прин­ цип ~действия трансфор1матора поясним на примере однофазного трансфор1матора 1(рис. 11.3). Если ,к зажимам первичной обмотки трансформатора W1 подвести переменное напряжение И1, то проте­ кающий по ней ток 11 создаст магнитный поток Ф. Этот поток вы­ зывает э. д: с. самоиндукции в первичной обмотке и э. д. с. во вто- 8 t ричной. При замыкании вторич" Zн Рис. 1.3 . Однофазный трансфор- матор ной обмотки на сопротивление Zв по ней потечет ток 12. Nlагнитный поток ф состоит из основного магнитного потока Фо, который замыкается в сердечнике транс­ форматора и потоков рассеяния первичной Фс1 и вторичной Фс2 обмоток трансформатора. Основ­ ной магни'гный поток Фо индук- •
тирует в первичной и вторичной обмотках транофор1матора э. д. с. Е 1 и Е2 соответственно, которые уменьшают напря:жения указан­ ных обмоток. Прак~ичеС1К1и ~можно пренебречь падением напряже­ ния на первичной обмотке и э.д.1с. рассеяния трансформатора. В етом случае приложенное напряжение будет равно 1э.д.с. первич­ ной об1мотки, которую IMO)KHO определить по формуле Е 1=4,44 W1fФo, где f - частота Переменного тока. Э.д.с. вторичной обмот.ки определяется аналог,ичным выраже­ нием: Е2= 4,44 W2fФo, где W2 - чис.ло витков вторичной обмотк,и. Если прен·ебречь е. д. с. рассея.н~ия вторичной обмотки, которая ~мала, то при ненагруженной вторичной обмотке трансформатора отношение наП1ря:жений Ui/V2=E1/E2 называется коэффициентом трансформации Ктр· С iJЧетом выражений для э. д. с. 1первичной 1И вторичной об1моток. 1кО1эффициент трансформации можно предста­ вить в виде Ктр= W1/W2. Основные технические параметры трансформаторов. Одним из на~иболее часто употребляемых на ~практике способов опредмения основных пара1метров трансфорыатО1ров являются ~испытания 1их в режимах холостого хода и 1короТ1кого за1мыкания. В, режиме .холостого хода изм~ряют напря:жения первичной И1 1И ,вторичной U2 обмоток, ток холостого хода lx'- и потр•ебляемую лри этом ~мощность Рхх. По данным опыта определяется ·коэффи­ циент трансформаrдии Ктр, потери в ~магнитопроводе Рст, которые qJавны потерям холостого хода, 1и сопро11ивление трансформатора ;в режиме холостого хода Zxx· При коротко1м замыкании из1м1е,ряют напряжение ~короткого за­ tмыкания И к, тюк в пер,вичной обмотке, !Который в этом реж1име принимается равным номпнально1~1у току lн, •и ~мощность Рк, rпо­ требляемую трансформатором. По .данным опыта определяют ~по­ тери Рп в проводах обмоток при номинально\1 ток1е, сошротивле­ 'НИе трансформатора Zк, а также нацря:ж'ение короткого за1мы1ка­ ния Ик и его активную Иа (в ~процентах) п реактивную Up состав­ Jiяющие. При 1пер•еходе ~от режима холостаr10 хода к НО1М1Инально­ му ~изменение напряжения вторичной. обмоТ~ки можно определить из выражения ЛИ= (И а cos ер+ Ир sin ер) 12/lн, тде q> - фазовый сдвиг меж~ду током и напряжением вторичной >0бмоТ1ки; 12 - ток вторичной обмо11ки. / В табл. 1.1 приведены основные электрическ1ие 1пара1метры "'Гр а Н'офор.м а1 о р а. l(онс1рукция трансформаторов. По форме сердечника и спосо­ ;()у расположения на нем обмоток трансфор~маторы подразделяют­ ·Ся на стержневые и броневые. Участки магнито1провода, на кото- 9
Таблица 11 Параметр Напряжение вторичной об-.~откн под нагрузкой Полезная мощность трансфор-.~атора под нагруэкоl! Потери в обмотках (переменные поте- r ри) Потери в магнитопроводе (посто?нныс потери) Коэффициент полезного действия Формулы для определения параметра Рст=Рлх_ iIJЫX раз.мещают обvrотки, называют стержнями. Свободны1е от 01б­ моток участки, соединяющие стер1кни, называют Я1рмом. Стержне­ вые и броневые магнитопроВО)I.Ы ~могут изготовляться из пластин­ чатой 1или ленточной эл~е~ктротехничеокой стали. 1ПреИ1мущества ленточных магнитопроводов заключаются в то1м, что для их 1изго­ товления можно 1применять ленту малой толщ1ины и щля 1ма11ериа­ лов с ориентированной стру1ктурои, например для холоднокатаной стали, полностью иапользуются 1их ~магнитные свойства. Особенно значительные цреи:муще1ства 1по магнитным свойствам у кольцевых магнитопроводов, однако использование их затруднительно из-за технологических т1рудяостей, связанных с на1моткой о6моток. На рис. 1.4 ~показаны основные типы магнитопроводов трансформато­ ров. Для пластинчатых магнитопроводов (рис. 1.4,а) пр1им~еняются rоряче.катаные ма~р1ки электротехнич~еокой стали, для ленточных (рис. 1.4,6) - холоднокатаные. С целью уменьш~ения \Потерь на вихр.евые токи ,пластины 1изоли1руются дру~г от друга ла1ком, ока­ линой или бу~магой. Толщина пластин или ленты ~магнитопроводов, работающих при ~частоте 50 Гц, может изменяться в пределах 0,5 ." 0,15 1м1м. На повышенных частотах толщина ~маrериала ~маг­ нитопровода уменьша.ется. Магнитопроводы трансформаторов собираются встык IИЛИ вна­ хлест. При сбОiрюе встык магнитопровод сос11оит 1из двух отдель- 11 ~ "' - а) 10 \\ о) Рис 1 4. Конструкция магнито­ проводов трансформаторов: а - трехфазный Ш-образный, пластин­ чатый, 6 - трехфазный, внтой, бро• невой
ных частей, которые 1посл-е размещения обмотО1к 1скрепляю11ся меж­ ду собой. При сборке внахлест шластины чередуются таким обра­ зом, чтобы у лежащих друг на друге листах ~разрезы были с раз­ ных сторон магнитопровода. Указанный способ называ-е11ся ших­ товкой. Ш1ихтовка позволяет у1\1еньшить сопротивление магнитно­ IМУ потоку в 1магнитопроводJе. Пластинчатые магнитопроводы стя1nиваются изолированными шпильками, ~пропущенными через отверстия пластин. Л-енточные магнитопроводы могут стягиваться металлическим банда.жом ~или прижимным1и планкам1и. ~Места стыков частей магнитопровода про\ клеиваются. В стержневых трансформаторах обмотки располага­ ются на разных стержнях. В броневых транофор1маторах обмо11ки помещаются на среднем стержне магнитопровода и магнитный поток, пронизывающий этот •стержень, разв1етвляе11ся на две ча1сти, поэтому поперечное се­ чение среднего стержня 1в два раза больше, чем у яр1ма 1И крайних стержней. Брон-евые трансфор,маторы, 1ка~к 'правило, изготовляются на ~меньшие ~мощности и имеют по ~сравнению со стержневы1м1и ряд преимуществ, к которым следует отнести применение для обмоток толь.ко одной ~катушки и боле-е высокую ~степень заполнения обмо­ точным проводо1м окна магнитопровода. При изготовлении транофо1р1маторов ~применяются два разл1ич­ ных способа выполнения обмоток. В трансфор1маторах повышенной ~мощности наибоt11ее рае1п,рос11ран-ена цельная ~многослойная цилинд­ ричеокая обмотка, ~располагаемая вдоль с11ер.жня. Та1кая обмотка на~матывается на кар1кас илш гильзу, выполненные из изоляционно­ го мате.риала. Разновидностью ~обмо11ки является ое.кционирован­ ная обмотка, при которой каждая секция занимает часть длины сrержня. Второй ~способ - это выполнение обмотки в виде конст­ руктивно оформленных элементов, та1к называемых ~галет. Галеты нанизываются на с11ержень одна за другой. Силовые трехфазные трансформаторы обычно ~изготовляют в стержноевом исполнении. На каждом стержне размещают обlмотюи низшего и высшего напряжения одной фазы. Тре)Сфазный трансфор­ матор, обмо'Гiки которо~го соединены 1по сх1еме звезда/треугольник, .показан на рис. 1.5. Начала и ~концы обмоток высшего напряжения принято обозначать ~прописными бу:к,вами А, В, С и Х, У, Z, а об­ моток низшего напряжения строчными - а, Ь, с и х, у, z. Схему соединения обмоток обозна­ чают дробью, числитель которой указывает схему обмоток высшего напряжения, знамена­ тель - низшего. Например, обозначение У/Л указывает, что обмотки низшего напряжения соединены тр~угольником, высшего - звездой (см рис. 15). ZЭис 1 5 Схема соединения обмоток трехфазного транс­ форматора звезда/треугольник 11
nь1сшее нолрнженuе- А !1 с х у z хуz ОА в с х у z А в с Назшее напряже11t1е и11 fJ с х у z х Оа ь х !/ z .!!слоtJнь1е оtfозначения Рис. 1 6 Стандартные группы соединения обмоток трехфаз, ных трансформаторов Для трехфазных двухобмоточных трансформаторов приняты стамартные rру;ппы соединения обмоток (Р'.ис. 11.6). В обозначении на рис. 1.6 в ~правом стюлбце у1казываются цифры, обозначающие r~руюпы соединения обмото1к ,и !Показывающие угловое 1с~м~ещение меЖД1у векторам1и .линейных э. д. с. обмоток низкого на1пряжения и соотвеТ\ствующИJми век11орам1и э. д. 1С. обмоток высокого напряже" ния. Г1руппа завиоит от направления на1мотки обмотки, способа обо" значения зажимов, т. е. их маркировк,и, и способа соединения об" ~мо11ок тр.ехфазноrо транс~форматора. ·Угловое амещение численно равно .проиэведению номера гру1ппы на угол в 30°. Условия параллельной работы трехфазных трансформаторов" При юодключении трансформаторов на ~параллельную работу ~По" СJiедние должны (и,меть равные выхwr.ные напряжеНJия, 1коэффиц~иен" ты трансформации, напряжения ~короткого замыкан1ия ·и принад... лежать 1к одной группое. При несоблюдении указанных услов,ий в трансфорiматорах f5y... дут 1nро-гекать н~едопустимые ура,вниrельные токи. Кром,е того" трансф0~рматоры с меньшим ·значением напряжения короткого за" 12 .
мыкания буду1' пер-еnружены по 1мощнос·ти. На практике допус" кается у параллельно работающих трансформаторов иметь !Раз" брос ~коэффициента Тtрансфор1мащии ~до 1 % и напряжения корот• кого замыкания до 10%. 1.4 . АВТОТРАНСФОРМАТОРЫ Автот,раноформаторам называется трансфор1матор, обмо11ки ко· торого гальваничеаки связаны. 1Конструкции магнитопровода я обмоток автотрансформатора ~практически не отл1ичаются от эти~ же .элементов трансфор1матора. -Автотрансфор1маторы могут быть понижающие (рис. 1.7,а) и повы­ шающие (рис. 1.7,6). Если пренебречь падениями напряжения на обмотка.х, то ко- т"", - --- эффициент трансформации авто- W1 трансформатора может быть за- V; писан в виде Ктр=1И1/И2=f2/11, w2 Iz - где· токи ·/ 1 и 12 показаны на рис. I;-J 2 I 1.7 . Для этого случая ток, проте- r кающий в нагрузке 12, будет оп- о--~--' ределяться из выражения 12 =1 z z =Ктрl1. Проходная мощность ав- Рис. 1.7 . Понижающий (а) и повы· тотрансформатора Р= U1! 1 ~ U212• ш~ющий {б) автотрансформаторы Суммарная мощность обмоток автотрансформатора Pz. =И212 (1-1/Ктр). Таким образом, чем бли• ж~е qначение коэффиц~иента 'Г\рансформации 1к единице, тем меньше потерь в автотрансфор~маторе, поэтаму автотрансформаторы вы• годно ,применять 1при близких вел1и~чинах входного !Й выходного нацряжений. . К преи~му~щества1м автот,рансфQр,матора по сравнению 1с транс• фО1р1матором. одинаковой ~мощности слмует отнести 1м1еньший рас• ход обмотоt:tного материала и стали, меньшие потери электро"\ энергии и колебания напряжения при изменении нагрузки, а так• же более высокий коэффициент полезного действия. С друга~ стороны, автотрансформатору присуща гальваническая связь об· моток высшего и низшего напряжений и большой ток короткого замыкания, что существенно ограничивает возможности их при• менения. К.ОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Что такое трехфазная цепь? 2. Когда линейное напряжение генератора равно фазовому? 3 Что такое вращающееся магнитное поле? 4. :Какая разница между трансформатором и автотрансформатором? lЭ
r лав а 2. АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ 2 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ Машины, иопользующие явления электромагнитной индукции и предназначенные для преобразования электрической энергии в ме~аническую или наоборот, называются эл€:ктрическими. Элек­ тричес.юие ~машины по своему назначению 1подраз~деляются на 1дви­ гаrели, генераторы и преобразователи. ДвигаТtелем называется ~ма­ шина, предназначенная для преобразования электрической энер­ гии в механичеакую. Если машина служит для преобразования мехаН1ичеакой энергии в электрическую, то она называеТtся nене­ vаторО1м. Машины, преобразующие постоянный tИЛИ переменный ток в другой род тока, число фаз ~переменного тока, ero частоту или величину, называются преобразователями. По роду тока ~при­ нято разделение на машины переменного и постоянного тока. Каждая элек11рическая машина имеет вращающуюся часть (ро­ тор) и неподвижную (статор). Электрическая 1маш1ина переменно­ го тока называется с.инхронной, если частота вращения 1ее ~ротора жесТ1ко связана с частотой питающего или генерируемого ею на­ пряжения, 1и асинхронной, если такая связь отсутствует. На предприятиях связи наибольшее распространение 1получи­ .тr1и синхронные генераторы переменного трехфазного тока, ~кото­ рые применяются в автономных резервных дизельных електро­ станщиях 1и треХJмашинных а~грегатах бесперебойного питания. В последних 1прИ1меняются также двигатели постоянного тока !И трех­ фазные асин:х,ронные двигатели. Мощности у1казанных выше ма· mи.н изменяются от десятков до сотен киловольт-ампер. 2 2 УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Т1рехфазные аоин~ронные двигатели делятся на 6еоколлектор­ ные 1и коллекторные I{аибольшее 1раопространение получили бес- 1Коллекторные двигатели с ~короткозамкнутым ротором, которые обладают лучшИ1ми эксплуатационными хара~к11еристиками и мень­ шей стоимостью по с;равнению с коллекторными. Основное эксплу­ атационное преимущество их заключаете.я в то1м, что они не ~име­ ют трущился ~колец и щеток. Устройство. К станине двигателя крепятся статор и две боко­ вины с подшипниками для опоры вала ротора. Статор содержит магнитопровод и обмотки, к ~которым подводится напряжение пи­ тающей сети. Магнитопровод 1пре,дставляет собой набор 1КОЛЬЦl{Юб-
разных плас11ин, ~изготовленных из эл~ектротехничеакой стал1и тол­ щиной 0,35 0,5 мм. С целью снижения потерь от вихревых то- 1ков ~пластины изолируются друг от друга о!iалиной, ла1ком или тонкой бумагой На внутренней стороне !Пластины при шта1мповке вырубаются ~пазы, в которые после сборки пластин )тtкладываются ТlрИ обмотк;и, образующие треХ1фазную сист€му. Концы обмото:к выводятся на щиток, располагае~мый на ~ста­ нине. В завиаИtмости от схемы пере1ключения обмоток ~можно nо­ луч1Ить соединение их либо звездой, либо треугольником В пер­ вом с.лучае двигатель включают на напряж€ние ~питания 380/220 В, во втором -- 220/127 В. Для лучшего охлаждения двигателя пластины набираются в пакеты, между которьпми 1прокладываются пластины с радиальны­ ми ребрами. Таюие же пластины устанавливаются 1по обеим сто­ ронам статора. Ротор ~размещают внутри статора и с обеих сто1рон за1крепляют в подшипниках. Сердечник ротора собирается из ~изолированных друг от друга пластин, изготовленных из электротехнической ста­ ли В пластинах делаются па.эы, в ~которые после сборки сердеч­ пижа укладывается об\fоТ1ка. В коллекторных дв~игателях обмотка может быть ,выполнена по схеме трехфазной звезды с ~выводами ее на изолированные юоллекторные кольца, устанавливаемые на роторе. К коллекторным кольцам прижимаются угольные ~или медные ще'fiки, с ~помощью ~которых обмотку ~можно нагрузить на сопротивление или замкнуть на~коротко. Коллекторные двигатели обладают лучшими пуаковыми 1и регулировочным1и ха,ракте~ристи­ ками и выполняются на повышенные мощнос'fiи. Обмотка ~ротора бесколлекторного двига'Г€Ля с короткозаМ1кнутой об1МоТ1кой выпол­ няется, как правило, из алюминия, ~который зали1Вае'ГСЯ в пазы серд€чника. По торцаlМ обмотка закорачивается кольцам1и. ДJiя вентиляции двигателя кольца могут отливаться с лопастям1и. С де.лью уменьш1ения потерь зазор между статором и ~ротором двигателя должен быть 1МИНИ1Мальным. Обычно зазQр составляет 0,3 ... 1,5 мм. В больших двигателях величина зазора может быть больше. Принцип действия. При подключении к обмотке статора на­ nряжения питания создается вращающееся магнитное поле, 1Ка-. торое пересекает проводники обмо'Гlки ротора и ~еоздает в них э д. с. 1Под действием э. д. с., наведенной в замкнутой обмотке ро­ тора, протекает ток, в ~результате взаимодействия которого с ~маг­ нитным полем статора возни1кает сила, вращающий ~момент кото­ рой шриводит ро'Гор во вращение IПО направлению 1п€1рем€щеН1ия магнитного ~поля статора Вращающий ~момент ротора может воз­ никать -голько в том случае, если скарость вращающегося маг­ нитного поля п 1 буд€т больше скорости .вращения ,ротора n2. С1Ко­ рость п2 зависит от частоты питающего напряжения f1 и ~чима ~пар ~полюсов р, образуемых обмоткой статора. Для приняrой в СССР частоты питающей сети, равной 50 Гц, n1 =3000/р. Оrетава· ние окорости вращения ротора от магнитного поля статора на- 15
зывают сколыкени;ем ~ротора, значение 1которого в 1дроцентах 1мож­ n1-n2 но оцредмить .из выражения S= · 1100. У ~современных дви- .п1 , гател.ей скольжен.и.е составляет 3 ... '5 %. 1В двигателях малой мощ­ ности эта величина под нагрузкой может изменяться до 12 ... 15%. ~по 1мер~е снижения нагруз,ки на !двигатель скольж·ен1и0е уменьшает­ ся. Вращающий момент дв·и~гателя опр~,щеляется а1м1плитудой Фm магН1итного потока ~статора 1и активной 1составляющей тока в об­ rМот,ке ~ротора / 1cos <р2 , 1где <р2 - угол 1м.ежду э. 1д. 1с. и то1ком обмот­ ~ки ротора. Для асинхронного двигателя вращающий •момент мо­ жет ·быть .подсч:итан 1по формуле V2 Мв= -2 - рт2 Коб2 W2 Фт 12 COS <р2, где т2 - число фаз; П72 - число витков; Коб2 - коэффицшент об­ мотки ротора, зависящий от конструкции обмотки машины. П1ри постоянной частоте вращения вала дВlигателя вращаю­ щий момент долж1ен быть ~равен так называемаму тормозно1му ~оменту, ~который характ€.ризует суммарную наnрузку на валу \двигателя. В зоне 1}'1Стойчивой работы шри увеличеН1ии нагруз1к1и l'равнов.еоие моментов нарушается 1и 1двигате.ль у1м.еньшает ·число .обо1ротов, что приводит к у~вел,ичению скольжения, а по1окольку \частота маrН1итного 'Потока ,ротора ~связана 1со 1сколь:жением 1вы,ра- · жени ем f2= f1S/100, то частота тока .в роторе iJвеличится. Повыше­ ние частоты ~будет ПiриводJить ·к увеличению 11О•Ка в обiмоТ1ке рото­ ра .и, следовательно, к rу,величению ~момента в1ращ1ения до тех пор, ~ПОКа не будет достигнуто 1равновеоие моментов. Пр,и уменьшении нагруз,ки двигателя ум1еньшается 11О1к 1в об.мотке я1коря, что при­ водит 1К у;меньшению ~вращающего мом1ента, ~который :вновь ста­ новится равным тормозно·му. Завf(Си1мость .изменен~ия ~момента асинхронного ~двигателя от rаелич1Ины ~скольжения дрив~дена на рис. ,2.1. Неличину ~момента трехфазного двигателя .в зависимости от на1пряжения питающей сети U1, активного 'И реактивного сопроТ1и,влен.ий обмо11ки ~татора r 1 ~и х 1 , ~приведенных к обмотке ~статора активного и 1реа·ктивного - сопротивлений r'2 и х'2 ротора, определяют по формуле 2' , _ ЗU1 ~ ." М= , 1'/ , SWi[(r,+ ;;_) 2 + (х1 +х;)•] А В начале пуска двигателя скольжение равно единице (точка А на рис. 2.1). Далее по мере разгона двигатеJiя скольжение ~~..._.._._-'-L...:._._.!.........L--;;.i.. уменьшается и момент' достигает макси- •' 'J мального значения, после чего двигатель Рис. 2.1. Зависимость мо­ мента асинхронного дви­ .гателя от скольжения переходит в зону устойчивой работы. В двигателе различают постоянные и переменные потери. Постоянные потери не !6
зависят от наг.рузки двигателя и определяются электромагнитны­ ми и механическими потерями. В отличие от них, переменные по­ тери изменяются в зависимости от нагрузки двигателя и обуслов­ ~иваются в основном тепловыми потерями .. Мощность Р1, потребляемая двигателем от сети Р 1 =3U1/ 1 cos w1, rде И1 - напряжение, 1подв€денное к 1каждой фазе статора двига­ теля; /1 - ток в 'фазовой обмотюе статора; 1 cos ср 1 - 1коэффициент мощности двигателя. Эта ,мощность расходуется на rкомпенсацию поrерь в обмотке и 1в ,материале 1статора и на ~создание та1к называемой эл~ектромаг­ нитной мощнос11и, ~которая 1П~реда~е11ся ротору двига-геля. В свою оч~ередь 1большая часть эле.к11ромагнитной мощнос11и цреобразу-. ется в 1механичеокую, ~которая обеспечивает вращение ~ротора, :менышая часть - затрач~ивается на 1потер,и в юбмотке 1и в стали ротора. •Последние ~составляют малую долю 1пот~е1рь, та·к ,как час- ,тота тока в роторе весьма незнаЧJительна. 2.3 . РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДJ?ИГАТЕЛ.Я К рабочим характеристикам ~вигат~еля относяТ~ся та1кие пока­ затели, 1ка1к завис.и.масть цращающего 1МО\М1ента, rчшсла оборотов ро­ тора, потребляемого тока, коэффици~нтов полезного дейс'Гвия и мощнос11и от полезной мощности. 1На 1рис. 2:2 ,показан ход кривых рабочих хара~ктерист,ик ас.инхронного двигателя норrмального 1ис- 11олнения .. Рабочие характеристики двигателя снимаются в нор­ мальных условиях при неизменном питающем напряжении. Величина вращающего мом1ента двига11€Ля М rувелич:ивается с ростом нагруз1Iиr. ~Некоторое отклонеН1ие этой ,величины от прямой .линии пр1и увел·ичении наrрузК'И объЯ~сняется ~снижением числа vборотов porapa. Прапорционально вращающему ·моменту ИЗIМе­ няется пот,ребляе~мый ,двигателем ток f 1. Число оборотов ротора п2 на холостом ходу 1блиЗ~ко к •скорости вращения магнитного ПОJJЯ ..:татора, а прп нагрузке несколько снижается, что объясняется увеличением величины скольжения. К. п. д. изменяется от нуле­ вого значения при холостом ходе двигателя до номинального и далее несколько снижается. Максимальное значение его дости­ гается при равенстве постоянных и пере- менных потерь.- Ход кривой к. п. д. пока- lr Ir зывает, что современные двигатели уже /1 /1' при нагрузке более 25 % номинального 1l ~r--::::--~~ca1 rp значения имеют достаточно высокое зна- casrp nz ч_ение к. п. д. В номинальных режимах n2 S работы двигатели мощностью 20-50 кВт 3 имеют к. п. д. более 0,8. Коэффициент мощности cos <р1 равен отношению активной к полной мощности, потребляемой двигателем от сети. Реак­ тивная составляющая полной мощности 25 50 75 100 Pz.1% Рис. 2.2 . Рабочие характе­ ристики асинхронного дви­ гателя 17
примерно постоянна при переходе от режима холостого хода, к номинальному, поэтому ход кривой кьэффициента мощности за­ висит от нагрузки. Коэффициент изменяется от 0,1 ... 0,2 при холос­ том ходе до 0,8 ... 0,92 при номинальной нагрузке. Некоторое сни­ )Кение коэффициента при больших нагрузках определяется сниже­ нием числа оборотов ротора и увеличением токов в обмотках. 2.4. ПУСК АСИНХРОННЫХ ДВИГ АТЕЛЕй Режим пуска двигателя в первую очер~едь отражается на со~ стоянии ~питающей се'Ги. Так, в этю1м ~ре.жиме двигатели, особенно с коро'Гкозамкнутой об~моткой ротора, потребляют токи, в 4 ... 7 раз превышающие номинальные значения, что ,происхоJIJИТ в ос­ новном 1из-за малого реактивного сопротивления JРОтора. Если мощность се11и значительно превосходит мощность двигателя, то црименяют способ непосредственногю включения. Для двигателей, нормально работающих с обмотткой статора, включенной по схеме треугольника, при 1пуоке !Применяют способ ,переключения обмотки на схему звезды. Такой пуск характеризуе11ся ~малым пусковьо.1 моментам и ~меньш1ением пу1скGвых токов в три раза. rПрм ~ости­ :жении двигателем номинального числа обо,ротов обмотка стато1ра вновь Вlключается треугольником. Весь процесс 1пуака зани1мае11 несколько секунд. Пуск коллекторного двигаrеля можно осуществлять 1с помощью пусковогю реостата, который 1ПОд!К~ЛКfчается к обмотюе ротора. По мере разгона д,вигателя пуаковой ~реостат выводи11ся и обмот~ка ротора закорач1НваеТ1ся. П,ри та1ком апооо6е rпуска двигатель тре­ бует ~меньших пу~сковых токов и увелич1ивае11ся пусковой ,момент. С целью поддержания 1Постоянства ~пусковых токов и момента по­ следовательно с активными оопротивл~ениями могут быть ,подклю­ чены кат,ушюи большой инду~ктмвности (1реакто,ры), имеющие 1при пуаке в первый момент большое 1сопротивление, ~которое у1мень­ шается по ~мере rсниженrия час11оты маrни1'ного потоrка :в роторе. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Что называется электрической машиной? 2. Укажите преимущества бесколлекторных двигателей с короткозамкну­ тым ротором? 3. Что называется скольжением ротора? 4. Особенности пуска асинхронных двигателей? Гл а в а 3. СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ \ 3.1 . УСТРОйСТВО И ПРИНЦИП ДЕйСТВИЯ На предприятиях связи синХJронные генерато,ры находят 1пр~имене­ ние в установках гарантированного электропитания и резервных елект,ростанциях. Синхронный генератор состоит из двух основных 18
·частей, одна 1из которых непоrдвижная (статор), др~гая - подвиж­ ная ,(ротор). Часть .машины, 1в об~мотке которой наводится LЭ. д. с., называется якорем генератора. Статор оинхронного генера'Гора выполняе11ся чугунным литwм ~или ~стальным сварным 1с всТ~рюен­ ным в него сердечнИJком, в пазы которого зак.ладывается обмотка. Сердечник собирают 1из от~дельных листов электро'Гехнической ста­ ли, !Изолированных друг от друга с целью уменьш1ения потерь на вихревые токи. В генераторах большой и е~рмней мощности статор являе11ся якорем. Обмотка статора выполняеТ~ся .в 1Видrе отдельных 1секций, которые после укладJки в ~пазы соединяю11ся по заданной электри­ ческой схеме. В ген-ераторах 1С неявно выраженными полюсами, ·рассчитанных на ~частоты вращения .роторов 1000 1мин- 1 1и более, послмние выполняются в виде цил1инд:ров с ~продольными фрезе­ рованными пазаtМи для обмо'ГIКИ возбуждения. Провод обмотки закрепляют в ~пазах медными •ил1и алюминиевЫ1МИ клиньям1и. На· валу ~ротора крепятся изол~рованные от него \Контактные 1юольца, к которым подсоединяются выводы обмотюи .возбуждения. Ток возбуждения по.дается с помощью щеток. Питание обмо'ГоК воз­ буждения осуществля€тся постоянным током. В большинстве слу­ чаев постоянный ток генераторы с независ'имым sозбужд1ен1ием r1олучают с помощью возбуJJ:Jителей, в кач€стве которых ,исполь­ зуются генераторы ~постоянного тока, 19монтированные на одном валу с синхронным1и генераторам.и. Требуемая для возбуждения ~мощность 1составляет 1менее 5% мощности, получаемой от синХJронного ,генератора. •Генераторы с 'Самовозбуждением !Получают постоянный ток от 1вс11роенного вы­ прямителя, ~питающегося от основной обмот1ки юинхронного .11ене­ ратора. В генераторах с самовозбуждением ротор должен обладать остаточным намагничи'ванием. Тогда пр1и его вращении ~магнит­ ные л1инии потока остаточного на1магничивания будут пересекать прово~дннки обмоТ1ки якоря, наводя в них э. д. с" к9то1рая ~выпрям­ ляется и прикладываеТ1ся к обмоТ~ке возбуждения. Пр1инциш действия синхронного nенератора основан на яв­ л-ении электромагнитной 1ин.дукции. Если в обмотruу возбуждения ротора ~подать постоянный ток 1и ротор ~вращать, то в обмо11ке ста­ -гора будет наводиться э. д. с., действующее значение которой равно е=4,44 kfWФ, где k - об1Моточный коэффициент; f - частота шолучаемого тока; W - число последовательно соединенных витков фазы обмо'Dки генератора; Ф - основной магнитный потО1к полюсов. Для получ.ения трехфазного напряжения в якоре делается 11ри <Обмотки, которые по окружности ~с.двинуты отнааительно друг дру­ га на 120(). Эти об~1отки соединяю'Гся ~между собой в звезду или 1 реугольник. При вращени1и ротора в обмо'Гках наводя'ГСЯ э. д. 1с., сдвинутые на 120°. 19 '
t. Если к генератору по,щключить внешнюю наг1рузку, то !Протека- ние переменного тока в обмотках я~коря ,вызывает ~появление 1в·ра­ щающегося ма1гнитного ~поля, час11ота В1ращения 111..011oporo равна частоте вращения ротора, т. ie. частоты ~вращения 1~агнитных ~по­ лей якоря и полюсов !Равны между собой .•в это11,1 cJiyчae говорят, что они вращаю-гся аинхронно, и такие генераторы получили на­ звания синхронных. Частота э. д. с. генератора ра_вна f =np/60, где п - частота вра- 1цения ротора, 1м1ин- 1.; р - число пар полюсов. Форма кривой э. д. с. определяется изменением магнитного по­ тока под полюсом генератора, поэтому с целью получения синуса" идальной формы воздушный зазор делают неравномерным. Увели­ чение зазора у краев приводит к увеличению магнитного сопротив" ления и ослаблению индукции в этих местах, поэтому кривая маг­ нитной индукции приобретает форму, более близкую к синусо­ идальной. Однако получить точно синусоидальную кривую индук­ ции под полюсом невозможно хотя бы потому, что якорь имеет пазы, в которых размещена обмотка. Наличие пазов приводит к пульсациям индукции, которые вызывают пульсации э. д с. В син­ хронных генераторах, применяемых на предприятиях связи, сум" марные значения пульсаций напряжения не превышают несколь" ких процентов от выдаваемого напряжения 1По 1Ме.ре 'увеличения нагруЗ1ки на генератор в якоре будет уве­ л1ичиваться ток, ~который сомает ~магнитное поле я~коря. 1Б6льшая часть ~магнитного поля якоря замыкается через ~магнитный матери­ ал статора 1и ротора. Меньшая часть \1агнитного ~поля, за1мыкаясь вокруг обмотки якоря, образу~ет поток рассеяния Эта часть магнит­ ного поля оп,ределяет индуктивную составляющую сопротивленJ:IЯ обмо'Гlки якоря. ПооколЬ1ку вл1иян1и~е потока рассеяния на поле по­ люсо1в мало, то в да.Льнейшем 1с ни1'1 ~можно не считаться. 1Пм ~ре­ акцией якоря понимается воздействием поля якоря на поле по­ люсов Поток реакции якоря изменяет поток полюсов, что оказы­ вает влияние на индуктируемую э д с Таким образом, э. д с. и напряжение, выдаваемое генератором, зависит от величины и ха­ рактера нагрузки В случае активной нагрузки поток реакции якоря направлен по поперечной оси полюсов и в незначительной степени изменяет величину магнитного потока, а в основном лишь искажает его распределение, ослабляя поток в набегающем крае полюса и усиливая его в сбегающем крае. При ненасыщенной ~стали машины на1магничивание и 1раЗ1Магни­ чивание будут прим~рно одинаковыми. rПри насьпценной стали раз­ магничивание бу;дет оильнее, че\! намагничивание, что приведет к у~менъшению результ1Ирующего потока, а следовательно, к умень­ шению вел1ичины э. д. с. При ищуктивной наnруз.ке на1правлеН1ие потока ,peaKUДilИ якоря 1противоположно наmравлению IПОТОКа IПОЛЮ­ са и, следовательно, суммарный поток и э. д. с. генератора умень­ шаются. При ем1костной нагрузке так опере:жает э. 1д. с. якоря· на угол 90° и поток реа1кции якоря складывается с потокам ,возбужде­ ния~ тем самЫ!м увелич1Ивая э. д. с. генератора. 20
3 2 ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ГЕНЕРАТОРОВ Д.дя 1па1раллельной работы необхад1имо, чтобы !Все вк.лючаемые.· на параллельную рабо11у ~rенера11оры имели одну и ту же частоту,_ одинаковые действующ1ие знаrчения напряжений и !ИХ начальных. фаз, а также од~инаковый ,поря.док с.ледования фаз. ~При соблюде­ нии у~казанных условий генераторы 1Вк.лючаюl'ся в тот момент, IКОГ­ да разность 1пот-енциалов. ~между одноименными ~выходными заЖ!и­ ма1ми была бы близка к нулю. 1Выполнени~ всех ЭТiИХ требований пров~еряется специальнЫ1ми устройствами синхронизащии. В случае~ несоблюдения равенства частот и 1выхQДных напряжений !При вклю­ чении акаЧ1к0tм появится опасный уравнительный ток. Наиболее тя­ желые шоследстВ1ия получаются ,при несовпад~нии юарядка следо- 1Вания и расхождении напряжен~ий по фазе. ~Появляются ~nики токов~ 1И моменl'ов вращения, большие 1механичесюие перег1р1узки 1и вибра­ ция. 1В этих случаях генератор должен быть немедленно О'Гключен. 3 3. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРАТОРА Внешняя ха1ра1ктеристика 1ленератора ~показывает заВ1исимость изменения напряжения на зажимах генератора от тока его нагруз­ ки mр1и постоянном таке возбуждения 1и ~постоянной частоте В!раще­ ния ротора. Внешнюю хара1ктеристику 1СНИ1мают пу'Гем 1изменен1ия тока ,и ха.рак11ера нагрузки, копда гене.ратор работает в номиналь­ ных условиях. На рис. 3.1 шоказаны усредненные зависИ1мости на­ цряжения от тока нагрузки при активной (1), 1индук11ивной (2) и еМ1кос11ной (3) нагрузках. Неко11орое снижение 1юривой 1 В• облас11н больших наг~рузок объясняется увеличением падения напряжения в обмо'Гке якоря. Регулировочная харак11еристика определяет за1В1иаимасть между то.ком нагруз1ки 1и током возбуждения, ~который ~следует поддержи­ ~вать для получения неиз,менной вел1ичинь1 выхQДного нацряжения 11енера'Гора 1nри ~постоянной частоrе вращения 1ротара. Вид регули­ ровочных хара1ктеристик шоказан на р1ис. 3.12. Из анал1иза хода IКРИ· вых 1 и 2 сле~ду1ет, ч110 при ак11ивной и индук11ивной нагруЗ1ках для, 11 1 ------+-- ~r 1z и 111 I Рис. 3 1 Усредненные внешние ха­ рактеристики синхронного генератора: 1 - активная нагрузка, 2 - иl!дуктивная , нагрузка, З - емкостная нагрузка IнI Рис. 3 2 Регулировоч­ ные характеристики син­ хронного генератора
поддержания постоянным выходного напря­ жения ток возбуждения должен быть увели­ чен, а при емкостной (3) - уменьшен. Характеристика холостого хода (рис. 3.3} определяет зависимость выходного напря­ жения генератора от тока возбуждения при снятой нагрузке 'Рис 3 3 Характеристи­ J<а холостого хода Начало характеристики при отсутствии тока возбуждения зависит от величины остаточного магнетизма генератора. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1 Что называется синхронным генератором? 2. К чему приводит реакция якоря при насыщенной стали сищсронного re 4 нератора? 3. Условия параллельной работы генераторов? А. Понятие о регулировочной характеристике генератора? r лав а 4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА 4.1. УСТРОЙСТВО МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА ..,~ Машины 1постоянного тока в электроустановках 1пр~едприятий свя­ зи и1м~еют огранич~енное пр1именеН1Иrе, в основном 1в двух- и 11рехма­ :nинных установках гаранти,рованного электропитания. Как ~пра­ вило, эти машины попользуются .в качестве приводноrо двигателя синхронного генератора, ~когда электропитание аппаратуры ~связи лроизводJи11ся от резервного 1Источника ~постоянного тока (а~юкуму- ..Jiяторной батареи).' ~Машина ~постоянного тока сосТ>оит из неподвижной 1и 1в~ращаю­ .щейся частей, называемых статором и якорем. Статор 1пре.дставляет собой станину, изготовленную 1из стал1и, поскольк~ помимо 1механичеокого остова она служит также 1сердеч- 11икам. С двух стQрон к станине ~крепятся боковые щиты с под­ Ш1ИПНJИ1ками для опоры вала. Главные шолюса слу)кат для создания рабочего магнитного по­ ля и представляют собой электромагниты, оодержащие оердечник, .катуш1ку возбуждения ~и полюсныи наконечник. Полюсный нако­ нечнИJк шредназначен для удержания 1катушк:и возбуждения и ~со­ здания равноме'Рного ~магнитного поля под полюсом. Сердечники ~полюсов могут быть л1итым1и 1или наборными в за­ вис.имости от ~Мощности ~машин. Ка11у~.аки всех полюсов ~соединяют .nоследова11ельно. 22
Дополнительные шолюса служат ~ля улучшения 1ком1Мутацию тока и располагаются между главными !Полюсами. Дополниrельные полюса !Имеют сердечник, полюсный наконечн1ик и ка11ушку. 1Все по­ люса крепятся к станине болта1ми. Я1корь •имеет цилиндричеокую форму и набирается из пластин электротехнической стали толщи­ ной О,ЗЬ ". 0,5 1У1М. С целью снижения пот€рь_ на вихревые то1ки 1плас11ины изол1ируются ,дrруг от друга лаком или специальной бу- магой. · " Обмотка якоря состоит из ~секций, ~которые укладываю11ся в тта­ зы сердечни1ка и заюрепляются специальными деревяннЫ1ми ~клинь- ями. ' Коллектор якоря, к которому припаиваются ~концы обмоток, имеет форrму цилиндра, собираемого иЗ отдельных изолированных пласт1Ин. В 1ген€\раторе коллектор выполняет ~роль механического rвыпрямиТ~еля переменного тока. В двигателе с помощью коллекто­ ра !Подводится ток к об~моткам я1коря. К 1колл•екторным ~пластинам прижимаются не.подвижные щетки, ~укрепляемые на щеточной тра- 1верс€. Траве~рса может прикрепляться либо к станине, либо 1к бо­ ковому щиту. Применяю11ся угольно-графитные, графитные и мед­ РОI1Рафитные щеТ!ки, характер1ис11И1ки и тип их у1казываются в за­ водокой документации на ~машины. Для вен11иляции ~машин применяются лопастные юрыльчатки"" укр1еп.л1енные на валу ~машины. 4.2 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГЕНЕРАТОРА И ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА У1стройство ~простейшего nен1ератора шостоянного тока, имеюще­ го одну катушку рабочей обмотки 1и одну пару пластин iКОЛлекто­ ра, показана на рис. 4.1. При вращении якоря в обмотке 1, 2, 3, 4 ~возбуждается э. д. с. 1п€ременного тока, однако если по,щключить к ,коллектору 5, 6 щетки с наnрузкой, то в ~последней будет проте­ кать ток одного наП1равления. ~Приведенное на рис. 4.1 1вза.имное- z Рис 4.1 Устройство простейшего ге­ нератора постоянного тока расположение полюсов, рабочей. обмотки и пластин коллектора позволяет получить форму тока в нагрузке, показанную на рис. 4 2. Для уменьшения пульсации э д с. следует увеличивать числ0~ Рис 4 2 Форма тока в нагруз­ ке простейшего генератора
' ~катуш1ек ~рабочей обмо11ки и число ~пластин ,коллектора. НаП!рИ­ мер, rчтобы ~получить амплит,уду п<;рвой гармониюи 1пе~р-еменной со­ ·Ста,вляющей э . .ц. с. ~менее 1%. достаточно Иlметь 16 ,пластин · 1кол­ лек110~ра на пару полюсов генератора. Чтобы шеревести генера11ор в 1режшм .двигателя, н.еобходи1мо к обмот.кам 1возбу.жден1ия статора и якоря подвести электрич~еокий fl'OK от ·внешнего 1источника. В этом случае элЕж11рич1еакая енергия внешнего •источника будет преоб,Разовываться в механическую энерnию в,ращенияl якоря. Проrекание тока в обмотке ,возбужде­ ,ния создает ~магнитный ~поток ~полюсов, который, взаимод~ействуя ,с током рабочей об,мот1Ки я1коря, ооздает вращающий 1МQ1мент, ттод действием 1коrорого якорь начинает ~вращаться. - 4.3 . ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА .ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА Велич1ина ~магнитной индукции в ~воздушном зазоре м•ежду по- ;люсными након€'Чникам1и и я1корем из 1меняется от 1макоИ1мального значения, 1которае наблюдае11ся непО'ср1едственно ,под наконечни- 1Каu\11и, .п:о нуля 1в точ1ках н1ей11рал,и (линия 0-0 на 1ри1с. 4.1'). ~Э . .ц. с. •генератора опред~еляе11ся по фо,рмуле ех= Bxlv, ,где Вх - значение магнитной инду~кци1и; l -длина акт1ивной части шровсщника 1и v - ~скорость перемещения ~цров~ада. Активная длина шроводника опре­ дел5rе11ся .констру~кцией я.коря и типом соединения его обмот.ок. Ес­ ли rкаждая ~катушка .подключае11ся только rк своей паре коллектор­ ных 1пласт1ин, то э. д. 1с. та~кого генератора не превыша1ет индук­ rги~рованной 1в одной 1 катуш1Кrе. В ~сов.ременных генераторах пр1И1ме­ _няется ~более рациональное соедrи'нение: в ~пазы якоря в два 1 слоя уло:ж1ены активные ~стороны катуше1К, _ ~начало :и ,1юнцы rих подсоединены к коллекто,рны:-.1 1Пластинаrм, 1ко­ .'1'орые одновременно не касаются щеток. ,Пример подобного 1соед1Н­ ·нення прив1е,ден на рис. 4.3 . Э. ~д. с. 1в данном случа 1е_ определяется .сум1Мой э. д. с. а1кгивных 1сторон 1ка11уш1ек, входящих в одну .па- раллельную ветвь. Обозначим через N 1общее ч1исло проводов об­ ·мотК~и и 2а 1число параллельных ,ветвей. Тогда э. д. с. гене~рато~ра будет равна Ex=lxN/2a rили, ~переходя к средним знач~ениям 1маг­ ,нитной 1инду1кции: Е = BcplvN/2а. f 2 3 4 1' 2' J' 4 «:Рис. 4.3 . Пример соединения катушек в генераторе постоянного тока :24
- О~ружная 1акорость якоря v ~может быть пр1мста1влена ,в ,виде- 1'Dn 2р,;п v=--илиv= об/с, где D - диаметр я1коря и 't - поJiюс- 60 60 ' ное деление генератора. Полезный •магн1итный 1Поток Ф, иопользуе­ мый для создания э. д. с., связан 100 средним значением магнит­ ной ·индукции Вер выражением Фcp='tlBcp. Подставляя получ1ен- ные значения в 'Формулу генератора, получаем Е= Р N пФ. С.т:rе· 60 довательно, э. д. 1С. ген~ратQlра опред~еляется ,постоянной для каж­ дой ,машины ~величиной, числам оборотов я1коря ,и полезным маг­ нитны1м потоком. 1В режим1е холосrого хода при постоянной часто­ те вращения якоря э. \д. 1с. ~генератора ,прямо 1пропорц:иональна магнитному потоку. П1р.и нагрузке напряжение на зажИtмах '!1ене­ ратора будет отл1ичатыся от э. !д. 1с, на вел1ичину ,падения нацряже­ н;ия в обмо11ках якоря и на ~контактах щеток, а также за счет соз­ дания 1 магнитного пото,ка в якор1е, ,влияющего на магн1итный поток полюсов (реа,кция я,коря). 4.4. ПОНЯТИЕ ОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОN\. МОМЕНТЕ И ОБРАТИМОСТИ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА Взаимодейст.вие м атН1итного поля ~полюсов 1И тока якоря ~при­ водит к появлению электромагнитного ,момента. Эл1ектромагнит­ ный !Момент генератqра являе11ся то:р1Мозящим 1по отношению 1К вращающему IМОМ'енту первичного д1вигат~я. У1словием постоян­ ства скарос11и 1в1ращения я1коря генератора я1вля1ется равенство у~ка­ занных выше моментов. 1При ;уменьш1ении вращающего ~момента ,первичного 4вигателя у.меньшается частота вращения якоря, а сл<едовательно, будет ум·еньшаТЬ'СЯ 1э. д. 1С. генератора. , 1Процеос этот продолжается до установлен~ия ~равенства тор1мозящего мо­ мента 11енератора вращающем1у моменту двигателя. 1При из.мене­ нии нагруз,к1и генератора и необход1и.мости .со:х~ранения частоты вращения его якоря по1.'ребуе11ся также ~изменение .вращающего момента первичного -двигателя. В двигателях постоянного тока, где электрическая энергия преобразуется в механичесКJую, ,взаи~модействие тока в обмотке якоря с магнитным полем полюсов ·создает в,ращающий ,момент, который приводит я1корь 1во вращение. Значение .вращающего !Мо­ мента оцре,деляе'ГсЯ, как и в случае генератора, 1конструктивны,ми данными машины, магнитным потоком ·Ф и током ,в обмотке яко­ ря. ·Развиваемый двигателем вращающий ~момент ~уравновешива­ ется су~ммой .моментов холостого хода, тормозного и Д1инамическо­ го. Динамический момент ,возникает при всЯJком .изменении скоро­ сти ~вращения и зав1исит от инерции ~вращающихся частей ~машины и угловой акорос11и вращения. В двигателях постоянного тока ~мо­ жет создаться такая оитуация, при которой вра.щающий ~момент остается больше тормозног9 ~момента. в этом случае частота вра- 25
.-щения начинает увеличиваться, что ~может привести к разруше­ .нию машины. В лите,ратуре ~подобный реж1им называют «разно­ "соы» двигателя. Понятие обратимости машин постоянного тока. Машина по­ -~тоянного тока МО)!<ет работать как в режиме генератора, так и в tj)ежиме двигателя. Рассмотрим пример работы генератора посто­ янного тока с сетью постоянного rока. В нормальных условиях генератор выдает в сеть энергию постоянного тока. Изменяя' ток об~мотки возбуждения, можно получить э. ~. 1с. генератора, рав­ ную напряжению сети, при эrом ток в обмо11ке якоря будет ра­ вен нута. Бели дальше Уiменьшать велич1ину тока возбуждения, то э. д. с. обмотки якоря будет ~меньше напряжения сети ~питания и направление тока в якоре из1менится. Изменение направления то­ ка в якоре в свою очере~дь иЗ~менит наrправление элек11рамагнитно­ го момента, и он из тормозного станет вращающим. Маш1ина из ре)!<има генератора перейдет 1в ,режим двигателя. 4 5 РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ В случае работы генератО1ра постоянного тока 1в 1реж1име xo- Jiocтorю хма, т. е когда нет рабочего тока в обмотке якоря, 1маг- 1>Jiитное поле создается главными полюсами 1машины. Распр1еделе­ нне етого ,поля показано на 1рис. 4.4,а. ~Бели 11енератор ~имеет на­ г1рузку, то вследствие про11екания тока в обмотке я1коря создается дополнительное магнитное ~поле рис. 4.4,6, ~которое 1иокажает mоле главных полюсов рис. 4.4,в. Указанное .воздействие поля я1коря на ~магнитное поле, получаем0~е за счет ~главных полюсов, называ­ ется реа1кцией якоря. Из рис. 4.4,в ,видно, что 1резуль11и1рующее магнитное поле ма­ шины неси~мметрично отнаС1ительно оси полюсов, оно ослаблено под одним краем шолюса 1и усилено шод другИJм. 1Пр1и этом 1Прямая, 11роходящая через ось ЯJкоря и перпендиюуля1рная 1к силовым ли- о о' о) Рис. 4 4 Распределение магнитного поля при работе генератора постоянно· ·ro тока· при отсутствии тока в якоре (а) и при наличии рабочего тока в яко· -ре (6, в) ·:28 r
ния•м магнитного поля (так называемая физическая нейТJраль. 0'0'), не будет совпадать с геометр1ическоИ нейтралью 00, что· повышает напряжение меж~ду соседними 1колл•екторными пласти­ нами и ухудшает •Процесс коммутац1ии тока. Щетк1и 1маш~ины должны располагаться на коллекторе так,. чтобы они за1мыкал1и соседние 1коллекторнр1е шластины в тот ~мо­ мент, когда присоединенная к ним секция обмотки наход!ится 1в. плоскости физической нейтрали и э. д. с. в оокции равна нулю. При ом-ещении физической нейтрали замЫ1кание сос-едних коллек­ торных 1пласТtин буд~ет происхмить в тот момент, когда в секции наводится 1э. д. с., что пр1иведет 1к искрению под щетками. Искре­ ние можно уменьшить, если сдвинуть ще11юи ,по направлению вра­ щения якоря на угол, образуе~мый физической и гео."1етрическок нейтралями. 4 6 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА Генераторы постоянного тока •ПО способу ~питания обмо11ю11 возбужд•ения разделяются на гене,раторы 1с самовозбу~дение~1. когда обмотка питается от обмо11ки якоря того же rенератора, .:и с независимым возбуждением. В последнем,.. случае ее питание­ Фсуществляется от независимого· источника. В генераторах с са­ мово,збуждением обмотки возбуждения моrут включаться парал­ лельно или последовательно с обмо11кой якоря, а также последо- вательно~параллельно, т. е. смешанным образом. "' ХарактеристИlка холостого хода генератора показывает зави­ си1мость э. д. с. якоря от тока возбУ'жденnя, снятую шри постоян­ ном числе обаротов. Для генераторов с независимым возбужде" нием 1п,ри постоянстве частоты вращения э. д. с. обмотки якоря прямо пропорциональна ~магнитному потоку, т. е. она определя· ется магнитной хара1ктерис'Ги1кой ~машины. Примерный вид этой харакТrеристики 1цриведен на рис. 4.15. Учитывая, что 1для rенераторов п~раллельного и смешанного возбу)КД•ении при холостом ходе ток якоря составляет нес1колько процентов нО1минального rо1ка генератора, шрактически их харак­ теристика холостого хода не будет отличаться от аналогичной характеристики генераторов с независимы~ возбуждением. Е Для генератора последовательного возбуж- lfн дения характерист.ика холостого хода не име- ет смысла, так как ток возбуждения не отли­ чается от тока якоря, а последний равен нулю. Внешняя характеристика показывает зави- О симость изменения напряжения на зажимах генератора от изменения тока нагрузки при неизменных значениях частоты вращения яко­ ря и тока возбуждения. Рис. 4 5. Характери­ стика холостого хода генератора постоян­ иого тока , 27
• и l! и \. llxx Ухх llнон -......... Vнон 11 1ноН' О lx .rnD~ а) '1 Е1'ст '"-----~ ;r о D) !.Рис 4 6 Внешние характеристики генераторов постоянного тока: .а - с незэвиснмым возбумденпем, б - с пара.1ле.'!ьным возбуждением 11 в - с последова­ "е.1ы1ы!I! возбуждением В 11енераторах не.завиои.мого ,возбу:ждения с увеличением тока нагрузк1й напряж1ение на его зажимах падает ·(р1ис. 4.6,а), что объ­ . ясняется сн.иженше~м е. 1д. с. за счет реакции якоря и увеличением падения напряж1ения в его обмотке. Внешняя 1характеристика ~генератора 1с ,параллельным ~возбуж­ дением ~показана на рис. 4.6,6. В начальной части она близка к ха1ра1ктер1Исти1юе, :П1риведенной на рис. 4.6,а. 1При дальнейшем уве­ J1ичении тока наг1рузки и у1меньшенИ1и напряжения 1снижаеТ1ся та1К­ Ж1е ток возбу~ждения. В области ~малых ~величин тока ,возбуждiния из.м1енения его оказывают существенное •влиянwе на ,вел~иЧ~нну fiЫ­ ходноrо на1пряжения. Таюим образам, дальнейшее уменьшение ве­ л1ичины сопротивления нагрузки приводит к у.меньш1ению тока воз~буж,дения и выходного напря:жения 1геооратора, всл-едствие 'Че­ го то1к наrруз1юи начинает падать и в случае 1коро11кого замыкания зажимов генератора велич,ина тока нагрузwи ~еущественно мень­ ш-е, чем ,пр1и номинальном реж1име . Внешняя ха1рактеристика генератора 1последовательного воз- ~ буждения цриведена на рис. 4.6,в. / 1В реЖИJМе Х1ОЛО'СТОГО хода LЭ. Д. С. гене,ратора создается за ~счет остаrо'Чного 1магн1итного ,потока. По 1м1ере увеличения тока нагруз­ «и у~rелич1иваюТ1ся также ток возбуждения 1и магнитный ~поток, что ,приводит 1к ~росту напряжения на зажи~мах ~генератора. При .1.остижении насыщения стали и дальнейшем 1у1величени1и тока на­ груЗ1юи напряжен1ие на за2I{JИМах нач1инает i}"Меньшаться, 1поскольку :магнитный поток постоянен, а падение напряжения в якоре и его 1Jеакция увеличиваются. Внешняя характеристика генератора см1ешанного ,возбужде­ ния зависит от величины токов в параллельной и 1последователь­ ной об~мот,ках возбуждения. ПредельнЬ!lе значения величин ~измене­ ния выходного напряжения определяются графиками, показанны­ ми на рис. 4.6,6 и в. Если отсутствуют специальные требования, то относительные отклонения выходного напряжения генераторов параллельного возбуждения не превышают 20%, а генераторов смешанного возбуждения - 5%. Различают три основных типа двигателей постоянного тока 9 отличающихся способом подключения обмотки возбуждения к об­ МОТ1ке якоря: 2~
~двигатели •параллельного возбуждения, у которых обмо11ка возбуждения подключена ~параллельно обмоТ\ке яwоря; двигатели .последовательного 1возбужД1ения, обмоТ~Ка ,возбужде­ ния 'Кото,рых в1ключена ·последователЬ'но ,с обмоткой якоря; ~двигател111 смешанного ,возбуждения, ry которых 1имеюТ~ся tдве обмотки возбуждения - ~параллельная 1и после~дова1'ельная. Свойства двигателей опре.деляются в основном пу1аковыми, рабочими 111 1регулнровочным11 хара1ктеристиками. В пускоВО\! режиме пове,д1ение двигателя хара1кте,ризу1ется пус­ ковьнмн токами и вращающим моментом, которые обычно не )I.олжны превышать ,дву:кратных ,величин номинальных знач1ен,ий. Рабочие харЭ1ктерис11ики шоказывают зависимость частоты вра­ щения n, вращающего момента М, потребляемого от сети тока /, 1и I<.IП.JI. 'l'l от внешней нагрузк,и Р 2 прп номинальном значении напряжения сети. Регулировочные характерис11ики определяют прмелы 1ИЗ\1енения частоты в.ращения якоря. ·Последняя прямо лропорциональна напряжению, подводнмом,у к д,вига11елю, .1оап1ре>­ тивл,ению в uепи якоря 1и обратно .пропорциональна ,магнитному ·потоку главных полюсов. Рабочие характеристик,и ,двигателя ,параллельного возбужде­ ния прнведены на рис~ 4.7. С ув~еличением .полезной мощносТIИ 1Врашающий момент увеличивается. Ход кривой изменения вра­ щаюшего ~момента несколыко отличается от пря1мой линии из-за уменьшения ~магнитного потока за счет реакции я~ко,ря. К.л.J,. двигателя 1в ~момент пуска равен нулю. При ув·еличе­ нии нагруз1ки ~двигателя ,примерно до 0,3 номинальной В1ел1Ичины к. п. д. возрастает почти Прямолинейно, а затем при нагрузке от t0,5 и более изменяется незнач1Ительно. При больш'Их на1груз1ках 1к. п. rд. несколько ум1еньшается. Ход кривой ~частоты вращения я1коря шоказывает, что при уве­ .личен1ии нагруз1ки знач1ение п на 5 ". 8% ум€нышается от. установ­ .ленного значения. Указанное сниж1ение обусловлива1е11ся i)"Вел1иче­ нием падения напряжения в якоре. 1П,ро11ивоположное воздейс11вие оказывает у~меньшен1ие 1магнитного .пото1ка главных ~полюсов за счет реакции якоря. Рабочие хара.ктеристик,и двигателя последовательного 1возбуж- ден1Ия приведены на рис. 4.8. · Вращающий ·моме~т двигателя пропорционален ,квадрату тока нагрузки и зависимость ело из1м,енения изображается параболой. При больших токах нагрузки из-за насыщения стали увеличе­ ние вращающего момента происходит практически по линейному закону. Изменения к.п.д. опис_ываются 1кривой, ,которая 1в начальной части резко поднимается. За-ге.м 1п0~дъем 1кривой кш.~д. замедля­ ется, а при больших наnрузках кривая незначительно падает. Данный тип двигаТ~еЛя нельзя .пускать при снятой налрузке, так как 1В этом случае тО1к возбуждения весьма мал и ~резко 1возраста­ ет частота вращения я11~оря. Прини~мают, что 1м1инимальная на­ грузка ~вигателя составляет 25 ". 30% от номинального значения. 29
1 J1. н l[ Jt Рис 4 7 Рабочие характери­ стики двигателя параллельно­ го возбуждения 71 11 тz I Рис. 4 8 Рабочие характери­ стики двигателя с последова­ тельннrм возбуждением По мере ·роста тока наIJрузки увеличивается магнитный шоток, частота вращения заметно сни.жается. В установке гарантирован­ ного питания 1цредп1рия11ий связи двигатели посл€,.довательного воз­ бужден1ия не при1м.еняются. Рабочие хара1ктерист1ики двrигателей смешанного возбуждения зависят от способа включения об\-ютки возбуждения и занимают среднее ~положение м1ежду ха1рактеристи1ка1ми двигателей парал­ л.ельного и последовательного возбуждений. Пуск двигателя параллельного возбуждения. Для уменьшения броака тока 1при пуске в цепь якоря включают пусковой реостат, который содержит несколько резисторов. Последние обеспечива­ ют ступенчатую регулировку пускового тока. Пусковой ток опре­ деля-ется сум1ма1рным сопротивлением пускового реостата и ак­ тивного сопротивл1ения обмотки якоря. Верхний и нижний преде­ лы пускового тока ~выбираются: первый нз условий обеспечения СОХ1ранности двигат-еля, вто1рой - •ИЗ условия создания на валу двигателя необходимо•го момента. Обычно Hq первой ступени за­ пуска пусковой ток составляет 1,5 ... 2,0 от номинального значе~ ния, на ~второй ступени - 1,2 .. 1,5. Пусковые р.еостаты не пред· назначены для длительной работы, поэтому операцию 1пуока не следует затяг.ивать. Переключение р.еостата обычно производят .при уменьшенrиtr величины пускового тока до значений, принятых для последующей ст.упени запуска. Поскольку при шрочих равных условиях пусковой ~момент двигателя пропорционален магнитно\1у потоку, то запуок ведут обычно при выведенном регулировочном реостате в цепи возбуждения, т. е. сопротивление реостата равно нулю, что обеспечивает большой ток возбуждения и соответст,вен­ но магнитный поток. Регулирование частоты вращ-ения вала двигателя параллель­ ного возбуждения удобнее всего производить за счет из,менения 'Рока возбуждения, что эквивалентно изменению магнитного поrо­ ка. Поскольку частота вращения обратно пропорциональна зна­ чению магнитного потока, то для iee 1повышения следует уменьшать iМагнитный поток или ток возбуждения. 30
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Дать понятие э д .с генератора постоянного тока. 2. Понятие обратимости машины постоянного тока. 3. Способы возбуждения машины постоянного тока 4. Особенности машины с последовательным возбуждением. Гл а в а 5. ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА 5.l . ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Наиболее широкое применение для эле1<тj5опитания аппаратуры связи нашли два типа химических источников тока: 1. Первичные источники, действие которых основано на использовании не- . обратимых электрохимических систем, которые характеризуются тем, что ве­ u•ества, образовавшиеся в процессе разряда, не могут быть возвращены в пер­ воначальное состояние, т. е. источники этого типа, практически не могут б~ть заряжены воздействием электрического тока. 2 Электрохимические аккумуляторы, действие которых основано на исполь­ зовании обратимых электрохимических систем, т. е вещества, образовавшиеся в процессе разряда, могут быть возвращены в первоначальное состояние под воздействием электрического тока, пропускаемого через источник от внешнего rенератора. 5.2 . ПЕРВUЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И БАТАРЕИ _ Под первичным элементом понимается источник электрической энергии од­ норазового действия, полученной прямым превращением химической энергии. Батарея - это группа электрически соединенных между собой элементов, на­ лодящихся в общем корпусе (упаковке). Для электропитания аппаратуры связи в основном применяются марганцо­ во-цинковые (МЦ) и воздушно-марrанцово-цинковые (ВМЦ) элементы. По кон­ струкции эти элементы можно разделить на цилиндрические (дисковые), га­ летные и прямоугольные Как правило, цилиндрические элементы имеют цин­ l'овый сосуд, который является отрицательным электродом В качестве поло­ жите.'Iьного электрода используется угольный стержень, вокруг которого рас­ полагается активный материал, состоящий из смеси двуокиси марганца и гра­ фита, причем смесь замачивается раствором нашатыря Положительный элект­ род вместе со смесью помещается внутрь цинкового сосуда, а свободное про­ странство заполняется сгущенным раствором нашатыря, который является элек­ тролитом. Элементы галетной конструкции сосуда не имеют. Положительный электрод выполняется в виде брикета, отрицательным - служит цинковая пла­ стина, а между ними располагается картонная прокладка, пропитанная раст­ вором нашатыря. Элементы галетной конструкции используются в основном Для tQзданю1 ано.-ных батарей. :и
Воздушно-марrанцово-цинковые элементы отличаются тем, что в них вме­ сте с марганцем используется кислород окружающего воздуха, который посту­ пает через специальные отверстия. ВМЦ-элементы имеют несколько большую электрическую емкость по сравнению с МЦ-элементами, но они очень чувстви· тельны к перегрузкам и имеют узкий температурный диапазон (+ 1О ... +40° С). Основные электрические и эксплуатациоюtые характеристики элементов и ба­ тарей приведены в табл. 5.1 -5 .3 . . В табл. 5 1-5 3 приведены даннЬlе свежеизrотовленных элементов, т. е. элементов, с момента изготовления которых прошло не менее 2 и не более Таб-лица5.1 Электрические .., .с' Условия иепре- 111 "о Габаритные характеристи- " .., о. " ки е: :::;; о <.) рывиого разря- размеры эле- i:;: :а = <llc- да при испы- о =- .с ::r мента, мм 1С1 ~о = ti: i:;:=. таииях " ':i: 111 " о,С IQ :i: aJоti: :i: Стандарт = ' "" о" ":.: = ~ ' =.с o.:i: = :i: '°~1. "dJ i: <11 il1"=- ="' ;i;IQ" "'"' "" ;i;CQ i:;: <.) §' "о. i:;: :а ; \:~~:::;; g:Еса - "' "' :i: 1; . :i: ti: og :i: ~ о" о. о"е:о ""ti: " оо. ... "' о.• о:(.с:а"" "':.: "to~ "'А - о о. о:( u о t:: " о i:;:" о.о о"' §'!§111. :i: с:: aJ <.) о"' <.) "' о. 8."' о <11 :i: :i: ... "'= о."о• "'о. о"'= :а " IQ ~ о :i: :i: t:: ""' u 1.-. < .) с: :.: u"аi::: :.: :i: :i: IQ .., :.: Элементы 145Л 1,48 160 12 130 . 20 0,85. 102 42 300 квадратные 145У 1,60 160 18 130 20 0,85 102 42 300 марганцо- 165Л 1,50 550 21 400 20 0,85 132 57 700 во-цинко- 165У 1,66 550 21 400 20 0,85 132 57 700 вые, ГОСТ . 3316-74 Элементы 045 1,3 520 15 300 10 0,7 123 51,0 600 гальваииче- 076 1,3 750 15 500 5 0,7 161 73,0 1700 ские сухие, гост 296-68 . Таблиц а 5.2 ... Электрические , " .с Условия иепре- " :i: "' Габаритные " характеристи- :.: <.) "' "' " :::;; ки о о .... :.: рывиого раз- раз..,еры=кор- i:;: о " о.• :i:"о ряда при нс- "' ~ <.) .., .с ::r о. пытаииях пуса-, мм - е:" i:;: :i:.., " " " :а :::;; "о i:r ::: Стандарт = ; ::: .с "" !;:.:;: . :i: :i: • ' :::;; . " " ;i;\j• е:= ;i;IQоti: IQIC<IQ"' "" =- = :i: :i: = о" о. "' ;i; i:;: о :а ":i: i:;::ае::i: ~ ~ g:;i;са "' " . :i: ti: @: :i:" :i: " о":i:" о cu- " " " "' .., о. .со "':i: " tot-:i: o.:i: а= " ti: • о :::;; <.) о t:: о ""' """' о"' :i: "' t:: ="' t:: :i: о. 4> <.) "' " - "' gJ са о."' "' "'о. о.""' о. о"' :i:"' о"'= :а :i: "' о t::" о. 1.-. .с t::о.о.... о t;=::r :.:: =:с IQ о:( :::; • Элементы 386 1,48 20 316 200 1,0 44,5 10,5 10 элек11риче- 314 1,52 38 630 200 1,0 38,О 14,5 15 ские мар- 316 1,52 60 948 200 1,0 50,5 14,5 20 rанцово· 332 1,40 6 6 4,8 20 0,85 37,3 21,5 30 цинковые, 336 1,40 10 67,0200,856021,545 гост 343 1,50 12 18 9,0 20 0,85 50 26,2 50 12333-74 373 1,55 40 18 28 20 0,85 61,5 34,2 115 374 1,55 50 18 35 20 0,85 75 34,2 130 - 376 1,55 65 18 45,5 20 1 0,85 91 34,2 165 425 l,48 144 15 100 20 0,85 100 40 235 465 1,50 495 18 340 20 0,85 125 51 502 32
Та бпица 5.3 Электрнческне .., Условия не- Габаритные размеры ... характернстикн е::::;; прерывного корпуса элемента, ми :а• разряда прн ::' :i: ti: нспытаннях :i: = . "':i: Тнп СSатареи " < ai" = :С ..Q rJ' о :i: '. :r: . ;i;t;• """' ai" • ". ... .а :r: о. =:i: " о" ;i; "' ""' о: о :а ~~ 1- ai ::r :::;; :i::i:~ "' :i: ti: u о :r:""' 8,[!;!е:О ::' ti: 1- = " о. о о:(.ао "':.: "о.• о "" :s: t::: :.: О O:IO i:>.o t::: - " • =t::: " u :i: ~~ :::;; """'"' "'"" о ii3 =:s: о"'= :а :i: о: ... t:::" о. f.,., С) С)о:3t::: :.: :i: :r: ai 3 о:( 160-АМЦГ-О,35 160 0,35 - 6 11700 100 144 77 109 120-АМЦГ-0,27 120 0,27 - 6 8750 56 40 94 240 102-АМЦГ-l ,2 102 1,2 - 12 7000 60 59 145 185 100-АМЦГ-У-2,0 100 2,0 180 15 7000 60 73 138 218 100-АМЦГ-2,О 100 2,0 180 15 7000 60 73 138 218 100-АМЦГ-0, 7 100 0,7 66 15 7000 60 53 117 174 70-АМЦГ-У-1,3 70 1'3 120 15 4680 40 50 112 174 70-АМЦГ-l ,3 70 1'3 120 15 4680 40 50 112 174 13-АМЦГ-У-О,5 1 13 0,5 500 18 10000 8 41 51 65 13-АМЦГ-0,5 13 0,5 - .12 1мА* 8 41 51 65 * Ток разряда.- 30 суток. В табл. 5.1 приняты обозначения: Л - элементы летнего типа, рабо­ тающие в интервале температур -17 ... +60° С; У-- универсальные элементы, работоспособность в интервале температур -40 ... +60" С; число, стоящее в на­ чале условного обозначения батареи, указывает ее напряжение, буква А или Н - анодная или накальная; Г - галетной конструкции; последнее число - емкость при температуре +20" С. Стандартом СЭВ 589-77 введены другие условные обозна­ чения. Элемент обозначают с помощью одной или двух букв с последующей цифрой. Для МЦ-элемента используется однобуквенное обозначение, которое характеризует форму элемента. Все другие элементы в том числе и ВМЦ. обозначаются с помощью двух букв, первая из которых определяет электрохи­ мическую систему, например А- марганцово-воздушно-цинковый элемент, вто­ рая - форму элемента. Цилиндрическая или дисковая форма обозначается бук­ вой R, галетная - F и прямоугольная - S. Цифра, следующая за указанными буквами, определяет размеры элемента. В качестве первичных источников ма· лой емкости применяются батареи типа ·3336, выпускаемые в соответствии с требованиями ~ГОСТ 2583-79. Начальное напряжение этих батарей может ле­ ~ать в пределах 3,9 .. 4,1 В, в конце срока хранения 3,5 ." 3,6 В. I<онечное разряд­ ное напряжение составляет 2,7 В при сопротивлении внешней цепи 10 Ом. Время разряда может изменяться от 40 до 60 мин в зависимости от марки элемента. Срок сохранности батарей - от 6 до 8 месяцев. Габаритные размеры- 67Х62Х Х22 мм, масса - не более 150 г. 5.3. ТИПЫ И УСТРОЙСТВО КИСЛОТНЫХ (СВИНЦОВЫХ) АККУМУЛЯТОРОВ I<ислотным свинцовым аккумулятором называется гальванический элемент, в котором активным веществом положительного электрода служит двуокись свинца, а отрицательного - губчатый свинец. 2-135 33
Отечественная промышленность выпускает кислотные аккумуляторы (ба­ тареи) различного назначения._В аппаратуре связи получили широкое приме­ нение стационарные аккумуляторы типов С, СК и СН. Находят применение также стартерные и другие типы аккумуляторов. Выпускается не менее 45 разновидностей аккумуляторов типов С и СК ем­ костью от 36 до 5328 А· ч. В условном обозначении аккумуляторов типов С и СК буква С обозначает «стационарный», буква К- пригодность аккумулятора для коротких режимов разряда большими токами. Аккумуляторы, имеющие в )·с;ювном. обозначении букву К, отличаются тем, чт~ у них соединительные ши­ ны между выводами имеют большее сечение. Аккумуляторы от С-1 до С-4 вы­ полняются с соединительными шинами, допускающими короткие режимы раз­ ряда. Буква «З» указывает, что аккумулятор выпускается в баке закрытого исполнения, буква Э обозначает, что аккумулятор собран в эбонитовом баке. Число, стоящее вслед за буквами, указывает номер аккумулятора, умножение которого на число 36 дает значение номинальной емкости при !О-часовом ре­ жиме разряда. Условное обозначение аккумуляторов типа СН, которые выпускаются емко­ стью от 40 до 800 А· ч, расшифровывается следующим образом: С- стацио­ нарный, Н - пластины пастированной · (намазной) конструкции. Последующее в наименовании число указывает номер аккумулятора, получающийся как част­ ное от деления номинальной емкоСТJ! на число 40. Каждый свинцовый аккуму­ лятор собирается в баке, изготовленном из кислотоупорного материала. Баки z.ккумуляторов могут быть открытого и закрытого типов с крышкой. В соот­ ветствии с. Iшнструкцией баков свинцовые аккумуляторы типов С и СК на­ зывают аккумуляторами открытого типа, а аккумуляторы СН - закрытого. Кры­ шки имеют отверстия для выводов- электродов . н заливки электролита. Зазоры между крышкой и баком аккумулятора, а также выводы электродов гермети­ :::ируются кислотоупорной пастой. На отверстия для заливки электролита на­ деваются пробки, которые могут обеспечивать выход газов из аккумулятор.а. Разработаны пробки, обеспечивающие нейтрализацию водорода, выделяющего­ ся при .заряде аккумуляторов. Баки могут изготовляться из стекла, эбонита, пластмассы, керамики и даже из дерева. Материал баков не должен вызывать загрязнения раствора серной кислоты различными примесями, изменяющими свойства электролита. Блоки пластин (электродов) погружены в водный ра'створ серной кислоты. Электроды располагаются так, что каждый положительный электрод находится между двумя отрицательными, следовательно, в аккумуля­ торе число отрицательных электродных пластин всегда на одну больше, чем положительных. Отводы от электродных пластин одной полярности привари­ ваются к мостикам, связывающим все группы этой полярности. Положительные электродные пластины делятся на поверхностные и 'Пасти­ рованные. Поверхностные пластины отливают из чистого свинца и придают им ребристую форму, что позволяет на порядок увеличить активную поверхность пластин и ее электрическую емкость. Вновь изготовленные поверхностные пла­ стины подвергаются на заводе формовке, в процессе которой на поверхности пластин образуется слой сернокислого свинца. Эти пластины применяются в ак· кумуляторах типов С и СК и имеют три разновидности: И-1, И-2 и И-4, от­ личающиеся размерами (емкостью). Пастированные положительные электрод­ ные пластины получают путем вмазывания пасты, состоящей из окислов свин­ ца, в ячейки решеток, отлитых из свинцово-сурьмяного сплава. Отрицательные 34
пастированные пластины устроены так же, как н положительные. От положи­ тельных они отличаются более легкой решеткой и составом пасты, заполняю­ шей ее. На заводе пластины проходят формовку, в результате которой на по­ .r.ожительных пластинах образуется темно-коричневая масса двуокиси свинца, а иа отрицательных - металлический свинец губчатого строения и серого цвета. Отрицательные коробчатые электродные пластины, применяемые в аккуму· .nяторах типов С и СК, отличаются от отрицательных пастированных (намазных) тем, 'что они состоят из двух продольных свинцовых перфорированных листов, которые, будучи приложенными один к другому, образуют полые пространст­ ва - «коробочкю>. В процессе изготовления в коробчатые пластины закладыва­ е-rся активная масса, к которой электролит имеет доступ через отверстия пла- , стины. Коробчатые пластины выпускаются только в разряженном состоянии. Изготавливаются три вида отрицательных коробчатых пластин: И-1, И-2 и И-4. В аккумуляторах применяются крайние отрицательные пластины, которые от­ личаются от средних пластин половинным количеством закладываемой а~тив­ ной массы. При сборке аккумуляторов применяются положительные и отрица­ тельные электродные пластины одного номера, например И-1. Для предупреждения электронной проводимости между разнополярными пластинами устанавливаются сепараторы. В аккумуляторах типов С, СК и СН применяются мнпластовые сепараторы с полиэтиленовыми держателями, что позволяет не проводить замены сепараторов в течение всего срока службы аккумулятора. В аккумуляторах типов С и СК ранних выпусков применялись · деревянные сепараторы, изготовленные из специальных сортов фанеры. Как правило, аккумуляторы соединяются в батареи последовательно, чтобы ·получить наиболее распространенные в устройствах связи номинальные напря­ жения 24 и 60 В. Аккумуляторы небольшой емкости (до С-3 и СК-3 включи­ тельно) располагаются так, чтобы направление пластин было бы перпендику­ лярно продольной оси стеллажа, а соединительные свинцовые полосы - вдоль оси. С одного конца к каждой соединительной полосе привариваются отводы отрицательных пластин данного аккумулятора, а к другому концу той же по­ лосы - отводы положительных пластин соседнего аккумулятора. По соедини­ тельной полосе проходят полные токи заряда или разряда батареи. При раз­ мещении аккумуляторов большой емкости направление пластин выбирают та­ кпм, чтобы оно совпадало с продольной осью стеллажа, а соединительные по­ лосы были пеrпендикулярны оси стеллажа. Габаритные размеры, масса н ори­ ентировочный объем электролита аккумуляторов открытого и закрытого испол­ нений приведены в табл. 5.4 и 5 5. Аккумуляторы заливают электролитом, состоящим из водного раствора серной кислоты. Для первоначальной заливки в новые аккумуляторы типов С, СК и СН применяется электролит с удельным весом (плотностью) 1180 кг/смз при температуре +25° С. Полностью заряженные аккумуляторы типов С и СК имеют электролит плотностью 1210 кг/м 3 , а типа С_Н - 1220 кг/мз. Одинаковый в процентном отношении электролит при различной температуре обладает раз- - ной плотностью, поэтому для его характеристики необходимо указывать темпе­ ратуру. Плотность воды при температуре + 15° С принята равной единице. В табл. 5 6 приведено содержание серной кислоты в водных растворах различ­ ной плотности при температуре + 15° С, а также значения плотности электро­ лита и температурного коэффициента. 35
Табпнца5.4 Габаритные размеры, ~м Ориеитнровоч · ная масса без Орнентировоч - Тип аккумулятора электролита, Ное количество длина ширина высота кг электролита, л С-1 80 215 270 6,8 3,0 С-2 130 215 270 12 5,5 С-3 180 16 8,0 'С-4 260 215 270 21 11'6 •С-5 25 11,0 С-6, СК-6 205 220 485±5 30 15,5 С-8, СК-8 37 14,5 С-10, СК-10 270 220 485±5 46 21,0 С-12, СК-12 - 53 20,0 С-14,'~ СК-14 315 220 485±5 61 23,0 • с-16. ск"16 429 279 583 90 34,0 С-18, СК-18 469 279 583 101 37,7 с-20, ск-20 504 279 583 110 34,5 С-24, СК-24 344 138 50,0 С-28, СК-28 379 474 588· 155 54,0 С-32, СК-321 414 172 60,0 С-36, СК-36. 454 188 67,0 С-40, СК-40 499 484 593 208 73,0 С-44, СК-44 534 226 80,0 С-48, СК-48 576 243 86,0. С-52, СК-52 609 260 92,0 С-56, СК-56 649 278 99,0 С-60, СК-60 684 295 105,0 С-64. СК-64 719 312 111 ,о С-68, СК-68 759 330 118 ,о С-72, СК-72 794 347 123,0 С-76, СК-76 834 365 129,б С-80, сК-80 - 869 382 134,0 С-84, СК-84 904 397- 141 ,о С-88, СК-88 944 417 147,0 С-92, СК-92 979 434 153,0 С-96, СК-96 1019 • 450 160,0 С-100, СК-100 1059 467 167,0 С-104, СК-104 1089 487 172,0 С-108, СК-108 , 1129 506 179,0 С-112, СК-112 1164 524 184,0 С-116, СК-116 1204 541 191,0 С-120, СК-120 1239 559 197,0 С-124, СК-124 1274 577 204,0 36
Габаритные размеры, мм Ориентировоч- ная масса без Ориентировоч- тип аккумулятора электролита, иое количество длина ширина высота кг электролита, л С-128, СК-128 1314 484 598 595 211 ,о С-132, СК-132 1354 612 217,0 С-136, СК-136 1389 631 224,0 С-140, СК-140 1424 649 231,0 С-144, СК-144 1459 "661 237,0 С-148, СК-148 1490 685 245,0 Пр им е ч а и и я: 1. Допуски на габаритные размеры аккумуляторов составляют ±4 ми. 2. Материал баков аккумуляторов до СК:-14 включительно - стекло, выше - дерево. ТабJIица5.5 Габаритные размеры аккуму. Ориентировочная Ориентировочное тип лятора, мм масса аккумулятора аккумулятора в стекпииных банках количество 1 1 без электролита, кг электролита, л длина ширина высота ' СН-1 94±3 =- 220±3 505±5 ' 94±3.; 220±3 290±5 8,7 2,2 140±2.:._~ 222±2 305±5 - СН-2 140±2 222±2 290±5 12,8 3,5 СН-311 180±3 220±3 305±5 1 17' 1 4,8 , 180±3 220±3 290±5 . 1 СН-4 152±3 262±4 445±5 23,О 6,0 152±3 262±4 430±5 СН-5 175±4 262±4 445±5 26,7 7,0 175±4 262±4 430±5 СН-6 194±4 262±4 445±5 '31,5 8,0 194±4 262±4 "30±5 СН-8 233±4 255±4 430±5 36,5 10,О СН-10 276±4 255±4 430±5 43,7 12,0 СН-20 295±5 380±5 520±10 87,0 25,0 Плотность электролита при температуре, отличающейся от +15° С, dt=d15+a(l5-t). При подготовке раствора следует учитывать повышение его температуры отно­ сительно температуры серной кислоты и воды, причем чем выше плотность раз­ водимой кислоты и чем больше объем воды,· тем выше температура раствора. На практике целесообразно заранее зrготовить раствор серной кислоты с ПJIOT- 37 \
Таблиц а 5.6 Содержание серной - Содержание серной Плотность кислоты Темпера- Плотность кислоты Темпера- раствора турный раствора турный серной " коэффици- серной коэффнцн- r кислоты по массе, на1л ентплот- кислоты JJO массе, на1л ентПЛОТ• d11, кr;м• % раствора, ностн а .d11 , кr/м 8 % раствора, ности ci кг кг 1170 23,4 0,274 0,63 1380 47,9 0,661 0,78 1180 24,7 0,291 0,65 1390 49,0 0,681 0,79 1190 25,9 0,308 0,66 1400 50,0 0,700 0,79 1200 27,2 0,326 0,68 1410 51,0 0,719 0,80 1210 28,4 0,344 0,69 1420 52,0 0,738 0,80 1220 29,6 о, 361 0,70 1810 88, 1 1,595 1,09 1230 30,8 0,379 0,71 1820 89,8 1 ,634 I ,08 1240 32,0 0,397 0,72 1830 91,8 1,680 1,06 1250 33,2 0,415 0,72 1840 94,8 1, 744 1,03 иостью 1400 кг/м 3 и потом по мере надобности понижать его плотность. ~ ка­ честве примера приведем расчет количества серной кислоты плотностью 1830 кг/м 3 и воды, необходимого для приготовления 1 л раствора плотностью 1400 кг/м3 • Из табл. 5.6 находим, что 1 л кислоты содержит 150 г воды и 1680 кг/м3 чястой кислоты. В 1 л раствора плотностью 1400 кг/м 3 содержит· ся 0,7 кг кислоtы и 0,7 кг воды. Объем исходного раствора серной кислоты плотностью 1830 кг/м 3, содержащего 0,7 кг кислоты, равен: 0,7: 1,68=0,417 л. Воды в таком объеме содержится 0,417 ·О,150=0,063 кг. Следовательно, для по­ лучения 1 л раствора требуемой плотности нужно долить 0,7-0,063=0,637 кг дистиллированной воды. Для получения п литров раствора следует взять О,417п литров указанной выше кислоты и О,637п литров дистиллированной воды. Сле­ дует отметить, что точная подгонка требуемо_й плотности электролита обычно производится на основе фактических измерений. Дистиллированная вода должна отвечать требованиям ГОСТ 6709-72. Требования к ней по допустимости вредных примесей гораздо выше, чем к ана­ логичным требованиям, предъявляемым к серной кислоте, поскольку в прQЦессе эксплуатации расход воды в 10-15 раз превышает объем' расходуемой кислоты. Дистиллированную воду следует хранить в закрытых стеклянных, полиэтиле­ новых или фторопластовых сосудах. -Для приготовления раствора электролита следует пользоваться эбонитовы­ ми, керамическими, винипластовыми или деревянными, выложенными свинцом, баками. Стеклянные сосуды от нагревания могут лопнуть. Необходимо серную кислоту влив~ть в воду тонко~ струей, непрерывно размешивая раствор элект­ ролита стеклянной палочкой. 5.4 . ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КИСЛОТНЫХ (СВIJНЦОВЫХ) АККУМУЛЯТОРОВ Рассмотрим химические реакции при заряде и разряде кислотных (свинцо­ вых) аккумуляторов. В растворе электр~ита происходит распад некоторой ча­ сти молекул на положительные ионы водорода и отрицательные кислотного ос- 38
татка. При разряде аккумулятора губчатый свинец отрицательного электрода вступает в реакцию с ионами кислотного остатка серной кислоты, в результа­ ТР чего на отрицательном электроде осаждается сульфат свинца. Конечными продуктами реакции вблизи положительного электрода являются сульфат свин­ ца и вода. При заряде под действием электрического тока внешнего источни­ К(i на отрицательном электроде восстанавливается губчатый свинец, а на поло­ жительном электроде - двуокись свинца. Водород воды раствора электролита взаимодействует с кислотным остатком сульфата свинца, в результате чего в растворе повышается содержание серной кислоты. Таким образом, суммарный ттроцесс в свинцовом аккумуляторе при его разряде и заряде можно выразить уравнением Разряд РЬ(-) + РЬ02(+) + 2S01.+=:Pb<->S04+Pb<+>so4+2H20. Заряд Электродвижущую силу Е свинцового аккумулятора с достаточной для прак­ ""цки точностью можно подсчитать по формуле E=0,85+d2s· l0-3 , где d25 - ПJJотность электролита при +25° .С. Установившееся значение э.д.с. полностью заряженного аккумулятора составляет 2,06 В и разряженного 2,02 ". 2,03 В. Однако значение э д. с. не может служить достоверным показателем разря­ женности аккумулятора. Наиболее достоверными показателями состояния акку­ мулятора являются значения отдаваемой емкости и плотности электролита. Номинальным режимом разряда, при котором аккумуляторы отдают номи­ нальную емкость, считается 10-часовой режим. Номинальное напряжение ак­ кумуляторов типов С, СК и СН принимается равным 2 В. Это наименьшее на­ пряжение полностью заряженного аккумулятора в течение первого часа раз­ ряда током 10-часового режима разряда при температуре раствора электролита ..J.. .25° С. В табл. 5 7 приведены данные о значениях емкости аккумуляторов ти­ пов С и СК, которая может бьхть снята при различных разрядныл токах. В 1абл. 5.8 приведены данные аккумуляторов типа СН. Следует обратить внимание на ряд особенностей и условий, при которых сбеспечиваются приведенные выше показатели. Для аккумуляторов типа С глубокие разряды малым током весьма вредны, лоскольку они приводят к Таблиц а 5.7 - Отдаваемая емкость Режнм Тнп аккуму- Ток разряда, Наимеиьшее~нап. разр и да лятора А' А·ч \доля от номи- риженне в конце иальиой емко- раэрца, В - стн, % 10-ч C-N, 3,6N 36N 100 7 ,5-ч СЭ-N, 4.4N 33N 91, 7 5-ч CK-N, 6,0N 30N 83,3 1,80 3-ч СКЭ-N 9,0N 27N 75,0 2-ч 11,0N 22N 61, 1 1-ч CK-N, 18,5N 18,5N 51,4 0,5-ч СКЭ-N, 25N 12,5N 35,0 1, 75 0,25-ч СЗ-N 32N BN 22,2 Пр11мечанне N- номераккумулятора. 39
Табпица5.8 Отдаваемая емкость Нанменьшее"нап- Режим разряда Ток разряда, А доля от иомнна- ряжение в конце А·Ч пьной емкости, разряда, В % ' 10-ч 4N 40N 100 7,5-ч 4,9N 37N 92,5 1,80 5-ч 6,6N ЗЗN 82,5 3-ч ION 30N 75,0 ' ' 2-ч 12N 24N 60,0 1-ч 20N 20N 50,0 1,75 0,5-ч ЗОN 15N 37,0 0,25-ч 40N ION 25,0 1-мнн 50N 0,83N 2,07 Примечаиия:1.N - номер аккумулятора. 2. Д.11я аккуму.11яторов СН-20 при 1-ыннутно11 режиме разряда допускается снижение напряжения до 1,65 в. 3. На первом цикле при 1 ... !О-часовых режимах разряда аккуму.11яторы дОJJжны отдавать не менее 85% указан• ион емкости. преждевременному повреждению пластин, поэтому с акку!'!уляторов не разре­ шается снимать емкость больше номинальной, несмотря на высокие напряжения в конце разряда. Приведенные в табл. 5.8 значения емкости. для режимов раз­ р.яда от 1- до 10-часового должны обеспечиваться на четвертом цнкле разряд­ заряд; для более коротких режимов - на десятом цикле. Прн этом плотность электролита в начале разряда должна быть (1220+5) кr/м 3 при температу­ ре +25° С. Существенное влияние на емкость аккумулятора оказывает температура электролита. Прн понижении температуры отдаваемая аккумулятором емкость уменьшается, а при повышении температуры - увеличивается. Известно, что все номинальные параметры аккумуляторов отнесены к температуре раствора элек­ тролита +25° С. Действующими на предприятиях связи нормами нижний пре­ дел температуры в аккумуляторных помещениях ограничен + 15° С. Верхний предел температуры электролита ограничен +40° С. Если средняя температу­ ра электролита во время разряда отличается от +25° С, то полученная от акку­ мулятора фактическая емкость должна быть приведена к емкости при темпе­ ратуре +25° С по формуле Q25= Q/[l+a(t-25)], где Q-фактическая емкость, отдаваемая аккумулятором, А·ч; /-средняя температура электролита при разряде, которая определяется как среднее ариф­ метическое значение всех измерений при разряде; а - температурный коэффи­ циент. Для аккумуляторов тнпов С и СК в расчетах можно принять среднее значение а=О,008 для~ интервала температур 10 .... 40° С. При расчете приведен­ кой емкости аккумуляторов типа СН значения температурного коэффициента следует брать из табл. 5.9 . Следует отметить, что с изменением температуры меняется также внутреи­ Rt>е сопротивление аккумулятора: с увеличением температуры оно уменьшается. Если температура аккумулятора типов С и СК снижается от +25° С до нуля" 40
Таблица5.9 Продолжите- Температурный коэффициент Продолжите- ТемпературНI>1А коэффнциен1' льиость а. при температурах льность а. при температурах разряда, ч 1 разряда, ч 1 5••. 25°С 25 ... 45°С 5 •.• 25°С 25 ••• 45°С 10,5 0,0060 0,0026 2,0 0,0110 0,0058 7,5 0,0371 0,0037 1,о 0,0125 0,0078 5,0 0,0088 0,0041 0,5 0,0182 0,0095 3,0 0,0104 0,0050 0,25 0,0228 0,0166 ' то значение внутреннего сопротивления возрастает примерно в 1,5 раза, что. обусловливается в основном изменением сопротивления электролита. Саморазряд у исправных свинцовых аккумуляторов не превосходит в сред­ нем 1% номинальной емкости в сутки. Наибольшие потери емкости при само­ разряде не должны превышать для аккумуляторов типов С и СК 21 % за первые 15 суток и 30% за 30 суток, для аккумуляторов СН эти значения сос­ тавят 1,5% и 21 % соответственно. ОтАача свинцовых аккумуляторов, которая характеризуется отношением ко· личества электричества, отдаваемого при разряде, к количеству электричества, необходимого для его заряда, зависит от различных факторов. К: ним прежде всего следует отнести потери за счет внутреннего сопротивления, побочных элек­ трохимических процессов и разложения воды, причем последние в сильной сте­ пени зависят от значений тока заряда, особенно на последних стадиях заря­ да. Отдача существенно зависит также от конечного зарядного напряжения. 1'ак, если заряжать аккумуляторы типа С или СК до конечного напряжения 2,7 В Ра элемент, то отдача по емкости составит 84%. Для конечного напряжения 2,3 В значение этой величины увеличится до 90%. Увеличение разрядного то· ка ведет к уме~ьшению отдачи аккумулятора, что видно из данных табл. 5.7 и 5.8. - Срок службы аккумуляторов типов С и СК, эксплуатируемых в режиме за- ряд-разряд, может достигать 7-8 лет, а в режиме непрерывного подзаряда - 20 лет. Как правило, отрицательные пластины работают в 2-2,5 раза дольше положительных. В соответствии с техническнми условиями срок службы· акку­ муляторов типа СН определяется 600 циклами заряд-разряд, или не .менее 4 лет со дня приведения аккумуляторов в действие. 5.5 . ЭКСПЛУАТАЦИЯ КИСЛОТНЫХ (СВИНЦОВЫХ) АККУМУЛЯТОРОВ На предприятиях связи основным режимом эксплуатации кислотных акку­ муляторов, собранных в батареи на различные номинальные напряжения, явля­ ется режим постоянного подзаряда. При наличии источника питания электроэнер­ гией, например, сети переменного тока, питание аппаратуры связи и подзаряд батареи осуществляются от буферного выпрямителя. Прн отключении сети пе­ ременного тока начинается разряд батареи, который продолжается до восста­ новления напряжения переменного тока или отдачи емкости аккумуляторов. После восстановления напряжения переменного -тока буферный выпрямитель 41
\ одновременно питает аппаратуру связи и заряжает аккумуляторную батарею. Эксплуатация батарей на предприятиях связи осуществляется с соблюде­ нием следующих правил: 1. Перед вводом в эксплуатацию батарея должна обладать емкостью, рав­ ной 100% номинального значения. 2. Для компенсации саморазряда н содержания батарей аккумуляторов ти­ пов С и СК в полностью заряженном состоянии необходимо на них поддер­ живать напряжение {2,2+0,05) В на аккумулятор. Для батарей, составленных l'З аккумуляторов типа СН, напряжение на каждом из них должно поддержи· _ ваться на уровне (2,18+0,04) В при температуре окружающей среды до +35°С н (2,12+0,04) В для более высокой температуры. - 3. Эксплуатация аккумуляторов при напряжении не ниже (2,2+0,05) В мо­ жет осущ~твляться без тренировочных заряд-разрядов и перезарядов. 4. Контрольные измерения напряжения каждого аккумулятора, плотности электролита и его температуры должны проводиться ие реже одного раза в месяц. Постоянство плотности электролита указывает иа то, что аккумулято­ ры полностью сохраняют свою емкость. 5. Контрольные разряды батареи аккумуляторов типов С и СК целесооб­ разно производить один раз в два года и всякий раз, когда возникают подо­ зрения на с.нижение емкости батареи . . 6. Уравнительные заряды аккумуляторов СН след)'ет производить после доливки воды и частых разрядов. 7. Поrле разрядов аккумуляторных батарей, работающих в режиме не­ прерывного подзаряда, восстановление емкости их производится путем ступен­ чатого заряда. Завод-изготовитель рекомендует для аккумуляторов типов С и СК следу­ ющие режимы заряда: 1. Заряд до напряжения 2,6 ... 2,8 В на аккумулятор производится током неизменной величины, не превышающей значения О,12Qн. Длительность заря­ да12ч. 2. Двухступенчатый ускоренный заряд до конечного напряжения 2,6 ... 2,8 В током, значение которого в процессе заряда плавно убывает. На первой ступе­ ни начальный ток должен быть не более О,25Qн. На второй ступени, на кото­ рую переходят при напряжении 2,3 ". 2,4 В, ток в начале должен быть не бо· лее О,12Qн. Длительность заряда 7 .. 8 ч. 3. Заряд при постоянном напряжении 2,2 . 2,35 В. Начальный ток числен­ но равен емкости аккумулятора. З1!ряд может длиться несколько суток. Приз­ наком окончания заряда является постоянство плотности электролита. 4 Вначале заряд ведется током постоянного значения О,25Qн При повы­ шении напряжения до 2,2 ·~ 2,35 В происходит переход в режим постоянного на­ пряжения. Заряд может длиться несколько суток. 5. Уравнительный заряд батареи преследует цель подогнать до нормы ве­ ли.чину емкости любого из аккумуляторов батареи По рекомендации завода­ нзготовителя уравнительный заряд проводится ежеквартально в течение 2-3 су- - ток. Возможны два вида уравнительного заряда, а именно. до напряжения 2,6 ... 2,7 В и при напряжении (2,3+0,05) В на аккумулятор. В первом случае заряд ведут током 2,6N А до тех пор, пока у всех аккумуляторов установится rтовышенное напряжение, которое будет сохраняться неизменным в течение 1 ч. 42
_Также неизменной должна быть плотность раствора электролита Затем батарею отключают и оставляют в покое на 1 ч, после чего ее вновь заряжают тем же током. Такие заряды повторяются до тех пор, пока через 30 ... 40 с после очередного включения не начнется «кипение» аккумуляторов. В батарее подрав­ нивается плотность раствора электролита, она включается на заряд для переме­ шивания раствора электролита (около 1 ч) и после этого батарея готова к ра· боте. Для батарей, работающих в режиме непрерывного подзаряда при напря­ жении (2,2+0,05) В на аккумулятор, рекомендуется второй вид уравнитсльно­ rо заряда, проводимого ежеквартально в течение 2 суток. В обоих видах урав· нительного заряда акr<умуляторные б.атареи предварительно не разряжаются. Для аккумуляторов типа СН заводом-изготовителем рекомендуются следу­ , ющие режимы заряда: 1. Ступенчатый зарЯд при постоянном значении зарядного тока каждой ступени. На первой ступени заряд ведется током, значение которого составляет О,2Qв, до напряжения 2,2 ... 2,35 В на аккумулятор. На второй ступени уста· Нсlвливается ток О,05Qн й заряд ведут до получения напряжения 2,6 ... 2,7 В на аккумулятор и неизменной плотности раствора электролита в течение ПО· с.11едних 2 ч. 2. Заряд при постоянном напряжении, которое может быть выбрано в пре· делах 2,15 ... 2,35 В на аккумулятор. Заряд ведется до тех пор, пока плотность электролита будет оставаться неизменной в течение последних 10 ч. 3. Ступенчатый заряд. На первой ступени величина зарядного тока поддер­ живается равной О,2Qв до достижения напряжения 2,15 ... 2,35 В на аккумуля­ -:ор. После достижения напряжения 2,15 ... 2,35 В выпрямитель переводится в режим стабилизаци11 напряжения. Аккумулятор на первом этапе получает 80 ... •.. 95% емкости. Второй этап мож~rт длиться несколько суток. Окончание заря­ да характеризуется неизменностью плотности электролита в течение последних 10 ч. _ 4. Уравнительный заряд проводится после каждой доливки воды и при ч.~стых эксплуатационных разрядах. Уравнительный заряд производится при на­ пряжениях 2,25 ... 2,4 В до повышения средней плотности электролита до 1215 кг/м 3• Уравнительный заряд заканчивается при постоянстве плотности эле­ ктролита в течение 10 ч. Продолжительность заряда может составить несколь­ ко суток. Пример расчета аккумуляторной батареи. Для расчета необходимы следу­ ющие исходные данные: значение тока разряда батареи, продолжительность разряда и допустимые пределы изменения напряжения на аппаратуре связи. Ток разряда 1р аккумуляторной батареи на предприятии связи, как правило, <>пределяется суммой токов, необходимых для питания аппаратуры и аварий­ ного освещения. Могут быть также другие дополнительные нагрузки, связан­ ные со спецификой данного предприятия. Время разряда батареи определяется нормативными документами в зависимости от назначения предприятия связи 11 его обеспечения элекч:юэнергией. Это время может изменяться от 0,5 ч до нескольких часов. Допустимые пределы изменения напряженnя на· аппаратуре связи указаны в ГОСТ 5237-83 . Батарея составлена из аккумуляторов типа СН на номинальное напряжение 24 В, и должна в течение времени Т = 1 ч .отдавать ток 100 А, рабочее напряжение 21,6 ... 26,4 В. Миним'альная темпера­ <rура аккумуляторного помещения +15° С. Требуемая от батареи емкость / р Т 43
равна фактически отдаваемой емкости Q2s [1+а (t-25)]. Подставляя из табл. 5.8 и 5.9 соответствующие значения, получаем индексовый номер: N ""' 100·1 57, ~ 6,0. 20[1 +0,0125 (15-25)] • Выбираем аккумулятор СН-6. Конечное разрядное напряжение составляет 1,75 В (см. табл. 5.8). Падение напряжения в токораспределительной сети при· нимаем равным 2,4 В. Минимальное напряжение на батарее должно быть 21,6+2,4=24 в. Число аккумуляторов в батарее в конце ее разряда равно 24/1,75= 13,7 ~ ~ 14. Учитывая, что напряжение 28,4 В на аппаратуре связи в режиме непре· рывного подзаряда батареи превышает допустимую норму, батарею разделяем на две секции. В основной секции оставляем 12 аккумуляторов, в дополнитель­ ной - два. Напряжение на аппаратуре связи в режиме непрерывного подзаряда бу'дет равно 24 В, при заряде батареи - 25,2. При отключении выпрямителя устройство автоматической коммутации должно мгновенно подключать допол· ннтельную группу к нагрузке. Преимущества аккумуляторов типа СН по сравнению с аккумулятора~и С и СК сводятся к. следующему: удельные электрические характеристики выше примерно в 1,5 раза; допускаются большие токи разряда в коротких режимах; на 25." 30% меньше расход свинца; больший (до 10 лет) срок между капи­ тальными ремонтами; меньший саморазряд; ниже стоимость и трудоемкость при монтаже и эксплуатации; при применении каталитических пробок отсутствуют выделения паров электролита и водорода. 5.6 . ТИПЫ И УСТРОЙСТВО ЩЕЛОЧНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ Щелочные аккумуляторы по сравнению с кислотными имеют ряд особен­ ностей, из-за которых эти аккумуляторы не нашли широкого применения в хо­ зяйстве связи. К: указанным особенностям в первую очередь относятся широкие пределы изменения напряжения, которые наблюдаются в процессе их эксплуа­ тации, значительная величина внутреннего сопротивления аккумуляторов и мень­ ший срок службы. Из разнообразных типов щелочных аккумуляторов, выпускаемых отечест­ венной промышленностью, целесообразно рассмотреть характеристики аккумуля­ торов никель-железной электрохимической системы. Номенклатура НЖ-аккуму­ ляторов, применяемых для питания аппаратуры связи, приведена в табл. 5.10. Таблиц а 5.10 Тип аккуму- Номинальная пятора емкость, А· ч НЖ-22 22 НЖ-45 45 НЖ-60 60 нж-100 100 44 Щелочной аккумулятор состоит из положи- тельных и оtрицательных электродных пластин~ которые разделены эбонитовыми палочками и по­ гружены в стальной бак, наполненный водныМ> раствором щелочи. Активная масса электродов в • готовом виде закладывается в стальные перфо· рированные пакеты, из которых собираются пла­ стины. Активная масса положительных электро­ дов состоит из окислов никеля, смешанных с графитом, отрицательных - железа и его окис- •
лев. В НЖ-аккумуляторах крайними пластинами являются отрицатель­ ные, поэтому сосуды находятся под отрицательным потенциалом. Токооfводы электродов выполнены в виде стальных болтов, проходящих сквозь верхнюю крышку сосуда и заканчивающихся борнами с гайками. В центре крышки со­ суда между контактными болтами имеется отверстие для заливки электролита. :Это отверстие закрывается стальной пробкой, имеющей канал для выхода га­ зов. Наружные боковые отверстия канала закрыты резиновым пояском, наде· тым на пробку. Сосуд акк,умулятора сварной из листовой стали, с наружной стороны никелированный. Расположение электродов в сосуде таково, что меж­ ду ними и дном получается свободное пространство, которое предохраняет элек­ троды от соприкосновения с осадком, образующимся в процессе эксплуатации. Назначение пространства между верхним краем электродов и крышкой состоит в том, чтобы уменьшить разбрызгивание электролита при кипенйи в процессе заряда. Щелочные аккумуляторы собираются на заводе в батареи, ,которые могут выполняться в деревянных ящиках, металлических каркасах или рамках. В табл. 5.11 приведена номенклатура батарей, выпускаемых отечественной про· мышленностью: В НЖ щелочных аккумуляторах в кач~тве электролита применяется во.ц­ ный раствор едкого технического калия марки А или В плотностью 1190 ". ". 1210 кг/м 3 с добавкой 20+ 1 г/л моногидрата гидроокиси лития. Может так­ же применяться раствор едкого натрия сорта А с добавкой 10 г/л моногидра- 1а гидроокиси лития. Щелочные аккумуляторы, залитые натриевым раствором, могут работать при температурах окружающего воздуха О". +45° С, а при ис­ пользовании раствора калия - при температурах -20 ..• +35° С. Раствор нат· рия обладает более высоким удельным сопротивлением, поэтому напряжение при разряде аккумулятора в случае использования натриевого электролита бу­ дет несколько ниже, особенно при 1- и 2-часовом режимах. Желательно для получения раствора электролита применять дистиллированную воду, но можно пользоваться также дождевой водой. Наиболее вредные для аккумуляторов примеси - это хлор, аммиак, металлы и органические вещества. Щелочи для электролита поставляются либо в твердом состоянии, либо в виде раствора с плотностью 1410 кг/м 3• Чтобы определить массу (в килограммах) твердой ще· лочи, необходимой для приготовления требуемого количества раствора электро­ лита, надо это количество раствора в литрах разделить на 3 для раствора плотностью 1190 ... 1210 кг/мз или на 2 для плотности 1270 ". 1300 кг/м 3• Для приготовления электролита из 1 л раствора плотностью 1410 кг/м 3 количество добавляемой воды можно определить из табл. 5.12 . Таблнца5.11 Обозначение Номинальное Обозначение Номинальное Обозначение Номинальное батарей напряжение, В батарей напряжение, В батарей напряженке, В lОНЖ-22 12,50 7НЖ-45 8,75 lОНЖ-60 12,50 17НЖ-22 21,25 lОНЖ-45 12,50 4НЖ-100 5,00 3НЖ-45 3,75 4НЖ·60 5,0 5НЖ-100 6,25 4НЖ·45 5,0 5НЖ-60 6,25 lОНЖ-100 12,50 5НЖ-45 6,25 7НЖ-60 8,75 П р н м е ч а и н е. В обозначении батареи первая цифра указывает' число аккумуляторов • батарее. 45
Таблица5.12 р Плотность пhиготовленного 1110 [ 1180 1190 1200 1210 1220 1230 аствора, 1кг м 3 Количество воды, л 1,483 1,335 1,217 1, 102 [1,006 0,950 ~.833 5З.ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕХАРАКТЕРИСТИКИ ЩЕл9чных АККУМУЛЯТОРОВ Одним из основных показателей состояния щелочных аккумуляторов явля­ ется значение э.д.с., у свежезаряженных аккумуляторов она равна 1,5 В. Элект­ родвижущая сила разряженных аккумуляторов составляет 1,3 В и резко сни­ жается при температурах, близких к нулю по шкале Цельсия, оставаясь в ди­ апазоне положительных температур практически постоянной. Напряжение постоянного подзаряда, которое требуется поддерживать на полностью заряженных щелочных аккумуляторах в эксплуатационных услови­ ях, должно составлять 1,58 ... 1,60 В. Номинальное разрядное напряжение ще­ лочных аккумуляторов принимается равным 1,25 В. Напрю!<ение во время разряда в определенной степе!-lи зависит от разряд­ ного тока и снижается при больших разрядных токах. Ориентировочные зна­ чения напряжения во время разряда как функции разрядного тока (для темпера­ туры +25° С) приведены в табл. 5.13. Таблица5.13 Ток разряда, А Qп [Qп Qп< Qп QH -8- 5 3 2 - Напряжения, В 1 • 15. "1 • 18 1 , 10".1 , 12 1,00".1 .05 0,80".0 .85 0,50."0,60 Ток разряда аккумуляторов определяется как частное от деления емко­ сти, отдаваемой аккумулятором в режиме 8-часовоrо разряда при средней тем• пературе +25° С на требуемое время разряда. · Нормальному режиму заряда щелочных аккумуляторов соответствует ток заряда, численно равный 0,25 номинальной емкости Qн. Конечное напряжение заряда при этом составляет !,78 ". 1,80 В. Емкость, отдаваемая щелочными аккумуляторами, не зависит от величины тока разряда. С увеличением температуры электролита значение емкости уве- Таблица 5.14 - Тип аккуму- \ Номинапьн~я \ Нормальный пятора емкость, А· ч ток разряда, А 46 НЖ-22 НЖ-45 НЖ-60 НЖ-100 22 45 60 100 5,5 11. 25 15 25 личивается, с понижением - уменьшает­ ся. При повышении температуры на 1° С в интервале + 15 ." +40° С емкость воз­ растает примерно на 0,5 ". 0,6%. Одна­ ко длительная эксплуатация щелочных аккумуляторов при предельной темпе· ратуре приводит к повреждению поло­ жительных электродных пластин. Также
вредны режимы разряда аккумуляторов малыми токами. В табл. 5.14 приве­ дены величины нормальных токов разряда, рекомендованных для аккумулято­ ~;ов различной емкости.. Саморазряд аккумуляторов во времени протекает неравномерно. Он очень интенсивен в первые дни после заряда, а затем стабилизируется. СаморазряА увеличивается при повышении температуры. Так, при температуре +400 С прак­ тически емкость аккумулятора теряется за 15 суток, причем в первые трое суток на 1/3. Величина отдачи по емкости составляет 66%. Срок службы щелочных аккумуляторов о~деляется числом циклов заряд· разряд и составляет в среднем 750 циклов. 5.8 . ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЩЕЛОЧНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ На предприятиях связи щелочные аккумуляторы применяются в основном для электропитания телефонной аппаратуры в сельских областях. Режим эксплу­ атации предусматривает содержание батареи на отдельных шинах в отклю­ ченном от· нагрузки состоянии. Напряжение выпрямителя содержания вы­ бпрается из расчета, что на одном аккумуляторе должно быть 1,58 ... 1,60 В. При отключении основного выпрямителя, питающего аппаратуру связи, батарея подключается к нагрузке. Время перерыва в подаче питания определяется ско­ ростью срабатывания коммутирующего устройства и на малых АТС не превы­ шает 0,2 с. Начальное напряжение питания равно 1,37п, где п - число аккуму­ JJяторов. Для уменьшения колебаний напряжения выбор запаса емкости произ­ r.одят так, чтобы разряд прекращался раньше, чем онн отдадут имеющуюся емкость. Например, при выборе батареи для резервирования питания на 1 ч руководствуются характеристиками 3-часового режима. В этом случае за счет недоиспользования емкости перепад рабочего напряжения составит 20%. Для первоначального заряда в аккумулятор заливаеrся раствор электролита, после чего он выдерживается в течение 2 ч. В конце указанного срока вольт­ метром проверяется наличие напряжения. В случае отсутствия напряжения про­ питка пластин может продолжаться до 10 ч. Далее проверяют ~ровень электро­ лита и проводят три цикла заряд-разряд. Заряд осуществляется током 0,25Q11 в течение 12 ч, разряд- током О,1~5Qн в течение 4 ч. Эксп11уатационный заряд аккумуляторов производится токами, значения ко­ торых приведены в табл. 5.14, в течение не менее 7 ч. В крайн~й необходимо­ сти допускается ускоренный заряд, когда первые 2,5 ч берется двойной нормаль­ ный ток и вторые 2 ч - нормальный ток заряда. Для щелочных аккумуляторов предусмотрены так называемые усиленные заряды, которые сводятся к заряду нормальным током за время 12 ч. Усилен­ ные заряды проводятся либо через каждые 10-12 циклов или один раз_ в месяц. Нужно отметить еще одну особенность щелочных аккумуляторов, которая заключается в постоянстве средней плотности электро.11ита в процессе заряда и разряда. В отличие от кислотных аккумуляторов, состояние щелочных акку­ муляторов характеризуется в основном значением э.д с. В нормальных условиях электролит необходимо менять после каждых l 00 циклов или один раз в год. Электролит также следует менять во всех случаях, когда без видимых причин происходит потеря емкости или напряжения. Перед сменой электролита аккумуляторы должны быть разряжены током 8-часово- 47
го режима до напряжеяия 1 В/элемент. После этого удаляют старый элект· ролит, аккумуляторы промывают дистиллированной водой н тут же заливают приготовленным заранее раствором электролита повышенной плотности (для ка­ лиевого раствора плотность 1230 кг/м 3 ). Через 2 ч плотность раствор? доводит­ ся до иормы и начинается усиленный заряд аккумулятора. Щелочные аккумуляторы выпускаt?тся заводом без электролита. Хранить ак­ кумуляторы следует в сухих вентилируемых помещениях без резких колебаний темп~ратуры. Воспрещается совместное хранение кислотных и щелочных акку­ муляторов. При приготовлении раствора электролита едкого калия для щелочных ак­ кумуляторов следует проявлять особую· осторожность, так как при смешении едкого калия с водой выделяется большое количество тепла. Твердую щелочь нужно разбить на небольшие куски, при этом ее, как правило, накрывают ма­ териаЛом, чтобы осколки не попали в глаза и на кожу. Для растворения всю находящуюся в бутыли щелочь опускают в воду маленькими кусочками, не­ прерывно помешивая раствор стеклянной или стальной палочкой. 5.9. АККУМУЛЯТОРНЫЕ ПОМЕЩЕНИЯ И ИХ ОБОРУДОВАНИЕ На предприятиях связи аккумуляторные помещения строятся в соответствии с ВНТП 4'Электроу~тановки предприятий и сооружений электросвязи, радиове­ щания и телевидения». Аккумуляторные помещения должны отвечать ряду тре· бований, в основе которых лежит безопасность обслуживающего персонала и оборудования. Запрещается устраивать общие аккумуляторные помещения для кислот­ ных и щелочных аккумуляторов. Для устано.вки аккумуляторных батарей вы- • деляется отдельное помещение (аккумуляторная), которое с помощью тамбура площадью не менее 1,5 м 2 и двух дверей о.тделяется от остального помещения предприятия связи. Рядом с аккумуляторной предусматривается отдельная ком­ ната (дистилляториая) площ~дью не менее 4 м 2, предназначенная для хране­ ния и приготовления раствора электролита н его компонентов. Высота помеще­ ний должна быть ие менее 2,8 м. Стены и потолки указанных помещений выполняются из кирпича или бето­ на и обязательно оштукатуриваются. Окна должны выходить во двор предприятия связи и ограждаться метал­ лической решеткой. В окна вставляются матовые или обычные стекла, которые покрывают тонким слоем светлой клеевой краски. Стены, потолки, двери, оконные рамы, вентиляционные короба, металли­ ческие конструкции и стеллажи для аккумуляторов должны иметь кислото­ упорное или щелочеупорное покрытие. Пол в аккумуляторных помещениях выполняется на бетонном основании и покрывается кислотоупорным или щелочеупорным материалом, которым может служить специальный асфальт или метлахская плитка. Около стен обязательно устраивается плинтус. При покрытии пола метлахскими плитками швы между ними заполняются кислотоупорным или щелочеупорным материалом. Под стел­ лажами обязательно устраиваются опорные площадки из метлахских плиток, размещенных на бетонной подушке. 48
В помещениях должна поддерживаться нормальная температура, нижний допустимый предел которой состав.11яет +10°С. Для отоплеиня запрещается применение приборов, у которых возможно п·оявление искр или открытого огня. В аккумуляторных помещениях предусматривается естественное. и искусст­ венное освещение. Для искусственного освещения должны применяться взрыво­ безопасные светильники. Не разрешается установка выключателей, розеток и предохранителей. Аккумуляторные помещения должны иметь аварийное осве­ w.ение. С целью удаления взрывоопасных газов и аэрозолей серной кислоты в ак­ кумуляторных помещениях должна применяться приточно-вытяжная вентиля­ ция, не связанная с вентиляцией других помещений Предприятия связи. Короба вентиляции должны размещаться вдоль стен и над проходами между стелла­ жами. Аккумуляторы располагаются, как правило, на. стеллажах, которЬl:е должны соответствовать типам и номенклатуре применяемых аккумуляторов. Аккуму­ Jtяторные стеллажи оборудуются и размещаются в соответствии с действующи­ ми нормативными документами, в частности с ГОСТ 1226-76. Стеллажи могут быть одноярусные однорядные, одноярусные двухрядные, двухъярусные одно­ рядные и двухъярусные двухрядные. По применяемому материалу стеллажи могут быть деревянными или металлическими. В условных обозначениях стел­ лажей первые буквы показывают материал, первая арабская цифра обознача­ ет число рядов, вторая - число ярусов и буква А или Б - модификацию стел­ лажа. Например, однорядный одноярусный металлический стеллаж модифика- 1ши А имеет обозначение: стеллаж MC-1 lA ГОСТ 1226-76. Ширина эксплуатационных проходов в свету между аккумуляторами прини­ мается не менее 0,8 м. Расстояние от отопительных приборов до аккумуляторов должно быть не менее 0,75 м. Расстояние между токоведущими частями раз­ ных аккумуляторов, напряжения между которыми при нормальной работе, кро­ ме заряда, может изменяться от 65 до 250 В, должно быть не менее 0,8 м. Сборка стеллажей выполняется на месте эксплуатации. Длина стеллажа не превышает 3,5 м. Для получения стеллажа большей длины допускается уста­ новка нескольких стеллажей в торец друг к другу, при этом общая длина не может быть более 10 м. Одноярусные стеллажи должны устанавливатьси: на прямоугольных опррных тумбочках, плоских стеклянных изоляторах. Двухъярус­ ные стеллажи ставятся непосредственно на стеклянные изоляторы без опорных - тумбочек. Все необходимые размеры для сборки и установки аккумуляторов nриведены в ГОСТ 1226-76. 5.1 О. УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С АККУМУЛЯТОРАМИ При организации и проведении работ по техническому обслуживанию необ­ >.одимо руководствоваться указаниями правил технической эксплуатации элект­ роустановок и правил техники безопасности, а также ведомственными инструк­ циями и правилами. Работники, обслуживающие аккумуляторные батареи, дол­ жны быть обеспечены спецодеждой и другими защитными средствами в соот­ ветствии с действующими нормами. Спецодежду надо хранить отдельно от пов­ седневной одежды в специальном отделении шкафа. Пользоваться спецодеждой 49
можно только при выполнении работ, связанных с обслуживанием аккумуля­ торных батарей. При заряде и формовке батарей необходимо пользоваться рес­ пираторами. Работать с кислотой, щелочью или электролитом можно только в резиновых перчатках и галошах, в прорезиненно~ фартуке и хлопчатобумаж­ ном костюме с пропиткой и в защитных очках. Вблизи помещения с аккумуля­ торами должны находиться умывальник, мыло, вата в упаковке·, полотенце и закрытый сосуд с 5 ... 10%-нц~м нейтрализующим раствором питьевой соды. При эксплуатации щелочных аккумуляторов в качестве нейтрализующего раствора применяется 5 ... 10%-ный раствор борной кислоты. Для промывания глаз сле­ дует применять 2 ... 3 % -ные соответствующие нейтрализующие растворы. На _сосудах с растворами должны быть надписн. При попадании кислоты или щело­ чи на открытые части тела необходимо немедленно промывать пора~енный уча­ сток сначала водой, потом нейтрализующим раствором. Начинать р"аботу в аккумуляторном r;юмещении можно только после его проветривания. Вентиля­ ция помещения аккумуляторной включается перед началом заряда а·ккумулято­ ров и выключается не- ранее чем через 1,5 ч после окончания заряда. При экс­ пдуатации аккумуляторньrх батарей по способу непрерывного подзаряда вен­ ТТ1ЛЯЦИЯ помещения должна производиться при каждом «закипании» электро­ лита в аккумуляторах. Электролит, пролитый на стеллажи, нужно стереть тряп­ кой, смоченной в нейтрализующем растворе. Электролит, пролитый на пол1 сначала собирается с помощью опилок, затем пол смачивается нейтрализующим раствором и вытирается насухо тряпкой. Бутыли или -канистры с серной ки­ слотой переносятся вдвоем на специальных носилках. Запрещается бутыли или кгнистры с кислотой переносить на руках или спине. При составлении кислот­ ного электролита серную кислоту необходимо вливать в воду тонкой струей и небольшими порциями, все время перемешивая раствор стеклянной палочкой. Запрещается лить воду в ·кислоту. Твердую щелочь.. разрешается браТь только щипцами или пинцетом. Брать щелоЧь руками запрещается. При разбивании кусков твордой щелочи необходимо покрывать их чистой тканью во избежа­ ние попадания мелких осколков в глаза и на кожу. В процессе составления щелочного электролита следует опускать твердую щелочь в сосуд с водой или влйвать готовый раствор щелочи небольшими порциями, все время перемеши­ вая раствор металлической или стеклянной палочкой: Для приготовления элект- , ролитов следует применять эбонитовые баки. Для приготовления щелочного ра- створа можно применять также железные или чугунные баки. Электролит или дистиллированную воду следу!!т доливать в аккумуляторы с помощью сифона с резиновым шаром, грушей или небольшой стеклянной кружки. При изме­ рении плотности эле~тролитов необходимо пользоваться специальными ареомет~ рами и терма.метрами. Пайка аккумуляторных пластин в помещении с действующими аккумулято­ рами может производиться при соблюдении следующих ~словий: приступать к пайке можно не ранее чем через 1,5 ч после окончания заряда; u 1 б до начала и во время панки должна ра отать вентиляция; пайку должен производить опытный работник, имеющий соответствующий допуск, под наблюдением электромеханика. По окончании работ в аккумуляторной необходимо тщательно вымыть лицо и руки с мылом. Запрещается в аккумуляторной хранить и принимать пищу н питьевую воду, а также класть в проходах хотя бы временно какие-.11ибо пред­ меты и материалы. 50
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЬ! 1. В чем заключаются различия аккумуляторов открытого и закрытого типов? 2. Как зависит отдаваемая емкость от режима разряда и температуры? '3. Особенности режима постоянного подзаряда. 4. Способы заряда аккумуляторных батарей. 5. Особенности щелочных аккумуляторов по сравнению с кислотными. r лав а 6. ПРЕОБРАЗОВАНИЕЭЛЕКТРИЧЕСКОй " ЭНЕРГИИ 6.1 . ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ Для электрического питания аппаратуры связи наибольшее рас­ пространение получили преобразователи переменного тока в пос-. тоянный, которые называются выпрямителями, и постоянного то­ ка в переменный, называемые инверторами. Различные сочетания указанных основных видов преобразователей лежат в основе сов­ ременных средств электропитания. Необходимой частью преобра­ зователей электрической энергии являются устройства управления, регулирования, защиты и сигнализации. Энергия, необходимая для управления и защиты,. как правило, значительно меньше по­ лезной преобразуемой энергии, поэтому получение, обработка и передача сигналов в указанных устройствах современных источни­ ков электропитания производится с помощью усилителей, тригге­ ров и других подобных элементов. Принцип действия вьrпрямителя основан на обеспечении под­ ключения к источнику нагрузки таким образом, чтобы в ней про­ текал. ток одного направления. Выпрямленным током называют ток, протекающий в нагрузке выпрямителя от положительного его зажима к отрицательному. Выпрямленным напряжением на­ зывают напряжение на выходе выпрямителя. Выпрямленные нап­ ряжение и ток содержат постоянную и переменные составляющf!е. · В общем случае выпрямитель содержит сетевой трансформа­ тор, вентили и сглаживающий фильтр, а также элементы управ­ ления, защиты и сигнализации. Трансформатор предназначен для согласования напряжения сети и нагрузки, преобразования числа фаз вторичной обмотки, ·а также для изоляции нагрузки от сети переменного тока. Применение трансформаторов ухудшает массо­ габаритные характеристики, к. п. д. и коэффициент мощности вып­ рямителей, увеличивает их стоимость, индуктивность рассенияния, оказывает нежелательное влияние на работу вентилей. Фильтр выпрямителя- уменьшает пульсацию выпр51мленного напряжения. Соотношение между постоянной и переменной составляющими выпрямленного напряжения или тока при использовании идеаль- 51
ных компонентов в выпрямителе зависит от числа импульсов вып­ рямленного тока, протекающих через каждую вторичную (фаз­ ную) обмотку трансформатора за один период, и числа вторич­ ных обмоток. 1По отношению к нагрузке основными характеристиками вып­ рямителя являются: средние значения выпрямленного напряжения Ио и выпрямленного тока lo, коэффициент пульсаций выпрямлен­ ного напряжения Кп, который характеризуется отношением амп­ литуды гармоники выпрямленного напряжения к среднему значе­ нию, и частотный спектр гармоник. Кроме того, представляет ин­ терес так называемая внешняя характеристика выпрямителя, ко­ торая показывает зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от среднего значения выпрямленного тока при неиз­ менном входном напряжении. К основным параметрам вентиля можно отнести среднее /ер, .1.ействующее 1 и амплитудное lm значения тока через вентиль, допустимую амплитуду обратного напряжения Ит обр и среднюю рассеиваемую мощность Р. К основным параметрам трансформатора относятся: действую­ щие значения токов и напряжений первичной и вторичных обмо­ ток (1 1, 12, И 1 , И2), расчетные мощности первичных Р1, вторичных обмоток Р2 и трансформатора Ртр= (Р1 +Р2) /2, коэффициенты ис­ пользования первичной К1=Ро/Р1 и. вторичной обмоток К2=Р0/Р2, а также коэффициент использования трансформатора Ро/Ртр, где Ро - выходная мощность выпрямителя. Для более полной харак­ теристики выпрямленного напряжения используется показатель, называемый числом фаз выпрямителя т. Показатель т равен произведению числа фаз вторичной обмотки трансформатора р на число полупериодов (тактов) k, в которых работают вентили. 6.2 . ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДАХ И ТИРИСТОРАХ Процессы, происходящие в полупроводниковых диодах и ти­ ристорах, определяIQтся явлениями, возникающими на границе раздела полупроводников с различным типом электропроводности= дырочной (р-область) и электронной (п-область). Электрический переход между указанными областями образует выпрямляющий р-п-переход, сопротивление которого при одном направлении то­ ка значительно меньше, чем при другом. Указанное свойство од­ ного р-п-перехода используется в диодах. В отличие от диодов, тиристоры имеют несколько р-п-перехо­ дов и управляющий электрод, с помощью которого тиристор мо­ жет переключаться из закрытого состояния в открытое в задан­ ный момент. Наибольшее применение в источниках электропитания аппара­ туры связи нашли приборы, в которых в качестве полупроводни- 52
1 iн А-:--К о[>1о а) Vабр oJ Рис. 6.1 . Полупроводнико­ вый .1.нод: а - условное обозначение; б - вольт·амперная характеристика Рис. 6 2. Полупроводниковый тиристор: а - условное обозначение; б - схема полупро· водннковой структуры; в - вольт-амперная ха­ рактеристика кового материала исП:ользуется кремний, который обладает рядом положительных качеств по сравнению с селеном и германием. Диод имеет два вывода, один из которых называется анодом, другой - катодом. На рис. 6.1,а показано условное обозначение диода. Направление тока, при котором диод имеет малое электри­ ческое сопротивление, называется проводящим или прямым, про­ тивоположное направление называется запирающим или обратным. Одной из важных характеристик полупроводникового диода яв­ ляется зависимость протекающего через него тока iв от приложен­ ного напряжения Ив. На рис. 6.1,6 изображена типичная вольт-ам­ перная характеристика (ВАХ) диода. На ней различают две вет­ ви: прямую с двумя характерными участками - О-А и А-Б и обратную с тремя характерными участками - О-В, В-Г и Г­ Д. Участок О-А характеризуется высоким сопротивлением, учас­ ток А-В, являющийся основным рабочим прямой ветви, - низ­ ким сопротивлением, участок В-Г определяет обратный ток дио­ да. Участок Г-Д имеет резкий перелом, что объясняется увели­ чением обратного тока вследствие пробоя р-п-перехода. Значения отношений прямых и обратных токов в современных диодах дос- тигают 103 ••• 105, а отношения допустимого обратного напряжения к прямому падению напряжения составляют 102 ••• 103 • Основными параметрами, определяющими работу выпрями­ тельного диода, являются допустимый прямой ток и допустимое обратное напряжение. Первый параметр определяет в основном тепловой режим диода, второй - коэффициент запаса по обрат­ ному напряжению. Структура тиристора значительно сложнее, чем диода. Она представляет собой четыре чередующиеся области полупроводни­ ка. На рис. 6.2,а дано условное обозначение тиристора. Буквами А, К, УЭ обозначены выводы анода, катода и управляющего элект­ рода. На рис. 6.2,б показана структура тиристора. 53
Тиристор, может находиться в двух устойчивых · состояниях: закрытом при положительном или отрицательном напряжении. на аноде и открытом. В закрытом состоянии при положительном на­ пряжении на аноде к переходам 1 и 3 (см. рис. 6.2,6) приложено прямое напряжение, а к переходу 2 - обратное. При отрицатель­ ном напряжении на аноде прямое напряжение будет приложено ' к переходу 2 и обратное - к переходам 1 и 3. 1На рис. 6.2,в по­ казана БАХ тиристора. В области 1 при подаче на анод положи­ тельного напряжения, меньшего напряжения включения Ивкл, ти­ ристор закрыт. Если величина положительного напряжения на ано­ де превысит напряжение включения Ивкл, то произойдет самопро­ извольное включение тиристора (область II на рис. 6.2,в). Пере­ вод тиристора в открытое состояние (нормальное включение) про­ изводится путем пропускания тока в промежутке управляющий: электрод - катод. Зависимость ВАХ от тока управляющего элект­ рода показана пунктирными линиями на рис. 6.2,в. Минимальное значение этого тока, при котором прямая ветвь ВАХ тиристора практически превращается в аналогичную ветвь диода, называет­ ся отпирающим током. Кремниевые тиристоры по сравнению с диодами имеют примерно на 20% большее падение напряжения в открытом состоянии. Для выключения тиристора нужно снизить протекающий через него основной ток так, чтобы он стал мень­ ше удерживающего тока. Более эффективно выключение тиристо- , ра производится пропусканием через него обратного тока. Основными параметрами, определяющими выбор тиристора и , его работу в источнике электропитания, являются допустимый ток в открытом состоянии, допустимое прямое напряжение в закры­ том состоянии и допустимое обратное напряжение. Определение допустимого тока в открытом сос.тоянии И допустимого обратного напря:ж:ения тиристора производится так же, как и для диода. При выборе для работы тиристора допустимого прямого напря­ жения нужно, чтобы оно не превышало рекомендованного заво­ дом рабочего напряжения. Учитывая определенную сложность схемы тиристора по сравнению с диодом, при применении его следует весьма тщательно проверять соответствие его режимов работы требованиям завода-изготовителя. В настоящее время нор­ мируются около 20 различных параметров тиристора. Диоды, как и тиристоры, допускают последовательное и па­ раллельное включения их в группы с соблюдением специальных требований и мер, исключающих перегрузки свер4допустимых значений отдельных вентилей. Кояструктивное оформление диодов и тиристоров и способы охлаждения их практически одинаковы. 54
" 6.3 . ВЫПРЯМЛЕНИЕ ОДНОФАЗН_ОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Ji>ассмотрим работу и определим основные показатели выпря­ мителей, выполненных по мостовой схеме и со средней точкой вторичной обмотки трансформатора. При анализе схем полагаем, что характеристики вентилей идеальны, т. е. прямое сопротивле­ ние их равно нулю, а обратное - бесконечности. Примем также, что активное и реактивное сопротивления обмоток трансформато­ ра равны нулю. Значение э. д. с. вто~ичной обмотки меняется по синусоидальному закону. Двухполупериодный· выпрямитель со средней точкой во вто­ ричной об.мотке трансформатора (рис. 6.3,а). Кривые изменения напряжения U1U2 во вторичной обмотке показаны на рис. 6.3,6. Каждая полуобмотка вторичнбй обмотки через ·диод соединя­ ется с нагрузкой. Ток через каждый диод протекает один раз за период, когда напряжение на его аноде имеет положительную полярность относительно средней точки трансформатора. Кривые изменения напряжения и тока нагрузки приведены на рис. 6.3,в. Ток в нагрузке за один период протекает два раза, поэтому_ число фаз выпрямления в этой схеме т = 2. Основная гармоника пульсаций будет в два раза превышать частоту сети. Магнитопровод трансформатора в рассматриваемой схеме не под­ магничивается, поскольку постоянные составляющие токов проте­ кают по половинкам вторичной обмотки в противоположных нап­ равлениях и магнитодвижущие силы компенсируются. Обратное напряжение на закрытом диоде равно суммарному напряжению Um1 и Um2 полуобмоток вторичной обмотки. Мостовой выпрямитель, работающий от сети однофазного то­ ка (рис. 6.4,а), содержит трансформатор с двумя обмотками, че­ тыре вентиля .и нагрузку, которая включена в диагональ моста. Общая точка катодов диодов VDJ и VD3 является положитель­ ным полюсом выпрямителя, а общая точка анодов VD2 и VD4- отрицательным. Если принять, что в первый полупериод потен- V'Jl1 t vлz а) Рис. 6.3 . Двухполупериодный выпрямитель: а - принципиальная электрическая схема; б - кривые изменения напряжения на вторичной обмотке трансформатора; в - кривые изменения тока и напряжения нагрузки 55•
VЛ! V.Л2 а) Рис 6 4 Однофазный мостовой выпрямитель: а- схема, б - изменение напряжения на ,RТоричной обмотке; в - временные .1;иаrраммы работы циал верхнего конца вторичной обмотки положителен, то диоды VDJ и VD4 будут открыты и в цепи нагрузки потечет ток. Во второй полупериод полярность вторичной обмотки изменится, от­ кроются диоды VD2 и VDЗ и ток вновь потечет в цепи нагрузки, причем в обоих случаях направление тока в цепи нагрузки будет одинаковым. ВременнЬ1е диаграммы работы выпрямителя приве­ дены на рис. 6.4,6, в. Магнитопровод трансформатора не подмагничивается, так как в каждый полупериод ток во вторичной обмотке меняет свое на­ правление. Число фаз выпрямителя m=2, частота основной гар­ моники пульсации в два раза превосходит частоту напряжения сети. Максимальное обратное напряжение на• закрытых диодах равно амплитуде напряжения на вторичной обмотке трансформа­ тора. 6.4. МНОГОФАЗНЫЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ Выпрямление трехфазного переменного тока. Однополупериод­ ная схема с нулевым выводом вторичной обмотки трансформато­ ра (рис. 6.5,а) является простейшей схемой выпрямления трех-. фазного тока. Первичные и вторичные обмотки трансформатора имеют одинаковое число фаз (т=З), причем каждая обмотка фа­ зы располагается на отдельном стержне магнитопровода. Пер­ вичные обмотки трансформатора могут быть включены либо звездой (рис. 6.5,а), либо треугольником. В каждой фазе вторич­ ной обмотки включается диод. Катоды диодов- объединяются и подключаются к одному концу нагрузки. Другой конец нагрузки подсоединяется к нулевому выводу вторичной обмотки трансфор­ матора. Как видно из временной диаграммы (рис. 6.5,6), в кажд.ый момент ток проходит через тот диод, у которого напряжение на аноде выше, чем у других двух. В интервале t1-t2 ток / в1 прохо­ дит черед диод VDJ. К диодам VD2 и VDЗ приложены меньшие .56
шRн + Рис. 6.5 . Принципиальная эле­ ктрическая схема трехфазно­ го выпрямителя с нулевым вы­ водом вторичной обмотки (а) и временные диаграммы его работы (б) и 1н1 о r--t--~---Т----lf---;- 1вz Or--+--~'---~-~~;.. Iq3 -t о t----"----'---L--~f---:~ ~ин·~~==~~~~~~..;; о) напряжения и они закрыты. Снижение напряжения первой фазы и повышение напряжения второй приведут в интервале t2-f3 к протеканию Iв2 через диод VD2, причем диоды VDJ и VDЗ будут закрыты. В промежуток времени fз-,f1, открыт третий диод, а два других закрыты. Таким образом, в рассматриваемом устройстве в течение одного периода переменного тока каждый диод вклю­ чается однократно и работает треть периода. Поскольку диоды и трансформатор приняты идеальными, то выпрямленное напряже­ ние и ток в нагрузке повторяют огибающую фазных напряжений. Анализ огибающей выпрямленного напряжения и тока показыва­ ет, что основная частота пульсаций в три раза превышает часто­ ту питающей сети. Ток вторичной обмотки фазы трансформатора протекает только в одном направлении, подмагничивая магнито­ провод. Максимальная величина обратного напряжения, при­ ложенного к закрытому диоду, равна амплитуде напряжения вто­ ричной обмотки трансформатора. Трехфазная мостовая схема выпрямления (схема Ларионова) (рис. 6.6,а) содержит трехфазный трансформатор, к каждой вто­ ричной обмотке фазы трансформатора rюдключены два диода, один анодом, другой - катодом. Диоды VDJ, VD2 и VD3 обра­ зуют анодную группу, диоды VD4, VD5 и VDб - катодную груп­ пу. Нагрузка подключается между катодами анодной группы и анодами катодной группы. Временная диаграмма работы схемы приведена на рис. 6.6,6. В интервале f1-f2 наибольшим положи­ тельным потенциалом обладает первая фаза, а наибольшим отри­ цательным - вторая фаза. Открыты диоды VDJ и VD5, ток про­ текает по цепи: обмотка первой фазы вторичной обмотки, диод VDJ, нагрузка, диод VD5 и обмотка второй фазы вторичной об­ мотки. В' интервале времени f2-fз наибольшим положительным потенциалом обладает обмотка первой фазы, а наибольшим отри­ цательным потенциалом - вторичная обмотка третьей фазы транс- 57
,...... ' ш ·ll щ llz " V115 vлз VJJб Rн + и) о} Рис. 6.6. Трехфазная мостовая временные диаграммы работы (б) схема выпрямления (схема Ларионова) (а), форматора, ПО?тому Закрывается диод VDБ, открывается VDб ~Й" ток протекает по цепи: обмотка первой фазы, диод VDJ, нагруз­ ка, диод VDб и обмотка третьей фазы. В интервале времени t3-t5 процесс повторяется с той лишь разницей, что наибольший поло­ жительный потенциал имеет вторая фаза, наибольший отрица­ тельный потенциал - пе'рвая и третья фазы, в проводящем сос­ тоянии находятс~ диоды VD2, VDб (интервал tз-f4) и VD4 (t4- t5). В интервале времени 1 t5-f1 работают диоды VD3 ." VD5. Из анализа временн~й диаграммы следует, что -выпрямленные нап­ ряжения и ток никогда не достигают нулевого значения, основная частота пульсаций выпрямленного напряжения в 6 раз больше частоты тока сети питания (m=6). Магнитопровод трансформато­ ра не подмагничивается, поскольку ток во вторичной обмотке за период меняет свое направление. Максимальное обратное напря­ жение на закыытом вентиле равно амплитуде линейного напря­ жения на вторичной обмотке. Основные преимущества трехфазной мостовой схемы по срав­ нению с однополупериодной трехфазной следующие: коэффициент пfльсации 5,7% против 25%; частота пульсаций 300 Гц против 150 Гц; расчетная мощность трансформатора все­ го на 5% превышает мощность выпрямленного тока, в то время как в однополупериодной схеме на 35%, отсутствует подмагничи­ вание магнитопровода трансформатора, можно применять транс­ форматqр без вывода общей точки вторичной обмотки. К недостаткам схемы Ларионова следует отнести необходи­ мость применения удвоенного числа диодов (6 против 3), что в настоящее врем5! не является решающим фактором при выборе схемы выпрямителя. Многофазные схемы выпрямления характеризуются меньшими пульсациями в кривой выпрямленного напряжения, меньшими по- - мехамИ в кривой тока, потребляемого от питающей сети, а также 58
/ Рис. 6.7 . Шестифазная схема выпрямления - Рис. 6.8. Шестифазная схема выпрямления с трансформат.J­ ром, обмотки которого вклю­ чены по схеме звезда - двой­ ной зигзаг VJJ1 УЛ2 VЛJ VЛ4 VЛ5 VJJб VJJ7 L'JJ8 VЛ9 VJJ70 VЛ!l VJJ72 Rк + возможностью создания выпрямительных устройств на большие напряжения и токи нагрузки. Многофазные схемы могут быть по­ лучены путем комбинирования более простых трехфазных схем. Простейшая шестифазная схема показана на рис. 6.7 . В этой схе­ ме используется шестифазная вторичная обмотка трансформатора, ' в каждую _фазу которой включен диод. Шестифазная схема со средней точкой вторичной обмотки трансформатора не получил'а широкого распространения, так как она характеризуется плохим использованием трансформатора и диодов по сравнению со схе­ мой Ларионова (примерно в 1,5 и 2· раза соответственно). Другим примером многофазной схемы выпрямления может служить шестифазная схема с применением трансформатора, у ко­ торого вторичная обмотка включена по схеме звезда - двойной зигзаг (рис. 6.8). Включение диодов по мостовой схеме позволя­ ет в 1шестифазной схеме получить первую гармонику пульсаций, в 12 раз превышающую частоту питающей сети, причем амплиту­ да ее составляет только 1,42% от среднего выпрямленного нап­ ряжения. Возможны другие варианты включения фаз вторичных обмоток и диодных групп, что в каждом отдельном случае опре­ деляетсЯ поставленной целью. 59
6.5. РАБОТА ВЫПРЯМИТЕЛЯ НА РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ НАГРУЗОК Работа выпрямителя на активную нагрузку. Работу и основ­ ные соотношения параметров выпрямителя рассмотрим на приме­ ре двухполупериодной схемы со средней точкой (рис. 6.3,а). При работе идеального трансформатора и диодов на активную нагруз­ ку огибающая выпрямленного напряжения будет представлять собой пульсирующую кривую с двойной частотой сети, причем в каждый момент форма кривой огибающей будет соответствовать фазным напряжениям вторичной обмотки трансформатора. Форма· выпрямленного тока повторяет форму выпрямленного напряжения. Среднее з,начение выпрямленного напряжения п т sп U=~ о 21t U2тcosrotdrot. т 2 1t' Учитывая, что m=2, U0 = - U2m sin - ~0,9U2• 1t 2 Частота первой гармоники пульсации выпрямленного напряжения определяется как fn= 1mfc=2fc, где fc - частота питающей сети. Коэффициент пульсаций по первой гармонике выпрямленного напряжения, равный отношению амплитудного значения первой гармоники выпрямленного напряжения к его постоянной состав­ ляющей: 2 т п --- U- sin- u 2 12m . .,. 2 Кп1= ~01=_т_-___U_о_··---=2/(m2-l) ~ 0,67. Обратное 2л Иобр max= - т напряжение, приложенное к закрытому диоду, Ио=3,14Ио. Действующее значение тока в диоде рав- но 1= nlo v- 1 +- 1 - sin 2 rc =О.785/0• д . n 2т4пт тsш- т Среднее значение тока через диод равно /д cp=/o/m=0,5/o. Основные показатели ~рансформатора. Действующее (средне­ квадратическое) значение тока во вторичной обмотке трансформа­ тора равно току, протекающему через каждый вентиль, т. е. 12= =0,78510• Действующее значение напряжения вторичной обмотки равно И2= 1,11 U0• Габаритная мощность ц_торичной обмотки транс­ форматора P2 =mVJ2 = 1,74Р0• Действующее значение напряжения " UW1 пWiU 1 первичном обмотки равно 1 =- U 2 = -V - 0,атока1= W1 22W1 60
= V 10 W2/W1 , где W2 и W1 - число витков вторичной и первич- 22 ной обмоток трансформатора. Габаритная мощность первичной обмотки составляет Р1 =11,23Ро, а габаритная мощность трансфор­ матора без учета мощности высших гармоник Ртр= (Р 1 +Р2 )/2= = 1,48Ро. .Коэффициент использования трансформатора Р0/Ртр = =0,676, первичной обмотки Р~/Ртр=О,813 и вторичной обмотки Р2/Ртр = 0,575. В процессе анализа не учитывались потери в транс­ форматоре и в диодах· выпрямителя. Если учесть указанные поте­ ри, то к. п. д. выпрямителя равен отношению выходной мощности к сумме выходной мощности и потерь в трансформаторе и диодах. При этом принимается, что потери за счет индуктивности рассея­ ния обмоток трансформатора малы и их можно не учитывать. По­ тери в трансформаторе и диодах увеличиваются с увеличением тока нагрузки, вызывая падение напряжения на выходе выпря- - мителя. Нагрузочная внешняя характеристика, определяющая зависи­ мость между током и напряжением на нагрузке, может быть подсчитана по формуле Ио= Иохх-lо(Гтр+rд.N), где Иохх - нап­ ряжение холостого хода, которое было вычислено ранее для иде­ альных диодов и трансформатора; Гтр - активное сопротивление обмоток трансформатора; rд - дифференциальное сопротивление диода и N число диодов, через которые протекает ток нагрузки в каждый момент времени. Работа на активно-индуктивную нагрузку. Особенности рабо­ ты выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку по сравнению с активной нагрузкой проявляются в изменениях форм токов, про­ текающих через элементы схемы. Формы кривых выпрямленного и обратного напряжений остаются такими же, как при работе выпрямителя на активную нагрузку. Это объясняется тем, что переключение тока с одного вентиля на другой (так называемый процесс коммутации тока) будет происходить мгновенно, так как индуктивность рассеяния трансформатора принята равной нулю и в ·цепи переключаемого тока нет индуктивного сопротивления. Выражение для мгновенного значения выпрямленного тока мо­ жет быть получено из уравнения, которое описывает работу схе­ мы на f}Ктивно-индуктивную нагрузку, V- . dio R 2U2тs1nrot=roLн- +яf0. drot Решение этого уравнения относительно тока нагрузки имеет вид 2sin<р sin (ro t-<p)+ ----=--- е _ nR8 1-е roLн юLн rдеq>=arctgRв;L8- индуктивность нагрузки. R- н --t Lн 61
Uz На рис. 6.9 приведена кривая на­ пряжения на вторичных об.мотках n) ~----X.----"------"--t: трансформатора (р.ис. ~.9,а), нагрузке­ llн (рис. 6.9,6) и тока при различных зна­ чениях tg ер (рис. 6.9,в). Влияние ин­ дуктивности нагрузки сказывается на пульсациях кривой выпрямленного то­ О}i<----"'-----><---->-- ка, а также на действующих значениях t токов, протекающих в обмотках транс­ форматора и в диодах. С увеличением Рис. 6.9 . Кривые напряжения и тока: индуктивно~ти пульсации выпрямлен- а - напряжения на вторичных об· мотках трансформатора; 6 - вы· прямленного напряжения; в - вы· прямленного тока при различных значениях tg 1р ного тока уменьшаются и в предель­ ном слу1!ае, когда Lн= оо, огибающая выпрямленного тока принимает вид прямой линии. Изменения кривой вы­ прямленного тока уже достаточно малы при значениях tg<p=5 и более. Амплитудные значения токов в обмотках трансформатора и в диодах с увеличением индуктивности уменьшаются, и форма тока приближается к прямоугольному виду, причем максимальный ток через диод стремится к среднему значению выпрямленного тока. Средний ток диода, выпрямленное и обратное напряжения имеют такие же значения, как при чисто активной нагрузке. Действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора и в диоде . равны друг другу. Мощность первичной обмотки трансформатора равна Р1=1,11Ро, вторичной обмотки Р2=1,57Ро и всего трансфор­ матора Ртр= 1,34Ро. Коэффициенты использования первичной, вто­ ричной обмоток и трансформатора равны 0,9, 0,64 и 0,75. В реальной схеме мгновенный переход с диода на диод невоз­ можен из-за наличия в контуре коммутации индуктивности, нап­ ример индукхивности рассеяния обмоток трансформатора. В экви­ валентной схеме эти индуктивности включаются в каждую фазу последовательно с диодами, как это показано на рис. 6:10,а. Вре­ мя, в течение которого Происходит переход тока с одного диода на другой, обьrчно выражается в угловой мере и' называется уг­ лом коммутации или углом перекрытия -у. Рассмотрение процесса Рис. 6.1 о: Двухполупериодный выпрямитель: а - эквивалентная схема; б - кривая изменения выпрямленного напряжения; в - кривая выпрямленного тока; г - кривая тока в вентилях 62
начнем с момента, когда огибающая выпрямленного напряже~ия определяется И1 и величина ее снижается. Ток фазы также начи- d. . нает снижаться, возникает э. д. с. самоиндукции е8 = L8 ~ , кo- df торая складывается с И1 и поддерживает ток этой фазы. При снижении И1 до нулевого значения ток первой фазы не равен ну­ лю, под воздействием И2 открывается диод VD2 и создается цепь, в которой ток нагрузки будет определяться суммарным током обоих диодов. Дa,JJee ток первой фазы станет равным нулю и ди­ од VDJ закроется и через диод VD2 пойдет ток нагрузки. Во вре­ мя КО!"fмутации мгновенное значение выпрямленного напряжения равно нулю, и среднее выпрямленное значение напряжения умень­ шается, а пульсации увеличиваюТGЯ по сравнению со случаем ра­ боты рассмотренного ранее идеализированного выпрямителя. Угол перекрытия увеличивается. с увеличением индуктивности Ls и тока нагрузки. На временной диаграмме рис. 6.10,6 показаны кривые изменения мгновенного значения выпрямленного напряжения, на которых заштрихованы вольт-секундные площадки напряжения, исключаемые за счет процесса коммутации. Выпрямленный ток и токи в диодах показаны на рис. 6.1 О,в и г. Внешняя характеристика прИ:ближенно описывается уравнени­ ем Ио= Иохх-lо (гФ + Rxs), где Иохх - выпрямленное напряжение холостого хода; Io - выпрямленный ток; 'Ф - активное сопротив­ ление фазы, Гф=Гтр+rв; Гтр=r2+r1 W21/W22; r1, r2, W1 и W2 - соп­ ротивления и число витков первичной и вторичной обмоток транс­ форматора; rв - сопротивление вентиля. Эквивалентное реактив­ ное сопротивление вычисляется для основной гармоники пульса­ ций. Применительно к рассматриваемой схеме оно может быть определено по формуле Rxs=200Ls. Ход внешней хара~sтеристики, учитывающий влияние активных и реактивного сопротивлений, по­ казан на рис. 6.rl l. Работа на активно-емкостную нагрузку. В этой схеме парал­ лельно нагрузке подключен конденсатор, поэтому напряжение на нагрузке будет определяться изменением напряжения на конден­ саторе. lfo [/а хх ...... Iu Рис. 6.11 . Внешняя характери­ стика с учетом активного и реактивного сопротивлений • lL О) iв t р) Рис. 6.12 . Напряжение вто­ ричной обмотки трансформа­ тора и выпрямленное напря­ жение (а), ток через венти­ ли (б) 63
С момента превышения напряжения вторичной обмотки транс­ форматора первой фазы (точка а, рис. 6.12,а) напряжения на кон­ денсаторе через диод этой фазы начинает протекать ток, который поступает в нагрузку и заряжает конденсатор. Протекание тока через диод первой фазы заканчивается, когда напряжение на кон­ ·денсаторе будет равно выпрямленному напряжению данной фазы (точка 6), - диод закрывается и ток в нагрузке поддерживается за счет разряда конденсатора. Напряжение на нагрузке снижа­ ется до тех пор, пока не откроется диод второй фазь! (точка а'). Далее процесс будет повторяться каждые полпериода. Время про­ текания тока в диодах (рис. 6.12,6) выражается через угол от­ сечки 8 и равно удвоенному значению этого угла. Величина угла отсечки связана с током fв, протекающим через диод, и током нагрузки lн следующим соотношением: tg 8-8=л1в/lн. Величина тока iв зависит от емкос.ти конденсатора и сопротивления нагруз­ ки. Уменьшение величины сопротивления нагрузки приводит к снижению среднего значения выпрямленного напряжения, увели­ чению пульсаций напряжения на нагрузке, времени протекания тока в диодах и его амплитуды. Увеличение емкости конденсато­ ра приводит к некоторому увеличению выпрямленного напряже­ ния и уменьшению его пульсаций. При работе выпрямителя на нагрузку с емкостной реакцией значительно ухудшается использование трансформатора (Ртр~ ~ 1,7Ро), несколько увеличиваются максимальные токи, протекаю­ щие через диоды, и снижается максимальное напряжение, прик­ ладываемое к ним. Внешняя характеристика выпрямителя имеет падающий характер, наклон которого также зависит от сопротив­ ления фазы выпрямителя и емкости конденсатора. При неизмен­ ·ных параметрах нагрузки увеличение сопротивления фазы при­ водит к увеличению угла отсечки, что вызывает уме~ньшение выпрямленного -напряжения, пульсации и амплитуды тока через диоды. 1 Наличие индуктивности ра~сеяния в трансформаторе приводит к увеличению длительности работы фазы выпрямИ:теля, так как при спадании тока через диод э. д. с. индуктивности рассеяния поддерживает его, тем самым увеличивая величину угла отсечки. Кроме того, изменяется форма .тока и уменьшается его ам­ плитуда. 6.6. ПОНЯТИЕ ОБ УПРАВЛЯЕМОМ ВЫПРЯМИТЕЛЕ Работу управляемого выпрямителя рассмотрим на примере од­ нофазной двухполупериодной схемы, показанной на рис. 6.13,а. Эта схема отличается от схемы рис. 6.3,а тем, что в ней в каче­ стве вентилей применены тиристоры и схема управления момен­ том их включения. Применение тиристоров вносит ряд сущест­ венных особенностей в режим работы схемы: изменяются формы кривых токов и напряжений на элементах и меняется режим ра· 64
VS2 а) Рис. 6.13. Двухполупе­ риодная однофазная схе­ ма управляемого выпря­ мителя (а), ток и на­ пряжение на нагрузке (б), ток и напряжение в вентилях (в)' 27!: боты вентилей. Использование в схеме выпрямителя тиристоров позволяет задерживать на требуемую величину начало прохожде­ ния тока через очередной вступающий в работу вентиль по отно­ шению к моменту его естественного отпирания. Предположим, что на управляющий электрод тиристора VSJ отпирающий импульс будет подан в момент rot1 (рис. 6.13,9). В этом случае вентиль включается с задержкой. Угол задержки, отсчитываемый от мо­ мента естественного включения вентиля и выраженный в элект­ рических градусах, называется углом управления и обычно обоз­ начается буквой а. В интервале от О до rot1 напряжения на сопро­ тивлении нагрузки не будет, так как оба тиристора VSJ и VS2 за­ крыты; В момент включения тиристора VSJ напряжение на нагруз­ ке Ин скачком возрастает и далее будет изменяться по синусоиде фазного напряжения вторичной обмотки трансформатора. В мо­ мент rot2 фазное напряжение сменит знак, ток через тиристор VSJ · упадет до нуля и он закроется. Далее в интервале от rot2 до rotз, равном углу управления, оба тиристора будут закрыты и в мо­ мент rotз откроется тиристор VS2. В момент rot" тиристор VS2 зак­ роется. Далее процесс будет повторяться. В случае работы вып­ рямителя на активную нагрузку кривая выпрямленного тока бу­ дет полностью повторять кривую выпрямленного напряжения. На рис. 6.13,б показан характер изменения указанных выше кривых для случая работы схемы с углом упра~ления, равным 60°. Кри­ вая напряжения Ив на тиристорах приведена на рис. 6.13,в. В ин­ тервале от О до rot1 к тиристору VSJ приложено положительное фазное напряжение ИФ. Далее от rot1 до rot2 тиристор находится в открытом ~остоянии и падение напряжения на нем равно нулю (идеальный вентиль). Через тиристор протекает ток lв1. После прохождения момента rot2 тиристор VSJ закрывается и к нему прикладывается обратное напряжение, равное фазному, посколь­ ку тиристор VS2 также закрыт. В момент л+а в.ключится тирис­ тор· VS2, по нему потечет ток lв2, а к первому тиристору будет приложено линейное напряжение И1 + И2, которое будет воздей- 3~135 65
ствовать до момента 2n, когда выключuтся тиристор VS2. Далее процессы будут повторяться. Среднее значение выпрямленного напряжения u0 = V2UФ(l+ п +cos а). Для управляемых выпрямителей важной характеристикой яв­ ляется так называемая регулировочная характеристика Ио=f(а), .которая для рассматриваемой схемы имеет вид Ио= Иоо(1 + +cos а)/2, где Иоо ~ среднее значение выпрямленного напряже­ ния при угле регулирования а=О. -Максимальное обратное напряжение на вентиле при углах ре­ гулирования меньше 90° равно амплитуде линейного напряжения вторичной обмотки трансформатора. Прямое максимальное напря­ жение на закрытом вентиле при а<90° может быть определено как Ипрm= V2VФ sin а. Средний выпрямленный ток / 0 = Uoo Х Rd х1 1+cosа1 С 1 .1/2 2 . реднее значение тока через вентиль в ер о . Действующее значение тока через вентиль равно /п-. f_l_ (~ - ~+-1 - sin 2а) оvп224 I.= v2(1+cosа) • Соотношение между средним и действующим значениями то­ ка через вентиль зависит от величины угла управления. С увели­ чением угла управления отношение действующего тока к средне­ му возрастает, что необходимо учитывать при выборе элементов схемы. 6.7. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ВЫПРЯМИТЕJJЕУI ПРИ ПИТАНИИ ИХ ПЕРЕМЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ . При питании выпрямителей напряжением прямоугольной фор- мы повышен?ой частоты существенное значение приобретают u - инерционные своиства диодов, проявляемые в моменты коммута- ции напряжения. В эти м'Ьменты низкочастотный диод теряет свои вентильные свойства и наряду. с током положительной полярнос­ ти проводит также в течение части полупериода ток отрицатель­ ной полярности, величина которого значительно превышает нор­ мированный для данного диода обратный ток. Указанное явление связано с физикой работы диода и определяется временем расса­ сывания объемного заряда в области базы диода. В современных силовых импульсных диодах время восстанов­ ления сопротивления может достигать 0,3 ". 0,5 мкс, т. е. состав­ лять заметные доли полупериода применяемых в настоящее вре­ мя частот. Явление потери диодом своих вентильных свойств при" 66
11 VЛ1 а) о, Рис. 6.14. Однофазный двухполупериодный выпр:ямитель: а - принципиальная электрическая схема; б - напряжение во вторичной обмотке и токи через диоды водит к дополнительным потерям энергии в нем и к увеличению пульсаций напряжения, а также может отрицательно отра'зиться на работе полупроводниковых приборов источника прямоугольно­ го напряжения, и в частности на работе транзисторов в инвер­ торах напряжения, работающих на выпрямители. Рассмотрим работу однофазного двухполупериодного выпрями­ теля (рис. 6.14,а) с емкостным сглаживающим фильтром. Пусть в· момент времени f1 (рис. 6.1 14,б) напряжение на входе выпрями­ теля И1, а следовательно, и ток lв1 диода VDJ начали уменьшать­ ся и при равенстве напряжения И1 и напряжения на нагрузке Иа (точка t2) ток через диод VDJ будет равен нулю. В момент t8 об­ ратный ток диода VDJ достигает максимального значения, после чего начинается восстановление обратного сопротивления диода. Конденсатор' С разряжается до тех пор, пока напряжение после­ дующей полуволны не достигнет напряжения на нагрузке t4• С мо­ мента t" ток через диод VD2 резко возрастает и начинает заря­ жаться конденсатор фильтра дЬ напряжения источника питания. Из рис. 6.14,б видно, что для выбранной длительности фронта прямоугольного напряжения tФ диоды успевают восстановиться, поэтому не происходит короткозамкнутого режима работы источ­ ника питания. Если же уменьшить длительность фронта импульс.а или на вы­ ходе выпрямителя включить LС-фильтр с достаточно большой ин­ дуктивностью, то может оказаться такой режим работы, при ко­ тором все диоды выпрямителя будут находиться в открытом сос­ тоянии и периодически источник питания будет замыкаться на­ коротко. В реальных схемах помимо импульсных пульсаций могут так­ же возникать низкочастотные пульсации, которые поямяются вследствие различия амплитуд выпрямленного напряжения в смежных полупериодах. Последнее явление возникает из-за раз­ броса прямых падений напряжения на диодах, несимметрии обмо- . 3* 61 •
ток трансформаторов, а также по аналогичным _причинам в источ­ нике питания, например в инверторе, от которого получает пита­ ние выпрямитель. Практика показывает, что наиболее эффектив­ ной мерой по снижению ВЧ- и НЧ-помех является применение на выходе выпрямителя LС-фильтра. 6.8 . ПОЛУПРОВОДНИI\ОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ постоянного НАПРЯЖЕНИЯ Полупроводниковые преобразователи постоянного напряжения нашли широкое применение в источниках вторичного электропи­ тания (ИВЭ) аппаратуры связи, вычислительных машин и дру­ гой радиоэлектронной аппаратуры. Основным назначением пре­ образователя является согласование напряжения электропитаю­ щей установки с напряжениями, требующимися для питания от­ дельных узлов аппаратуры. Преобразователи могут использовать­ ся для повышения или понижения напряжения электропитающей установки. . Например, в устройствах вторичного электропитания аппара­ туры связи в большом количестве применяются преобразователи мощностью на десятки ватт. Эти преобразователи располагаются непосредственно в стойках аппаратуры и являются их принадлеж­ ностью. Преобразователи мощностью от нескольких десятков до сотен ватт широко используются в устройствах дистанционного питания аппаратуры необслуживаемых усилительных пунктов сис­ тем передачи (НУП). 1\ этим преобразователям предъявляются повышенные требования по надежности, потому что от одного та­ кого устройства могут питаться десятки нагрузок, расположенных вдол.ь линии связи. На выходе таких преобразователей напряже­ ния может достигать нескольких сотен вольт, а в отдельных сис- темах и более. ' В электропитающих установках предприятий .связи требуют­ ся также преобразователи, обеспечивающие выходные мощности до десятка киловатт при выходных напряжениях от 6 В до 60 JЗ. Указанные преобразователи-поддерживают постоянное выходное напряжение электропитающей установки в заданных пределах. Применение преобразователей в электропитающих установках предприятий связи позволит отказаться от многобатарейной сис­ темы электропитания, при которой на каждый номинал напряже­ ния приходится устанавливать отдельную аккумуляторную бата­ рею. Тенденции развития аппаратуры связи таковы, что в даль­ нейшем объем применения в ней преобразователей будет увели­ чиваться. Основными достоинствами полупроводниковых преобра~овате­ лей по сравнению с другими видами преобразователей являются высокий к. п. д., большая эксплуатационная надежность, повышен­ ный срок службы, малые объем и масса. Важное достоинство, 68
определяющее широкое применение преобразователей, заключает­ ся в возможности одновременно с преобразованием осуществлять стабилизацию получаемых напряжения или тока. Основные свойства преобразователей предопределяются во многом свойствами полупроводниковых приборов и магнитных ма­ териалов, работающих в их силовых Цепях, в апnаратуре связи получили большее применение преобразователи, в силовых цепях которых используются транзисторы. Использование в качестве ключевых элементов транзисторов приводит к упрощению схем управления и возможности повышения частоты преобразования до десятков и сотен килогерц, что способствует улучшению массо-га­ баритных и эксплуатационных показателей преобразователей. Структурная схема преобразователя содержит инвертор, пред­ назначенный для преобразования постоянного напряжения элект­ ропитающей установки в переменное, выпрямитель, фильтры, уст­ ройства управления, защиты -и сигнализации. Инверторная часть преобразователей может быть выполнена по схемам с самовозбуждением и независимым возбуждением. В последнем случае в схему добавляется задающий генератор. Сл~­ дует отметить, что некоторое усложнение схемы за счет введения задающего генератора полностью оправдывает себя при мощности 5 ... 10 Вт и более, так как при этом повышается к. п. д. преобра­ зователя, частота преобразования и форма кривой на выходе ин­ верторной части схемы остаются неизменными. Отмеченные досто­ инства послужили основной причиной широкого применения схем с задающим генератором при создании источников вторичного электропитания аппаратуры связи. В технической литературе отмечаются различные признаки, по которым могут быть классифицированы преобразователи. К су­ щественным признакам следует отнести тактность работы инвер­ тора, причем двухтактные схемы могут выполняться по ехеме со средней точкой, полумостовой или мостовой, и способы включе­ ния силовых транзисторов - с общим эмиттером, с общим кол­ лектором или с общей базой. Двухтактный преобразователь с самовозбуждениями. Основ­ ными элементами преобразователя (рис. 6.15) является трансфор­ матор Tl, транзисторы VTJ и VT2, выпрямитель Ul и сглаживаю­ щий фильтр Zl. •Трансформатор содержит первичную обмотку W1, вторичную обмотку W2 и обмотку -Wз. Обмотки W1 и Wз имеют отводы от средних точек. Сердечник трансформатора выполняет­ ся из материала, имеющего петлю гистерезиса, близкую rio фор­ ме i{ прямоугольной. Делитель напряжения R1 и R2 служит дл11 запуска устройства. Конденсатор CJ предназначен для улучшения условий работы транзисторов в моменты их включения. Пр ин ц и п действ и я. При подключении схемы к источни­ ку питания через делитель RJR2 протекает ток и с резистора Rl на транзисторы подается напряжение, обеспечивающее отрица­ тельное смещение потенциалов баз относительно эмиттеров. Тран­ зисторы приоткрываются и по полуобмоткам Wi- 1 и W1-z первич- 6!
Рис. 6.15. Принципиальная электрическая схема .~tвухтактного транзисторного преобразователя напряжения ной обмотки протекают токи. Вследствие разброса параметров транзисторов токи и магнитодвижущие силы полуобмоток- будут различны, в результате чего в сердечнике трансформатора созда­ ется магнитный поток, индуктирующий э. д. с. в обмотке Wз. При этом в полуобмотках Wз-1 и Wз-2 наводятся э. д. с. такой поляр- . ности, что к базе одного из транзисторов~ например VT 1, прикла­ дывается отрицательное напряжение, а к базе транзистора VТ2- положительное. По мере увеличения коллекторного тока транзис­ тора VTl, базовые напряжения будут увеличиваться, что в итоге приведет к полному открытию транзистора VT 1 и закрытию тран­ зистора VT2. В процессе нарастания тока в транзисторе VT 1 маг­ нитный поток в сердечнике трансформатора будет увеличиваться до его насыщения. При достижении магнитным потоком величи­ ны насыщения скорость изменения его становится равной нулю и э. д. с. в обмотке падает до нуля. Потенциал базы транзистора VT 1 повышается, сопротивление перехода эмиттер - коллектор транзистора увеличивается и I{ОЛ­ лекторный ток начинает уменьшаться. Снижение коллекторного тока транзистора VT 1 приводит к уменьшению магнитного потока в сердечнике трансформатора, что, в свою очередь, является при­ чиной изменения полярности индуктируемых э. д. с. Следователь­ но, потенциал базы транзистора VT 1 будет повышаться и послед­ ний закроется, в то время как потенциал базы транзистора VT2 будет С!fИЖаться и транзистор VT2 откроется. Через полуобмот­ ку W1- 2 начнет протекать ток источника питания. Процесс перек­ лючения транзисторов будет· носить периодический характер и в течение одного периода получаемого на вторичной обмотке W1 напряжения источник будет дважды подключаться к полуобмот­ хам первичной обмотки W 1• Переменное напряжение с выхода трансформатора подается на выпрямитель U1 и далее через сгла­ живающий фильтр в нагрузку. 70
Частота работы преобразователя зависит от напряжения ис­ точника питания, параметров схемы инвертора и тока нагрузки. С увеличением тока нагрузки частота преобразования уменьшает­ ся, и в случае короткого замыкания в нагрузке генерация срыва­ ется. При снятии короткого замыкания схема вновь начинает ра­ ботать. К до.стоинствам рассматриваемой схемы следует отнести ее простоту, отсутствие необходимости применения защиты от ко­ ротких замыканий в нагрузке и подмагничивания сердечника трансформатора, а· также возможность получения достаточно близкого к прямоугольной форме выходного переменного наiiря- - жения инвертора. К недостаткам схемы относятся зависимость частоты и формы выходного напряжения инвертора от величины входного напряжения и тока нагрузки, резкое увеличение коллек­ торного тока транзисторов в конце каждого полупериода и необ­ ходимость применения транзисторов, рассчитанных не менее чем на удвоение допустимое напряжение на закрытом переходе эмит­ тер - коллектор. Распространение получили мостовая и полумостовая схемы преобразователей. На рис. 6.16 показан преобразователь, инвер­ тор которого выполнен по мостовой схеме с самовозбуждением. Он содержит четыре транзистора, которые образуют мост, в одну диагональ которого включен трансформатор TJ, а в другую - ис­ точник питания. При подаче напряжения Ип через делители на­ пряжения, образованный резисторами R1R2 и R5R6, протекает ток, в- результате чего на базах транзисторов VT 1 и VT4 создается отрицательное по отношению к эмиттерам напряже~ие смещения. Транзисторы VT 1 и VT4 открываются, по первичной обмотке W 1 трансформатора протекает ток и создает в сердечнике м'агнитный поток. Последний индуктирует в обмотках обратной связи W2- 1 и W2-z . напряжения, которые способствуют полному открытию тран­ зисторов VT 1 и VT4, так как на их базы подается отрицательный потенциал относительно эмитте- ров. Транзисторы VT2 и VТЗ на- -<r-....... --- ходятся в запертом состоянии. При полном открытии транзи­ сторов VT 1 и VT4 к первичной обмотке W 1 прикладывается на­ пряжение источника, сердечник Un трансформатора насыщается и э. д. с. в обмотках обратной свя- зи стремятся к нулю, что при­ водит к увеличению сопротив­ ления транзисторов VTJ и VT4 и снижению коллекторного то- -+-о--+-------~ ка. Уменьшение тока в пер­ вичной обмотке трансформато­ ра вызывает изменение поляр­ .ности э. д. с., индуктируемых в Рис. 6.16. Принципиальная элек­ трическая схема транзисторного мостового преобразователя напря- жения ' - 71
обмотках обратной связи, транзисторы VT 1 и VT4 запираются, транзисторы VT2 и VT3 открываются и подключают источник пи­ тания к первичной обмотке, причем направление тока в ней из­ меняется. Таким образом, происходит периодический процесс, в результате которого во вторичной обмотке трансформатора воз­ никает переменная э. д. с. прямоугольной формы. В отличие от ранее рассмотренной, в мостовой схеме к запертому транзистору прикладывается одинарное напряжение источника питания, сле­ довательно, в этой схеме снижаются требования к транзисторам по допустимой величине обратного напряжения. К основным не­ достаткам схемы следует отнести необходимость применения уд­ военнqго количества транзисторов, более сложного трансформато­ ра, а также некоторое снижение к. п. д. по сравнению с двухтакт­ ной схемой. Полумостовая схема образуется из мостовой схемы заменой двух транзисторов смежных плеч моста на конденсаторы. Емкость конденсаторов должна быть достаточно большой. Рабочие часто­ ты конденсаторов должны соответствовать частоте преобраэова~ ния инвертора. Применение емкостного делителя позволяет ис­ пользовать транзисторы, рабочее напряжение которых незначи­ тельно превышает напряжение источника, что является достоинст­ вом схемы. К недостатку полумостовой схемы следует отне_сти не­ обходимость применения конденсаторов, емкости которых зависят также от нагрузки. 1В настоящее время наибольшее распространение получили пре­ образователи, инверторы которых выполнены по схемам с неза­ висимым возбуждением. В состав такого инвертора входят задаю­ щий генератор Gl и усилитель мощности Al (рис. 6.17). В ка­ честве задающего генератора G1 могут применяться разнообраз­ ные генераторы, в том числе и маломощные инверторы с самовоз­ буждением. Выбор схемы усилителя мощности во многом опреде­ ляется выходной мощностью, отбираемой от преобразователя. Так, например, для мощностей не более 15 ". 20 Вт широкое примене­ ние нашли однотактные схемы, для больших мощностей - двух­ тактные. Схемы последних устройств аналогичны рассмотренным выше схемам с самовозбуждением и отличаются тем, что в цепи управления мощных транзисторов подаются от генератора G1 сформированные сигналы. Примером однотактного преобразователя с независимым воз­ буждением может служить устройство, схема которого изображе­ на на рис. 6.18. Оно содержит задающий генератор G1, транзис­ тор VT 1, работающий в ключевом режиме, накопительный дрос­ сель Ll, коммутирующий диод VDl, конденсатор CJ и нагрузку Rl. При открытом транзисторе VT 1 ток поступает в нагрузку и заряжает дроссель Ll и конденсатор CJ. Коммутирующий диод VDl закрыт, и напряжение на дросселе равно разности входного и выходного напряжений. По сигналу G1 транзистор VT 1 закры­ вается, в дросселе возникает э. д. с. обратного знака, под дейст­ вием которой коммутирующий диод VDl открывается и через не- 72
VI А! BЬIXOil !>~- Сигнал !/Л,Оаllленця СCf Рис 6.17. Структурная схема инвертора с независимым ·воз· буждением (i{ с Рис. 6.18. Схема однотактного rранзисторного преобразова­ теля го в нагрузку начинает протекать ток. Одновременно конденсатор Cl разряжается. Далее открывается транзистор, и весь процесс повторяется сначала. Период частоты преобразования зависит от суммы времени открытого и закрытого состояний транзистора. '6.9 . АВТОНОМНЫЕ ТИРИСТОРНЫЕ ИНВЕРТОРЫ # В установках гарантированного питания широкое применение получили автономные тиристорные инверторы, предназначенные для преобразования постоянного напряжения в переменное про­ мышленной частоты. По принципу ·'действия они подразделяются на инверторы тока и инверторы напряжения. В первом типе инверторов формируется ток, протекающий в нагрузке, а форма напряжения является производной от ее комп­ лексного сопротивления. Для поддержания постоянства потреб­ ляемого от ист_очника тока в последовательную ветвь инвертора включается дроссель с достаточно большой индуктивностью. В инверторах напряжения форма последнего в меньшей степе­ ни зависит от х-арактера нагрузки, в то время как форма тока практически опреде!IЯется нагрузкой. В параллельную ветвь на выходе инвертора напряжения включается конденсатор. В инверторе тиристоры работают в ключевом режиме, для че­ го в схеме необходимо. предусмотреть устройства для их вклю­ чения и выключения. Включение тиристора обеспечивается уст­ ройством управления, которое своевременно подает на его управ­ ляющий электрод запускающие импульсы. Следовательно, в уст­ ройствах включения тиристора приходится иметь дело с неболь­ шими токами и малыми мощностями. Известно, что для выклю­ Чения (запирания) тиристора необходимо прервать протекание через него прямого тока на время, достаточное для восстановле­ ния его запирающих свойств. Требуемые условия можно получить применением в инверторе так называемого коммутирующего кон­ денсатора, который обеспечивает условия для запирания тиристо­ ра путем подачи на анод отрицательного. по отношеНИ!р к катоду напряжения. По способу включения коммутирующих конденсато- 73
ров схемы инверторов разделяются на параллельную, последова­ тельную и последовательно-параллельную. Учитывая, что -строгое разделение на инверторы тока и нап­ ряжения возможно лишь в условиях бесконечно больших значе­ ний индуктивности и емкостей, реальные схемы инверторов зани­ мают промежуточное положение и предпочтение отдается тем или иным из них в зависимости от назначения и условий применения. На рис. 6.19,а изображена схема мостового инвертора тока. Источник напряжения U0 через дроссель Lf большой индуктив­ ности подключается к мосту, образованному тиристорами VS 1 ... VS4. В диагональ моста включена первичная обмотка транс­ форматора Т 1, к вторичной•обмотке подключена нагрузка Rн. Па­ раллельно первичной обмотке трансфоыматора включен коммути­ рующий конденсатор С!, предназначенный для выключения ти­ ристоров. В схеме имеется управляющее устройство (УУ) Al, ко­ торое формирует две последовательности импульсов, фазовый сдвиг между которыми составляет 180°. Импульсы служат для включення тиристоров. Условимся, что время включения тиристо­ ров и их обратный ток равны нулю. В верхней части рис. 6.19,6 показан.а последова_тельность управляющих импульсов, в средней части - кривые токов через тиристоры и напряжения на комму­ тирующем конденсаторе, внизу - кривая изменения напряжения на тиристорах VS2 и VS3. Начнем рассмотрение работы схемы с интервала wt1-wt2, когда открыты тиристоры VS2 и VS3, а ти­ ристоры VSJ и SV4 заперты. В этом интервале коммутирующик конденсатор С заряжается от источника Иn и правая его обклад­ ка получает положительный потенциал. В момент .wt2 на управ­ ляющие электроды тиристоров VSJ и VS4 подаются импульсы по­ ложительной полярности и тиристоры открываются. При этом кон­ денсатор С оказывается замкнутым накоротко, правая uоложи­ тельная его обкладка подсоединяется тиристорами к катоду ти­ ристора VSЗ, а отрицательно заряженная левая - к аноду тирис- + 74 Lf и) Рис. 6.19. Принципиальная электрическая схема мостов?­ го инвертора (а) и временные диаграммы инвертора при ак- тивной нагрузке (6) , iynp 11. а 1 J f ! • • r Lvs ""ivsJ 1
тора VS2. В результате увеличиваются токи через тиристоры VSJ и VS4 и уменьшаются через тиристоры VS2 и VS3 . .в рассмат­ риваемом. случае ток разряда конденсатора.нарастает мгновенно, тиристоры VS2 и VS3 запираются, а ток· через тиристоры VS 1 и VS4 скачком достигает установившегося значения. Напряжение на конденсаторе в течение кратковременного процесса коммута­ ции не успевает заметно изменяты~я, и поэтому в момент оконча­ ния коммутации на левой обкладке сохраняется отрицательный потенциал, в результате чего на анодах тиристоров VS2 и VS3 напряжение становится отрицательным. " К положительному зажиму источника Ип через тиристор VSJ подключена левая обкладка конденсатора С, и он начинает пере­ заряжаться. После момента wfз на левой обкладке появится поло­ жительный потенциал и анодное напряжение тиристоров VS2 и VS3, находящихся в закрытом состоянии, также становится поло­ жительным. Таким образом, после прекращения тока через тирис­ торы VS2 и VSЗ их анодное напряжение 'сохраняет отрицатель­ ный потенциал только в течение интервала wt2-rotз, называемого углом запирания б. Инвертор способен работать только в случае, если угол запирания больше произведения длительности выклю­ чения тиристора на угловую частоту выходного напряжен·ия. При невыполнении этого условия тиристоры в момент wfз вновь бы открывались и вызывали бы короткое замыкание источника Ип. Такой процесс в литературе называетс5} «опрокидыванием инвер­ тора». При соблюдении указанного выше условия тиристоры VS2 и VSЗ переходят в открытое состояние в момент rof,,_, когда в пер­ вичной обмотке трансформатора протекает ток обратного нап­ равления и конденсатор С практически полностью перезаряжен. В этот :же момент запираются тиристоры VSJ, VS4 и процесс повторяется. Таким образом в нагрузке получается переменное на­ пряжение. Рассматриваемая схема инвертора чувствительна к изменени­ ям нагрузки. Так, при уменьшении нагрузки и постоянной часто­ те преобразования въ1ходное напряжение инвертора возрастает. Напряжение возрастает из-за увеличения постоянной времени пе­ резарядки конденсатора ·LC. При этом изменяется форма кривой выходного напря:жения: из прямоугольной она переходит в треу­ гольную. При увеличении мощности нагрузки, т. е .. при уменьшении ее сопротивления, снижается также постоянная времени разряда конде~rсатора на нагрузку. В предельном случае при коротком за­ мыкании нагрузки конденсатор С оказывается замкнутым нако­ ротко. При приближ~нии к этому режиму угол запирания умень­ шается настолько, что наступает момент, когда все тиристоры становятся открытыми и происходит срыв колебаний (опрокиды­ вание инвертора). Таким образом, параллельный инвертор, коммутирующий кон­ денсатор которого подключен параллельно к нагрузке, может нор­ мально работать только ~ определенном диапазоне изменения 75 - '
" нагрузки. При· малых нагрузках возни:кает опасность перенапря­ жений-, при больших происходит опрокидывание инвертора. Парал­ лельный инвертор весьма чувствителен к изменению коэффици­ ента мощности нагрузки. Повышение доли индуктивной состав­ ляющей нагрузки может также привести к опрокидывани19 ин­ вертора, так как индуктивность влияет на величину тока коммути­ рующего конденсатора и уменьшает угол запирания. С другой стороны, если увеличить величину коммутирующей емкости, то­ при уменьшении индуктивной составляющей могут возникнуть пе­ ренапряжения, обусловленные избыт9чной реактивной мощностью коммутирующих конденсаторов. Принципиальная электрическая схема двухтактного инвертора с обратными диодами изображена на рис. 6.20. Инвертор с обратными диодами обладает рядом достоинств, к числу которых в первую очередь следует отнести устойчивость работы при изменении в широких пределах величины и характе­ ра нагрузки, малые массу и габариты благодаря применению небольшого коммутирующего конденсатора и дросселя, а также ограничение напряжения на нагрузке и возврат части реактивной энергии нагрузки в источник постоянного напряжения. В состав инвертора входят тиристоры VSJ и VS2, трансформатор Т-1,- ком- ( мутирующий конденсатор CJ, дроссель LJ, диоды VDJ и VD2. Ин­ вертор работает следующим образом. Предположим, что. в дан­ ный момент ток проходит через тиристор VSJ. Коммутирующий конденсатор CJ заряжен до напряжения, близкого к удвоенному значению напряжения источника Ип,, причем нижняя обкладка за­ ряжена положительно. На тиристор VS2 подается от устройства уfiравления (УУ) Al управляющий импульс, который открывает тиристор. Тиристор VSJ закрывается, так как к его катоду через тиристор VS2 подключается нижняя обкладка конденсатора с по­ ложительным потенциалом 2Vn· Параметры разрядного контура конденсатора выбираются так~ чтобы конденсатор С после отпирания тиристора VS2 быстро пе­ VST ••г'-'·----, l!n Рис. 6.20. Схема двухтактного ти­ ристорного инвертора с обратными диодами 76 резаряжа-лся. Как только на­ пряжение на конденсаторе пре­ высит значение 2Ип Wo4/Woз, про­ исходит его разряд по цепи, обраЗованной дросселем 1LJ, ди­ одом VDJ и обмоткой W1-2 . В процессе перезаряда конден­ сатора - анодное напряжение на диоде VD2 становится положи­ тельным по отношению к ка­ тоду и он открывается. Часть энергии дросселя LJ возвраща­ ется в источник. При индуктив­ ной· нагрузке Zн направление то­ ка в первичной обмотке транс-
форматора TJ остается тем же, что до ком_мутации тиристора VSJ, поэтому до изменения направления тока происходит возврат энер­ гии от нагрузки через открытый диод VD2. При исчезновении ре­ активного тока на аноде тиристора VS2 будет положительное нап­ ряжение и он вновь Qткрывается, так как на управляющие элект­ роды подается последовательность прямоугольных импульсов. От источника ток протекает через обмотку трансформатора и тирис­ тор VS2, и происходит основной такт передачи энергии в нагруз­ ку. Верхняя обкладка конденсатора CJ получает положительный • потенциал, и после поступления управляющего импульса на ти- ристор VSJ процесс повторяется. та·ким образом, при индуктивной нагрузке каждый тиристор должен коммутироваться дважды, что существенно повышает требования к р.абочей частоте тиристоров. Если уменьшать индуктивность нагрузки, то направление тока в трансформаторе будет изменяться при открытых диоде VD2 и ти­ ристоре VS2, поэтому последний будет закрываться только один раз. Из изложенного видно,_ что возврат энергии в источник при индуктивной нагрузке происходит в течение первой части после­ дующего полупериода. При емкостной нагрузке энергия, потреб­ ляемая от источника питания через открытый тиристор, заnаса­ ется в емкости в течение первой части полупериода, а затем в этом же полупериоде частично возвращается в источник. Таким образом, промежуток времени, в течение которого дио­ ды находятся в открытом сQстоянии, определяется в основном ха­ рактером нагрузки. При чисто активной нагрузке он зависит от времени восстановления тиристора, при реактивной нагрузке - от продолжительности протекания реактивного тока в процессе возврата запасенной энергии в источник. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. В чем состоит процесс выпрямления переменного тока? 2. В чем состоит разница между диодом и тиристором? 3. Основные преимущества трехфазной мостовой схемы (схема Ларионова), 4, Особенности выпрямления напряжения прямоугольной формы. 5. Достоинства преобразователей постоянного напряження. Область их при­ менения в аппаратуре связи. 6. Понятие об автономном инверторе. Применение его дЛя электропита· ния аппаратуры связи. 77
Глава 7. ПУЛЬСАЦИИ НА1ПРЯЖЕНИЯ И СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ 7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПУЛЬСАЦИЯХ НАПРЯЖЕНИЯ И НАЗНАЧЕНИЕ ФИЛЬТРОВ Рассмотрим простейшую последовательную цепь, которая содер· жит аккумулятор и резистор. В ·любой точке такой цепи напря­ жение и ток имеют постоянный характер. Если аккумулятор за­ менить выпрямителем, то на резисторе появится переменная сос­ тавляющая напряжения, _значение которой будеТ определяться схемой выпрямления. Переменная составляющая напряжения выпрямителя имеет периодический характер и может быть пред­ ставлена в виде суммы гармонических составляющих. В табл. i7i.1 для некоторых схем выпрямления приведены частоты 1f 1 ". f5 Jв герцах) и относительные амплитуды И1 ".'U5 первых пяти гармо­ нических· составляющих выпрямленного напряжения (за единицу принята постоянная составляющая И0). Из таблицы видно, что ам­ плитудные значения гармонических составляющих в зависимости от номера гармоники довольно быстро затухают. Например, для двухтактной (двухполупериодной) схемы выпрямления трехфаз­ ного тока амплитуда второй гармоники относительно амплитуды Табпица7.1 Звачеввв скемы коtффвцв• 8Bl'OB ft и. '· и. '• и. '· и. ,, и. а1~1пр ....пе11в11 - " 1k\т . . . Двухполупе- рводная однофазного 1 2 2 1000,661 200 тока 0, 1333 300 0,0570 400 0,0317 ~500 0,0202 Однополупе- рнодная . трехфазного 3 1 3 1500,250 300 тока 0,0571 450 0,0250 600 0,0142 750 0,0089 Двухполупе- риодная трехфазного 3 2 6 3000,057 600 тока 0,0142 900 0,0062 1200 0,0035 1500 0,0022 Однополупе- риодная mестифаэ- ного тока 6 1 6 300 0,057 600 0,0142 900 0,0062 1200 0,0035 1500 0,0022 Двухполупе- . риодная mестнфаз- - ного тока 6 2 12 600 0,0142 1200 0,003f 1800 0,0015 2400 0,0009 3000 0,0006 78
Та блица 7.2 Чааита rармоннк Значения амплитуд гармоник 'для углов перекрытия '1' fn• Гц о• 1 10• 1 20• 1. зо• 100 0.6670 0,6790 0,7200 0,7670 150 0"2500 Л,2640 0,2980 0,3320 200 о, 1330 о, 1460 о,] 740 о, 1920 300· 0,0571 0,0692 0,0844 0,0857 400 0,0317 0,0420 0,0488 0,0500 450 0,0250 0,0344 '0,0385 0,0450 500 0,0202 0,0288 0,0311 0,0440 600 0,0142 0,0209 0,0299 0,043.0 700 0,0103 0,0158 0,0203 0,0410 . . первой составляет около 25.%, а третьей - 11 % . Введение в наг­ рузку реактивных элементов существенно влияет на угол перек-· рытия вентилей, что отр~жается на гармоническом составе вып­ рямленного напряжения. В табл. 7.2 даны· значения амплитуд гармоник для различных углов перекрытия '\' при постоянной сос­ !Гавляющей выпрямленного напряжения Ио= 1. Так, при отсутст­ вии угла перекрытия для двухтактной схемы трехфазного тока .амплитуда. первой гармоники составляет 5,7. 0/0 , а при угле перек­ рытия 20° - 8,5%. Из данных табл. 7.2 так?Ке ·следует, что при увеличении угла перекрытия возрастает удельный вес высших гармонических составляющих. Например, амплитуда второй сос­ тавляющей относительно первой при угле перекрытия 20° состав­ ляет 35% вместо 25% при отсутствии угла перекрытия. Указан­ ное обстоятельство следует учитывать при проектировании фильт" ров выпрямителей. . Введем в ранее рассмотренную схему с аккумул~тором вмес­ то резистора нагрузку, содержащую ключевой элемент. На наг­ рузке появится переменная сос.тавляющая напряжения, обуслов­ ленная входными характеристиками самой нагрузки. Это ч~сто встречается на практике, так как современная аппаратура связи имеет в своем составе источники вторичного электропитания (ИВЭ), работающие на принципе 1широтно-импульсной или час­ тотно-импульсной модуляции. С достаточной для практики сте­ пенью приближения подобные ИВЭ можно представить в виде ге­ нераторов, каждый из которых по отношению к соседней аппара­ туре связи, питающейся от общей токораспределительной сети, создает переменное напряжени~, частота которого равна частоте преобразо_вания,, а амплитуда зависит от потребляемого ИВЭ тока и параметров токораспределительной сети. Таким образом, ц.ульсации. напряжения в токораспределитель­ ной сети предприятия связи являю.тся результатом работы как электропитающей установки, так и самой ап'паратуры· связи. Дш:~ускаемые значения пульсации напряжения приводятся в нормативной документации. Для предприятий и аппаратуры свя- 79
зи соответствующие нормы для диапазона частот до 20 кГц при­ ведены в ГОСТ 5237-83, а для диапазона частот 150 кГц". 30 МГц - в Общесоюзных нормах допускаемых индустриальных радиопомех. Обсуждаются предложения по нормированию пульса~ ци:й: в диапазоне частот. 20 ... 150 кГц, которые в ТРС не должны превышать 5 ... 10 мВ среднеквадратического (действующего) ·зна­ чения. Для устранения нежелательного влияния перем'енной состав: ляющей напряжения в цепях питания применяются фильтры, ко­ торые должны вносить максимально большое затухание для пе­ ременной составляющей и минимальное затухавие для постоянной составляющей напряжения. , . Основным показателем фильтра является коэффициент сгла­ живания q, который, являясь безразмерной. величиной, определя­ ется как отношение коэффициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на .его выходе. Обычно коэффициент сглаживания рассчитывается по первой гармонике переменной со­ ставляющей. Определяя коэффициент пульсации через отношение амплитуды первой гармоники к постоянной составляющей (сред­ нему значению) напряжения, можно коэффициент сглаживания представить в виде q=КФ!Кп, (7.1) где КФ - отношение амплитуд первой гармоники на входе Um1 и на выходе Um 2- фильтра, называемое коэффициентом фильтра­ ции; Кп - величина, обратная отношению среднего значения нап­ ряжения на выходе U02 и на входе U01 фильтра, которая назы- . вается коэффициентом передачи. С учетом принятых обозначений коэффициент фильтрации фи.hьтра КФ=qКп. В схемах реальных фильтров коэффициент передачи близок к единице, поэтому для. упрощения расчетов можно принимать КФ -;:::::,q. ' Эффект сглаживания в фильтре может быть достигнут либо введением в последовательную с нагрузкой цепь элемента с ?оль­ шим реактивным сопротивлением для спектра подавляемых час­ тот, либо, подключением параллельно нагрузке элемента с очень малым сопротивлением для указанных частот. Параметры фильтра, определяющие его сглаживающие свой­ ства, не должны существенно зависеть от тока нагрузки, проте­ кающего через фильтр к нагрузк~. Сглаживающие фильтры делятся на две основные категории. К одной категории относятся фи!Jьтры, в состав которых входят l'олько пассивные реактивные элементы (катушки индуктивности и конденсаторы), а к другой - фильтры, которые содержат так­ же активные элементы, например транзисторы, работающие в уси- лительном режиме. . . Если пульсация напряжения происходит на одной или нес­ кольких фиксированных частотах, то целесообразно применение резонансных· фильтров, у которых/собственная частота LС-конту­ ров совпадает с частотами пульсации напряжения. В случае не­ обходимости подавления спектра частот применяется фильтр, соб· 80
ственная частота которого выбирается меньше, чем частота наибо­ лее низкой гармоники сглаживаемого напряжения. Сглаживающие· фильтры разделяются на однозвенные и мно­ rозвенные. Последние представляют собой фильтры, в которых последовательно включается несколько .звеньев. В свою очередь, однозвенные фильтры могут содержать один или несколько реак­ IJ'Ивных элементов. 7.2 . СГЛАЖИВАЮЩИй ФИЛЬТР С ОДНИМ РЕАКТИВНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ- Коэффициент фильтрации· фильтра с одним идеальным индук­ тивным элементом L (рис. 7.1) равен КФ= 1+2nfL/Rн, где f - частота нижней гармоникl:I фильтруемого напряжения. Учитывая, что второе слагаемое всегда значительно больше единицы, то с достаточной точн<;>стью KФ=2nfL/Rн. Сглаживающий фильтр с од­ ним индуктивным элементом не нашел широкого применения, так как его свойства сильно зависят от величины и характера наг­ рузки. Недостатком является и то, что конструкция фильтра тре­ бует применения громоздкого дросселя, стальной сердечник кото­ рого должен иметь воздушный зазор. Рис. 7.1 . Индуктивный сгла- Рис. 7.2. Фильтр RC живающий фильтр На ри~. 7.2 показан RС-фильтр. При условии, что сопротивле­ ние нагрузки много больше сопротивления конденсатора, коэффи· циент фильтрации фильтра можно определить из соотношения KФ=2nfRC. Коэффициент передачи постоянной составляющей Кп= -=Rнl(Rн+R), а коэффициент сглаживания фильтра q=КФ!Кп= =2nfRC(Rн+R)!Rн. Если положить R<<Rн, то q. 2nfRC. Рассмотренный RС-фильтр обычно применяется при малых то" ках нагрузки, где с потерями в резисторе можно не считаться. 7.3 . СГЛАЖИВАЮЩИй.Г-ОБРАЗНЫй LС-ФИЛЬТР Фильтр (рис. 7.3) содержит в последовательном ·плече дрос­ сель L, который имеет большое по сравнению с нагрузкой сопро­ ротивление переменному току, и в параллельном плече конден" сатор С, сопротивление которого переменному току значительно меньше сопротивления нагрузки. Пренебрегая активными потеря· • •81 •
1 L Рис. 7.3 . Фильтр LC ми в дросселе, коэффициент сглаживания можно определить из выражения q= (XL-Xc)/Xc=4n2f2LC-1. (7.2) Резонансная частота фильтра fo= 1/2nX Х V LC, поэтому коэффициент сглажива­ ния на частоте f может быть представлен в виде q=f2/f2o-1 . Опыт показывает, что во избежание переходных процессов ре­ зонансная частота фильтра должна быть по крайней мере в два раза ниже частоты низшей гармоники переменной составляющей, которая подавляется фильтром. ,При указанном значении часто­ ты не возникает резонанс на низшей частоте. Кроме того, при вы­ боре реактивных элементов следует помнить, что индуктивное сопротивление должно быть значительно большё емкостного, т. е. (7.3) Выбор элементов фильтра производится следующим образом. В качестве исходных данных задаются величина коэффициента сглаживания и частота низшей гармоники сглаживаемого напря­ жения. Из выражения (7.2) определяется значение произведения LC с учетом того, что резонансная частота фильтра выбирается по крайней мере в два раза меньше частоты низшей гармоники сглаживаемого напряжения. После опр~деления произведения LC приступают к расчету индуктивности дросселя и емкости конден­ сатора фильтра. Минимальное значение индуктивности выбирает­ ся из условия непрерывности тока, протекающего чеР.еЗ фильтр. Если пренебречь активным сопротивлением фильтра, что для прак­ тических случаев допустимо, то минимальная индуктивность оп- ределяется из выражения .... Lдр mln = q (Rн/2nf). Далее подсчитывается значение емкости и пр·оверяется ее со" ответствие выр..ажению (7.3). Если неравенство (7.3) выполняет-ся. то проводится конструктивный расчет дросселя. В противном слу" чае требуется применение многозвенного фильтра. Особенность дросселей, применяемых в сглаживающих фильт­ рах, состоит в том, что сердечник имеет немагнитный зазор, ко­ торый при протекании постоянного тока позволяет поддерживать индуктивность дросселя в заданных пределах. Многозвенные сглаживающие фильтры представляют собой последовательно включенные однозвенные фильтры. Коэффициент сглаживания таких фильтров равен произведению коэффициентов сглаживания отдельных звеньев. Коэффициент сглаживания двух· звенного фильтра, содержащего дроссели Ll и L2 и конденсаторы ClиС2, (7.5) 82
При выборе элементов двухзвенного (многозвенного) фильтра нужно руководствоваться положениями, изложенными выше для однозвенных фильтров с учетом (7.5). Двухзвенные фильтры дл~ частот, близких к промышленной частоте переменного тока, при­ меняются в случаях, когда требуется иметь коэффициент сглажи­ вания больше 1О. Резqнансные сглаЖивающие фильтры содержат резонансные контур·ы. Положительный эффект применения таких фильтров в большей степени проявляется при необходимости подавления оп­ ределенных гармоник повышенной частоты переменной составляю­ щей. Реактивные элементы в резонансных фильтрах могут вклю­ чаться параллельно или последовательно. В первом случае на резонансной частоте контур имеет большое сопротивление и вклю- u \ чается последовательно с нагрузкои, т. е. в последовательное пле- чо фильтра. Во втором случае контур на •резонансной частоте имеет минимальное сопротивление и включается параллельно наг­ рузке, т. е. в параллельное плечо фильтра. На рис. 7.4,а изобра­ жена схема резонансного фильтра с параллельным контуром. Ко­ эффициент фильтрации такого фильтра на резонансной .частоте параллельного контура определяется соотношением VL2 с24ns12 КФ= к Р+I с22 , кг. (7.6) rде Га - ,активное сопротивление катушки, а fр= l/2n V LнСк - резонансная частота. · Первое слагаемое подкоренного выражения (7.6) всегда зна­ чительно больше единицы!. поэтому КФ= LнС ·2nfр/СкГа· (7. 7) Поскольку в резонансном фильтре активное сопротивление ка­ rгушки значительно меньше нагрузки, то коэффициент передачи близок к единице. Следовательно, с достаточной для практических расчетов точностью 'коэффициент сглаживания допустимо принять равным коэффициенту фильтрации. На рис. 7.4,6 изображена принципиальная электрическая схе­ , ма резонансного фильтра с последовательным резонансным кон­ 'l'уром, подключенным qараллельно нагрузке. Сопротивление кон- /,/( и) а) Рво. 7.4 . Резонансные фильтры с параллельным (а) и последовательным (б) коитурами 83
' тура, образованного катушкой Lн и конденса_тором Ск, на реза" нансной частоте минимально и определяется потерями в этих ре" активных элементах. Обозначая эти потери через_ R., получаем выражение для коэффициента пульсации на резонансной частоте q=2nfpL/R+ 1~2nfpL/R. !К достоинствам резонансных фильтров следует ·отнести их частот" ную избирательность к· гармоникам переменной составляющей напряжения, а к недостаткам - повышение требования· доброт­ ности катушек индуктивности и необходимость тщательной на­ стройки на резонансную частоту. 7.4. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АККУМУЛЯТОРНОУ! - БАТАРЕИ В элек-~:ропитающих установках предпрнятий связи применяют" ся аккумуляторные батареи, работающие с выпрямителями в бу­ ферном режиме. В таких установках аккумуляторная батарея под­ ключается параллельно выходному звену фильтра выпрямителя и питаемой нагрузке. Аккумуляторная батарея и проводка, подклю­ чающая ее к выходным цепям выпрямителя, представляют собой . комплексное сопротивление, зависящее как от параметров бата­ реи, так и от способа построения и длины проводки, включая меж­ элементные соединения аккумуляторов в батарею. Для диапазо­ на частот, создаваемых выпрямителями и аппаратурой в элект­ ропитающих устройствах, проводка может быть представлена последовательной цепью, содержащей активное сопротивление R и индуктивность L" Для конкретных случаев реализации провод­ ки расчет параметров этой цепи не вызывает принципиальных трудностей. Для переменного тока аккумулятор можно представить в ви­ де соединения активного и реактивных сопротивлений. Полное ак­ тивное српротивление аккумулятора зависит от сопротивлений раствора электролита, электродных пластин и· свинцовых отводов, отходящих от пластин. Реактивные сопротивления аккумулятора Таблиц а 7.3 - Тнn аккумупятора Rв.· Ом тип а~кумупятора R8 , Ом тип аккумупятора R 8 , Ом С-1 0,00314 С-10, CK·lO 0,00104 С-40, СК-40 0,00054 С-2 0,00251 С-12, СК-12 0,00104 С-56, СК-56 0,00045 - С-3 - 0,00189 С-14, СК-14 0,00096 С-72, СК-72 0,00036 С-4 0,00126 С-16, СК-16 0,00092 С-88, СК-88 0,00028 С-5, СК-5 0,00064 С-18, СК-18 0,00088 С-104, СК-104 0,00020 С-6, СК-6 0,00112 с=20, ск~20 0,00084 С-120, -СК·120 0,00012 С-8, СК-8 0,00108 С-24, СК-24 0,00064 84
X·li~ он ~ tts:~~~~=:j 100 . 500 X·ti: /Jм 16 fOO о) 500 !ООО f, rч 7000 /J) Х·70~ Ом f, Гq 500 !ООО rJ) Рис. ?.5 . Частотные за­ висимости комплексного сопротивления аккумуля­ торных батарей: а - дпя батарей С! ... С5; 6 - дпя батарей Сб ... С20; в - дпя ~атарей С24 . •. С128 определяются площадям1&, поверхностей пластин и другими мас­ сивными деталями. Поскольку составляющие комплексного сопро­ тивления аккумулятора определяются большим числом факторов, практически не поддающихся теорет!!ческой _оценке, указанные параметры обычно определяются экспериментальным путем. Значения полных комплексных сопротивлений и реактивные­ составляющие приведены в табл. 7.3 и на рис. 7.5,а, 6, в. На параметры аккумуляторных батарей оказывают влияние ак­ тивное и реактивное сопротивления межэлементных соединений. поэтому при определении фильтрующих свойств батареи рекомен­ дуется учитывать параметры упомянутых соединений. Расчет этих параметров можно проводить тем же способом, который исполь­ зуется для нахождения параметров подключающей проводки. Количественная оценка полных электрических сопротивлений аккумуляторных батареl!_ и проводки позволяет сделать вывод о. достаточно высоких их фильтрующих свойствах. Эксперименты также показали, что у широко применяемых ак­ кумуляторов открытого типа наиболее полно фильтрующие свой- ства проявляются на частотах до 1 кГц. . · 7.5. ТРАНЗИСТОРНЫЕ СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ Принцип действия транзисторного сглаживания филь-тра рас­ смотрим на примере схемы, изображенной на рис. 7.6,а. На вхо.к. фильтра подается напряжение, имеющее постоянную и перемен" 8& •
Iк А - Zor VT zиz ZoJ Rн l {jl+ + а) tJ) Uк Рис. 7.6 . "Принципиальная электрическая схема транзисторного фильтра (а) • коллекторные характеристики транзистора (6) ную составляющие. Постоянная составляющая через транзистор VT поступает в нагрузку Rн. Коэффициент передачи фильтра оп­ ределяется потерями в транзисторе VT. Сопротивление резистора R. выбирается таким, что(iы на нем выделялась подавляющая часть напряжения переменной составляющей по сравнению с на­ пряжением на конденсаторе С. Ток базы iб ·транзистора VT прак­ тически не содержит переменной составляющей. Если при этом выбрать р~бочую точку А транзистора на пологой части харак· теристики зависимости тока коллектора от напряжения коллек­ тора (рис. 7.6,6), то ток коллектора практически также не будет содержать переменной составляющей. Переменная составляющая входного напряжения выделится на переходе эмиттер - коллек­ тор транзистора VT, следовательно, в этом устройстве транзистор VT выполняет функции катушки индуктивности в ранее рассмот· ренных схемах фильтров. Коэффициент фильтрации фильтра .(см. рис. 7"6,а) определяется соотношением 1 ( r~х~х62х~)'2 КФ= -+-+ -+ - г.2 r2 R2 RГн к к где Хе= 1/m·2лfC; rк и Гб - сопротивления коллектора и базы транзистора. Транзисторные фильтры не содержат катушек индук­ тивности, что позволяет значительно улучшить массогабаритные характеристики фильтров. Отказ от применения катушек индук­ тивностей, имеющих в магнитопроводе немагнитный зазор, приво· дит к резкому снижению уровня излучаемых электромагнитных помех. Недостатком транзисторных фильтров является низкий к.п.д., который составляет 0,4 ... 0,6, а также то, что в нагрузку передаются изменения входного питающего напряжения. Поэтому. когда одновременно с подавлением переменной составляющей требуется стабилизация на нагрузке, применяют стабилизаторы непрерывноr;о действия. Применение составного транзистора и включение резистора параллельно конденсатору С позволяют не только значительно увеличить коэффициент фильтрации напряже­ ния, но также повысить его стабильность. Существуют фильтры, в которых транзистор включен парал­ лельно нагрузке, однако они имеют меньшее практическое приме· "нение, чем фильтры с последовательно включенным транзистором:. $6
7.6. НОРМИРОВАНИЕ ПУЛЬСАЦИЙ НАПРЯЖЕНИЯ И МЕТОДЫ ИХ ИЗМЕРЕНИИ Значения допускаемых пульсаций напряжения питания в ап­ паратуре связи регламентированы ГОСТ 5237-83. Стандартом нормируются невзвешенные (действующие) и псофометрические значения. В табл: 7.4 приведены нормы на невзвешенные величины пуль­ саций. Таблиц а 7.4 диапазон частот, Гц Напряження"'nульсации, В, при номинальном напряжении питания, В Ниже 300 300., .20 ООО 24 о'1 0,01 60 0,25 0,015 Напряжения пу.тiьсации измеряют Jia входных зажимах аппа­ ратуры связи· (рис. 7. 7). Для измерений должен применяться электронный вольтмет~ PVJ с квадратичной характеристикой и частотным диапазоном 20 ... 20 ООО Гц. В .качестве разделительного ковденсатора CJ ре­ комендуются неполярные конденсаторы емкостью не менее 80 мкФ с сопротивлением изоляции не менее 1000 .Мом и с рабочим напряжением не менее удвоенного напряжения источника ·пита­ ния. Измерительный фильтр состоит из фильтра нижних частот (ФНЧ) Z2 и фильтра верхних частот (ФВЧ) Zl, которые пооче­ редно включаются в измерительную цепь. Входное и выходное со­ противления фильтра равны 600 Ом каждое. Полоса пропускания фильтра Z2 -20 ." 250 Гц, фильтра Zl - от 300 Гц и выше. В полосе пропускания фильтр Z2 не должен вносить затухание бо~ лее 3,5 дБ, фильтр Zl - не более 4,3 дБ, а в полосе задержива­ ния - не менее 54 и 60 дБ соответ­ ственно. Псофометрическое значение. допу­ скаемого напряжения пульсаций, соз­ даваемое установкой питания, не долж­ но быть более 0,002 В. Для измерения псофометрического значения напряже­ ния пульсацirи следует применять спе­ циальный прибор, I\:оторый называется псофометром. Этот прибор представля­ ет собой электронный вольтметр с квадратичной шкалой, на вход которо­ го включается фильтр. Фильтр имеет нормированную характеристику зату­ хания для различных частот в диапа- С! Z2~ Рис. 7.7. Схема измерений пульсации напряжения 87
зоне до 20 кГц, которая соответствует восприятию этих частот че· ловеческим ухом. Международный консультативный комитет по те­ ..леграфии и телефонии на основании многочисленных работ реко­ мендовал кривую затухания псофометрического фильтра, которая .используется в псофометре. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Назовите причины возникновения пульсация напряжения в токораспре·. делительных сетях 2. В чем состоят принципиальные различия между сглаживающими фнльт· рами с пассивными и активными элементами? 3 Что .понимается под псофометрическим значением напряжения? Гл а в а 8. СТАБИЛИЗАТОРЫ-НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА 8.1. ТИПЫ СТАБИЛИЗАТОРОВ И ИХ ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ • Стабилизатором напряжения (тока) называется устройство, под· держивающее неизм·енным напряжение (ток) на нагрузке при из· менении питающего напряжения, сопротивления нагрузки, темпе· ратуры окружающей среды и воздействии других дестабилизиру­ ющих факторов, способных привести к изменению напряжения (тока) на нагрузке. По способу .включения регулирующего эле­ мента стабилизаторы подразделяются на последовательные и па· раллельные. Последовательным называется стабилизатор, у ко­ торого регулирующее устройство включено последовательно с нагрузкой. В процессе работы стабилизатора напряжение на на­ грузке или ток в ней поддерживаются постоянными за счет изме­ нения напряжения на регулирующем элементе. В параллельном стабилизаторе регулирующее устройство включено nар~ллельно нагрузке. По принципу действия стабилизаторы разделяются на пара­ метрические и компенс~ционные. Параметрическим стабиЛизато· ром называется стабилизатор, в котором отсутствует цепь обрат­ ной связи и стабилизация.осуществляется за счет использования свойств нелинейных элементов, входящих в его состав. Стабили­ затор, в котором стабилизация осуществляется за счет воздейст­ вия изменения выходного напряжения или тока на его регулирую­ tцее устройство через цепь обратной связи, называется компенса­ ционным. Компенсационные стабилизаторы представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования. Ток через ре­ гулирующее устройство в них может проходить непрерывно и им, $8
пульсами, поэтому первые называются непрерывными стабилиза­ торами, а вторые - импульсными. Основными параметрами, с­ помощью которых оцениваются стабилизаторы, являются нестаби~ льность выходного напряжения или тока, выходное сопротивление, уровни пульсаций на 5ходе и выходе, температурный коэффици- ентик.п.д. _ Нестабильность выходного напряжения характеризуется Ю\Ме­ нением установившегося выходного напряжения. Под частной не­ стабильностью понимается изменение, происшедшее под влияни­ ·ем одного из факторов, когда все другие остаются неизменными. Примером частной нестабильности может служить изменение вы- ходного напряжения в зависимости от изменения входного. Еслк же изменение выходного напряжения произошло в связи с одно· временным влиянием всех контролируемых факторов, то оно на­ зывается суммарной нестабильностью. Параметр нестабильности можflо также оценивать с помощью, коэффициента нестабильности стабилизатора, который выража­ ется как отношение относительного изменения выходного напря­ жения к вызвавшему его относительному изменению входного на­ пряжения при неизменном токе нагрузКи. Величина, обратная коэффициенту нестабильности, называется коэффициентом стаби­ лизации. Например, если на входе стабилизатора напряжение из­ меняется на ± 1О%, а на его выходе - на ± 1 %, то считается, чта коэффициент стабилизации равен 10. Выходное сопротивление стабилизатора характеризуется отно­ шением изменения выходного напряжения к изменению тока на­ грузки при постоянном входном напряжении. Например, если при изменении тока нагрузки на 0,5 А напряжение на выходе изменя­ ется на 0,5 В, то выходное сопротивление равно 1 Ом. Уровень пульсации напряжения на входе стабилизатора, воз­ никающий при работе самого стабилизатора, характеризует сов­ местимость последнего с другой аппаратурой, питающейся от об­ щего первичного источника. Затронутый вопрос является акту­ альным при создании и применении импульсных стабилизаторов и требует тщательного внимания, тем более, что область примене­ ния импульсных стабилизаторов непрерывно расширяется. Уровни пульсаций напряжения на выходе стабилизатора определяются требованиями питаемой аппаратуры. Представляет определенный интерес такое понятие, как коэффициент сглаживания пульсации стабилизатора. Этот коэффициент определяется как отношение коэффициента пульсаций на входе к коэффициенту пульсаций на выходе стабилизатора. Температурный коэффициент напряжения (ТКН) стабилизато- ~ ра показывает степень стабильности его выходного напряжения от изменения окружающей температуры при неизменных значе­ ниях входного напряжения и тока н~грузки. ТКН определяется как частное от деления величины изменения выходного напря­ жения на изменение температуры окружающей внешней среды. 89
I(оэффициент полезного действия стабилизатора равен отно­ шению мощности, потребляемой нагрузкой, к мощности на входе стабилизаторам. 8.2 . ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ Наибольшее распространение среди параметрических стабили-. заторов получили стабилизаторы параллельного типа с использо­ ванием кремниевых стабилитронов. Основные параметры стаби­ литронов следующие: номинальное напряжение стабилизации И с" при токе / ст и температуре Т; дифференциальное сопротивление rcw - отношение изменения напряжения И ct к изменению тока 1c<J при постоянной температуре; температурный коэффициент аст - отношение изменения напряжения стабилизации ( %) к из­ менению температуры (0 С) при постоянном токе Iст. Примерная вольт-амперная характеристика стабилитрона показана на рис. 8.1 . Простейший параметрический стабилизатор (рис. 8.2) состоит из стабилитрона VD и резистора R И работает следую­ щим образом. При небольшом увеличении выходного напряжения ток через стабилитрон VD резко увеличивается, что приводит к увеличению тока через резистор R. На резисторе увеличивается падение напряжения, которое вычитается из напряжения источ- , ника питания, и напряжение на нагрузке остается неизменным. Если же происходит уменьшение напряжения на нагрузке, то это приводит к уменьшению тока, протекающего через стабилитрон VD и резистор R, падение напряжения на резисторе R уменьшает­ ся и напряжение на нагрузке остается неизменным. Коэффици­ ент стабилизации Кс11=-R.Ивых/ИвхГтс· Значения входного Ивх и выходного Ивых напряжений задаются, значения r ст= dU cт/dl ст определяется из характеристик стабилит­ ронов. Дифференциальное сопротивление стабилитрона Гст опре­ деляет выходн9е сопротивление стабилизатора. Коэффициент сглаживания пульсаций параметрического стабилизатора на ста­ билитронах практически равен коэффициенту стабилизации, к.п.д. зависит от потерь в резисторе R и стабилитроне .VD. Работа стабилизатора (см. рис. 8.2) зависит от температуры окружающей среды, что в первую очередь определяется измене- Рис. 8 1. Вольт-амперная характеристика стабилитрона Рис. 8 2. Прииципи;альная электричес1'ая ~ L1 (J=if..Л Т т, иС схема простейшего параметрического ста- и билизатора --- ТгС lJ llcт Iстmin Iст Iптах I 90
ниями параметров ас" стабилитрона и резистора J<.. Исследования стабилитронов показали, что коэффи~ент аст возрастает с увели­ чением напряжения стабилизации И с" и уменьшается при низких напряжениях Ист· Одной из действенных мер по термокомпенсации стабилитро­ на с рабочим напряжением более 6 В, широко применяемой на практике, является включение последовательно с ним кремниево­ го диода. Последний при включении его в прямом направлении всегда имеет отрицательный ТКН. Применение диодов в цепях термокомпенсации параметрических стабилизаторов позволяет получить малую зависимость стабилизированного напряжения от температуры. В реальных схемах с термокомпенсацией нестабиль­ ность напряжения составляет не более 0,5% в диапазоне рабочих температур. Промышленностью выпускаются термокомпенсиро- _ ванные стабилитроны, например типов Д818А ... Д818Е, в которых применен аналогичный способ термокомпенсации. При использо­ вании указанного способа термокомпенсации следует помнить, что включение последовательно со стабилитроном элементов, облада­ ющих резистивными свойствами,· увеличивает выходное дин.ами­ ческое сопротивление стабилизатора, а следовательно, уменьшает· коэффициент стабилизации. Например, стабилиз-атор рис. 8.2 при выходном напряжении 8 ... 10 В и токе нагрузки 5 мА обеспечивает коэффициент стабилизации до 80 и выходное сопротивление до 15 Ом. Термокомпенсация уменьшит коэффициент стабилизации, при этом выходное с-опротивление может увеличиться примерно а три раза. Для повышения коэффициента стабилизации параметрические стабилизаторы можно включать последовательно, при этом ре­ зультирующий коэффициент стабилизации будет равен произведе­ нию коэффициентов стабилизации отдельных каскадов. При по· следовательном включении стабилизаторов значительно уменьша­ ется и без того низкий к. п. д. стабилизатора. В реальных устрой­ ствах он составляет 5 ... 20 %. Параметрические стабилизаторы применяются в маломощных цепях, где требуются высокостабильные источники напряжения. 8.3. КОМПЕНСАЦИОННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С НЕПРЕРЫВНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ . Компенсационные стабилизаторы напряжения с непрерывным регулированием представляют собой систему автоматического ре· гулирования, в которой с заданной степенью точности поддержи­ вается выходное напряжение Ивых· Стабилизатор содержит регу­ лирующий элемент РЭ, схему сравнения СС и усилитель У в цепи обратной связи (рис. 8.3). Входное напряжение через регу­ лирующий элемент поступает на выход стабилизатора. Стабили­ зация выходного напряжения происхdдит за счет изменения паде- 91.
RJ С! R4 Rн R5- Ряс. 8.3. Структурная схема компен­ сационного стабилизатора последова­ тельиого типа +(>-__ __ .____ - -4>-- t Рис. 8.4. Принципиальная электрическая схема простейшего транзисторного компенсационного стабилизатора / ния напряжения на РЭ. Падение напряжения на РЭ уменьшается при снижении выходного напряжения Ивых и возрастает при его увеличении. В устройстве сравнения происходит алгебраическое суммирование выходного напряжения и стабильного опорного на­ пряжения, после чего сигнал ошибки поступает в усилитель, кото­ рый этот сигнал усиливает и подает на РЭ. В реальных схемах усилитель может отсутствовать или входить в состав устройства сравнения. В простейuiем стабилИзаторе (рис. 8.4) функцию РЭ выполня­ ет транзистор VT 1, транзистор VT2, резисторы R2 ... R5 и стабили­ трон VD1 входят в состав устройства сравнения и усилителя. При изменении напряжения на нагрузке iRн изменяется напряжение в диагонали моста, образованного резИсторами R2 ... R5 и стабили­ троном VDJ, причем увеличение напряжения на нагрузке повыша­ ет отрицательный потенциал точки 2 по отношению к точке 1. Уменьшение выходного напряжения Ивых уменьшает отрицатель­ ный потенциал точки 2. К точкам 1 и 2 подключены соответствен­ но эмиттер и ба~а транзистора VT2. В первом случае при увели­ чении отрицательного потенциала базы по отношению к потенциа­ лу эмиттера, который определяется I}апряжением стабилитрона VDJ, увеличивается ток коллектора транзистора VT2 и уменьша­ ется отрицательный потенциал базы транзистора VT 1 относитель­ но его эмиттера. Сопротивление перехода эмиттер - коллектор транзистора VT 1 увеличивается, падение напряжения на нем так­ же увеличивается, вследствие чего напряжение на нагрузке воз­ вращается в исходное состояние. Требуемое значение выходного напряж~ния устанавливается переменным резистором R4. Ко­ эффициент стабилизации _зависит от параметров и режимов ра· боты применяемых элементов} от изменения тока нагрузки и вход­ ного напряжения. Изменение входного напря:Жения оказывает су­ щественное влияние на работу усилителя, а следовательно, и на стабилизацию выходного напряжения. При снижении входного на­ пряжения режим работы транзистора VT2 усилителя меняется так, что регулирующий транзистор VT 1 начинает закр!>IВаться, увеличивая тем самым нестабильность выходного напряжения. Устранить влияние нестабильности напряжения питания усилите- 92
ля на работу стабилизатора мо:жно либо применением дополни­ . тельного стабилизированного источника питания, либо введени­ ем стабилизирующих цепей. На практике второй путь нашел бо­ лее ширqкое применение. Если принять нагрузку на стабилизатор постоянной прк неиз­ менных напряжениях - питания усилителя и стабилитрона VD1, то 6ез учета влияния входного сопротивления усилителя выражение для коэффициента стабилизаЦии может быть записано в виде Кст=хКоК1К2, где х - коэффициент передачи делителя; Ко= Ивых/Ивх - коэффи­ циент передачи стабилизатора; К1 и К2 - коэффициенты усиления по напряж~нию транзисторов VT 1 и 11Т2. Для приближенного определения выходного сопротивления стабилизатора может быть рекомендована формула ~R.вых= l/xSK2, где S - крутизна прямой передачи транзистора VTJ. Компенсационные стабилизаторы непрерывного действия на­ ряду со стабилизацией выходного напряжения подавляют также. пульсации входного ~rапряжения на частотах до нескольких ки· логерц. Коэффициент сглаживания стабилизатора близок к коэф­ фициенту стабилизации. При оценке коэффициента сглаживания следует иметь в виду, что в расчетные формулы должны подстав­ ляться параметры транзисторов, определенные ,для данного диапа­ зона у:астот. Кроме того, коэффициент сглаживания пульсации не­ сколько снижается из-за влияния частотно-зависимых элементов, вк.Люченных в цепи обратной связи. Основная тепловая нестабильность выходного. напряжения стабилизатора связана с температурным изменением источника опорного напряжения и параметров транзисторов устройства сра­ внения. Нестабильность могут также внести резисторы делителей опорного напряжения или цепей обратной связи. Меньшую тем­ пературную нестабильность вносят регулирующие транзисторы, поскольку они охвачены обратной связью. Для термокомпенсации делителей напряжения можно исполь­ зовать терморезисторы или диоды. Первый способ позволяет плав- · но регулировать значение суммарного температурного коэффици­ ента стабилизатора. Важно при конструировании стабилизатора предусмотреть, чтобы элементы устройства сравнения и опорно­ го источника находились в одинаковых температурных условиях. В некоторых случаях применяются термостаты. При расчетах теп­ ловых режимов работы элементов- следует особое внимание обра­ щать на отвод тепла от регулирующих транзисторов. Мощные ре­ гулирующие транзисторы устанавливаются на теплоотводах (ра­ диаторах), роль которых заключается в отборе и рассеиваниn те­ пла, выделяемого на переходах транзистора. Передача тепла от корпуса транзистора радиатору зависит от состояния граничной поверхности и плотности соединения стыка. Площадь поверхно- 93
' сти радиатора S.., зависит от рассеиваемой в транзисторе мощно ... сти Рк. По мере приближения мощности, рассеиваемой в транзн· сторе, к максимально допустимому значению зависимость тре· буемой площади радиатора S.., от Рк становится близкой к гипер­ болической. В практических случаях необходимую плоiцадь по· верхности радиатора выбирают в области, где вид функции Sт = ЧJ (Рк) близок к линейному. Для увеличения площади повер· хности радиаторы делаются ребристыми . . ~Значения к. п. _д. стабилизаторов непрерывного действия сос­ тавляют примерно 30 ... 50 %. Опыт создания стабилизаторов по­ казывает, что основные потери в них приходятся на регулирую· щий транзистор, поэтому выбор напряжения источника питания имеет существенное значение.' Для нормальной работы стабилиза­ тора необходимо, чтобы мгновенное значение входного напряже· ния вместе с напряженtt:ем пульсации было равно · или больше минимального значения, обеспечивающего получение на -нагруз­ ке заданных значенпй напряжения с учетом падения на регу­ лирующем элементе. Чтобы получить максимальный к. п. д. и об" легчить режим работы элементов, номинальную величину вход­ ного напряжения желательно выбирать минимально возможной по отношению к выходному. По мере уменьшения выходного на­ пряжения при неизменном входном к. п. д. стабилизатора ухудша­ ется. Характеристики рассмотренного стабилизатора можно улуч­ шить (рис. 8.5), если, например, в .регулирующем устройстве при· менить _составной тр~нзистор (VT2 и VT3 на рис.· 8.5) и ввести токостабилизирующую цепь, содержащую транзистор VT 1, стаби­ литрон VDJ и резистор Rl. После указанных дополнений увели- ~ чивается коэффициент стабилизации, а выходное сопротивление стабИлизатора снижается до сотых и тысячных долей ома. При­ менение составных .транзисторов позволяет увеличить коэффици­ ент усиления регулирующего элемента и согласовать токи в цепи 94 R51cz Rб " R7 Ряс. 8.5 . Принципиальная эле­ хтрячесв:ая схема транзистор­ ного компенсациоинgго ста- . билизатора с токостабилизиру­ ющей цепью • RJ Ci Rн R;r R5 Рис. 8.6. Принципиальная эJ1е­ ктрическая схема стабнлиза­ тор11 напряжения пар11ллельно­ го типа
баз мощных транзисторов с токами усилителей обратной связи. Стабилизатор (см. рис. 8.5) работает следующим образом. Повышение выходного напр·яжения стабилизатора приводит к увеличению падения напряжения на резисторе R.7 и части рези­ стора Rб, отрицательный потенциал базы и ток коллектора тран­ зис:rора VT4 возрастают. Учитывая, что суммарный ток базы ре­ гулирующего транзистора VT3 и коллектора транзистора VT4, равныЦ коллекторному току транзистора VT 1, стабилизирован и не зависит от изменений питающего напряжения, то при возра­ стании тока коллектора VT4 ток базы транзистора VT3 будет уменьшаться, что, в свою, очередь, вызовет уменьшение. тока ба­ зы и увеличение сопротивления перехода эмиттер - коллектор транзистора VT2:... В резул_ьтате напряжение на выходе стабилиза­ тора уменьшится и возвратится к исходному значению. Снижение выходного напряжения вызывает уменьшение тока коллектора транзистора VT4 и, следовательно, увеличение тока базы составного транзистора, что сопровождается повышением выходного напряжения стабилизатора до исходного значения. Для устранения самовозбуждения стабилизатора между KOJ!· лектором и базой транзистора VT4 включен неполярный конден­ сатор Cl, емкость которого составляет несколько микрофарад. 1 Чтобы обеспечить стабильность напряжения питания лри рез­ ких колебаниях тока нагрузки и небольших изменениях входного напряжения, целесообразно применять стабилизаторы с парал­ лельным включением регулирующего устройства (рис. 8.6). До­ стоинствами стабилизаторов параллельного типа являются посто­ янство потребляемого от источника тока при изменении тока на­ грузки и устойчивость к перегрузкам. Стабилизатор содержит регулирующи-й транзистор VTl, транзистор VT2 усилителя об­ ратной связи, диод VD1 и резисторы R2 ... R .5 устройства ер авне­ ния, конденсатор фильтра CJ. Стабилизатор работает следующим образом. При увеличении выходного напряжения возрастает ПQЛО­ жительный потенциал на базе транзистора VT2, что приводит к увеличению токов базы и коллектора транзистора. Вследствие этих изменений режима работы транзис~ора VT2 увеличиваются токи базы и коллектора регулирующего транзистора VTJ, паде­ ние напряжения на резисторе R.1 увеличивается и выходное на­ пряжение стабилизатора возвращается к исходному. Уменьшение выходного напряжения стабилизатора приводит к увеличению сопротивления перехода эмиттер - колле~~ор регулирующего VT 1 и к уменьшению падения напряжения на резисторе R1. Серьезный недостаток стабилизатора параллельного типа по сраJJнению со стабилизатором последовательного типа - эт~ низ­ кийк.п.д. В заключение отметим, что для компенсационных стабилиза­ торов непрерывного действия характерны следующие свойства: высокие надежность и быстродействие; малое выходное сопротив­ ление; способность к подавлению пульсации входного напряжения; отсутствие электромагнитных помех и пульсации напряжения. 95
:Компенсационные непрерывные стабилизаторы целесообразна. применять, когда мощность нагрузки невелика и требуется высо­ кая стабильность напряжения при суммарном воздействии деста" билизирующих факторов, а также при близких значениях напрЯ" жений источника 1;1 нагрузки. 8.4. СТАБИЛИЗАТОРЫ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С ДИСКРЕТНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ Отличительная особенность стабилизаторов этого класса со· стоит в том, что регулирующий элемент работает в импульсном режиме. Если между источником с напряжением Ивх и нагрузкой Ивых поместить периодически замыкающийся ключ, то средние значения напряжений на нагрузке и источнике связаны следую­ щим соотношением: Ивых= Ивхtз/Т=vИвх, где Т - период работы ключа; tз - продолжительность замкнутого сос:,тояния ключа. При постоянной частоте коммутации ключа напряжение на нагрузке зависит от времени tз. Стабилизатор напряжения, в котором на­ пряжение на нагрузке поддерживается постоянным за счет изме­ нения длительности замкнутого состояния ключа при постоянной частоте работы ключа, называется стабилизатором с широтно­ импульсной модуляцией (ШИМ), на рис. 8.7,а показано напря­ жение на входе ключа, а на рис. 8.7,6 - на выходе. Поддерживать постоянным напряжение на нагрузке можно -изменением частоты замыкания ключа при постоянной длительно· сти замкнутого состояния. Такие стабилизаторы называются ста" билизированными с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМЖ. Имеется третий способ стабилизации напряжения, при котором изменяются как частота работы ключа, так и длительность его замкнутого состояния. Такой принцип работы положен в основу релейных или двухпозиционных стабилизаторов. В релейных ста" билизаторах регулирующий элемент переключается из замкнутого состояния в разомкнутое и обратно, когда выходное напряжение достигает порога срабатывания или отпускания следящей систе­ мы, управляющей работой регулирующего элемента. Регулирующий элемент импульсного стабилизатора должен иметь минимальное сопротивление в замкнутом состоянии, макси­ мальное - в разомкнутом и мгновенно переходить из одного со- (lj oJ Рис. 8 7. Форма напряжения на входе ключа (а) п на выходе (бJ при mирот­ но-импульсном регулнровании 96
стояния в другое. При этих условиях потери в регулирующем элементе будут минимальными. В зависимости от способа включения регулирующего элемен­ та по отношению к нагрузке импульсные стабилизаторы могут быть последовательного или параллельного типа. Импульсный стабилизатор последовательного типа (рис. 8.8) содержит регу­ лирующий транзистор VT 1, фильтр LJCJ, коммутирующий диод VDJ и устройство управления. В момент t 1 (рис. 8.8,6) на тран­ з~стор VT 1 с выхода устройства управления подается импульс, который приводит его в замкнутое (проводящее) состояние Вход­ ное напряжение Ивх поступает на диод VDJ и LС-фильтр. По­ скольку к аноду диода прикладывается напряжение отрицатель­ ной полярности, то он закрывается. Ток / др через дроссель LJ увеличивается, и он начинает запасать энергию электрического тока. До тех пор, пока· протекающий через дроссель ток не до­ стигнет величины тока нагрузки, конденсатор С 1 разряжается на нагрузку. Как только ток дросселя превысит ток нагрузки (мо- мент t2), конденсатор-начнет заряжаться и напряжение Ис на · нем будет" расти. Максимального значения ток дросселя достигнет в момент размыкания (выключения) VT 1 (tз). При размыкании транзистора напряжение на входе фильтра под влиянием э. д. с самоиндукции изменяет знак, диод V Dl открывается и дроссель отдает запасенную в нем энергию, равную Li 2 дp/2, в нагрузку и конденс.атор С 1. Напряжение на конденсаторе достигает макси­ мального значения при равенстве токов дросселя и нагрузки (t4). Индуктивность дросселя выбирается достаточно большой, чтобы протекающий через него ток не снижался до нуля, т. е. дроссель должен работать в режиме непрерывного тока. В про­ тивном случае резко искажается форма подаваемого на фильтр напряжения, что приведет к увеличению пульсации и потерь. К концу паузы в работе транзистора, т. е. к моменту подачи на его базу управляющего импульса, вызывающего включение (замы- vлt ti.4 + o-----1~-+----t--t-----' !JY о} 1·1Уд11 1[ тl~?r•I1 н '~ МN' Рнс. 8.8 . Принципиальная электрическая схема импульсного стабилизатора последовательного типа (а) и временные диаграммы, характеризующие ero ра­ боту (б) 4--135 97
" ' L1• - канне) транзистора, ток- в дросселе до­ стигает минимального значения, а на­ пряжение на конденсаторе - среднего Rн значения. Далее процесс повторяется. Рассмотрим импульсный стабилиза­ уу Рис. 8.9 . Принципиальная эле­ ктрическая схема импульсного стабилизатора с параллельным включением регулирующего элемента . тор с параллельным ·включением регу- лирующего элемента. В установившем­ с:Я режиме работы при замыкании транзистора VT 1 (рис. 8.9) к дроссе­ лю LJ прикладывается напряжение источника. Диод VD 1 закрыт, пото­ му что к его аноду приложено отрицательное напряжение конденса­ тора CJ. В дросселе запасается энергия, напряжение на на­ грузке равно напряжению на конденсаторе. При выключении транзистора VT 1 на дросселе Ll возникает э. д. с. самоиндукции, имеющая согласное с источником питания направление, вследст­ вие· чего к аноду диода VDJ будет приложено напряжение поло­ жительной полярности и дроссель Ll начнет отдавать энергию в цепь нагрузки, подзаряжая конденсатор. Таким образом, после выключения транзистора в цепи нагрузки будет действ9вать на­ пряжение источника питания и э. д. с. самоиндукции дросселя. Из изложенн'?го видно, что дроссель LJ не участвует в сглажива­ нии пульсации напряжения, а выполняет роль накопителя энер­ гии. В отличие от стабилизатора с последовательно включенныr.,: регулирующим элементом, выходное напряжение которого мень­ ше напряжения источника питания, рассматриваемый стабилиза- . тор позволяет получить на нагрузке напряжение, превышающее напряжение источника питания. Выходное наПряжение связано с входным соотношением Ивых= Ивх/.(1-у). Если .в стабилизаторе рис. 8.8 катод диода VD1 подключить к Qтрицательно заряженной обкладке конденсатора С1, а дроссель LJ включить вместо диода VDJ в параллельную нагрузке цепь, то это позволит не только стабилизировать напряжение на нагрузке, но и изменять полярность напряжения источника питания. Ста­ билизатор работает следующим образом. При открытом транзи­ сторе дроссель Ll накапливает избыточную энерг!fю. · Нагрузка вместе с конденсатором отключена от источника питания диодом VDJ. Выключение транзистора вызывает э. д. с. самоиндукции, на­ правленную навстречу напряжению источника питания. Дрос­ сель LJ через открытый диод VD 1 разряжается на . нагруз1'у, подзаряжая одновременно конденсатор фильтра. Как видно из рассмотренных схем, при импульсном способе стабилизации можно при работе от одного источника питания получать различные выходные напряжения, а также инвертиро­ вать полярность выходного напряжения. В стабилизаторе, схема которого изображена на рис. 8.8, пульсации выходного напряже­ ния обратно пропорциональны произведению индуктивности дрос­ селя на емкость конденсатора. Амплитудное значение напряжения 98
... пульсации ЛИвых= Ивxy(l-v)/8LCf2. В ·двух других схемах индук­ тивность дросселя не участвует в фильтрации выходного напря­ жения и амплитуда пульсации равна ЛИвых=f ну/Сf. Коэффициент полезного действия импульсного стабилизатора значительно выше, чем .у стабилизатора непрерывного действия. и среднее значение его составляет 0,8. Основные потери в импуль­ сном стабилизаторе приходятся на потери в регулирующем _тран­ зисторе и коммутирующем диоде. Транзистор, ·работающий как ключевое устройство, за период находится в трех состояниях, а именно: во включенном (режим насыщения), в выключенном (ре­ жим отсечки) и в состоянии переключения (активный режим). В режиме насыщения с достаточной для практики точностью можно считать, что среднее значение потерь определяется произведением тока коллектора, напряжения на переходе коллектор - эмиттер и относител~ным временем включ~нного состояния, т. е. Рнас= =/к нас mахИк энас'У· В режиме отсечки потери в транзисторе Роте= =Ик 8 оlкво(I-v). где Икэо и /кво-напряжение и ток в вы­ ключенном состоянии транзистора. В режиме переключения средняя мощность ·потерь в транзи- - с.торе составляет Рпер= 1/6 Ик maxlк max Uвкл+tвыкJJ.)fо, где Ик max,.. 1к max - максимальные значения, обусловленные переходными. процессами при работе стабилизатора; fo - рабочая частота ста­ билизатора; tвкл и tвыкл - время включения и выключения тран­ зистора. Из трех составляющих потерь на транзисторе наимень­ шее значение имеют потери в режиме отсечки, которые при рас­ чете транзисторного к.Люча можно не учитывать. Потери при пе­ реключении транзистора являются переменной величиной, кото­ рая зависит не только от характеристик транзистора, но и от выбранной схемы стабилизатора. Например, при замыкании тран­ зистора VT 1 в схеме рис. 8.8 может резко возрасти ток коллекто­ ·ра, если диод VDI будет недостаточно высокочастотным. Возни- кновение импульса тока объясняется тем, что на время восста­ новления ·диода VD 1 транзистор VT1 работает в короткозамкну­ том режиме и к переходу эмиттер - коллектор прикладывается напряжение источника питания. Таким образом, в импульсном стабилизаторе во избежание тяжелых режимов работы элементов схемы и дополнительных потерь применяют импульсные диоды с малым временем восстановления. Следует также отметить, что выбор транзистора импульсного стабилизатора необходимо про­ водить с учетом воз?икающих в схеме коммутационных перегру­ зок. На практике получили широкое применение импульсные ста­ билизаторы релейного типа и стабилизаторы с широтно-импульс­ ной модуляцией. Стабилизатор релейного типа (рис. 8. 1О) содержит регулиру­ ющий транзистор VT 1, LС-фильтр с коммутирующим диодом VD1 и релейный элемент, выполненный на транзисторах VT2, VТЗ и стабилитроне VD2, который управляет работо.й транзистора VT 1. Стабилизатор р_аботает следующим образом. После подачи на- 4* 99 "
R7 R8С Rн ' / Рис. 8 10. Принципиальная электрическая схема релейного стабилизатора пряжения на вход открываются транзисторы VT2 и VT 1. На вход LС-фильтра поступает напряжение источника. Напряжение на нагрузке достигает заданного значения, стабилитрон VD2 откры­ вается, ток базы транзистора увеличивается и последний откры- . вается, замыкая накоротко вход транзистора VT2, который за­ крывается. То же происходит с транзистором VT 1, источник пи­ тания отключается от нагрузки. Некоторое время, обусловленное разрядом дросселя, напряжение на нагрузке будет увеличивать­ ся, после чего начнет падать. ПRи заданном напряжении на на­ грузке, несколько большем мин·имально допустимого, стабили­ трон VD2 и транзистор VТЗ закроются, транзисторы VT2 и VT 1 вновь будут открыты. Далее процесс повторяется. В зависимости от изменения входного напряжения и типа нагрузки время откры­ того- и закрытого состояний регулирующего транзистора VT 1, сле­ довательно, и период повторения будут меняться. Достоинствами стабилизатора с релейным управлением явля­ ются его относительно большое быстродействие и простота -схемы. К основным недостаткам стабилизаторов релейного типа сле­ дует отнести наличие пульсаций выходного напряжения, обус­ ловленных порогами срабатывания релейного элемента, и неста­ бильность ча·стоты повторения включения регулирующего элемен­ та. Эти два недостатка предопределяются принципа~ действия ста: билизатора данного типа. · Стабилизаторы с широтно-импульсным регулированием свобод­ ны от указанных недостатков. Частота ~:rереключений регулирующе­ го транзистора в процессе регулирования не изменяется и ста­ бильность. ее опр-еделяется только качеством выполнения задаю­ щего генератора, поскольку принцип управления регулирующим транзистором путем широтно-импульсной модуляции состоит в преобразовании измен_ения входного напряжения в последова­ тельность переменных по длительности импульсов, следующих с одинаковой частотой. Большое распространение по.тfучил стабили­ затор, структурная схема которого изображена на рис. 8.11. Функции элементов РЭ, Ф, и источника опорного напряжения (ИОН) ясны из подрисуночного текста. Генератор пилообразного 100
напряжеJiия (ГПН) выдает на схему <;равнения (се) последовательность пилообразных импульсов, которые получаются из прямоугольны-х им­ пульсов, генерируемых задающим генератором G. На схему сравнения с выхода усилителя У подается так- же сигнал ошибки, который пропор­ циона.пен изменению выходного на- Р3 се 1--..... ...- 1 rлн llnь1x ф у ИOll пряжения. Таким образом, в схеме JVL сравнения .происходит суммирование сигналов постоянного и пилообраз­ ного напряжений, в результате чего получаются импульсные сигналы различной длительности. Эти сигна­ лы при надобности усиливаются и подаются на вход регулирующего элемента. Рис. 8.11 . Структурная схема ста­ билизатора с ШИМ: РЭ - регулирующий элемент; Ф - фильтр, СС - схема сравнения; G - за­ дающий генератор; ГПН - генератор пилообра.шого напряжения, ИОН - нс­ то1шнк опорного напряжения, У - уси­ литель сигнала ошибки Электрическая схема стабилизатора с ШИМ приведена на рис. 8.12. Напряжение питания через составной транзистор VТЗ, VT4 поступает на вход фильтра L2, С4, далее в нагрузку. Сигнал обратной связи подается с делителя, образоваwного резисторами R12, R13 и R14, на один из входов дифференциального усили­ теля VТб, который выполняет функции схемы сравнения. На дру­ гой вход усИлителя VT7 поступает пилообразное напряжение от генератора ГПН, образованного транзисторами 1 VTB, VT9, диода­ ми VD9, VDlO, конденсаторами С2, СЗ и резисторами R.17, R 18 ". R22. Разностный сигнал в виде последовательности трапе­ цеидальных импульсов снимается с резистора R15, включенного в коллекторн;:ю цепь транзистора VТб. Длительность импульсов пропорциональна выходному напряжению. Далее трапецеидаль­ ные импульсы преобразуются в прямоугольные, которые управля­ ют работой транзисторов VT3, VT4. Опорное напряжение для ГПН сиимается со стабили.трона VD9. Для уменьшения всплесков VЛ4 /Ш + 'Рис. 8.12 . Принципиальная электрическая схема стабилизатора с ШИМ •
' коллекторного тока в схему введена цепь, содержащая дроссель. Ll, диод VD4 и резистор R9. По мере увеличения выпуска комплектующих изделий для соз­ дания высокочастотных импульсных стабилизаторов последние­ будут широко внедряться в аппаратуру связи. Эти стабилизаторы имеют существенные преимущества перед стабилизаторами не­ прерывного действия. Так, к. п. д. стабилизатора непрерывного действия примерно в 1,5-2, а массогабаритные показатели в 3-4 раза ниже, чем у импульсных стабилизаторов. Другим важным преимуществом импульсных стабилизаторов перед непрерывными является способность их без применения преобразователя tранс­ формировать напряжение источника питания. Например, если o·r широко применяемого в связи источника с напряжением 60 В питать аппаратуру, требующую напряжения 5 В, то к. п. д. ста­ билизатора непрерывного действия составило бы не более 10%, в то, время как у импульсного стабилизатора к. п. д. составляет прим:ерно 75%. К серьезным недостаткам импульсных стабилизаторов следует отнести возникновение на входе .и выходе помех, т. ~· при исполь­ зовании таких стабилизаторов на пеnвый план выдвигаются во­ просы их электрома_rнитной совместимости с аппаратурой связи. Выше бЫJ!И рассмотрены схемы стабилизаторов, выходная мощность которых ограничена возможностями регулирующего транзистора. Для повышения мощности стабилизаторов в ряде случаев применяют параллельное включение транзисторов. Это приводит к желаемой цели, однако возникает необходимость уче­ та ряда требований, выполнение которых заметно ухудшает тех­ нические показатели импульсных стабилизаторов. В связи с этим все большее применение в стабилизаторах на­ ходят усилители мощности, выполненные на базе мощных высоко­ частотных инверторов. При этом повышение мощности достигается применением самостоятельных блоков усилителей с централизо­ ванным управлением. Управление усилителями мощности обычно производится с помощью ШИМ, хотя в некоторых случаях приме­ няется частотно-импульсная модуляция: Указанный способ увели­ чения мощности перспективен еще потому, что позволяет доволь­ но просто повысить надежность стабилизатора введением в схему требуемого числа резервных блоков. Схемы таких стабилизаторов рассмотрены в последующих главах. 8 5. СТАБИЛИЗАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Стабилизатор постоянного тока предназначен для поддержа­ ния постоянной величины тока в нагрузке. Простейший стабилиза­ тор тока при изменении нагрузки (рис. 8.13,а) содержит источник стабильного напряжения И, балластный резистор R и сопротивле­ ние нагрузки Rи· Условием стабidлй:зации тока в этой схеме явля­ ется R>>Rн. Если резистор R заменить транзистором и ввести цепи управления им в зависимости от тока в нагрузке, то получим тран- 102 "
R1 зи~торный стабилизатор то­ ~ка с последовательным вклю- 0--Т­ чением регулирующего эле­ мента (рис. 8.13,6). Транзи- U ·стор VT 1 работает в актив- g... --- --1 нам режиме, сопротивление перехода эмиттер - коллек- 11) oJ тор изменяется пропорцио-Рис в 13 Про "ш б . . стеи ие ста илизаторы тока f!ально изменению тока на- грузки путем изменения потенциала базы. Диапазон изменения на­ грузки такого стабилизатора определяется напряжением источника и допустимыми пределами падения напряжения на стабилизаторе. Рассмотренный пример показывает, что стабилизатор тqка можно получить из стабилизатора напряжения, если последовательно с на­ \грузкой включить датчик отклонения контролируемого тока. В -аппаратуре связи стабилизаторы тока широко применяются в устройствах дистанционного питания автоматизированных усили­ тельных пунктов кабельных линий. Для создания таких устройств -требуются стабилизаторы на выходную мощность от десятков дu нескольких сотен ватт при изменении выходного напряжения от десятков до нескольких тысяч вольт. Входное напряжение посто­ янного тока, как щ:>авило, не превышает 60 В. Следовательно, на­ ряду со стабилизацией тока устройство должно еще преобразовы· вать напряжение источника в повышенное напряжение на нагруз­ ке. В большей степени указанным требованиям удовлетворяют­ <:табилизаторы с усилителями мощности, регулируемыми с помо­ щью ШИМ. В некоторых случаях хорошие результаты дает так­ же применение частотно-импульсной: модуляции. Характерным требованием к высоковольтным стабилизаторам тока является не­ обходимость разделения низковольтной и высоковольтной частей устройства. Обычно такая развязка осуществляется в выходных цепях модулятора, задающего генератора и высоковольтного вы­ прямителя. Рассмотрим принцип действия стабилизатора тока с широтно­ импульсным магнитным модулятором (рис. 8.14). Постоянное на­ пряжение Ивх подается на вход усилителя мощности: Al и через вспомогательный стабилизатор напряжения И 1 на вход задаю· щего генератора G1, который выдает на магнитный модуля· тор И2 прямоугольные импуль­ сы. С модулятар·а U2 управля­ ющие импульсы поступают на управляющий вход усилителя мощности А 1, к выходу которо­ го подключен выпрямитель U3. Выпрямленный ток через фильтр Zl и датчик Fl посту­ пает в нагрузку. Снимаемый с UJ zt Рис. 8 14. Структурная схема стабили­ затора тока с ШИМ на магнитном уси­ лителе 103
[,J Rt VП2 от fil • R7 VJJ7 Рис. 8.15. Принципиальная электрическая схема стабилизатора тока с ШИМ на магнитном усилителе датчика тока Fl сигнал через усилитель А2 подается на вход по­ стоянного тока модулятора. Уменьшение величиньr сигнала датчи­ ка приводи~ к увеличению ширины управляющего имfrуль~а и, на-_ оборот, увеличение сигнала - к уменьш~нию ширины импульса. Принuипиальная схема стабилизатора приведена на рис. 8.15. Регулирование ширины импульсов выходного напряжения усилителя мощ­ ности на транзисторах VT 1, VT2 осуществляется модулятором ·V2 (см. рис. 8.14), который выполнен на двух переключающих трансформаторах Т 1 й Т2. Первич­ ные обмотки трансформаторов получают питание от задающего генератора (G1). Диоды VD1 и VD2 обеспечивают в соответствующий nолупериод по_дклю­ чение. обмоток трансформатора. С выходных обмоток ! ! сигнал управления по­ дается на базы транзисторов VT 1, VT2. ·длительность подаваемых импульсов. оrrределяется током, протекающим в обмотке управления / !!. Этот ток эави- ... сит от величины сигнала, снимаемого с мостового датчика тока (резисторы R7, R8 и стабилитрон VD7). Р_езистором RB устанавливается величина тока. Усиле­ ние сигнала ошибки осуществляется усилителем на транзисторах VТЗ и VT4, который нагружен на обмотки II1 трансформаторов Т1 и Т2. Двухполюсник Rб и С4 предназначен диiя устранения возбуждения усилителя. С резистора R8 напряжение подается на демпфирующую обмотку IV. Диоды VD4, VD5 совме· стно с R2 и С~ ограничивают импульсы напряжения на коллекторной обмотке _ трансформатора ТЗ усилителя мощности. Выпрямитель ИЗ,· включенный на вы­ ход усилителя мощности А/, состоит из двух мостовых выпрямителей, соеди­ ненных по постоянному' ·току последовательно' и получающих переменное на­ пряжение от разных обмоток. Модулятор U2 работает следующим образом. В каждый полупериод напря· жения генератора 01 (см. рис. 8.14) поочередно открываются диоды VDJ и l 1D2. После включения диода VD1 в обмотку / трансформатора Т2 подается напряжение, которое передается в обмотку 1/, и управляющий импульс откры- 104
sает транзистор VT 1. Транзистор VT2 закрыт. ·Магнитопровод трансформатора Т J в этот полупер_иод перемагничивается под деuствием тока, протекающего в обмотке управления !!!. в следующий полупериод напряжения генератора от­ крывается диод VD2 и к обмотке ! трансформатора Т1 прикладывается на· ·nряжение, которое через обмотку ! ! открывает транзистор VT2. Длительность управляющего имПульса зависит от того, до какого зна'Чения был размагничен магнитопровод модулятора в предыдущий полупериод. В зависимости o'r этого за определенное время происходит насыщение трансформатора Т 1, напряжение • на обмотке !/ становится равным нулю и транзистор VT2 закрывается. Магни- топровод трансформатора Т2 в этом полупериоде размагничивается под дейст­ вием тока, протекающего в обмотке управления J//. В следующий полупериод открывается диод VDJ, диод VD2 запирается и процесс повторяется. Таким образом, ширина импульса на выходе модулятора зависит от тока в обмотке управления. Практические схемы стабилизаторов тока содержат также ряд дополни­ тельных элементов, такнх, как задающий генератор, устройства защиты на вхо­ де и выходе стабилизатора тока, устройства сигнализации, вспомогательные стабилизаторы напряжения. Рассмотренная выше схема отличается прежде всего надежностью благода­ ря при~енению магнитного модулятора. 8.6. КОМБИНИРОВАННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ Комбинированный стабилизатор представл.яет собой устройст­ во, в котором сочетаются лучшие свойства стабилизаторов раз­ личного типа. К таким устройствам можно отнести: например, стабилизатор тока (рис. 8.16), обеспечивающий нестабильносrь тока в нагрузке не хуже 0,2 % и уровень помех выходного напрн­ жения, близкий к -104 дБ, что характеризует лучшие схемы ком­ пенсационных стабилизаторов непрерывного действия. В то же время к. п. д. устройства в рабочем режиме - не менее 0,7. В схему стабилизатора входят: управляемый преобразователь, со­ держащий усилитель мощности УМ, выпрямитель, частотный мо­ дулятор ЧМ, промежуточный усилитель ПУ, источник питания БП, а также линейный регулятор Л Р, устройство защиты и сигна­ лизации. В управляемом пре­ образователе постоянное -На­ пряжение источника питания преобразуется в задщшое по­ стоянное напряжение, которое - поступает на линейный регу­ лятор тока. Линейный регу­ .пятор предназначен для ста­ бил_изации тока нагрузки, он также формирует управляю­ щий 'сигнал, который посту­ пает в частотный модулятор IЧМ), регулирующий ~ы-ход- Рис. 8.16. Структурная схема комбини- 1J,Ое напряжение преобразова- рованноrо стабилизатора тока 105
теля. Линейный регулятор выполнен по компенсационной схе­ ме непрерывного действия с последовательным включени~м регулирующего транзистора. Транзистор работает в режиме постоянных потерь мощности, а возникающие изменения напря­ жения на нем служат сигналом управлf>ния для преобразователя. ,..Система непрерывного и импульсного регулирования работает так, что падение напряжения на пе~ходе эмиттер - коллектор транзистора непрерывного стабилизатора поддерживается посто­ янным, а изменяется выходное напряжение преобразователя. Про­ исходит это следующим образом. При изменении тока нагрузки на­ пряжение на транзисторе линейного регулятора изменяется и сигнал поступает. на вход ЧМ. При увеличении напряжения сигнала ЧМ уменьшает частоту следования импульсов, поступающих через промежуточный усилитель ПУ в базы ·транзисторов двухтактного усилителя мощности УМ. Среднее значение выпрямленного на­ пряж~ния на входе Л Р уменьшается так, что напряжение на ре­ гулирующем транзисторе принимает исходноt" значение. Частот­ ный модулятор имеет два независимых выхода, на которых им­ пульсы управления сдвинуты на 180°. Для преобразования сигна­ ла, снимаемого с ЛР, в переменную частоту применяется мульти­ вибратор, который генерирует последовательность импульсов уд­ военной частоты по отношению к управляющим импульсам. Импульсы мультивибратора дифференцируются и разделяются на два канала. Далее дифференцированные импульсы в каждом ка­ нале поступают на одновибраторы, которые выдают нормирован­ ные по длительности импульсы, после усиления в ПУ импульсы поступают на базы транзисторов усилителя мощности. Верхнее значение частоты повторения импульсов и их длительность связа­ ны между собой. В предельном случае длительность импульса управления не может быть более 1/2 f чим. Необходимый диапа­ зон частот модулятора зависит от изменения нагрузки. Чем они больше, тем более широкий диапазон частот потребуется. Назначение источника питания БП: питание цепей логических элементов модулятора, создание высокостабильного опорного на­ пряжения для ЛР, питание цепей защиты и сигнализации. За­ щита по току срабатывает при превышении током заданного зна­ чения, сигнал на срабатывание снимается с линейного регулято­ ра. В устройстве предусмотрена также- защита от превышения допустимого значения напряжения на выходе выпрямителя пре­ образователя. Любой из сигналов защиты воздействует на триг­ гер, который через исполнительную цепь блокирует работу неста­ бильного мультиви9ратора модулятора. Устройство сигнализации содержит триггер и реле, которые включают сигнализацию при от­ сутствии управляющих импульсов на выходе ПУ. 106
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Основные параметры стабилизатора 2. Понятие. о стабилизаторе компенсационного типа. 3. Принцип действия и достоинства импульсного стабилизатора. 4. Достоинства комбинированных стабилизаторов. r л.а в а 9. ВЫПРЯМИ'(ЕЛЬНЫЕ УСТРОйСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ связи 9 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ На пре-дприятиях связи применяется широкая номенклатура вы­ прямительных устройств. По своему назначению выпрямители можно условно подразделить на несколько групп. В одну группу входят выпрямители, предназначенные для работы с буферными батареями. Эти выпрямители рассчитаны также на заряд аккуму­ .ляторных батарей до напряжения 2,3 ... 2,35 В на один элемент. К другой группе относятся выпрямители, предназначенные для заряда и содержания аккумуляторных батарей. Применяются так­ же так называемые за рядно-буферные выпрямители, которые обес­ печивают как питание аппаратуры связи, так и заряд батарей до напряжений 2,6 .. 2,7 В на один элемент. Эти выпрямители рас­ считаны на малые мощности. Выпускаются выпрямители, которые предназначены для питания нагрузкм без аккумуляторных бата­ рей. Отдельную группу выпрямителей составляют электропита­ ющие выпрямительные установки и блоки выпрямителей, предна­ значенных в основном для электропитания сельских телефонных станций. Мощность выпрямителей выбирается из рнда: 40; 16; 9; 4; 2 кВт и менее. Номинальные выходные напряжения соответству­ ют следующим значениям: 24; 60; 120 и 220 В. По специальным 'Требованиям выпускаются выпрямители на другие значения вы­ ходного напряжения, однако они находят лишь частное приме· нение. 9 2 АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ВЫПРЯ1"1ИТЕЛЬНЫЕ УСТРОйСТВА ВУК Выпрямительные устройства ВУК выпускаются на мощности 40, 16, 9, 4 и 2 кВт. Все выпрямители рассчитаны на буферную работу и заряд аккумуляторных батарей до напряжения 2,3 В на 107
один аккумулятор. Выпрямители мощностью 2 кВт могут заря­ жать аккумуляторы до 2,7 В. Структурные схемы выпрямителей практически одинаковы, за исключением БУК на мощность 2 кВт. Последний отличается от других схемой стабилизации напряжения. В основе ее лежат дроссели насыщения без обратной связи, которые включаются на входе сетевого трансформатора. ВУК на мощность 40 кВт имеет. в отличие от других выпрямителей этого ряда, принудительное воздушное охлаждение вентилей. В состав выпрямителя (рис. 9.1) входят сетевой трансформа­ тор ТВ, выпрямительный мост VDJ ... VDб, выполненный по схеме Ларионова, двухзвенный сглаживающий фильтр LJOLJ JCJC2C3. Стабилизатор выходного напряжения или тока содержит дрос­ сель насыщения, имеющий обмотки Ll ... L9, электронное устрой­ ство управления (СТ), которое поддерживает требуемое значение тока в обмотке управления LB дросселя, вспомогательные выпря­ мители И 1, Иб и Uб и трансформаторы тока Т4 и Тб. В техни­ ческой документации на БУК. упомянутое выше электронное ус­ тройство управления получило название «электронный стабиЛиза­ тор», поэтому в дальнейшем тексте будем придерживаться этого названия. В выпрямителе ВУК имеется много устройств, обес­ печивающих автоматические режимы работы одного или группы выпрями-~:елей, защиту и сигнализацию. К ним относятся транс­ форматоры тока Т1 ".ТЗ, устройства защиты У31 ". Jl34, ввода ре­ зерва ФJ!ВР, УПР, равномерного распределения нагрузки JIPPH, вспомогательные выпрямители U2 ." U4. После выбора режима работы выпрямителя включают рубиль­ ники Ql, Q2 и пускают выпрямитель в работу. Схема запуска УЗl построена таким образом, что первоначально включается контактор К2, который подключает к выпрямителю нагрузку, пос­ ле чего включается входной контактор Kl. Выключение выпрями­ теля производится в обратном порядке. В выпрямителе предусмо­ трена также возможность дистанционного включения. Стабилизация выходного напряжения или тока БУК осущест­ вляется за счет изменения значений углов управления диодов. UDJ ... UDб. Угол.. управления определяется в основном временем. необходимым для насыщения индуктивности обмоток дросселя ра­ ботающей фазы выпрямителя. Время насыщения, а следователь­ но, и угол управления можно регулировать, меняя начальную ин­ дукцию дросселя, которая зависит от тока подмагничивания. Та­ ким образом, угол управления, т. е. момент вкл,ючения диода, мо­ жет принимать требуемые значения за счет изменения тока под­ магничивания дросселя. Введени~ в дроссель насыщения обмотки смещения L9 позволяет уменьшить необходимый для регулиров­ ки ток подмагничивания обмотки управления LB и увеличить пре­ делы регулирования. Полупроводниковый стабилизатор СТ предназначен для изме­ нения тока подмагничивания обмотки LB в зависимости от выход­ ного напряжения или тока БУК. ФактиЧески электронный стаби- 108
Q 1оР 1 (/2 -ГVV"\...,~"V'4--J U-C::J+- .~ ~_.... + 1 ' 1· ·--~ " "--XЛJLJ Рис 9 1 Упрощенная принципиальная электрическая схема выпрямителя типа ВУК:
1 .лизатор СТ регулирует свой выходной ток в зависимости от вы­ ходного напряжения или тока БУК. Б качестве стабилизатора ,применен трехкаскаднь1й усилитель, который при увеличении по­ даваемого на его вход напряжения, снимаемого с резисторов R3, R4 при стабилизации напряжения БУК или с выпрямителя ИЗ при стабилизации выходного тока БУК, на выходе будет умень­ шать величину тока подмагничивания и, наоборот, при уменьше­ нии входного сигнала будет увеличивать ток подмагничивания. Уменьшение величины тока подмагничивания приведет к увели­ чению угла управления, т. е. приведет к более позднему включе­ нию диодов VD1 ... VDб и, следовательно, к снижению выходно-: го напряжения или тока БУК. Стабилизатор работает следующим образом. Увеличение входного напряжения приведет к резкому возрастанию тока через резисторы R3 и R4, т. е. увеличится на­ пряжение, подаваемое на эмиттер - базу составного транзистора VTJ и VT2, и он откроется. Это приведет _к уменьшению напряже­ ния между эмиттером и коллектором транзистора VT3 и к его частичному закрытию. Закрытие транзистора VT3 приведет также к увеличению сопротивления транзистора VT4 и уменьшению то­ ка подмагничивания обмотки LB дросселя насыщ~ния. При умень­ шении напряжения на входе стабилизатора транзисторы VT 1 и VT2 первого каскада закрываются, а транзисторы второго VT3 и тре­ тьего VT4 открываются и в обмотку LB поступает больший ток. В некоторых режимах работы, например при малых нагрузках я больших напряжениях питающей сети, в выпрямителях могут воз­ никнуть автоколебания с частотой 5 ... 10 Гц. Для устранения этих колебаний в схему введена демпферная обмотка L7, напря­ жение с которой подается на транзистор VT 1 стабилизатора в противофазе с выходным напря.жением БУК. Для защиты транзистора от переменной составляющей на­ пряжения, которая может появиться в обмотке подмагничивания дросс;еля насыщения, включены диод VDJO и стабилитрон VDJJ. Выходное напряжение выставляется с помощью потенциометра R5, а выходной ток - потенциометром, установленным в выпря­ мителе ИЗ. Потенциометр 'R2 предназначен для установки режима работы цепи смещения, Rl - демпферной цепи. Б выпрямительном устройстве имеются две защиты от пере­ грузки по току - быстродействующая (УЗ2) и замедленная (УЗЗ), а также быстродействующая защита от перенапряжений на выходе (У34). Б схемах БУК 67/140 и БУК 67/260 введена еще замедленная защита от перенапряжений. Устройство защиты У32 содержит реле, которое получает сиг­ нал на срабатывание от выпрямителя И2. Выпрямитель питается. от вторичной обмотки трансформатора тока Т7. Быстродействую­ щая защита срабатывает при увеличении тока свыше (220±5) % от номинального значения. Б устройстве УЗЗ помимо реле имеется также тран"зисторныЙ усилитель, применение которого• позволяет повысить чувствитель­ ность реле и с помощью установленной на входе емкости полу- 110
\ чить требуемое замедление. Сигналом на срабатывание УЗЗ яв­ ляется повышение напряжею-iя на выходе трансформаторов тока Т1 и ТЗ, которое передается через выпрямители ИЗ и U4. Питание устройства производится от выпрямителя И 1. Устройство защиты настраивается на срабатывание при превышении тока более чем на ( 120+5) % от номинального значения с выдержкой времеюt не менее 2 с. Выбранная величина выдержки времени позволяет­ избежать случайных отклонений БУК при работе его в режиме· ограничения выходного тока, так как в этом режиме могут про­ исходить кратковременные превышения тока более 120%. Ограни­ чение .выходного тока в режиме стабилизации выходного напряже­ ния осуществляется с помощью вспомогательного выпрямителя Иб, который питается от трансформатора тока Тб. Возрастание тока выпрямителя приводи:т к увеличению тока, протекающего че­ рез стабилитрон VD8, диод VD7 и резисторы RЗ, R.4 . В резуль­ тате составной транзистор · VT 1, VT2, открывается, выходной транзистор VT4 закрывается и уменьшается ток подмагничивания обмотки L8. Выходное напряжение и ток БУК снижаются. По­ рог ограничения тока составляет 105 %. Поскольку дроссель насы­ щения имеет инерцию, то схема ограничения тока отрабатывает возмущение за время 0,7 ... 1,0 с. Быстродействующая защита УЗ4 настраивается на срабатыва­ ние при отклонении выходного напряжения более (120+5) % от номинального значения. Срабатывание УЗ4 приводит к отпуска­ нию контактора KJ и выключению выпрямителя. Ранее упомина­ лось, что в БУК 67/140 и БУК 67/260 введена замедленная защи­ та от перенаμряжения на выходе. Порог срабатывания этой за­ щиты выбирается на 3 ... 5 % большим, чем напряжение, при ко­ тором БУК должен перейти из режима стабилизации тока в ре­ жим стабилизации напряжения. Схемой БУК предусмотрена воз­ можность автоматического включения резервного выпрямителя в. случае повреждения любого из параллельно работающих. . Резервный БУК может также автоматически подключаться на время заряда батареи и выключаться, когда рабочие выпрямители переходят в режим стабилизации напряжения. Резервный выпря­ митель может подключаться только в случае возрастания нагруз­ ки на каждом БУК до (90 ... 100) %. Для ввода резервного вы­ прямителя на выходе каждого БУК включается устройство ввода резерва - УВР, которое получает питание от шин нагрузки через контакты реле автоматики данного БУК и сигнальные контакты предохранителей. При любом отключении данного БУК срабаты­ вает реле в УВР 1 контактами которого создается цепь обхода по­ врежденного выпрямителя. Если до повреждения работало три ВУК и повредился второй, то первый БУК будет управлять рабо­ той третьего БУК точно так же, tкак до этого он управлял работой второго БУК. Если повредится первый БУК, то ведущим станет второй БУК. · Схемой БУК предусмотрена возможность подключения и от­ ключения выпрямителей в зависимости от их загрузки. Такой ре- 111 \
1 j жим работы встречается на автоматИческих телефо_:~ных станциях с использованием электромеханических с-оединителеи. При достижении на работающем' БУК нагрузки 90 ... 100% с помощью устройств равномерного ,распределения нагрузки .(УРРН) включается следующий БУК, в rезультате чего нагруз­ ка равномерно распределяется между ними. В случае дальней­ шего увеличения нагрузки может включиться третий БУК:_ Если· нагрузка на параллельно работающие БУК начнет .снижаться и достигнет на каждом выпрямителе 30 ... 35%, то сначала отклю­ чится ·третий БУК, а при дальнейшем снижении до указанного выше значения - второй БУК. Кратко· подытожим возможности устройств управления. В вы­ прямителях БУК с помощью этих устройств выполняются следу­ ющие функции: стабилизация выходного напряжения с погрешностью ±2% и тока 5 ... 1О% от установленного значения; вкл_ючение выпрямителя в режиме стабилизации тока с после­ дующим переходом в режим стабилизации напряжения после вое.; становления напряжения сети переменного тока; параллельная работа выпрямИтелей с напряжением 60 В, ко- торые автоматически включаются в работу при увеличении на- , грузки (выпрямительные устройства на выходные наnряжения 24. и 220 В на параллельную работу включаются вручную); отключение выпрямителей в последовательности, обратной ·включению при снижении нагрузки до 30 ... 35% на каждом вы­ прямителе; подключение резервного выпрямителя в режиме стабилизации тока д~ТIЯ заряда и подзаряда батареи и отключ~ние этого вы­ ·прямителя при достижении на батарее заданного напряжения; включение резервного выпрямителя при повреждении любого включенного в работу выпрямителя; ограничение выходного тока вь1прямителя при работе его в ре­ жиме стабилизации напряжения. _ В схеме БУК предусмотрена возможность использования уст­ ройств дистанционного включения и выключения и оптической сиг­ нализации. Электрические параметры выпрямителей БУК приведены в - табл. 9. 1. . Выпрямители БУК на выходные мощности 9; 16 и·4о кВт не м-огут работать совместно с выпрямителями ВУ, поскольку дина-· мические характеристики систем их управления резко отлича­ ются. Выпрямительные устройства БУК мощностью 2 и 4 кВт мо­ гут работать с аналогичными -по мощности выпрямителями 8J7 после внесен!iя некоторых изменений в схемы автоматики послед­ них. Конструктивно ВУК ввrполнены в виде шкафов, высота которых составля­ ет 2250 мм и глубина- 700 мм (для БУК на 16 и 40 кВт- 800 мм). Ширина шкафов изменяется от 450 до 111 О мм в зависимости от мощности в,ыпрями- 112
Таблица 9.1 Выходная мощность, кВт ' f8D выпрями- о: . <rепя "' "' = :!! 111 =о: о и"' i:; ~ :z: и "' .а , » :: :::: ВУК 36/60 2 2, 16 БУК 90/25 2 2,25 БУК 170/13 2 2,21 ВУК 320/7 2 2,24 - -- БУК 36/130 4 4,68 БУК 67/70 4 4,69 БУК 140/35 4 4,9 БУК 320/14 4 4,48 БУК 36/260 , 9 9,35 БУК 67 /140 9 9,38 БУК 140/66 9 9,24 БУК 320/30 9 9,6 ВУК 67/260,16117,41 БУК 265/60 16 15,9 БУК 67/600140 \40,2 i Q) Q)~ оо• = =Q) .а == i:; Q) :z: "' i:;- Q) :!! :!! :Е =о: с: и i:>.i:i, :.:с:с "':!!" ~111= 36 90 170 320 36 67 140" 320 361 67 140 320 671 265 \ . ~о:Е Q) о: с: с: Q,= i:$= :!! :;s :;s "' с= 1- == = Q)Q)о: Q)Q)1- о .а :z: Q) :<! :z: ~ !11 =Q) 10 i:; Q) ё= :!!~ :!!~и " "'i:; =1- =(\') Q)~ :z:"' :!! Q, :l!:ii< 1( o&g lj:z:ЭEo t; :z: 1- :!! :z: о: uQ, • -в-= >-:;i о: • :»!11~ = :.: с:.: с "' 8" t:i:;§'~ сt:;и :Е " :;sо Оо Оа>соа; о"'"' "' ~"' 1- :.:;- :.:;- :!! t:l.o:i:z:u ql:i=' а. 60 0,71 О,бВ За рядно- 0,7 буферный 25 0,75 13 0,77 0,68 7 0,77 0,7 . - -- 85 ...105 48 ...51 130 0,72 0,7 Зарядно- . буферный 70 0,77 0,68 Буферный 35 0,82 0,68 (( 14 0,82 0,72 За рядно- буферный 260 0,73 0,7 85 ... 105 . За рядно- буферный 140 0,8 90 ... 105 48 ... 51 Буферный 66 0,82 . 90 ... 105 (( 30 0,82 85~..105 ' За рядно- буферный 26Q 1'0,8210,72 \ 90 ... 1051 49 ... 51 ~Буферный 60 0,82 о.72 90...1051 49...51 1 (( 600 1о.821 о.7 190" .1osl 49...s11 с телей. ВУК на мощность 40 кВт располагается в двух шкафах. В одном шкафу размещаются сетевой трансформатор, вентили, дроссели насыщениЯ и вентиля­ тор,для принудительного охлаждения ,Во втором .шкафу-устройства управле­ ния, автоматики. сигнализации и фильтр. На лицевой стороне БУК, в верхней части, расположена панель измери­ тельных приборов с вольтметром и амперметром, которые для удобства на­ блюдения -за показаниями устанавливаются с некоторым наклоном, Ниже на­ ходятся ручка ремонтного разъединителя, соединители, два световых табло с сигнальными лампами. Сигнальные лампы загораются при включении ремонтного разъединителя и контакторов К! и К2. При ртключенни БУК из-за перегорания предохранителей загорается лампа на табло «Предохранитель». Лампа _на световом табло «За­ щита» загорается при перегрузке БУК или при возникновении перенапряжеиий на выходе. Режим работы БУК определяется положением тумблера. Верхнее поло­ жение его соответствует режиму стабилизации напряжения, среднее - режиму стабилизации тока и нижнее - автоматическому переходу из режима стабили­ зации тока в режи~1 стабилизации напряжения. 113 '.
" 1 1 9.3. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ УСТРОйСТВА БУТ Выпрямители БУТ рассчитаны на выходны,е мощности 2; 4; 9; 16и40кВт. Силовая часть выпрямителя БУТ (рис. 9.2) включает в себя сетевой трансформатор 8, тиристорный мост 9, сглаживающий фильтр 12, исполнительные устройства защиты и коммутации на входе 1 и выходе 15 и устройство управления. Последнее состоит из схемы сравнения 13, усилителя сигнала ошибки 14, фазосдвига­ ющих устройств 7 и 11, распределителя импульсов 10 и задающе­ го генератора 6. Питание устройства управления производится от источника питания 3. Трансформаторы блока питания 3 обеспеЧивают также синхро­ низацию работы задающего генератора б и распределителя им­ пульсов 10 с напряжением сети переменного тока. Задающий ге­ нератор б выдает последовательн6ст0 коротких импульсов, име­ ющих фазовый сдвиг 60°. В состав БУТ входят также устройства защиты, сигнализации и автоматики 4 с собственным блоком пи· тания 2. Выпрямитель БУТ работает следующим образом. Напряжение сети переменного тока через входные устройства коммутации 1 поступают на вход блоков питания 2 и 3. В блоке питания 3 имеются два выпрямителя, один из которых питает стабилизиро­ ванным н'апряжением фазосдвигающие устройства 7 и 11, зада­ ющий генератор б и усилитель 14. Другой выпрямитель питает нестабилизированным напряжением импульсные усилители, вхо­ дящие в состав фазосдвигающих устройств._ Фазосдвигающие устройства 7 и 11 предназначены для получе­ ния фазового сдвига импульсов относительно фазных напряжений сети переменного тока в зависимости от величины постоянного · напряжения на выходе выпрямителя. Каждое устройство имеет два входа. На один вход поступают импульсы от задающего ге­ нератора (ЗГ), а на другой - с выхода усилителя 14 сигнал .ошиб­ ки, пропорциональный изменению выходног.о напряжения ВУТ. Рис. 9.2. Структурная схема выпрямителя типа БУТ 114
\ Импульсы ЗГ обеспечивают \Запуск генератора uилообразного на­ пряжения, входяiцего в соста~ фазосдвигающего устройства. На­ клон пилообразного напряжения изменяется в зависимости от величины выходного напряже~ия усилителя 14, причем он увели­ чивается с уменьшением напря~ения усилителя. Пилообразное на­ пряжение сравнивается с постоянным опорным напряжением и при их равенстве на выходе устройства появляется импульс, ме­ сто которого относительно фазы питающего напряжения опреде­ ляется временем заряда конденсатора генератора пилообразного напряжения. Одно фазосдвигающее устройство производит сдвиг фазы импульсов управления от минимального значения ( 12°) до максимального (50°). В состав фазосдвигающего устройства вхо­ дит импульсный усилитель, который усиливает полученный им­ пульс и передает его на вход второго фазосдвигающего устройст­ ва 11 и распределителя импульсов 10. Второе фазосдвигающее ус­ тройство аналогично первому и включено с ним последовательно. Суммарный эффект фазового сдвига импульса от двух устройств составляет 24° (минимальное значение) и 100° (максимальное значение), что соответствует изменению угла регулирования вентилями от 15,5 до 91,5°. Распределитель импульсов 10 предна­ значен для выдачи импульсов управления на включение тиристо­ ров выпрямительного моста 9. Схема распределителя построена таким образом, что с нее выдаются управляющие импульсы толь­ ко на те тиристоры моста 9, на которых в данный момент имеется наибольшее анqдное напряжение. Синхронизация работы распре­ делителя импульсов с напряжением сети осуществляется с помо­ щью трансформаторов блока питания 3. При увеличении выходного напряжения (или тока в режиме его стабилизации) последнее сравнивается с опорным напряже­ нием в схеме сравнения 13 и сигнал на входе усилителя 14 увели­ чивае.тся. Усилитель 14 выполняет две функции, а именно_: усиле­ ние сигнала ошибки и его инв~ртирование. Увеличение сигнала на входе усилителя приводит к уменьшению его выходного напря­ жения относительно заданного уровня. Таким образом, на вход фазосдвигающего устройства подается меньшее напряжение, в результате чего фазовый сдвиг, а следовательно, и угол управле­ ния увеличатся. Тиристоры моста 9 будут включаться с большей задержкой относительно напряжения сети переменного тока и среднее напряжение на выходе выпрямителя начнет уменьшаться. стремясь вернуться к исходному значению. При снижении выходного напряжения фазовый сдвиг стано­ вится меньше, угол управления также уменьшается и тиристоры включатся раньше, что приведет к возрастанию выходного на- пряжения выпрямителя. · Сглаживающий фильтр 12 имеет два последовательно вклю­ ченных LС-звена. Конденсаторы фильтра защищены предохрани­ телями. Питание схем защиты, автоматики и сигнализации осуществ­ ляется от блока питания 2 1IБ
1 1 • 1 Сигналы для работы защиты по 1 току нагрузки снимаются с вторичных обм'оток трансформаторо'в тока 5, включенных в каж­ дую из трех фаз. С другой _группы, трансформаторов тока 1 снима­ ются сигналы для обеспечения работы автоматики, в частности при параллельной работе нескольких БУТ. Наряду с контактной защитой, в БУТ имеется также быстродействующая бесконтакт­ ная защита, которая в случае короткого замыкания или трех­ кратной перегрузки за время до 6 мс обрывает подачу импульсов управления силовыми тиристорами, после чего БУТ отключается. Аварийное отключение БУТ происходит также при появлении на его выходе перенапряжений (115+5) % номинального значения, при отсутствии напряжения и перегорании предохранителей. Б случае пропаданий напряжения сети БУТ также отключается, а при восстановлении он автоматически включается в работу. Устройства световой сигнализации БУТ срабатывают при от­ ключении ремонтного разъединителя, при включении магнитных пускателей и аварийном отключении выпрямителя. Предусмот­ рена возможность передачи сигналов в общестанЦионную систему сигнализации. Пр"и параллельной работе нескольких Б"J'Т (до четырех при пятом резервном) система автоматики позволяет равномерно де­ лить нагрузку между выпрямителями и включать резервный вы­ прямитель вместо любого поврежденного. Предусмотрено ав'J;'ома­ тическое включение резервного БУТ для заряда аккумуляторной батареи. Для выпрямителей с выходным напряжением 60 Б име­ ется возможность автоматического отключения или включения в работу при изменении нагрузки. В режиме стабилизации напряжения БУТ обеспечивает выход­ ное напряжение с отклонением до + 1% номинального значения при одновременном изменении напряжения сети от 85. до 112,5 %, частоты на +5% номинального значения и тока нагрузки в соот­ ветствии _с данными, приведенными в табл. 9.2. Б· той же табли- \ Таблица9.2 ., - - выходная Выпрямленное наnря- Выпрямленный мощность, кВт женне, В ток, А . . . - Коэффиц•• о: . . Тип выпрямителя . к.п.д . ент мощ • ~ "' . . "' . "' :!! "' "' :!! "' HOQl'H Oi :с 11: :1! С!) :с С!) :с С!) ::coas :!! с: о u"' ё~ :со uo :с 21 :z: :с i:; :.: :z: :1! :z: :.: :z: :1! :z: :z: 111 и "' .а ::с .а о.а "' .а о.а :i:.а • >- :!! i:; :1! i:; :z: i:; :!! i:; :z: i:; :1! i:; - БУТ 31/60 2 1,86 .22 24 -Зl 60 6 0,79 0,76 ВУТ 90/25 22,2556-6090 25 1,25 0,84 0,68 БУТ 31/125 4 3,88 22 24 31 125 12,5 0,8 0,66 ВУТ 67/60 44,25660 70 60 3,0 0,85 0,69 ВУТ 31/250 9 7,75 22 24 31 250 25 0,8 0,67 ВУТ 67 /125 9 8,75 56 60 70 125 6,25 0,85 0,7 БУТ 31/500 16 15,5 22 24 31 500 50 0,8 0,67 БУТ 67/250 16 17,5 56 60 70 250 12,5 0,87 0,7 БУТ 67/600 40 42:0 56 60 70 600 30 0,87 0,7 116
це приведены другие показатели, характеризующие выпрямители БУТ. Следует отметить ряд показателей БУТ. Так, при сбросах и увеличениях тока нагрузки, равных 10% от установленного зна­ чения, выпрямленное напряжение БУТ остается в пределах +6%. Действующие значения пульсации выпрямленного напряже­ ния при работе на активную нагрузку БУТ с номинальным на­ пряжением 24 В не превышают 100 мВ в полосе частот до 300.Гц и10мВвполосечастотот300Гцивыше,а-дляБУТсна­ пряжением 60 В - 250 мВ и 15 мВ соответственно. Кроме того, для выпрямителей на выходное напряжение 60 В - нормируется также псофометрическое значение пульсации напряжений,_ кото­ рое составляет 2 мВ. В режиме стабилизации тока БУТ поддерживает выпрямлен­ ный ток с отклонением до 20% номинального значения, причем первоначальная величина выставленного тока должна находиться в пределах 30 ... 100% номинального значения. При заряде акку­ муляторных батарей допускается вручную повышать напряжение . на выходе 60-вольтовых выпрямителей до 74 В и выпрямителей 24 В - до 36 В. В этих режимах работы выпрямленный ток мо­ жет снижаться до 50% номинального значения. В выпрямителях БУТ предусмотрена воЗможность заряда ак­ кумуляторных батарей при напряжении 2,3 ... 2,35 Б на один эле­ мент с ограничением тока на уровне до 105% номинального зна­ чения. После некоторого заряда батареи, когда ток выпрямителя не превышает номинального значения, выпрямитель автоматичес­ ки переходит в режим стабилизации напряжения на уровю.:. 2,3 ." 2,35 В на один элемент. БУТ автоматически переводится в режим стабилизации напряжения 2,28 на один элемент при сни­ жении заряда до 5-8-краткого значения тока содержания. Коман­ ду на указанный переход подает специальное контрольное устрой­ ство УИТ, которое не входит в комплект БУТ. Выпрямительные устройства БУТ могут работать совместно с выпрямительными устройствами БУК той же мощности, если об­ щее число выпрямителей не превышает четырех. До включения выпрямителей БУТ на совм~стную работу с выпрямителями БУК необходимо проделать ряд работ, включающих в себя изготовле­ ние отдельных изделий и наладку. Порядок проведения требуе­ мых мероприятий изложен в технической документации на БУТ. 9.4. ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ УСТРОйСТВА ВУЛС Автоматизированные выпрямители ВУл·с предназначаются для безаккумуляторного питания аппаратуры связи. Выпускаются три типа выпрямителей. Первый тип, имеющий обозначения без каких-либо цифровых индексов, выполнен на базе выпрямитель­ ных устройств ВУ, второй и третий типы (ВУЛС-2 и ВУЛС-3) - на базе выпрямительных устройств БУК:. Все выпрямительные устройства имеют одинаковую структурную схему (рис. 9.3) и со- 117
uz Рис. 9.3 . Структурная схема выпря­ мителя типа ВУЛ С VS1 L1 l2 Rн Рис 9 4 Схема ограничения пере­ цапряжений на выходе ВУЛС-3 держат два одинаковых выпрямителя И 1 и И2, охваченных обрат­ ной связью, работающих на общий LС-фильтр ZJ. На вход каж­ дого выпрямителя подается напряжение от независимого источни­ ка. Источники должны иметь синхронную частоту. При наличии напряжения на обоИх вводах каждый выпрямитель работает с по­ ловинной нагрузкой. Распределение нагрузки между выпрямите­ лями осуществляется специальным устройством. В случае отклю­ чения напряжения на одном из вводов или повреждения любого из выпрямителей вся нагрузка переводится на работающий выпря­ митель. На входе ВУЛС могут быть установлены устройства авто­ матического ввода резерва -АВР, которые автоматически отклю­ чают один из выпрямителей от кабеля, в котором нет напряжения сети, и подключают его к исправному кабелю. В этом случае при одном исправном вводе переменного тока нагрузка получает питание от двух работающих выпрямителей. Среднеквадратические (действующие) значения напряжения пульсации в статическом режиме у выпрямителей ВУЛС 24/130-2 и В УЛ С 24/260-2 в диапазоне частот до 300 Гц составляет 250 мВ, в диапазоне 300 ... 20 ООО Гц - 15 мВ. Выпрямители ВУЛС 60/140-2 и ВУЛС 60/260-2 характеризуются псофометриче­ ским значением пульсации 5 мВ. Допустимые пределы изменения частоты сети 48 ". 52 Гц, допускаемые пределы изменения напря­ жения 90 ... 105%, нестабильность выходного напряжения +2%. Другие электрические показатели выпрямительных устройств ВУЛС-2 приведены в табл. 9.3 . . Основными задачами устройств автоматики, защиты и сигна­ лизации являются: защита каждого выпрямителя от перегрузки его по току и по перенапряжению, автоматическое отключение любого выпрямителя при перегорании сигнальных предохраните­ лей, сигнализация о перегорании предохранителей, сигнализация о срабатывании устройств защиты, автоматическое включение выпрямителя при восстановлении напряжения сети после отклю­ чения, задержка отпускания входных контактов на 0,8 ·с при отключении одного из вводов внешней сети, удержание контактое при уменьшении напряжения сети до 50% номинального значе­ ния и автоматическое отключение выпрямителя при повреждении 118 •
Таблиц а 9.3 Выпрямленное напря- Выпрямленный жение, В ток, А Номиналь- I(о~фици~ ная выход- тип выпрямителя ная мощ- К.п д. ент мощ• • НОМ\1- выставляемые макси- мини- ность. кВт ности наль- значенl'Я маль- маль- ное ный ный ' 1 ВУЛС 24/130-2 24 23 ... 26,4 130 26 3,1 0,7 0,6 21 ,2 20,8 ...22 130 26 2,8 0,68 0,55 ВУЛС 24/260-2 24 23...26,4 260 52 6,3 о, 71 0,60 21,2 20,8 ... 22 260 52 5,5 0,68 0,55 ВУЛС 60/140-2 60 59" .64 140 14 8,4 0,82 0,62 ВУЛС 60/260-2 60 59-64 260 26 15,6 0,83 0,65 ВУЛС 220/14-2 208 203-214 14 2,8 2,9 0,75 0,62 - одной из фаз напряжения сети переменного тока. Кроме того, эти устройства позволяют ограничить выпрямленный ток на уровне (105+ 10) % номинального и избирательно отключать один из двух работающих выпрямителей, выходное напряжение которого _превышает (115+5) % максимального значения. Выпрямители В УЛ, входящие в состав ВУЛС-2, созданы на базе выпрямителей БУК и имеют с ними одинаковые схемы сило- . вой ,цепи и стабилизатора. В динамическом режиме работы ВУЛС-2 имеют меньшие изменения выходного напряжения и меньшее время выхода на статический режим по сррвнению с вы­ прямительными устройствами ВУЛС. Улучшение динамических характеристик ВУ ЛС-2 стало возможным благодаря применению в системе регулирования дросселя насыщения с внутренней об­ ратной связью и оптимизации выходного сглаживающего фильтра. Существенным недостатком выпрямительных устройств ВУЛС и ВУЛС-2 является резкое возрастание выходного напряжения до (150 ." 200) % номинального значения при коротких замыка­ ниях в нагрузке. Указанные перенапряжения могут представлять. опасljость для питаемой аппаратуры связи, поэтому для их огра­ ничения была проведена модернизация устройств ВУЛС-2. Модернизированная модель выпрямительного устройства ВУЛС-2 получила наименование ВУЛС-3. В ней предусмотрена (рис. 9.4) возможность разряда энергии дросселя фильтра при до­ стижении на нем заданной величины напряжения, в результате чего удалось ограничить верхний предел выходного напряжения на уровне примерно 120% номинального значения. Схема огра­ ничения содержит тиристор VSJ, диоды VDJ и VD2, импульсный трансформатор Т 1 и блок управления тиристором БУ. Если в на­ грузке происходит короткое замыкание, то при срабатывании пре­ дохранителя или автомата резко уменьшается ток, протекающий через дроссели фильтра. Возникающая -при этом э. д. с самоин­ дукции изменяет полярность напряжения на дросселях LJ и L2, вследствие чего через трансформатор TJ по цепи VDJ, VD2 и L2 пройдет ток и блок управления выдаст на управляющий элек- 119
трод тиристора сигнал для его включения. Учитывая, что на аноде тиристора по отношению к ~атоду в это время будет по.Ложитель~ ный потенциал, тиристор VS 1 откроется и за шунтирует дроссели LJиL2. Таким образом, включение тиристора VS 1 позволяет устра­ нить на выходе сглаживающего фильтра перенапряжения за счет э д. с самоиндукции дросселей Ll и L2. В остальном выпрямительные устройства ВУЛС-3 не отлича­ ются от устройства ВУЛС-2. 9.5. ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ УСТРОйСТВА ДЛЯ ЗАРЯДА И СОДЕРЖАНИЯ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕИ Выпряi\штельное устройство ВУК 8/300 предназначено для за­ ряда двух или трех элементов аккумуляторных батарей и при­ меняется обычно в источниках электропитания с автоматической коммутацией аккумуляторных батарей. Выпрямитель ВУК 8/300 обеспечивает на выходе выпрямленный ток до 300 А при макси­ мальной выходной мощности 2,4 кВт. Рабочие пределы уставки то­ ка составляют 60 ". 300 А, причем обеспечивается его стабилиза­ ция с точностью 11-S % при изменениях напряжения однофазной сети переменного тока - 15 .. +5% номинального значения, час­ тоты 49 ." 51 Гц и выпрямленного напряжения 4 ". 8,7 'В. В режи­ ме изменения выпрямленного напряжения 2 ." 10 В установлен­ ный выпрямленный ток-может уменьшаться на 20%. В выпрями­ тельном устройстве предусмотрена возможность двухступенчато­ го заряда батареи, когда с помощью реле зарядный ток, установ­ JJенный в пределах 300 ". 150 А, автоматически уменьшается· до 150..60 А. В выпрямителе БУК 8/300 предусмотрена защита от коротких замыканий, к п. д. его в режиме максимального выходного на­ пряжения и тока не менее 0,61, а коэффициент мощности не ниже 0,6. Выпрямитель содержания ВС 6/8 предназначен для подзаряда кислотных аккумуляторных батарей. Выпрямитель обеспечивает максимальные значения напряже­ ния до 8 В н тока до 8 А. Допускаемое отклонение стабилизиро­ ванного выпрямленного напряжения составляет +2% при измене­ ниях тока нагрузки 0,4 ." 8 _},., напряжения сети 187 ". 242 В и частоты 49. 51 Гц. В выпрямителе применен стабилизатор ре­ лейного тока, установка выходного напряжения осуществляется с помощью потенциометра и имеется схема ограничения выходного тока до значения 9 А.
9 6. ВЫПРЯМИТЕЛИ ДЛЯ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ МАЛОЙ МОЩНОСТИ Выпрямительные блоки ВБ 60/5-2, ВБ 60/10-2 н ВБ 60/15-2 обеспечивают на выходе 1ма.ксИ1мальные токи 5; 10 и 115 А. При изменении тока наг1рузк~ от 5 tдо 100% 1максИ1мального значения, частоты 49,5 до 50,5 Гц и напряжения сети от 176 до 242 В на вы­ ходе выпрямитеJ~ей обеспечивается напряжение 58 ... 64 В. Если частота питающей се-~:и изм~еняется от 48 до 52 Гц 1и напряжение от 165 tдо 242 В, то при тех же изменениях тока нагрузки выход­ ное напряжение лежит в пrре,щелах 154 ... 72 В. · Стабилизация выходного напряжения выпрямителей осущест­ вляется с помощью фер,рорезонансных стабилиз.аторов. Для каж­ дого в_ыпрямителя нормируется псофометрическое значение пуль­ сации, которое не превышает 0,005 В. К. п. д. выпрямителей со­ ставляет 0,6 ... 0,65. Пара одноИ1менных выпрямителей совместно с блока1ми автоматики и заря,да (БАЗ 1и БАЗ-2) й резервной акку­ муляторной батареей .могут использоваться в качестве и-сrочнrика электропитания сельских ТtеЛефонных станций. В состав блоков БАЗ и БАЗ-2 входят вольтодобавочный выпрямитель, rкоторый сов­ местно с рез~рвным выпря1М1ИТ€Лем ВБ rиспользуется для заряда акку1муляторной батареи, ~выпрямитель содержания, ус"11ройства ав­ томатики, ком1мутации, защиты и сигнализацИJи. С 1выпрями'Геля1ми ВБ 60/5-2 и ВБ 60/10-2 rприменяется блок БАЗ, а с выпрямителем ВБ 60/15-2 - блок БАЗ-2. Предельное напряжение, получаемое для заря1дJКIИ батареи, 84 В.· В у~становке элекТ1ропитания обеспечивается .переключение на­ грузки с выпря1м1ителей на аюкумуляторную батарею с пе,рерывом до 0,5 с, 1пер1е!КJ}Ючение с батареи на выпрямит,ели без комrмутаци­ онного перерыва, включение резервного выпрямителя и вольто­ добавочного выпряrмиТ€Ля, переключение батареи из режима за­ ряда в ~реЖ~и1м ооtдер-жания, а также сигнализация об уменьшении выходного напряжения ниже 58 В. Блоки ВБ 60/5-3, ВБ 60/10-3, ВБ/15-3 и БАЗ-3 имеют то же назначение, что и рассмотренные выше блок!И с индексом «2». В блоках с индексом «3» применены регулируемые тиристорные вы­ пря~м1ител1и, эти блоки обеспеч1ивают безобрывную коммутаr_чию на­ грузюи при переходе с основного источника на резервный и об­ ратно. По сравнению с ранее выпускаемыми в новых блО1ках у1меньшены габа1риты и масса, унифицирована 1конст,рукция, ~по­ вышены к. п. д. и на;цежность, предуамотрена плавная 1реnулиров­ ка выходного на1пряжения. Выпрямительные блоки содержат од­ нофаiный мост, в ~котором .прИ1меняются два диода 1и два тиристо­ ра. Схема у:правЛ1ения включ~ением Тlиристоров состоит из генера­ тора пилообразных ~импульсов (ГПН), 1усилиrеля сигнала абрат­ ной связи и фор.мИ1рователя ~импульсов. В блоках предусмотрены устройст,ва ограничения выходного -гока и на1пряжеН1ия м введена защита нагрузки от перенапряжений. 121
Табпица9.4 В состав электропитающей установки входят основной и резервный блоки выпря- / мителей и блок автоматики и защиты БАЗ-3, который обеспечивает автоматиче­ ский ввод резервного выпрямителя, безоб­ рывное подключение к нагрузке аккумуля­ торной батареи в случае отключения основ­ ного выпрямителя, подключение резервногG Тип блока ВБ 60/5-3 ВБ 60/10-3 ВБ 60/15-3 БАЗ-3 Масса, кг 63 82 92 38 выпрямителя для заряда аккумуляторной батареи и перевод ее в ре.жим содержания, сигнализацию о состоя­ . нии выходного напряжения и предохранителей отдельных блоков. Га1баритные размеры каждого из блО1ков . составляют 600 Х Х 360Х'455 м:vi. Данные о 1масое блоков пр1ивед>ены в табл. 9.14. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ . • 1. В чем заключается принципиальное различие схем стабилизации выпря­ мителей ВУК и ВУТ? 2. Что позволило ограничить перенапряжения на выходе ВУЛС-3 и на сколрко по сравнению с ВУЛС-2? З. Основные особенности схем блоков ВБ с индексом «3» по сравнению с блоками ВБ с индексом «2». · • Гл а в а 10. УСТАНОВКИ БЕСПЕРЕБОйНОГО • ПИТАНИЯ 10.1 . ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ -Под установкой беоцеребойного питания (УБИ) 1пони1ма.ется со­ вокупность у·ст,ройств и .источников элек11ро,питания, обесп>ечиваю­ щих бесперебойную подачу эл~ектроэнерги~и 1к аппаратуре как 1при исправном 1состоянии сети ~питания 1или резервного ~источника дли­ тельного ,действия, напр'имер собственной ел~ектростанции 1nред­ прияТ1ия связи, так и при их 011казе. В .состав УБП входят преоб­ разовател1и элек"nроэнергии, ,резервный ~источник электропитания крат1ковр1еменного действия и устройст.ва, обеспечивающие взаи­ модействие элементов УБП 1меЖ~ду собой и установ1кой электропи­ 'Гания предприятия связlИ. В названии· УБП обычно о'Гlмечаю'Гся ~признаки, характеризую­ щие 'nИП ·применяемых преобразователей и ~резервного ~источника. Например, широко распрост,раненная установка ~постоянного то­ ка с использованием .выпрямителей 1и аккумуляторных батарей но­ сит название выпря1миТ~ельно-аккумуляторной УБП 1или сокращен­ но УБП-ВА. Уместно за1метить: •В 11ехничеокой .литературе часто смешивают поня11ия установок бесперебойного и гарант~ированно- - го электропитания. Принциmиальная разница 1между ними состо- !22
ит в том, что в установ1ках 1гаранТ1ированного элекnропитания до­ пускается перерыв на время ввода в действие резервного источ­ ника, например автома"nизированной дизельной электростанции, в то .время ~как 1к У.БП .пре,J:r.ъявляе-гся Т1ребование о мгновенном, бесперебойном вводе ,в действие ~резервного 1и'сточни.ка. Это· важ­ нейшее трtебование существенно ограничивает юруг ~пригодных к применению ,в УБП резервных источников 1и практичеоки в насто­ ящее время имеется лишь один источник - а1к·ку~муляторная бата­ рея, который в полной мере отвечает требования1м УБП. 10.2. ВЫПРЯМИТЕЛЬНО-АККУМУЛЯТОРНЫЕ УСТАНОВКИ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА УБП-ВА При работе выпрямителя И1 (рис. 10.1) обеспечивается элек­ тропитание нагрузки Z и непрерывный подзаряд аккумуляторной батареи GBJ. При отключении переменного напряжения или пов­ реждении выпрямителя нагрузка бесперебойно получает питание от аккумуляторной батареи, время разряда которой выбирается исходя из условий эксплуатации, надежности электроснабжения, оборудования и состава электроустановки предприятия связи. Время разряда батареи должно быть достаточным для устранения причины, вызвавшей отключение выпрямителя. После восстанов- . . ления напряжения на выходе выпрямителя питание нагрузки и заряд батареи происходят одновременно. По мере заряда батареи напряжение на нагрузке начинает повышаться и достигает макси­ мума к концу за~яда батареи, после чего батарея будет переве­ дена в режим I;Iепрерывного подзаряда и напряжение на нагрузке стабилизируется и будет определяться стабильностью напряжения выпрямителя. · Если обозначить напряжения разряда, заряда и непре~рывного подзаряда че.рез Ир, Из 1и Ип, то 1при п а1:к~ку,муляторах в батарее б6лI>шую часть времени напряжение на наf\руз1ке бу.дет •составлять пИп при возможных ма•кси•мальных 1из1менениях п ( И3-Ир)В. Для кислотных аюкуму.ляторов эти напряжения составляют: Ип= (2,2+ +0,05) В, И3 = 12,3 ... 2,35 В и Ир= 1,715 ". 1,8 В. Таки1м образом, для батареи с 30 а~ккумул·яторами. 1пред!е.льные колебания напря- С81 ' I Рис. 10.1 . Структурная схе­ ма УБП-ВА Простейшая установка УБП-ВА должна содержать аккумулятор­ ную батарею и выпрямитель. J(f К2 Zf !JKH Рис. 10.2 . Структурная схема УБП с противоэлементами 123
жения на выхме установки могут дос11игать 18 В, что для но­ минального напряжения 60 В составит 30% Указанные колеба­ ния выходного напряжения являются единственным заметным не достатком установки, ограничивающи\1 область ее применения. Выпуакае\1ое оборудование позволяет достичь высоких техни1ко- • эконо\1ических показателей установюи тю сравнению с другими ви­ дами аналоличных установок, особенно в част~и надежносТIИ и ус­ тойчивости работы при питании современной аппаратуры Введение в установку рис. 10 1 средств стабилизации выход­ ного напряжения П1р1иводит к некоторому ухудшению ее экономи­ чесюих показателей 1и надежности На рис 10 2 приведена стр)'IК­ турная схема установки, в ~которой стабилизация выходного на­ пряжения осуществляе11ся с ~помощью так называемых противо­ эле\1ентов, в качестве которых могут применяться полупроводни ко вые диады VD 1 и VD2 Число диодов в схеме зависит от тре­ бований к стабильности выходного напряжения, его значения и пара\1етров диодов В нор~мальном режиме нагрузка Zl получает питание от выпрямителя Vl и напряжение на ней составляет (пХ Х 2,2·- И1-И2) В, где И1 и И2 - ~падения напряжения на диодах VDJ и VD2 В случае отключения выпрямителя напряжение на выходе установки начнет уменьшаться и устройство контро­ ля напряжения УКН буд.ет выдавать ~команды для шунти­ рования диодов В ~конце разряда батареи GBJ должны быть шунтированы оба диода. При восстановлении напряжения на вы­ ходе выпрямителя начнется заряд ашкумуляторной батареи, на­ пряжение на наnрузке будет возрастать, 1и при достижении им- за- _ данного значения реле контроля напряжения размыкает сначала один контакт (Kl), затем JJ.ругой (К2). В конце заряда аккуму­ ляторной ~батареи напряжение на апюаратуре будет (п·2,35- -И1-И2) В Следовательно, максИJмальное из1менение выл.одного напряжения установки будет (n·0,6 - И1-И2 ) В. Напримt;р, при 30 аккумуляторах 1и падении напряжения на каждо\1 диоде 1,5 В это изменение юоставит 15 В Изменение выходного напряжения в схеме 1рис 10.2 можно !Уменьшить, если вместо одного д1иода VD 1 и VD2 ~включить последовательно два. rПри этом оТ~клонение вы­ ходного напряжения составит 12 В Из\1еняя число r~рупп и число диодов в них, ~можно ~повышать точность поддержания напряже­ ния на нагрузке. Применение противоэлементов связано с поте­ рями, поэтому подобные схемы нашл1и применение для п~итания · нагрузок, тоюи которых составляют десятки ампер _ ШИtрокое ~применение получили установки УБП-ВА, в которых стабилизация выходного напряжения осуществляется автоматиче­ ским подключением или отключением групп аккумуляторов (~рис. 1О 3). В нормально\! rреж~име работы автоматы Q 1 и Q2 ~(рис JO 3) за\1кнуты 1и нагрузка получает питание от выпрямите.лей И 1 . ИЗ и основных эле.ментов GBJ и GB2 бу~ферной батареи. Ес­ ли напряжение на выходе выпрямителей отсутствует, нагрузка питается от основных эл~е.ментов GBJ и GB2, напряжение которых ло мере раз.ряда начинает у~меньшаться J24
+--___,г ----t-i~св!--~ __.,, ---+-11-овz- -г--1---1г- (f fJ5 fJб СВ5 L________ -- ""--++ _........ К нагрgзкс (-o!JB) /( HU.lP!JЗKt: (+ 60О) Рис 10 3 Структурная схема УБП ВА с автокоммутацией батарей на выходное напряжение 60 В UJ UЗ - буферные выпря\lители U4 - резервный зарядный выпрямитель, US Uб - заряд вые выпря\lнтели GBl GB2 - группы основных элементов аккумуляторных батарей, GB3 GB4 - группы дополнительных элементов первой ступенн GBS GB6 - группы дополнитель иых элементов второй ступени А! -устройство автоматической коммутации аккумулятор вых батарей АКАВ При· понижении нап~ряжения до заданного уровня ~подключа­ ется первая ступень дополнительных элементов GB3 и GB4 раз­ мыканием контактов 1 и 2 и замыканием контактов 1 и 3 конта1к­ тора Kl.~Ha вре~мя переключения конта1кгов питание нагрузюи про- 1изводится через диод VD2. После переключения контакгов после­ довательно с основными ~подключается ~первая ступень допопни­ те.льных элементов и: наILряжение на нагрузке скачком повышает­ ся примерно на 4 В В п.роцеосе дальнейшего разряда батареи на­ пряжение вновь будет у~меньшаться и после достижения заданно­ го мини~мального значения произойдет подключение второй ступе­ ни дополнительных элементов. Процеос ~подключения второй сту­ пени дополнительных элементов полностью повторяет под,ключе­ ние первой ступени и в нем участвуют контактор К2 и диод V D3. Разряд полностью подключенной аюкумуляторной батареи будет продолжаться до тех пор, пока выходное напряжение УБП не до­ с-гигнет заданного минимального значения. Вели до этого момен­ та напряжение на выходе выпрямителей не восстановится, то произойдет отключение установки. Практически до такого состояния аюкумуляторная батарея не доводится, ~поскольку на предприятиях овязи применяются резерв­ ные 1источниК~и переменного ТО!Ка. 1Пр~и ~восстановлении работоспо­ собности выпря1мителей батарея начинает заряжаться и напряже­ нае на ней рас11ет. При достижении заданного напряжения уст­ ройство ~контроля напряжения выдает команду на отключение второй ~ступени -~дополнительных элементов, 1котцрая дозаряжается 125
своим зарядным выпря1мителем Иб. Далее то же происходит с первой сту~пенью дополнительных элементов, которая заряжа,ется выпря.мrителем ИБ. Основная гру1ппа заряжается до напряжения 2,3 ". 2,35 В на один акку.мулятор, .после чего батарея переводит­ ся в режим непрерывного подзаряда и выходное напряжение п,ри­ нимает исходное значение. ~Верхний ~предел выходного напряже­ ния установки определяется напряжением заряда основной nруп­ пы батареи, а нижний - принятым режимом разряда батареи с_ учетом падения напряжения в уст,ройстве коммутации включая . падение на диоде. К положительным ~качествам схемы с автома­ тической ,коммутацией ак.кумуляторов следует отнести ее высокий к. п. д. и простоту схемных решений силовой части. К. 1п. д. этой установки ~практически такой же, как у буферного выпrрнмителя. Однако в связи с повышением требований 1К средствам элект­ ропитан~ия новой эле.к11ронной аппаратуры стали заметны нмо­ статки установок с АКА!Б. К ним следует отнесТ~и: стуrrенчатое из1менение вы..ходного напряжения, при котором ма1кси,мальные отклонения достигают 6 ... 7 18; u - v труднос11и резервцрования i)'Строиства автоматическои комму- таи:ии батареи; отсутствие достаточно ~простой 1и гибкой оистемы формирова­ ния электропитания отдельных частей наnруэки с разными требо­ ваниями по электропитанию; неполное использование ем1кости аккумуляторов бата~реи. Для получения выходного напряжения 24 В применяется ус­ тановка с мной группой ~дополнительных 1элементов, ~которая со- ,держит два ~последовательно включенных аюку1МifЛЯТО,ра. Прин­ цип действия у1становки ~кой же, как у расамотренной выше. На практике могут встретиться 1и другие способы применения ком1му­ тирующих устройств, отл1ичающиеся как 1опособами подключения ак,кумуляторной батареи к нагруз.ке, так и управлен1Ием коммути­ рующими устройс11вам1и. Перспектищ-IЫ УБП, в которых стабlилизация выходного на­ пряжения осущесТlвляется полупроводниковыми стабилизаторами напряженIJ:я. Установк,и этой ~категории ~могут быть разделены на два вида. В первом -стабилизаторы •работают только. при умень­ шении выходного напряжения ниже заданного предела, т. е. ра­ ботают 1в вольтодобавочном режиме, прrи ~котором напряЖ1ение на наnрузке является суммой напряжений бата1реи и стабилизатора. Такие ·стабилизаторы называются вольтодобавочным~и преобразо­ вателями. Во втором ~виде ,установок стабили:з-аторы поддержива­ ют напряжение на наnрузке ,постоянным ка1к 1при ·снижении на­ пряжения выпря1мителя или батареи, так и при его увел1ичении. Такие стабилизаторы включаются между нагрузкой. и общей точ­ кой подк.лючен~ия выпрямителя и бата,реи. В установке бесперебойного электропитания с вольтодобавоч­ ным преобразователем 1СВД1П) (рис. 10.4) в нормальном режиме работы наI1рузка 1получает питание от ВЬIIПJрямителя V1, к кото­ рому подJКtЛючена ак,ку:м1уля~арная батар1ея, находящаяся в режи- 126
Рис. 10.4 Структурная схема УБП с вольтодобавочным преобразова- телем· u J - буферный выпрямитель; U2 - заряд­ 'НО-буферный выпрямитель, UЗ - вольтодо­ <lавочный преобразователь (ВДП); GBI -- uесекционнрованная аккумуляторная ба­ тарея, обходной диод VDJ может быть ис­ ключен VJJf --г f СВ! ..L ме непрерывного подзаряда. При не,работающем выпрямит,еле .(} 1 источником !Питания ~служит акку,муляторная бата~рея. На время включения ВД1П И3, которое прибл 1изительно составляет 10 мс, напряжение на нагруз1ке будет меньше напряжения батареи на вел,ичину падения на,пряжения на д1иоде VD 1. ~После в.к.лючения в работу ВДП формирует постоянное напряжение, равное ~разности между заданным надряжением на нагрузК!е и напряжен~ием на 1ба­ тарее. По мере ,раз~ряда батареи напряжение на ,выходе 1ВДП рас­ тет. Ког1да ~появляется на1пряжение на выходе выпрям1ителя и на­ пряжение на батарее повышается JI.O заданного значения, 1ВДП от­ ключа1еТ~ся. Напряжение на нагрузке будет ма1ксимальным при заряде а,кку.муляторной батареи •и ~составит (2,3 ... 2,35) п-ЛИ, где п - число послещовательно соединенных а1кку~муляторов, 1ЛИ - 1па­ дение напряжения на диоде VDJ или на выпрямителе ВДП. Основные ха,ракгер1исти1юи ВДП JI.ЛЯ УБП на напряжение 60 В следующие: Номинальная выходная мощность, Вт Максимальный выходной ток, А Минимальный выходной ток, А · . . . Пределы изменения выходного напряжения, В Частота преобразования, кГц К. п. д. при максимальном выходном напряжении, % Псофометрическое значение пульсации, мВ Габаритные размеры, мм Масса, кг .. 1200 100 10 1". 12 20 65 2 568Хб12Х476 70 Однотипные ВДП могут работать 1па1раллельно на общую на­ ·грузку, пр1 и этом число их не огранrичивается. Это стало воз1мож­ ным благодаря вве.д~ению в схему ВДП 1ограничителя. тока нагруз­ ~КИ. Ра1ботая 1в 1составе УБП, ,вольтодобавочный преобразователь после снижения входного напряжения 1до 51 В вносит в цепь на­ трузки падение напряжения не более 1,6 В, ~по 1истечени1и 6 ... 10 мс напряжение на нагрузке поднимается до 56,3 В. Время выхода ВДП на режим не превышает 35 мс. Выходное напряжение ре­ nули,руется п~ри по,мощи ш~иротно-импульсной модуляции на час­ тоте преобразования 20 кГц. Сигналы, ;у:правляющие ~инвертором, формируются устройством управления 5 (см. рис. 10.5). Напря­ жение, снимаемое с делителя, в.к.люченного ~параллельно нагрузке, <Сравнивается с опорным напряжением. Сигнал ошибк,и сум1миру­ -ется с напряжением генеJрато,ра пилообразного напряжения. 1В ре­ зультате формируюТ~ся ~импульсы у~правлеН1ия различной длителъ­ НОС'ГИ. На. 1выходе у~стройс"nва у1правления образуются две по1следо­ ваrельнос11и ш1иротно ...модулированных· ~импульсов, причем 1QJI.нa 127
- Рис. 1О 5. Структурная схема вольтодобавочного преобразователя (ВДП): 1 - входной фильтр нижних частот (ФНЧ); 2 - инвертор, выполненный по двухтактноn схе· ме со средне!! точкоn; 3 - вспомогательный усилитель; 4 - выпрямитель; 5 - устройство управления; 6 - датчик тока; 7 - ФНЧ последовательность с.двинута относительно другой на 180°. Далее эти импульсы усиливаются 1усилителем 3 и подаются на базы транзисторов инвертора 2, выполненного по двухтактной схеме. Датчик тО1ка б выдает соответствующий сигнал при достижении максимальной вел1ич1ины тока нагрузки, 1в 1 результате чего оnрани­ чивается ширина импульса управления. Двухполу.периодный вы­ прямиТ~ель 4 преобразовывает последовательность двухполярных импульсов в ~последовательность однополярных импульсов, ~кото­ рые интегрируются ~выходным ФНЧ 7. 1 Позиция 1 - входной ФНЧ. Рассмотренная УБП {рис. 10.4) отличается от описанных вы­ ше более высокой стабильностью, отсутствием 1резюих отклонеНIИЙ выходного напряжения, в ней не используются электромеханиче­ ские ком1мутационные ~устройства, установка обладает высокой на­ дежностью 1и позволяет наращивать выходную мощность введени­ бМ дополнительных бло1ков. Одна1ко к. п. д. этой установки по сравн-ению со схемой, изображенной на рис. 10.3, ниже из-за па­ дения напряжения на диоде или потерь в вольтодобавочном пре­ образователе. На рис. 10.6 изображена схема установки бесперебойного пи­ тания с н·оминальным напряженибм 60 В с постоянно работаю­ щим стабилизатором. 1 В нормальном режи1ме ~питание нагруз.ки произв0~дится от нестабилизированного выпрямителя И 1 через стабилизатор напряжения, контактор К2 замкнут. Аккумулятор­ ная батарея, отключенная от нагрузки 11иристором VS 1 и диодом . VDJ, находится в режиме сощержания. ~При неисправном состоя­ нии выпрямителя И 1 устройство управления ,включает 11иристор и батарея подключается к стабилизатору напряжения. Во избежа- - 128 ur_ ,_.....--1ycтpotlcm80 упра8лешт 1-----<t---t ---t - ---1 Стаои ли - ...........~ затор напряжения VDJ Рис. l 0.6 Структурная схема УБП с постоянно работающим стабилизатором: И 1 - нестабнлнзированный выпря..~и тель; U2 - выпрямитель заряда и со· держания аккумуляторной батарев GBJ; К! - шунтирующий контактор, К2 - контактор для подключения бата· реи к нагрузке при понижении напря· жения
ние потерь надряжения тиристор шунтируется ~контактором К!. Одновременно с э11им отключае11ся выпрямиТ~ель U2. По ~мере раз­ ряда батареи стабилизатО!р 1подщерживает на1пряжение на нагруз­ ке с заданной точностью. 1П1р~и восстановлен1ии напряжения внеш­ не-И сети напряжение на выходе выпрямителя И 1 превысит за­ данное значение, тиристор VSJ и контактор KJ отключают бата- 1рею, которая автоматически ~переходит в реж1им заряда от вы- 1прямителя И2. В режИ1ме з"аряда ак.ку1муляторной бата1реи крн­ такты конта1ктор'3 К2 размыкаются, поэтому повышенное напря­ жение на нагрузку не попадает. Диод VDJ служит для подклю­ чения батареи ~ нагрузке в случае неисправности стабилмзатора или аварийном понижении напряжения при коро'Гком замыкании 1в нагрузке, что ~позволяет снизить требования 1К ,переnрузочной спо­ собности стабилизатора. Описываемая УБП отличается высоюим ~качеством выходного на­ пряжения ,как в статичеоком, та1к 1и в динамическом режи,мах рабо­ ты. Опыт разработки 1и создания 'Гранзисторных стабилизаторов на­ ,пряжения показывает, что схема обеспечивает статическую неста­ бильность не хуже + 2 % в широком диапазоне изменения нагрузки и питающего напряжения. Динамическая нестабlильность схемы при 1максимальных 011клонениях ,параметров наnрузюи в ~пределах номи­ нального значения определяется возможностями ~стабилизатора, ко­ торые Qцениваю'Гся полным временем переходного процесса ~менее 100 мс и относительно небольшими кратковременными изменения­ ми выходного напряжения. 10.3. УСТАНОВКИ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ С ТРЕХМАШИННЫi\'lИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ Установки с треХ~машинными преобразователями УБП-Т•МП предназначены для бесперебойного электропитания аппаратуры связи напря:жением переменного тока" В состав этих УБП входят также опорная аъ.ку,муляторная бата1рея и стабилизатор напряже­ ния питающей сеТlи. Трехмашинный преобразователь состоит 1из асинхронного двига'Геля, двигателя постоянного тока и синхрон­ ного генератора, объединенных конструкТ~ивно на одном жес11ком валу. Электродвигатели предназначены для приведения в дейст­ вие синхронного генератора, который питает нагрузку. В табл. 10.1 приводятся параметры УБП-ТМП с трехмашинными преобра­ зователями с выходной мощностью 24 1и 50 ,кВт. УБП-ТМП с выходной мощностью 24 кВт состоит из двух ра­ бочих и одного резервного ~преобразователей. Для управления ими служит оборудование, раЗ1мещаемо-е на специальных панелях. На панелях ПУ 1 и П У2 (рис. 10.7) находится оборудование управления рабочими преобразователям,и ПР 1 и П Р2, в состав каждого из которых входят-синхронный генератор, двигатель по­ стоянного тока и асинхронный двига'Гель. К этим панелям подво- 5~135 129
Таблица 101 Наименование параметра Род 1'ОКа питающей сети Входное напряжение, В допускаемые 011клонения напряжения, % Частота, Гц Отклонение частоты, % Номинальное входное напряжение дви гателя постоянного тока В Выходное напряжение УБП В Допускаемые отклонения в~ходного на пряжения, % Отклонение частоты выходною наnря жения, % Кпд при работе от сети пере~енного тока от а~кумуляторной батареи ~апряжение питааия цепей управления, " . Номинальное значение Трехфазный переменный 380/220 +10, ~15 (±10) 50 +2 (+ 1,5) 120 3Х400 +-2 +4 (+2) 0,8 0,76 (0,65) 198 252 (21,6 26,4) П Р и м е ч а н и е В скобках указаны значения, относящиеся только к установке мощно• GTbIO 50 кВт дятся пос11оянное и переменное напряжения Напряжения от син­ хронных генераторов через панели ЛУJ и ПУ2 подаются на рас­ пределительную панель ПУЗ, на кюторую посту~пает таКЖlе пере­ менное напряжение от стабил1изатора СТС К вывмам панели ПУЗ подключаеТ1ся нагруз1ка. Панель ПУрез прмставляет собой распре~д~елительное усТ1ройство, предназначенное для подключе­ ния вручную резервного преобразователя П Ррез к узлу ушравле­ ния любого из за1мещаемых ~рабочих преобразователей 1Выцря1ми­ тель И ~служит для заряда аюкумуляторной батареи GB. В нормальном режиме работы ~механическая энергия передает­ ся СИНХ!ронному генератору от аоинхронного двигателяt ~машина "-' '380 8 ПР! П!реэ Рис 10 7 Структурная схема УБП-ТМП на 24 кВт tЗО
111остоянного тока отключена и аюкумуляторная батарея находит­ ся в режиме соАержания Нагрузка получает питание от оинх.рон­ ного генератора, частота переменного напряжения определяется частотой се11и 1и «скольжением» электричеоких машин преобразо­ вателя Влияние последней причины зависит от загру~зки ~машины 11 для данного типа не превышает 0,5 Гц При отключении напряжения внешней сеги или отклонении ее • о ~параметров сверхдопустимых значении подается команда для под- ключения к аккумуляторной батарее двигателя постоянного тока, после чего оТ~ключается асинхронный двигатель В переходноv~ ретиме при номинальной наГ1рузке синхронного генератора часто­ та выходного напряжения снижается примерно на 3%, а его зна­ чение - на 2,5% Интервал от момента ОТlключения внешней сети до включения двигателя постоянного тока не превышает 60 мс. Продолжиrельность 1работы преобразователя от а~кумуляторной батареи определяется запасом ее емкости 1и вре\fенем восстанов­ ления напряжения переменного тока. При подаче наr;rряжения внешней се11и или при запуске собст­ венной электростанции преобразователь приводится в действие от асинхронного двигателя, и двигатель постоянного тока отклю­ чается. П1ри этом парамеТ~ры выходного напряжения синхронного гене~ратора находятся в пределах нормы, указанной в табл. 10 1. Процеос смены привода заканчивается под;лючением на заряд аккумуляторной батареи При неисправном состоянии преобразователя или при недо­ nус11имых ОТ1клонениях параметров напряженття на выходе оин· хронного генератора автоматичесжи подключается внешняя сеть и нагрузка получает питание через стабилизатор напряжения СТС. Возникающий при этом кратковременный перерыв в питании на­ грузки определяется временем срабатывания ко\1мутационных устройств~ Резервный преобразователь ~подключается вручную без перерыва в подаче mитания вследствие синхронности его напряже­ ния с частотой внешней сети. Для синхронизаUJии используется привод постоянного тока, после чего преобразователь переводится на привод переменного тока. Профилактичеокая замена рабочего преобразователя на ~ре­ зервный производится синхронным переводом нагрузки на ~внеш­ нюю сеть с посл~дующим включением 1рез>ервного преобразовате­ ля. Указанная заv~ена преобразователя не вызывает пере,рывов в питании нагрузки УБП с выходной мощностью 50 кВт изготовляется в двух ис­ полнениях. с двумя рабочими и одним ~резервным преобразовате­ лями и с одним рабочим и одним резервным Управление преобра­ зователями и подключение нагрузки осуществляется с помощью оборудования, размещаемого 1в шкафах. Напряжение внешней сети подается на шкаф ШРС (рис 10.8) и разветвляется на шкафы ШПТ и ШН, а также на выпрямители соде~ржания И 1 и заряда И2 Напряжения от синхронных генерато­ ров поступают на шкафы J}]ПТ и ШРП и от них-на шкафы ШН. 5• 131
, Рис 10 8 Структурная схема УБП-ТМП на 50 кВт: 1 400/2308 ; SОГц 6 Н!к8т ! '1'Шl/2Jtl8 50Гц .ЯJквт ШПТ - шкафы перемеьноrо тока, ШН - шкафы нагрузок, ШРП - шкафы резершюго преоб­ разователя, ШРС - шкаф резервной сети, СУ - станция управления, П ДУ - пульт диста1t· ционно1 о управ.1еиия, СТС - сетевой стабилизатор напряжения; GB - аккумуляторная бата• рея, И J ,• И2 - выпрямители К шкафа1м ШН, .каждый 1из которых ~имеет четыре однофазных и два трехфазных выхода (50 и 100 А соответственно), подключа· ются нагрузки. В этих шкафал производится так.же 1переключени.е питания нагрузо1к на внешнюю сеть или на резервный преобразо­ ватель. Напряжение постоянного тока ЧЕ1рез шкаф ШРС поступа­ ет на ста1ШJИИ rу.правления СУ двигателяvrи постоянного тока. В УБП преду1сvrотрены режимы повседневной_ и ~повышенной готовностн. В первоvr из них нет разграничения vrежду рабочим ~ u илп ,резервным преооразователямн, т. е. каждыи может выполнять функции п рабочего, и реЗорвного; во второ}л режi1ме Два преоб­ разователя работают параллельно на одну нагрузку. Процеосы работы УБП на 24 и 50 кВт в режиvrе повседневной готовности в основно\1 одинаковы, но при 01 к азе рабочего преобразователя в работе УБП имеются отличия В УБП 50 кВт нагрузка автомати­ чески пе~реводится на питание от внешней сети, подается команда на запуск резервного преобразова11еля, который после разгона синхронизируется с частотой сети .пптания, принимает на себя на­ грузку 11 переходпт на приво11. пере'Уrенного тока. Описанный про­ весе ~полностью автоыатизирован. Обратная за:v~ена .преобразова- u ,., телев выполняется оослуживающиvr персоналом. В ~режиме повышенной готовносп1 оба преобразователя рабо­ тают на общую нагрузку, 1причем ка)кдый ,пз них загруж~ен лишь наполовлну потребляемой 1ыощности. Пр.и повреждении любого 1из преобразова1'елей нагрузка питается от ис.правного, а неис.п.рав­ ный преобразователь отключается и останавливается. Из режима повышенной готовности в режим повседневной готовности УБП , пер€водится вручную. При С\1-енах привода и 1резюих изм~енениях нагрузки .качество напряжения питания У1БП на 50 кВт характеризуется следующи­ ми показателями. В случае работы 1Преоб,разователя на приводе переменного тока и ~резком увеличении нагрузки на 50 % номи- 132
нального тока преобразователя, уже наrруж-енноrо на 50% но­ ~минальной 1мощносТ1и, время 1пе1реходного про1.1,rесса не превыша­ ет 1 с, 011клонения от устан.овленных значений наП1ряжения ·состав­ ляют + 10% и частоты + 1%. С другой стороны, резкое увеличе­ ние ил1и снижение на величину 1полной мощности нагрузки может вызвать изменения напряжения 1до +20% и частоты до +2%. При работе на прrиводе ,постоянного тока и указанных выше 1из­ менениях на11рузюи ,колебания на,пряжения могут достигать + 1О% и +20%, а частоты +3% и +4%. Смена привода от переменноrо тока на привод от ,постоянного тока и обратно при н~минальной нагрузке может привести к 1 кра11ковременно1му изменению напря­ жения на + 10% 1и частоты на +4%. Недостатка,ми расомо11ренных установок УБП-ТМП является то, что они требуют значиrельных трудозатрат по обсЛуживанию электромашинных .преобразователей и ~устройст,в уп,равления, а также невысокая по сравнению с ~полупроводниковыми преобра­ зователями надежность из-за налич,ия вращающихся элемен гов конструкции и прижимных электрических контактов. К1роме тоrо, работа элекТ!ромашинных преобразовател1ей сопровождается шу­ мом, вследствие чего указанные агрегаты, как правило, выносятся в отдельные пОJмещения. 10.4. УСТАНОВКИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ИНВЕРТОРАМИ УБП-ВИ Применение в УБП-ВИ полупроводниковых выпрямителей и инверторов позволило значительно улучшить технико-эконо~1иче­ сжие показатели УБП 1переменноrо тока. Один из вариантов уста­ новки (рис. 10.9,а) состоит из выпрямителя И1, инвертора И2 и ак.кумуляторной бата1реи GBJ. В нормальном реж1им~е питание ин­ вертора· осуществляется от выпря1мителя. А1ккумуляторная бата­ рея iМOficeт быть либо отключ~на и находиться в режиме «содер­ жания», либо быть в режиме непрерывного подзаряда от выпрями­ теля И 1. При отсутствии напряжения внешней оети ,переменного тока инвертор пита1ется от аккумуляторной батар-еи до тех пор, пока не восстановится ,работа выпрямителя или не· будет исчер­ пан запас емкости аккумуляторной батареи. После 1восстановле· [jf l/2 CBl ~о) {JJ К lfагрузл е !JcmpoucmDo. упра8ления и контроля rf} ar Рис. 10 9. Структурная схема установки УБП-ВИ (а) и выпрямителя ТППС, входящего в состав УБП-ВИ (6), принципиальная электрическая схема ключа выпрямителя (в) 133
ния ра1боты ~выпрямителя питание ~инвертора 1вн,овь осуществляется от вып1рям1ителя, 1и акку~муляторная батарея ·став1и'Гся на заряд. В 1рассмот,р,еннО1м 1варианте ,установки ~могут быть 1п~ри.мен~ены выпускаемые .промышленностью унифицированные ~выпрямители, ~Инверторы и полуп,роводниковые ~коммутационные устройства. Вы- 1Прямител1и ~серии ТППС служат для ~питания 1инвер11ора 1и безобрыв­ ного подключения аыкумуляторной батареи. 1В состав выпр.Ямитель­ ного устройства (1рис. 110.9,6) входят нестабилизироваяный выпря- 1митель Ult выполненный по схеме Ларионова, ,ключ Ql 1для под­ ключ.ения аюку.муляторной батареи 1и :устройство 1контроля нап.ря· жения сеТ~и 1и у.правления ~работой ключа Ql. Ключ (рис. 1 10.9tв) со­ держит ,диод VD 1, тиристор VS 1 и ~контактор К. При 1снижении на­ пряжения сети переменного тока на 15 ... 20 % устройство управле· ния"1и 1КОНТ1роля ,подает сигнал на включение тиристоа VSJ и ~кон­ тактора К. Об,ратное переключение осуществляе11ся при ~восстанов­ лении напряжения се'Ги с выдерЖ~кой времени для иоключения вли­ яния пе~реходных процессов в ce'Jiи питания на режим ра1боты вы­ прямителя. Основные ,пара~м,етры выпрям,ителей ТППС-80, ТППС-160 и ТППС-320 приведены в табл. 10.2. В устано&ке для заряда и содеQжания аккумуляторной батареи понадобятся дополнительные ~выпрямители и~ ~устройства автома· Таблица 10.2 Наименование параметра Напряжение се11и, В Допускаемые о'Гклонения ~Напряжения се'Ги переменного тока, В Частота, Гц Допускаемые отклонения частоты, Гц НапряжеН1ие аккумуляторной батареи, В Предельные 011клонения напряжения, В Потребляемая от се11И мощность, кВт Коэффициент мощнос'Ги Пульсация выходного напряжения, % Выходное напряжение, В Предельные О11Клонения выходного на­ пряжения, В Максимальный выходной ток, А Напряжение на входе выпрямителя, при котором обеспечивается подключение ба­ тареи, В Напряжение на входе выпрямителя, при котором обеспеЧJивается отключение ба­ тареи, В к.п.д" !Не менее Число шкафов Масса,. кг, не менее Значения параметра 380 304."437 50 46,5".51,5 220 200".280 19,5 (ТППС-80) 39 (Т~ППС-160) 78(ТППС-320) 0,9 10 250 200".315 80(ТППС-80) 160(ТППС-160) 320 {ТПСС-320) 304".323 342 .. 361 0,9 1 (ТППС-80) 1 (ТППС-160) 2 (ТППС-320) 380(ТППС-80) 600(ТППС·160) 1ООО (ТППС-320)
~ического ~включения и оТ~ключения их. Недостатком вып,рямитель­ ных усТ~ройств ~серии Т1П1ПС ·явля1ется отсуТ1с11вие контроля напря­ жения на их выходе, что тр,ебует дополн1ительных 1средст.в контроля и запуска .1Ус11ройст,ва подключения аккумуляторной батареи. 1Инвер~оры ~унифицированной ·серии ТПС выполнены ;по схеме трех~фазного .параллельного !Инвертора. Система управления и ав­ томатичеакого ,регулирования обеспечивает стабильность ~частоты, фазы 1и выходного на,пряжения, ,возможность параллельной ,работы нескольюих ~инверторов на общую нагруз1ку 1и синхронизацию их внешни·м источником. Инверщры снабжены у;сТ~ройст,ва1ми сигнали­ зации, дистан!l!ионного управления и 1контрольным1и прwбора1ми. ~Вы­ ходной трансформатор позволяет изолировать нагрузку от нацря­ жения се11и постоянного тока. О1сновные 1па1раметры инверторов ТПС приведены •В табл. •10.3 . Для а.втоматическогю отключения нагрузки при недопу~стимых отклюнениях напряжения 1или тока 1в УБП можно п1р~и1м1енить ртклю­ чающее ;устройство типа ТКИ. Оно содерж1ит Т>рехфазный тирис­ торный ключ Q1, ~схему 1конт1роля напряжения 'И тока наг~руз,юи, уст­ ройство управления Т~иристорным .ключом и вспомогательный .вы­ прямитель U1, ~предназначенный для за~ряда ~конденсаторов, вклю- Таблица10.3 Параметр " Напряжение на .входе, В Предельные о'Гклонеиия входного напряже­ ния, в Выходное напряжение, В Отклонения выходного напряжения, не бо­ лее, % Пределы ус'Гавки вьiходного иапряжения, В Коэффици~нт искажения формы кривой выходного напряжения, не более, % Частота выходного напряжения, Гц О'ГКлонения частоты, IНе более, % Мощность, кВ ·А Число фаз К..п.д., не менее Колебания выходного линейного напряже­ ния при резких изменениях нагрузки от номинальной до холостого хода и напря­ жения на входе в пределах 200...280 В, не более, % дJI'Ительность переходного процесса, не бо­ лее, ыс допус'Гимая аоимметрия нагрузюи по фа­ зам, о/о Число шкафов Масса, кг Номинальное значение 250 200... 315 400/230 2 +20 5 50 1 lб(ТПС-16); 31,5(ТПС-31,5); 63(ТПС-63) 3 0,85 +25 200 30 2; 4(ТПС-63) 1050(ТПС-16); 1535(ТПС-31,5): 3000 (ТПС-63) 135
• сеть • Устроuст§о !lcrpoucт8o lJпра8ления ко1tтроля а) oJ Рис. 10.10. Структурная схема ТКИ (а) и 1Iринципнальная электрическая cxev ма фазы тиристорного ключа (6) . ченных в каждую фазу ключа (рис. 10.10,а). Устройством ~управ­ ления чер€з :каждый полу:период о'Гкрываются тиристоры VSJ и VS3 (:рис. 10.10,б) 'И 1переменный ток поступает 1в наг,рузку. Как только ю11клонения напряжения 11а нагруз1ке .выйдут 1за пределы_ +25% или ток наilруЗiюи превыаит ,в 1,7 ... ,2 раза номинальное зна­ 'Чение, i)Лс11ройство упр;:~,вления включает 'Гири-стар VS2, ,:конденсатор CJ разряжается через один из Т1иристоров VSJ ил1и VS3, ~после чего отюрытый ти,ристор за"К1рываеТ1ся. Одновремен·но с этим у•стройство управления блокирует подачу управляющих ·импульсов. В ТКИ предусмотр€на выде1рж1ка ~времени JJ.O 1 с, еслlИ 1выходное напряже­ ние ВЫХОд'ИТ за пределы + 10% !И -15%, НО не ДОСТ~l-IГа,ет +250/о номинального знач,ения. Устройства ТКИ ~рас,сч~итаны на токи 50 А и 100 А. Потери: ~мощности в ТКИ не превышают '5 %, а время от­ ключения нагрузки - 1 мс. Для автоматичеакого ~переключения нагруз1ки от неисправного источника :п~ременного тока на 1резер,вный .можно 1иопользовать r:f'CT• 136 о оо---~1 Сеть F1!2 l"""fЭI-. во-1::::::::::~ оснионая ~+-' llfllP!JJl\u. 11 #.с . cems t-t:==1-oв' '"-*"1--'vs 10 /lfзеpfllctfi r--ei-ivs 11r//8 С о--11==:1-+ ~-t-1-+-+----_. r;r ~;+---! V$7." VJ!l. Ycmpotlcmtlo yпpatll!e!ftlЯ Рис. 10.11. Структурная схем а ТКЕ
ройство ТКЕ. (рис. 1О. И). Уст,ройство 1с0Держ1ит электр1ичеакие клЮ­ чи, обiразованные пара1м~и тwри,сторов, 1включ1енных ~встречно-парал­ лельно. В 1состав ~ключа входят также устройства упр~вления по !fОК'У и напряжен1ию. В но,рмальных 1усл9виях питание нагрузки производится от основного источника че~р~ез па,ры VS1-VS2, VS3- VS4, VS5-VS6. 1При отклонении напряжения основного ~источника за установленные ~пределы, контролируемые датч1иками ВИ 1 ". ВИ3, устройство у1правления 1прерыва,ет ,подач,у импулъсов управления на !ГИристоры кл~чей основного ~источника, 1и 1в ~момент 1прохожден1ия мгновенного значения тока через нуль Т1иристо,ры запираются. Уст­ .ройство ,управления наЧ;инает выдавать ИJмпульсы управления на 1ключ1и VS7 ". VS12, подключающие наг.руз1ку к резервно,му источни­ ку. При срабатывани~и ТКЕ ~время 1пропаtдания напряжения на на­ грузке не превышает: ~по трем фазам - 3 м1с, 1по одной ·фазе - 10 !МС. В ТКЕ 1п1редусмотрена 1выд:ерЖ1ка времеН1и на срабатывание до 1 ·с, если отклонения .контролируемого напряжения лежат 1в цред1елах +10%, -15% ." +·25% номинального значения. ~Потери 1мощносТ1и ·в устройстве ТКЕ не пр,евышают 3%. ТКЕ 1рассч1итаны на ток на­ грузки 50 и 100 А. В УБП-ВИ ~можно применить однофазный инвертор с питаН1ием от 1постоянного напряжения 60 В типа ОИТС-60/220/16, рассчитан­ ный на .вых9дную ~мощность 3,5 кВ .1А. Инвертор выполнен ~по 1мос­ (l'ОВОЙ схеме с шунТ1ирующими диодами. ,на ,выходе с:юемы ~инверти­ рования образу~е'!\ся ,последовательность двухполя,рных прямоуголь­ ных импульсов, 1из которых 1С помощью ~феррорезонансного ~стаби­ лизатора .и резонансного фильт1ра получается ·стабил1из'Ированное синусоидальное однофазное напряжение 220 В +12 %. 'Коэффищиент ~искажения формы кривой этого на1пряжения не ·более 110%. Схема управл,еНIИЯ инв~ерторО1м поддерживает частоту выходного напряжения ,в 1цреtделах 50 ГЦ + 2 %. На пр:едприятиях 1авяз1и инвер­ торные установкJИ ОИТС-60/220/16 обычно .прiименяются 1в комплек­ те с выпрЯ1мительным·и устройствами ВУ.К и ,кислотными а~кумуля- торным1и ~батареями. • 10.5 . АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРО.tV\АШИННЫЕ УСТАНОВКИ С ИНЕРЦИОННЫМИ МАХОВИКАМИ Эти у~становки прим1еняются для питаН1ия аппаратуры радиоре­ лейных станций, ~работающих без постоянного присутствия обслу­ живающего персонала. Основу установ~и состамяют электрома­ шинные устройства и а.вТ1оматизированные д.изель-генерато,рные элект·ростанции. Эле:ктро1машинное i)'IСтройст.во состоит 1из двигате­ ля и генератора, •смонтированных на одном валу с 1ине~рщионными махови1ками. Установка 1пр~иводJится ·в tдействие двигаТ1е.JI1ем 'Пере­ менного тока. Ма~овик обеспечив_а,ет вращение генератора на вре­ мя за.пуска автоматиз1и,рованной электростанцИJи, 1предельное зна­ чение 1кото1рого i})авно '30 1с. Ком1пле.ктация установки электрома- 137
ш1инными усТ1ройствами и ~ди.зеЛьнЫJми эл~ектростанuщям1и опреде­ ляе111ся 11ребования1ми питаемой .аппа1ратуры и условия1м1и электро­ снабжения. В электромашинном устройстве АЛПМ-7,5 на одном жестком валу с двигат~елем й: гене1ратором омонтированы два инерщионных махови~ка 1В кО1мплект устройства входит шкаф ЩАГПМ 7,5, ко­ торый обеспечивает ~выполнение следующих операций пуск и ос­ тановку устройства, включая аварийную останов1Ку из-за неис­ правностей и отклонения выхо~дного нацряжения сверх.заданных пределов, необходимые переключения пр~и отключении и восста­ новлении ~входного напряжеН1ия п1еременного тока, автоv~атический запуск и останов.ку ~резервного устройства, подключение нагрузок, стабилизацию 1и ~контроль выходного нашряжения, защиту ус11рой­ ства от перегрузО1к в на1грузке и сигнализацию состояния устрой­ ства. Выходное напряжеН1ие устройства АГПМ-7,5 ЗХ400 В и мощность 7,5 юВт ~Номинальная частота гаранти1рованного пере­ менногю тока составляет 49,6 Гц. 1В случае работы }7'Стройства за счет запасенной ,маховиком энергии через 2 3 с допуокается сни­ жение частоты ~выходного напряжения до 42,5 Гц Нестабильность питающего напряжения при указанных выше пределах изv~енения частоты не JGyжe + 2,15% В номинальном 1режИ1ме работы\ устрой­ ство ИJМеет к п.д не хуже 0,65. Устройство АГМ-20-1 имеет один маховик, раоположенный между синхронным генератором 1и асин~ронныv~ двигателем и ~о­ единенный с ними с помощью 1му~фт. В комплект входит щит уп­ равления ЩАГМ-20М. Последний обеспечивает выполнение сле­ дующих операций. пу~ск, подключение нагруз.юи и останов1ку агрегата, включая аварийную остановку из-за его неисправности, при включении сети автоматический вывод агрегата на но· . 1м1инальное число оборотов после работы его за счет энергии махо­ вика, контроль режима ~работы, включая ~контроль напряжения и то- ка нагрузюи, регулирование выходного напряжения, сигнализацию о сос"Гоянии устройства. выдачу сигнала на запус1к ~резервного уст,ройства при повреж­ дении основного Устройство вырабатывает гарантированное 11рехфазное напря· жение 3 х 400 в МОЩНОСТЬЮ ДО 20 кВт Точность поддержания выходного напряжения при плавном изменении нагруGки не луже + 2 % н01v~инального значения Запас кинетической эн~ргии маховика обеспечивает отдачу генератором полной номинальной мощности в течение 20 с, при этом частота выдаваемого напряжения сних<ается до 43,6 Гц В номинальнО/М ретиме работы частота выходного нацряжения составляет 48,3 Гц. Количество автоматизированных по 11ретьей степени дизель-гене­ рато~рньrх электростанций может достигать трех. 1В ~комплект АГМ 138
может входить та1кже сетевой стабил1изатор напряЖJения, обеспе· чивающий создание обходной цепи для питания нагрузки непо­ средственно от ое11и. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Какая принципиальная разница между установками бесперебойного и га­ рантированногq питания? 2 Какие преимущества имеет схема с вольтодобавочными преобразовате· лями по сравнению с. АКАБ;~ 3 Сравните основные показатели УБП-ВИ и УБП-ТМП 4 Особенности установок с инерционными маховиками Гл а в а 11. ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ ПРОВОДНОЙ СВЯЗИ 11 1 КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИЕМНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПОДСТАНЦИИ В завиоимости от требований по надежности электроснабжения потребителя электроэнергии (электроприемники) предприятий связи подразделяются на 11ри категории. Из состава электропри­ емников первой каТ~егории выделяеrея особая ~группа поТ~ребите­ лей, предъя1вляющих повышенные требования к надежности элек­ троснабжения. К этой группе относят~ся: междуrюродные телефон­ ные станции, телеr~рафные станции и узлы, сет~евые узлы и узлы ав­ томатической коммутации, обслуживаемые усилительные пункты кабельных магистралей, районные узлы с.вязи (РУС) промышлен­ ных районов, объединенные телефонно-телеграфные станции, го­ родокие Т~елефонные станции емкостью более 3000 номеров. К первой ~категории относятся цен11ральные уоилительные стан­ ции (ЦУС) радиотрансляционных ~узлов, городоюие АТС, емкостью от 500 до 3000 номеров, 1оельокие АТС, РУС сельскохозяйственных районов, а 1К второй категории - опорные 1И усилительные под­ станции, блок-станции и станции радиотрансляционных узлов и подстанции городоких телефонных сетей. Вое остальные поТ~реби­ тели относятся к третьей каrегории. Трансформаторные подстанции предназначаются для обеспе­ чения электроснабжения от энергетических сеТ~ей общего пользо­ вания. Функции ~подстанции следующие: прием высокого напря­ жения, подводимого с помощью линий электропередачи, преобра­ зование его в низ1кое наП1ряжение 380/220 В, защита оборудования подстанции 1и распределение элек11роэнергии. Как правило, на предприятиях связи применяются ~подстанции закрытого типа, ко- 139
" торые могут ~встраиваться в основное здание ~или раополагатЬ'ся в отдельном строенИJи. Для подстанций применяеТ1ся типовое обо­ рудование, ~выпускаемое промышленностью. К этому оборудова­ нию относятся понижающие трансформаторы, высоковольтные вы­ ключатели, разъ~единители, ~высоковольтные 1предохранигели, из­ мерительные трансформато1ры, разрядники JLЛЯ защиты воздуш­ ных вводов, аппараты и приборы ниЗ1кого напряжеН1ия. Высоковольтные выключагели применяются .для включения ~и 011ключения высоковольтных цепей. Выключатели могут сраба­ тывать авто\1а1'ичеоки и имеют ру~чной привод. Для нап~ряжений 6 ". 10 кВ _ваибольш~ее распространение получили маСJiяные вы­ ключатели, у которых размыкаемые контакты поыещены 1в транс­ форматорное масло. Сочетание выбора момента размыкания кон­ та1ктов 1при .переходе ~мгновенного значения тока через нуль и по­ мещение конта1ктов в масло позволяет разрывать ~высоковольтную цепь при, больших токах наnрузки. На практике пtри1меняю11ся раз­ личные конс1'рукции 1маСJiяных выключателей, которые выбирают­ ся при ~конкретном проектировании. Разъединители предста1вляют собой ,рубильники, омонтирован- ~ ные-на высоковольтных изоляторах. Разъедин1Ители СJiужат для обесточивания цепи при провмении работ на электрооборудовании. Пользоваться разъединителями ·можно только при снятой нагрi)7'зке. Высоковольтные предохранители предназначаются для защи­ ты от коротких замыкаН1ий 1и перегрузок ~силовых цепей. Предо­ хранит-ели делаю11ся за1кры1'ого типа с наполнением, чтобы 1цри его лэпr ~ ~ 11зп2 {}2 ~т~r,r;в f/!2 -='=- . !lб fl7 ']_ - og- [j.J тr Т2 Рис 11 1 Упрощенная принципиаль­ ная электрическая схема понижаю­ щей подстанции 140 сгорании ограничить распыл ме­ талла. Понижающие силовые транс­ форматоры предназначаются для понижения напряжения. Как пра­ вило, схема вторичной обмотки трансформатора выполнена в ви­ де звезды с выводом нулевой точ­ ки. Конструктивное исполнение понижающих трансформаторов может быть различным. Измерительные трансформато­ ры выполняют функции преобра­ зования напряжения переменного тока и разделения высоковольт­ ных и низковольтных цепей. Пер­ вичные обмотки трансформато­ ров выполняются в высоковольт­ ном исполнении, а вторичные - в низковольтном. Для обеспечения безопасности вrоричные обмотки измерительных трансформаторов заземляются.
1 \ П1ри1ме'р схемы организации понижающей ~подстанции для по­ требителей особой группы ~первой категории показан на рис. 11.1. К подстанщии ~подводятся две высо,ковольтные линии, которые че­ рез разъедиН1ители Q2 и QB поступают на ш1ины 10 1юВ. Шины \1еЖ­ ду собой со-единяются радъед.инителям1и Qб, Q7 Через разъедини­ тели QЗ и Q9 1и предохрани11ели F 1, F2 к шинам подсоединяются ~понижающие трансформаторы Т 1, Т2. Вторичные обмо'ГКИ транс­ формато1ров через авта\1атическше ~масляные выключатели Q4, QlO подключаю11ся к шинам низкого напряжения. Разъединители Ql, Q12 служат для заземления шин при ре'1онтных ~работах. Схе­ ма электроснабжения потребителей особой груiПпы первой катего­ рии для ОУП 1рассмотрена 1В гл. 13. Оборудование подстанций располагается обычно в отдельных каме1рах, изготавливаемых 1В заводск~их условиях. Корпуса камер выполняются из л1истовой стали. Внутри ка'1е,ры на заводе разме­ щается ком1\1утационная аппарату1ра, приборы защиты, измерения и сигнализации и делается монтаж цепей. В компле•кт заводской поставки входят сборные ш1ины. 11 2 АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ В CИCTEiVlE ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Согласно ведомственным нормам .технологического 1проек11иро­ вания для электроснабжения предп1риягий связи должны исполь­ зоваться два и более источнИlков электропитания. Следовательно, требуются устройства, которые моr~ут автоматичеоки поД1ключать нагрузку к любо,му исправному источн1ику. Они получили назва­ ние у~стройств автоматического включения резерва - АВР. На !lредцриятиях связи установка АВР производится со сторgны низ1ко­ то напряжения (рис. 11.2). В нормальном режиме работы нагруз­ ка питается от ~внешней сети. Есл1и напряжение 1в се11и отсутствует 1 то 1раз,мыкается 1конта1кт Kl и замыкаеТ~ся контакт К2. Одновре­ iМенно с этим выдается ко~анда на запуск дизель-'генерато,рной электростанции (АДЭС), которая замещает поврежденный ввод сети. Посл1е восстановления напряжения сети контакт К2 размы­ ~h.ается, 1контакт Kl замыкается,' наI/рузка вновь получает 1питание от внешней сети и АДЭС останавливается. Схема ус11ройства АВР с электро~мехаН1ически1м1и ком1мутационными элементами показана на ~рис. 11.3. Устройство позволяет подключать налрузки к любо­ 'Му из двух источников, имеющихся в электроустанов1ке шредmрия­ тия связи. ~Предположим, что оба источника находякя под напря­ жением и налрузки Ч€~рез ,контакты К4 реле К4 Пlитаются oJ- пер­ вого источника. В этом случае контакты Kl.1, К2.1, КЗ.1 реле кон­ троля напряжения Kl, К2 и КЗ замкнуты и обмоТ1ка 1ксшта~ктора К4 находится под -наПJряжением. Размыкающие контакты Kl.2, К2.2, КЗ.2 ~реле контроля напряжения Kl ... КЗ, ~которые включены :в цепь обмо11ки ~контактора КБ, разамкнутьr и через обмо11ку этого 'Контактора ток не протекает. При отключении на1пряжения любой ~из фаз .первого источника отпускает соответ.еrшующее ,рел~е конт- 141
АДЭС~-------___, Рис 11 2. Простейшая схема элект­ роснабжения с применением АВР \ - Рис 11 3 Схема АВР на электроме­ ханических элементах }(Ч- Источник 1 АВС 1 1 о с К5 ь} кJll[(:. .__+--+-------г---r;;~ P!JЗK(f -- А'В1Cr J1сточник 2 о роля напряжения 1и его конта1кты оТrключают обмотку 1контЗ1ктора К4, ~контакты К4 размыкаются. После отпускания реле ~контроля напряжения через его раз1мыкающие ~контакты Kl 2 ... КЗ 2 нацря· жение на обмо11ку контактора КБ 1и его контакты 1подJключают на· гру~зку ко ~второму источнику. Суммарное время переключения на~ грузки может достигать 0,6 ." 0,8 с. Описываемое rу~стройство тре­ бует регулировки и rчисТtки контактов, обладает сравнительно не· высокой надежностью, 1поэТ~ому в настоящее время начали ш1ироко внедряться более совершенные 1полуцроводниковые устройства АВР. Полупроводниковые АВР обладают больши1м быстродейс11вием, высокой надежностью и практичеоки не требуют обслуживания. В таких АВР применяются тиристоры, управление ~которыми осу­ ществляется транзистора~ми 1и микросхемам1и. В качестве примера подобных АВР могут служшть устройства пер~е.ключения типа ТКЕ и ТКИ, рассмоТJренные в гл. 10. 11 3. СОБСТВЕННЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ПРЕДПРИЯТИЙ СВЯЗИ 1 Общие положения. Собственные электростанции предприятия связи предназначаются для обеспечения электроэнергией наибо­ лее отве'f!ственных потребителей при 0Тtключен1ии внешней сети переменного тока. Состав и число агрегатов собственных электро­ станций определяется ~условиям1и электроснабжения и категория1м1и электроприем:нИJков В 1иоключит'ельных случаях при отсутствии на пред~Пiриятии связи внешнего электроснабжения собственные элек­ тростанции рассч~итываются на непрерывную ,длительную работу и <>борудуются тремя и более JJJизель-гене,раторными агрегатами. 142
\ При элек-гроснабжении от двух ~внешних независимых источников мощность~ агрегатов станции 1выбирае'Гся 1из ~расчета обеспечения 1 ~ б электроэнергиеи технологического о орудования 1межд'У'ГО\родных телефонных станций, телег1рафных станций и узлов, с€тоевых узлов и узлов автоматичеокой КО\1мутации, обслуживаемых усилитоель­ ных пунктов, районных узлов авязи, гормских Т€лефонных стан­ ций емкостью более 3000 номеров, светильников рядового и ава­ рийного освещения, собственных нужд дизель-электростанц~ии (ДЭС), а также 1пос.леаварийного дозаряда аккумуляторных бата­ рей и работы устройств обеспечения функционирования пред­ приятия связи П1р1и электроснабжении предприятия связи от одного внешне­ го источника 1к перечисленному выше оборудованию добавляется аппара1 ура городоких АТС ем1юостью от 500 до 3000 НО'1еров, рай­ онных узлов овяз1и, рааположенных в сельскохозяйственных рай­ онах, и электродвигатоели вспамогательных систем обеспечения функционирования ~предприятия связи В собственных электростанциях применяются д~изель-генера­ торные агрегаты, автомат1изированные, ~как п1равило, 1по тр1етьей степени автоv1атизаци1и. Третья степень автоматизации АДЭС предrуо\1атривает работу станции без постоянного прису-~ствия экаплуатационного ттерсона­ ла при автоматическом выполнении ряда операций, обеоrтечиваю­ щих работу электроустановюи предприятия связи К этим оп1ера­ пиям относятся псщдержание частоты вращения вала гене1ратора, выходного номинального значения напряжения и заданной те1\1пературы в системах охлажщения и омазки, ;управление пускам, остановкой, подзарядом пусковых а:к~ку­ муляторных батарей, 1приемо1м нагрузки и совместной работой не­ скольких аг1р1егатов, остановка аnрегата с выдачей аварийных сигналов в случаях повышения темпераТ~у~ры воды в аи стеме охлаждения на 5 ". 110 % свыше максимального значения, понижения давления ~масла в сис­ теме омазки двигателя на 10 20% ниже допустимого значения" превышения частоты вращения на 15 .. 20% но\1инального значе­ ния, пополнение топливных, ~масляных и водяных 1раслодных бако~з и воздушных пусковых баллонов 1 управлеНrие работой вентиляции и отопления по'1ещения ди­ зельной электростанции; защита цепей и устройств дизельной электростанции. Авта\1атический пуок АДЭС ~может быть осуществл1ен с ·по мощью электростартеров или сжатого воздуха При\1енение за­ пуска сматым 1воздухо\1 дает лучшие результаты по сра1внению с элек11ростартерам1и, поэтому в АДЭС, обору1дованных системой пуска сжаты\1 воздухо,м, предусматривается запуок с одной 1по­ ~пы11ки 1Пр~и ~пуске электроста1рrера1м1и число попыток запуска ~ув.е­ л1ичивается до трех. 143
1 ( 1 Оборудование собственных электростанций. На предприятиях связи применяю-гся различные типы дизель-nенераторных эл~ект- ' ростанции, мощность ~которых из1меняется от единиц до несколь- К'ИХ сотен киловатт. Широкое црименение нашли автоматизиро­ ванные электростанции с аГ1регатами.... ~мощностью 48, i200, 315 и 500 кВт ' Генератор агрегата ДГА-3-48М обеспечивает номинальную выходную мощность до 50 кВт и напряжение 3 Х 400 В. Нестабиль­ ность напряжения не хуже + 2 % номинального значения при плав­ ном 1из~енении сим1метричной по фазам нагрузки в пределах от 100% до нуля. При резких отклонениях пара1метров наnрузки в указанных выше пределах изменение напряжения не превышает 20 %. Допускается в 'Гечение 1 ч отбор мощнос'Ги, превышающей на 10% номинальную. Ресурс непр~рывной работы агрегата не превышает 200 ч. Ресурс агрегата до капитального ремонта - 18 ООО ч При пуске аnрегата продолжительность времени вклю­ чения электростартера - не бол~ее 12 с. Время 1приема агрегатом нагрузюи при пуске с ~первой попытки из состояния· го~рячего ре­ зерва не превышает 15 с. Пос.J.Iедующие включения старте!ра проис­ ходят -после выдержки времени не менее 60 с. Устройства управ­ ления работой агрегата размещаются на щитах ЩДГА-48М и ЩАВ-48М. Агрегат ДГА-3-48М нормально ~работает 1при темпераТ1урах воздуха в помещении (8" 50) 0 С, температурах наружного воз.ду­ ха (-40 .. +40) 0 С и его относительной влажности 95+3% при температуре (25+2) 0 С. Аварийный реж1им; т. е. остановка дизеля, возникает при ис­ чезновении напряжения генератора, при повышении температуры жидкос'Ги 1в системе охлаждения выше 105° С, понижении давле­ ния масла в системе омаз.ки дизеля менее 170 1кПа (1,7 кгс/с1м 2 ), повышениlИ частоты вращения коленчатого вала дизеля выше 1700 об/,мин, 1переr~рузке nенератора, при отсутствии напряжения в цепях у1правления и несостоявшемся nyicкe. Питание цепей у~прав­ ления и исполнительных устройств производится от источника по­ стоянного напряжения 24 В. Устройства пополнения топлИlвных баков, 1подоГ1рева воды и масла работают от переменного напря- жения 220 В , Ди~ль-rенераторный аГiрегат АСДА-200-Т/400-ЗД имеет выходную мощность 200 кВт и напряжение 3Х400 В При изме­ нении отдаваемой мощности от ну~ля до 100% и коэффициенте мощности 0,8 . \-;О нестабильность выходного напряжения не ху­ же + 2% Макси\1альные отклонения напряжен1ия при JСНижении отдавае\1ой \1ощносТ1и на 50% и у,величении на 100% не выходят за пределы + 10% и +20% соотвегсТ~венно Длительность ~пере­ ходных процессов не превышает 1 и 2 с Система автаматичеакого регулирования частоты вращения коленчатого вала дизеля обес­ г.ечивает нестабильность частоты выходного напряжения не бо­ лее +0,75% в диапазоне 1иЗ1менения наг1рузок (100 ". 25) % и не более + 1% 1цри нагрузках ниже 25% ноiминального значения. 144
\ Максимальное оТ~клонение час'Готы ~после мгновенного из,менения нагруз1ки от О до 100% - не более +7%. Длительность переход­ ного процесса при этом менее 3 с. Агрегат допускает работу в режиме несимметричной нагрузки по фаза1м в пределах до 25% наминального тока. При этом ма1кси1мальная разность л1инейного 1или фазного напряжений по отношению ,к сооТrВ€тствующему но­ минальному напряжению не превышает 5%. Если ~развиваемая агрега'ГОМ мощность не менее 40 % номинальной, то допускается его продолжительный режим работы. Непрерывная рабQта агре­ гата с дозаправкой топливом и ~маслом составляет 240 ч. Агрегат .предназначен для работы ~при температурах ОК1ружающего воз­ духа (5 ". 50) 0 С 1и относительной влажности воздуха до 98% при температуре 25° С. Пуск и прием нагрузки при автоматичеаком управлении из со­ стояния горячей готовнос'Ги осущесТ~вляется за время не более 30 с. При пусюе агрегата с третьей ~попытки длительность приема на­ грузки не более 1 1мин. Pecyipc до первого капитального ремонта - 8000 ч. Перерыв между двумя перегрузкаМIИ должен быть не ~ме­ нее2ч Электростанция с агрегатами АСДА-200, используемая в каче­ стве резервного источН1ика, ~может автоматически включаться при снижении напряжения основной сети на 20 % длительностью до 6 с, а та1кже выключаться за 12 с после восстановления напряже­ ния сети. При _автоматическом ~пуске одновременно могут вклю­ чаться с;разу три аr~регата, после чего од~ин из них берет нагрузку, а два д1ругие останавливаются. В случае снижения нагрузюи до 30% на любом из ~параллельно работающих агрегатов он отклю­ чается. Агрегат JI.опускает параллельно работу с внешней сетью. Основные парruметры автО1матиЗированных дизельных электро­ станций АС-806/1, АС-814/1 и АС-804/1 приведены в табл. 11.1 . Срок службы электростанции 1О лет Значения указанных в таблице пара- метров относятся к работе электростанции в следующих условиях температура наружногq воздуха -50 +50° С, температура в машинном зале 8 50° С, предельная относительная влажность при температуре 25° С 98%; длительность пуска при температуре воды, масла, топлива и воздуха 15 50°С неболее15с Нестабильность частоты переменного напряжения при неизменной нагруз­ ке не превышает +5% номинального значения Отклонения выходного напр.я­ жения не превышают + 1,0% при любой неизменной нагрузке Допускается несимметричность нагрузки фаз до 25% При этом наибольшая разность линейных напряжений составляет менее 5% При снятии и включении Рагрузки выходное напряжение восстанавливается до указанных выше значе­ ний за время, не превышающее 2 с. Электростанции АС допускают продолжительный режим рабо­ ты с внешней сетью или IQ\il,HO'I\ИIПHЫMИ {:ТаНUJИЯМИ. Не допускается длительная работа стаНЦI!И пр1И нагрузКrе ~ме­ нее 10%. 145
Та блица 11.1 Наименование параметра Номинальная выходная мощность, кВт Махсимальная мощность в течение 1 ч, кВт Повторение режима максимальной мощности ie менее чем через, ч Напряжение, В Чаётота, Гц Коэффициент мощности (пндухтивный) Ма1ксималЬ1ное отклонеюие частоты после мгно­ венного ~изменения 1на11рузки, % Ресурс непрерывной работы, ч Ресурс до капитального ,ремонта, ч Значения Параметров АС-806/1 АС-814/1 AC-804/f ' 315 500 500 350 550 550 5 5 5 400 400 400 50 50 50 0,8 0,8 0,8 11 8 7,5 240 250 250 12000 10000 6000 Для 1раз1мещения 1собст,венных элекТJростанций на 1пр1едnриятиях связ1и оборудуются специальные помещения. Эти памещения ма­ чт 1быть 1ка1к 1в отдельных зданиях, так и в -гехничtе'сюих зданиях nредпр~ияТIИЙ связи. Эл1ектростанции с тихоходными двигателя.ми (частота вращения вала м1енее 1000 об/мин) располагаются в от­ дельных одноэтажных ка1менных зданиях. Станции с быстроход­ ны1ми дв~игател1ями мощностью до бОО 'КВт включ1ительно 1.:--южно размещать 1в общих Т1ехничеоких зданиях пред!приятия в с.пециаль-. но выделенном и оборудованном пам1ещении, заключенном в ка­ питальные ст1ены 1и имеющем выход 'Через зву,коизолирующий там­ бур. В общих здан1иях не разрешаеТ1ся размещение ~постоянно ра­ ботающих АДЭС. Раз1ме.ры 1помещен1ия электростанции определяются 1при проек­ тировании в зависимосТ1и от устанавливаемоrо в нем оборудова­ ния. Высота помещений должна 1быть 3 ... 3,5 м, так 1как в машин­ ном ~зале для 1монтажа и разбор1к1и агрегата устанавлива,ется подъ­ ем1ный 1механиз,м. Фундаменты аnрегатов 1отделяются аморт1Нзнрую­ щи1ми лрокладка1ми. Ширина ~проходов между агрегатами, а так­ же 'Между а:r~регатом ·И ·стеной соста1вля1ет О,18 .. 1 1М. · Щиты управления и распределения размещаются в отдельных пом,ещениях так, ~чтобы их лищевые стороны хорошо 01свещались есrе1ственным освещением. ~еталличеоки1е глушит~ел,и выхлопной 'системы устанавливают­ ся на наружной стене здания на кронштейнах. ~Расходные топ­ ливные баки, ·масляный ба.к и ба1к для охла:ждающей жид:кости размещаются на 1стенах машинного юом~ещ1ения на 1металличес1ких 1 кронштейнах. Топли1вный бак устанавливается на та~кой 1высоrе, чтобы его дно было выше топливного насоса :циз1еля. Для ка1кдоrо агрегата устана~л1ивается свой бак. -А,кку~муляторные батареи :для питания елект~ростартеров и пе­ пей iJ"Пlравления размещаются обычно 1В ма1ш1иннам зале на не­ больших ст.ел.лажах 1или в деревянных ш1ка1фах. 146
11.4 . УКАЗАНИЯ ПО БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ В основу эксплуатации и безопасности обслуживания дизель­ ных электростанций наряду с rехнически1ми ~ме,роприятиям1и ·по их устройству должны 1быть ~положены требования общесоюзньiх до­ ку.ментов, ведомственных 1инстрУ'кций и дО/Ку,ментации п1редприя­ тия-изготовит1еля. На предприятиях 1связи с постоянным обслуживанием ежеднев­ но, а на необслуживаемых - ·при каждом посещении проводится внешний оамотр щитов, диз~елей, генераторов, .приборов 1и соеди­ нений т1рубопро1водов, прове,ряется тем1пература охлаждающей жидк:ости (не менее 40° С) и ~масла (не менее 120° С) 1по приборам на щ1итке, напряжение внеiuней сети, напtряжение подзаряда стар­ терных ак•кумуляторов, положение т.у;мблеров и уст1ройст,в управ­ ления и отсутствие аварийных сигналов. Не реже одного раза 1в 10 дней выполняются следующие рабо­ ты: осмотр топливоХJранилища, топливной, ~масляной и водяной систем, пров1ерка наличия топл1ива: ,масла, охлаждающей жид·ко­ сти (воды) и ютсутств1ие течи; измерения напряжения, у~ровня и плотности (1,24 ".1,26 г/см 3) электролита всех аккумуляторных стартерных батарей, пуаковых усТ~ройств пр1и пневматичеаком пуске, данные из.мерений заносятся в соответсТ1вующий журнал; ·проверка исправности цепей .подогрева д!Из1елей и надежности контактных соединений в этих цепях; пробные поочередные ~пуски агрегатов на 1в,ремя до 110 ,мин без нагрузки,. пр~и ЭТОIМ 1 Проверяется отсу'Гствие посторонних ШJiMOB, повышенной вибрации, надежность юрепления навесных агрега­ тов, !Показания щитовых п~риборrов; проверка отсутствия сигнала аварии после останОВК!И агре­ гата; уборка !Помещения, удаление пыли и подтеков. Результаты про­ аеро1к записываются в журналах. Еж€1квартально, помимо указанных, ~работ .проводятся: профилак11ика всех реле и контакторов со сняТlием на1пряжения и ОТIКЛЮЧ!ением щитов от сборных шин, чистка щитов и монтажа от 1пыл1и, ·провеР'ка надежности ·па,ек, затяЖJка гаек, 'винтов, ,про­ верка свободного хода нкорей 1реле :и 1контакторов, оомотр 1и чист­ ка конта·ктов реле, при необходимости промывка их спиртом с ~по­ мощью ~мягкой кис11и, оомот1р и чис1'ка оиловых и •блокировочных контактов 1Конта~кторов; _, снятие крышек блоков реnулят~ров напряжения .генераторов,· проверка состояния их элементов, чистка монтажа и подтяжка контактных соединений, осмrо11р контактных колец, щеток и щет,ко­ :п.ержателей генераторов; п~роверка 1ис.правности ~предохранителей и сигнальных ла1мп; 1прове,рка датчи1ков в цепях автоматики; 1прове~рка работы станции под нагруз·кой не •м•енее 1 ч, 'ПIРIИ э'ОО/М 1147 •
проверяются раtбота воех цеmей управления 1и автоматиЮи станции, режимы работы основных систем, включая аварийную остановку аг- регата с автоматическим запуском другого. . Во время полугодовых профилактичеоких работ, помимо ~указан­ ных выше, црюв~ряются уставки реле и 1работа системы 1под1качюи топлива Кроме того, проверяются датчики включения и выключе­ ния венТrилятора, автапуок дизеля на самопрогрев и ,его останов­ ка. Во время годовых работ дополнительно к перечисленНЬll\1 выше про+Iзводятся. промывка топливных 1и масляных баков, фильтров грубой очис1жи, техничеокое обслуживание дизелей согласно за­ воде.кой инстру~кции, контрольные «заряд-1разряды» стартерных батарей, измер~ения изоляции силовых цеПlей и проверка вибрации алрегата. Следует отмеТtить неюоторые 1мероприяти.я по обеспечению бе­ зопасности работ в ~процессе обслуживания дизельных электро­ станций. При запуак1е двигат;еля зап1рещается подог,ревать \1асло­ проводную 1и топливоцроводную системы паяльными лампами, ЯJакела1ми и т. п. При надобности подоnревать ети сис11емы мо:жно горячей водой В 1fI-амещение, где установлены дизели, и в храни­ лище для горючих 1и смазочных материалов Запрещае11ся входить с от:к,рытым огне\1 и ку~рить. Запрещается во tвремя работы ,двиrа: теля чис11ить и смазывать его части, менять приводные ~ремни и проводить ,ре'1онтные ~работы с ним. При остановке двигателя для осм1отра, чис11ки или ремонта должны быть приняты i'1еры против ош1ибочного его ,пуока, непроизвольното включения и обязательно 011ключены цепи дистанционного запуска. На ,ко1ммутаци1онных уст­ ройствах, используемых для за1пуска дизеля, обязательно должны быть вывешены пре~дупредительные плакаты. ~Нельзя заправлять дизель топливом при его работе. После акончания работы заnра1в­ ку ~можно производить только после остывания дизеля. Допус­ кается хранение 1в машинном зале однодневного запаса топлива в исправной, заК(рытой металлической таре. Без оборудования заземления эксплуатация элект~ростанций не допускается. Передвижные станщии снабжаются специальны­ ми устройствами заземления. При появлении малейших признаков неисправной работы стан­ ции, например закипании охлаждающей жидJкости, искре.нии ще­ ток, стуков и т. п., агрегат должен быть остановлен до ~выяснения 1И устранения причин неисправности. Лица, обслуЖ1ивающие аг,регаты, 1во в1ремя работы должны быть в опецодежде и в головных ,у~борах 148 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ Какие предприятия связи относятся к потребителям особой группы пе~ вой категории? 2 Зачем применяются устройства автоматического ввода резерва АВР? 3 Назначение собственных электростанций предприятий связи 4 Особенности АДЭС, автоматизированных по третьей степени
1 Гл а в а 12. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПРЕДПРИЯТИИ ПРОВОДНОИ СВЯЗИ 12 1 ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ТРЕБОВАНИЯ Электроустановкой предП\РИЯ'I'ИЯ 1проводнои связи называется комплекс сооруженпй, обеспечивающий электроснабжение пред· приятия, электропитание аппа1ратуры, освещение и функциониро· вани€ других ,устройств, связанных с жизнед1еятельностью ~пред­ приятия связи 1как в нормальных, так и в авар1ийных условиях. В состав электроустановки ~входят линии электропередачи, транс· форматорные подстанции, собственные электростанции, еле.к'11ри­ 'Ческие сети технических терр и горий и помещений, электропитаю· щие установки, средства электроосвещения, ус11ройства вентиля· ции и кондиционирования В()Здуха. Электроrшта10щеи установкой (ЭП~·) предприятия связш на· зывается часть эле11\троустановки, ~предназначенной для пр~обра­ зования, регулирования~ распределе.lfия и обеспечения бе:сперебой· нои подачи разл1ичных напряжений постоянного и переменного тока, необходи'11ых для нормальной работы аппаратуры связи. В состав ЭПУ входят выпрямительные устройства, акку1муляторные батареи, агрегаты бесперебойного ~питания постоянным и ~перемен· ным током, преобразователи и 1стабилизаторы напряжения, ко1м­ :мутационное обору~ование и токораспредели'f!ельные сети, связы­ вающие м1ежду собой оборудование электропитания и аппаратуру связи. Электроустановки предприят,ий овяз.и должны отвечать еле· дующим основным техническим требованиям: обеопечивать аппаратуру связи напряжениями необходимой стабильности, пульсация напряжения не должна ~превышать до­ пустимые пределы, обеспеч1ивать на~дJежность и гарантии, необхо­ димые для нормальной работы питаемой аппа1ратуры связи, 06ес- 1печивать максимально возможную степень автоматизации ~работы устанав1ки, обладать 1высакими значения"v!и 1кш.д. 1и cos ер; строить­ ся с максимальным иопользованием 1шпового ~унифицированного оборудования 1и быть экономичнЫ1ми 1в строительстве и эксплуата­ uии. ОднИiм из важных призна1ков, характеризующих системы и электропитающие установки, является наличие в их составе аюку­ муляторных 1батарей и способы их эксплуатащии. 1По этому при­ знаку системы моnут быть разделены на буферную с подключен­ ной к нагрузке акк,у;муляторной батареей, аккумуляторную с от­ деленной от нагрузки батареей и беза~ккум~уляторную, так назы· ваемую двухлучевую систему. 1В буфе,рной системе электропитания акку~мi)"ляторная батарея выполняет роль не только резервного ис- 149'
точника, но та1кже сущест,веннЫJм образом влияет на устойчивость системы в целом и 1онижает .пульсации выпрямленного наtпряже­ ния. 1Исследования 1систем электропитания, в ~состав 1ко11орых вхо­ дят выпрями11ели ВУ1К, показали, что с ;у~в~еличением 1в наnруз~ке до­ ли широтно-им1пульсных стабилиз1Ированных ~источников вторич­ НОГ10 элек11ропитания заметно .ухудшаются rусл·овия устойчивой работы ,выпря,мительных устройств и ЭПУ в целом. Ш~ротно-и,м­ nульсные ~стабилизированные источнИJюи вторичного електропита­ ния · ИВЭ 1по отношению к электропитающей установк·е являю'Гся на11руз1 ка1ми, ~которые характеризуются постоянным. отбором 1мощ4 ности 1при изменении ~входного напряжения. В случае 1сН1ижения тюдаваемого на них напряжения ИВЭ 1потр1ебляют больший ток, чем при повыш,енном напряжении. Это означает, что входное со­ противление источника с .понижением входного на~п,ряжения то­ же у,меныirае'I\ся. Если на входе источнИlка напряжение будет рас­ !fИ, то будет так2К1е .у1вел1ичиваться его входное сопро'I\ивление. Нагрузка, которая 1им,еет указанный выше характер, на1зывает­ ся нелинейной нагр.уз1кой с отрицательным на1клоннам .вол1ьт-а,мпер­ ной характеристики (~БАХ). В ~качестве 1иллюстрации на рис. 12.1,а ~показана 1ВАХ источника 1вт&fJичного электропитания мощ­ ностью 25 Вт, рассч1итанногю на ~входное напряжеН1ие 60 1В. ·Источ­ ни1к выполнен по схем•е у~п,равляемоrо ~преобразователя 1П1остоянно­ го напряжения с широтно-1и1мпульсной модуляцией. Та1ки1м обра­ зом, ·в ~рассматриваемом •случае ,получается система, сод.е~ржащая первичный источнИ1к питания, нагруж·е.нный на отр1ицательное не­ л1инейное 1сопротивление. Прибл1иженная еквивал1ентная схема ~сис­ темы приведена на ~рис. 12.·1,6. Из теории автогенера'I\оров ~извест­ но, 1ЧТО такие ~системы склонны к самовозбуждению. Вероятность .появления самювозбуждения сис~емы с низкоча~стотным выпрями­ тел1ем будет увеличиваться пр1и ,у~веЛичении пот,ребляемой от пер­ вичного ,источника ,мощнqс11и и ,величины инду~ктивности в после­ довательном плече фильтра выпрямителя и 'Уменьшаться 1С увели­ чением емкости в па1раллельном ~плече. Постоянно ~подключенная к нагрузке а1кку.муляторная батарея оказывает положительное влияние на условия у~стойчивой работы 1ЭПУ. Буферная система электропитания является основной системой 1и mолуч1ила широкое распространение на ~предприятиях 1свяви. l,A О,б 0,4 [J,Z 40 о о 80 [/,в 5607 l tl) Рис. 12.1 . Вольт-амперная характеристика импульсного источника вторцчноrо _электропитания (а) и эквивалентная схема системы (6) 150
Система с отделенной от питаемой аппаратуры аккуму,л.ятор· ной бата,реей и стабилизацией выходного ,напряжения с 1пОiМощью устройств автО'ко,ммутациtИ не нашла 1ш1ирокого П\РИМенения. С одной стороны, этой систоеме приоущи недоста'I\ки системы с ав­ током,мутацией аюку1муляторной батареи, с друnой - н~е 1иапользу­ ются вrозможности а~юку1муляторов для ,повышения фильтрации выходного на1пряжения и ~стойч.ивости работы оборудования ЭПУ. Полож1ительные отличия имеет оисТtема 1с отдел1енной 1батар,еей и полупроводниковы1ми стабилиза11ора1ми напряжения. В ~этой 'сис­ теме 'между нестабилиз1ированйым ,выпрямителе'М 1и полу1п,роводни­ ковым стабилизатором напряжение включаетс5_I через_ ключ ак­ кумуляторная батарея, которая в нормальном режиме работы не участвует в питани1и аппаратуры. Батаjрея включается в ~работу в случае 0Т1ключения или занижения 1выходн1Ого на,пряжения не­ стабилиз1ированного выпрямителя. - Беза1кку~муля'I\орная аистема елект,ропитания П1редъявляет по· вышенные т,р~ебования 1к надJежнос11и электроснабж1ения 1предпfРИЯ• 'l'ИЙ связи. С точки зрения тр 1ебований к электроснабжению при­ менен1ие этой сис11емы Допускается 1При нал1ичии т1рех незав'иси,мых ИС'ГОЧНИ'КОВ, О1ДНИМ IИЗ 'Которых ДОЛЖНЫ быть 1Элек11рО1СТаНU!ИЯ энер­ госистемы, или двух независимых исТtочников и собственной ав­ томатизированной по тр,етыей еnепени электростанции, за,пускае­ мой в <;JIYЧae нарушения ~питания одного 1из независимых 1источни" ков энергосистемы. Должны ~быть та1кж1е исключены однов,ремен­ ные ил1и ,гюследовательные 'В течение до 30 с •011ключения обоих ис­ точН1иков энергосис11емы и однов~ре,менные, кратковременные (до 1.5 ... 2 с) спады напряжения ниж1е 40% от номинального значе­ ния. К числу условий, огранич1ивающих применен,ие безаккумуля­ торной системы, относится обязательное ~проведение техни'ко-эко­ номичеокого анализа ~эффективности ее 1использован1ия с ;у'Ч1етом расх0~дов на созданИJе и экаплуатащию устройств элекТiроснаб:же· ния. Алгорит,мом работы беза1ккумуляторной аисте>МЫ предуамот" рен реж1им, в 1которо1 м один И'З О'Гключившихся внешних источни· ков ~замещается собственной электростанц1ий. В этом случае при 111спользовании па1рка существующих выпря'Мител1ей на наnрузке :возмо:жно ~появление низкочастотных составляющих напряжения, обусловленных разностью частот энергосистемы и собственной электростанции. Указанные составляющие не нормированы, прак­ тичеок:и не подавляются ~филыра~м1и и воздействие ~их на аппара­ туру связи ~может привести 1К 011рицательным 1посл1едствиям. Кро­ ме того, к выпуакаемЫlм в настоящее вре~мя ,выпрямителям для беза1юкумуляторной системы не предъявлялись требования о воз­ можности питания нагрузки, и1м1еющей отрицаТ~ельный ншк.лон ха- 1рактерис11ик1и, т. е. ключевых источников вторичного эЛ1ектропита­ ния с широтно-импульсной модуляцией. Учитывая противоречия между высокими требованиями к новой Электронной ,аппаратуре и возмо:жностями их обеспечения существующими средствами, дальнейшее применение безаккумуляторной системы следует при­ знать нецелесообразным. 151
Современная а1ппаратура связ1и 1П1р1едъявляет повышенные тре­ бования к ЭПУ, поэтому при оценке ~количественных nоказаrелей оборудования элект,ропитания целесообразно 1рассма11ривать его работу в статическом и динамическом ретимах. Статичесюий р€жим может быть определен как 1продолжиТ€ль- - ный режим работы в условиях нормальной эксплуатации, при ко­ тором внешние дестабилизирующие факторы изменяются с мень­ шей скоростью, чем скорость работы устройств регулирования п .автоматики ЭПУ, и выходные напряжения и _ток изменяются плавно, без скачков. Дина1мичоеский режим может быть определен как rоратковре~ менный режим работы ЭПУ, 1при ~котором внешние JI,естабилизи­ рующие факторы 1изм€няются со скоростью, превышающей ако1рость работы усТJройс11в управления и автоматИIК'И ЭПУ, следствием чего является возникновение нерегулируемого переходного процесса на выходе ijl'стано:вюи. До недавнегю времени 1па1ра1метры на ~выходе IЭПУ, находящей­ ся в д1инамическом реЖ!им1е, не нормировались. Применение 1в ап- 1паратуре связи цроцессоров и вычислительных комплексов, а так­ же чувствительных к широким 1изменения~м 'Питающих на1Пряжений радиоэлектронных ~компонентов привело к неО1бходимос'I\и обеспе­ чения бесперебойного питания. Пр1и этом следует 011метить, что кра11ковременные 1п,ропадания или глубО1кие !Занижения напряже­ ния приводят к дл1ительным нарушениям работы а1ппаратуры свя­ зи. Это все потребовало нормирования динамического режима. Аппа~ратура ~связи в значи11ельной мере выполняется на низко­ вольтных микросхемах, ~поэтому для eie питания поitсеместно 1при· .меняются импульсные ИВЭ, ко11орые создают на общих шинах 1ПИ· тания дополнительные пульсации, с 'Частотами, 1к,ратньnми часто· та,м преобразоваН1ия ИВЭ. К.1роме того, указанные ИВЭ 1могуr вызвать автоколебательный !режим в системе «ЭПУ - нагрузка», -0 чем говорилось выше. ТакИJм обрq_зом, при создании ЭПУ для питания аппаратуры связи необходимо провмение ~исследований и решение широкого круга новых воцросов, 'Гребующих примен1ения ~современных 1ма­ тема11ичеаких ,методов и схемотехни1ки. 1П1ри создании объединенных ЭПУ для питания ~различной ап· паратуры связи цредставляет ~интерес рассмотрение перечня вхо~­ ных 1и ~выходных паказаТtелей, характеризующих различные уста· новки. К основным входным показателям ЭПУ сл~едl)"ет отнести номинальную ~величину вх~одного напряженrия переменного тока и его допустИJмые отклонения в статическом 1и динам1ическом режи­ мах работы ~внешней oeriи, но1м1инальную велμтчия:у часrоты сети и .ее отклонения в статическом режиме, количество фаз сети пере­ менного то"«'а, надежность внешнего электроснабжения, куда вхо· дят категория электроснабжения, наработка на отказ и время восстановления напряжения внешней сети, коэффициент мощности ЭПУ, коэффициент н~линейных искажений и коэффициент несим­ метрии фазных напряжений. ~52
Целесооб,разно нормировать следующие основные выходные nараметры ЭПУ, ,в число которых входят номинальное и выстав· ленное напряжения и их допустимые ~пределы из1менения в стати­ ческом 1и динам1ичеаком режИJмах, 1В1Ремя на1рабо11юи на отказ и время восстановления выходногю напряжен~ия с указанием необ· ходи1мости гарантированного или бесперебойного питания, требуе­ мая выходная мощность, 1к.п.д. установки, 11ребования по устойчи­ вости к клима11ичеаким 1и ~механическим воздействиям, а· также 1по устойчивой ра6оте с различными ~видами нагрузок •и электромаг" нитной совместимости ЭПУ tИ питаемой аппаратуры связи. Для ЭПУ переменного тока 1к 1выходным 1показан~лям дополнительно относятся частота, число фаз, коэффициент нелинейных 1ис.каже­ ний и ~коэффициент несимметрии фазных напряжений. 12.2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО УСТРОЙСТВУ ЭЛЕК.ТРОУСТАНОВОК НеамоТlря на многообразие структурных схем электроустано~ вок имеются положения, которые являются общими при создании элект,роустановок предприя11ий связи. В качестве основного ~источника элект1роэнергии для электро" ~установок 1цре1дприятий проводной овязи ~служат электричеок:ие ае... ти энергосистем, районные и городские подстанции и распредели­ тельные пункты. Обычно к П1редприятию связи элекТtроэнергия тюдводится при напряжении 6 ." 10 кВ. Раепределение электро­ энерf\ии внут1ри предприятия связи осуществляется, как правило, трехфазным переменным током с напряжением 380/220 В. Пока­ зател1и ~качества ,подавае~Моrо на вход электроустановки переменно" го напряжения определяются ГОСТ «Электричеокая энерnия. Нqр­ мы качества электрической энергии 1и ее приемников, nрисоеди- 'ненных 1К эле.ктричееким сетя1м общего назначения». Показатели качес11ва постоянного и ~переменного на1пряжений, подаваемых на аппаратуру овязи, нормируются ГОСТ 5237-83' «Аппаратура электросвязи. Напряжения питания и методы изме· 1рений» и техническими у~словия1ми на аппаратуру. У1казанный стандарт распространяется на стационарную аппарату~ру связи и устанавливает значения напряжений на ее входе, а также ме­ тоды их измерений. В соответствии 1с требованием стандарта обя· зательными напряжения,ми LП-ЛЯ питания аппа1ратуры являются но­ минальные .напряжения ~постоянного тока 60 1и 24 В, причем но· минальному напряжению 60 В следует отдать предJпочтение. Пре" делы изменения указанных напряжений могут составлять + 10%~ и (+ 20 ". -10) % от указанных номинальных напряжений. Аппа­ ратура должна также ~рассчитываться на ~воздействие одиночных импуu~ьсов напряжения прямоугольной формы с амплитудой ±20% от номинального значения в течение 0,4 с и плюс 40% от номинального значения в течение 0,005 с. Кроме того, аппаратура не должна повреждаться при понижении напряжения ниже ука­ занных цределов и восстанавливать_ автоматически свою рабо'I'О· 153
опособность при восстановлении питающего напряжения Одно­ фазные или фазные напряжен~ия трехфазной системы, на кото· рые ~рассчитывается аппаратура, должны соотаrетствовать номи­ налу 220 В при изменении в пределах 187 ". 242 В включитель­ но для питания а1ппаратуры от оети общего назначения 1и 213 .. .. . 227 В включительно для питания аппаратуры с применением в ЭПУ ~ус11ройств стабил~изации напряження. Пределы ~изменения частоты составляют 47,5 ... 52,5 Гц. До.пускаемый коэффициент нел~инейных искажений не более 10%. Значения нацряжения ~изме­ ряют на входных зажимах 11рупповых у~сТ>ройств токораспр.еделе­ ния и защиты, входящих в ком1плект аппаратуры, 1или на ее стой­ ках Примером группового устройства токораспределения может служить токораспределительный щит, устана1влива1емый в авто­ матнО1м зале для ,п1итания новой электронной аппарату~ры ~комму­ тации. ~Частота пе,ре~менного тока мюжет из.меряться 1в любых точ­ ках сети, питающей аП'паратуру. Для измерения напряжений и частоты следует применять соответствующие прибо1ры, поnреш­ ность которых должна ~быть на порядок ниже допуокаемых пре­ дельных отклонений измеряемого значения. В электроустановках предп1риятий связи резервирование внеш­ ней аети пе,ременноrо тока осуществляеrся пооредством собствен­ ных элек11ростанций, оборудованных автюматиз~ированными ди­ эель-генераторны1ми агрегата1ми. Число агрегатов, применяемых в собственной електростанции предприятия связи, выбирается в за­ висимосТ>и от условий электроснабжения и категории те~нолоnиче­ ского элект1роприемН~ика. Если 1\ехнологическими электроприем­ никами служат между~городные теле1фонные станции, телеграфные станции и узлы, узловые АТС, районные АТС емкостью более 20 ООО ноVIеров на районированной сети, ОУП ~кабельных маnист­ ралеи, 1районные rузлы связи для промышленных районов и АТС емкостью 3000 ... 20 ООО но1меров включительно на нерайонирован­ ных сетях, то при электроснабжении от двух независи1мых ~источ­ ников в элЕжт1роустановке обору~д.~у~ется станция с одним агрегатом. На сетевых узлах и ~узлах автО1маТ1ической коммутащии цри тех ~Же условиях электроснабжения в элект1роустащ1.,вке при1меняю'Г1ся щва агрегата Электроснабжение неузловых АТС емкостью 3000 .. •" 20 ООО номеров включительно на районИ1рованных оетях допус­ кается осуществлять от одного незавиоимого источника цри двух вводах. В это\1 случае элек'I\ростанция оборудуется двумя авто­ матизированными агрегата1м1и. ~При электроснабжении от двух не­ зави1аи1мых источнИlков в эл1ектроустановке собственная электро­ станция не оборудуется, а 1резерви1рование осуществляется от 1пе­ редвижных электростанций. Обору~дование собс'Гlвенных елекТ~ро­ станций, как правило, ~устанавливается с 1у~четом обеспечеН~ия на­ грузок цри полном раз~витии цредприятия свЯ'зи. При примеН1е:нии нескольких агрегатов допуокается поэтапная установка оборудо­ ваН1ия. В электроу~становках предtnриятий щроводной связи сма11ривается применение двухrруппных а1юк,у~муляторных 154 п~реду· батарей
с расчетным временем разряда каждой из групп в час наиболь~ шей наJlрузки (ЧНН) по 0,5 ч. Исключения составляют электро" установки эл1ектронных и сельоких АТС, в которых допускается использование lбатарей с большим запасом емкос11и. В подавляю" щем большинстве ,1случаев в элек11роустановках при1меняются свин" цовые акку;муляторы, работающие в режиме непрерывного под" заряда при напряжении (2,2+0,05) В на аккумулятор. На сель­ ских предприятиях при на,I1рузк~х не более 25 А допускается при" менение щелочных аюку,муляторов. В установке должны предус• ма'I\риваться выпрямительные i)"с11ройства, обеспечивающие заряд кислотных батарей пр1и напряжении 2,3 ... 2,4 В на один элемент, а та1кже их формовку и проведение контрольноrю заряд-разряда, При отсутствии аккумуляторов необходИJмой емкости 1допускается использование аккумуляторов меньшей емкости, включенных па" раллельно. Электроустановки с применением акку~муляторных батарей обеспечивают следующие ~режимы работы: нормальный режим - при наличии электроснабжения от !Внеш" них источников. Аппарату~ра получает питание от выпрямителей, а аккумуляторные батареи находятся в режиме непрерывного под• заряда; переходный режим - при преюращении подачи напряжения о'Р внешних источников и до запуска собственной электростанции. кагда потребитеЛ1и получают электроэне,рrшю от раз1Ряжающихся аюК)'iмуляторных бата1рей; режим ~работы от собственной электростанции или от восста~ новленноrо внешнего ~источника, при котором электропитание ап" парату~ры 1и автоматичеокий дозаря~д батарей производится 011 выпрямительных устройс~в. П1ри раЗ1мещении в одном здании различной аппаратуры о це,п:ью соКjращения капитальных 1и эксплуатационных затрат обыч· но предусма'I\ривается использование общего оборудования элек" тропитания. При этам электропитающая ~установка должна отве­ чать наиболее 1ВЫсО1ким требованиям, предъявляемым со стороны любоrо вида питаемой аппаратуры. В процессе ,про-е.кТ1ирования общей ЭПУ необходимо также рас" смотреть 1и ~решить вопрос об электромагнитной совместимосТIИ подключаемой 1к ЭПУ аппаратуры. В обоснованных случаях до" П) скается применение на одном предприятии нескольких ЭПУ. Создание силовых полупроводниковых преобразователей 1и а1к• кумуляторов за1крытого типа с катали'I\ичесюим1и пробками позво" ляет приступить к разработке децентрализованных ЭПУ, 1разме" щаемых в одних помещениях с аппара'ГJ(рОЙ 1свя1зи. Приближение ЭПУ к питаемой аппаратуре улучшает качество питающего на" пряжения питания, экономит цветной металл, требуемый для то-, кораспре1делиrельных сетей, повышает 1к.п.д. ЭПУ 1и у~меньшает не" желательные взаимные влияния между 1разли'Чньпми 1вида,ми аппа- рату~ры. · 155
На неко11орых предприятиях связи внедрена безаккумулятор­ ная 1двухлучевая сис11ема электропитания. П.р1именение двухлуче­ вой сис11емы основано на условии, что не произой~ет однО'в1ремен­ ного отключения или провал напряжения более чем на 40% но­ минального значения по обеи1м питающим л.иниям, ~идущим от не­ вависи~мых внешних источников. Другим~ условием применения двухлучевой оис11емы являе11ся обязательное технико-эконо.миче­ ское исследование целесообразности ее применения. При Э'ГОМ сле­ дует 'Иметь в виду, что существующий и выпускаемый па1рк вы­ прямителей не рассчитан и не проверен для работы этих выпря­ мителей на нагрузку с отрицательным наклоном вольт-ампер­ ной характеристики, доля которой будет непрерывно возрастать по мере вн~рения новой аппаратуры. Электроустановки, использующие двухлу~чевую безаккумуля­ торную сус11ему, обеспечивают режи\1Ы работы, при которых: 1) пот,ребител1и получают электропитание через выпрямители, одновременно получающи~ электроэнергию от двух независи~мых источников, 2) один из независимых источников ~отключен и выП1рямители обоих лучей через устройства автоматичеокого ввода резер1ва под­ ключены к одному исправному ~источнику, 3) потребители одновременно питаются от исправного незави­ симого ~источника и собственной элекгростанции по ~вухлучевой \:хеме; 4) питание по11ребителей вновь переводится на два независи­ мых внешних источника; 5) выпрями11ели обоих лучей подключены к собственно,й элек­ тростанции; 6) аппаратура пит.ается от одного выцряыителя при неисправ­ ност1и другоrо В перечисленг1ых ремимах ~можно 011метить два свойства, ко­ торые могут неблагоприятно сказаться на рабоТ~е питgемой аппа­ ратуры 1) в режиме двухлучевого питания от внешней сети и соб­ ственной электростанции обязательна автоматическая синхрони­ зация агрегатов элек11ростанции с внешним источникоv~, так как в противноv~ случае на аппаратуре ~могут появиться пульсации с разностной частотой источников, ко1 орые не подавляются фильт­ ра viн выпрямителей, 2) замещение отключившегося ютешнего ис­ точника собственной электростанц.ией и обратный Пе\ревод на вос­ становленный внешний источник ,могут вызвать в работе переход­ ные процессы, которые следует учитывать при пощключении к ЭПУ аппараТ>уры связи. Бесперебрйный пере"1енный ток, требуемый- для электропита­ ния аппаратуры связи, в настоящее 1время обеспечивается с по­ мощью агрегатов, в состав которых входя~ полупроводниковые выпрямители и инверторы, а в качестве резервного источника - аккумуляторная батарея. Однако на се11и связи до сих пор рабо­ тают электромашинные агрегаты, которые используются для по­ лучения 6есперебоИного переменноr10 тока. 156
Постоянно ,работающие алрегаты 6есп~ребойного ~питания ре­ з.ервируются либо анало11ичнЫ1ми агрегатами, л1ибо внешней сетью. в обоих случаял за V1ещение 'поврежденного агрегата 'производит­ ся автоматичеаки. В случае зам1ещения аr~регата сетью необходи­ мо предварительно решить воП1рос о вл~иянии помех от сети на ра­ бо1у аппарат1уры. Резерщ1ровани€ сетью 1можн.о применять только в том числе, если имеющиеся в сети помехи не приведут к сбою в работе питаеvой аппа1ратуры. Гаран11ированный переменный ток обеспечивается собственной электростанцией, которая после отключения внешнего источника авто,1атичесыи 1п1ринимает на себя нагрузку. 12 3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО УСТРОЙСТВУ ТОКОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ Для распределения электроэнергии на qредприятиях связи обо­ рудуются собственные электрические се'I\и переменного и .постоян­ ного тока Построение сетей переменного тока не вызывает ка­ ких-либо зат,руднениИ и проводится в соответствии с общесоюзны­ ми правилами устройства электроустановок. Определенные за­ труднения возникают при создании токОjраспределительных ~сетей (ТРС) постоянного напряжения, с помощью которых аппаратура связи rтодключается к ЭПУ. До настоящего времени основной схе­ мой построения ТРС была магистрально-рядовая схема, которая состояла из магиётральной 1И рядовой частей Магист1ральная часть ТРС представляет собой проводку от выходных выводов ЭПУ до начала рядО1в аппарату~ры. Нап1ример, в ТРС телефонных станций магистральная часть проходит ~между этажам1и здания и по автоматном1у залу перпендикулярно 1ря1дам аппаратуры. К каж­ дом) ряду аппаратуры от маrис~ральной проводки отходит рядо­ вая ее часть, которая прокладывается вдоль ряда и от нее ко1рот­ кими проводами делаю1ся спуски к клемма\1 стоек. В месте от­ в.етвления рядовой проводки устанавливаются аппараты защиты от коротких замыканий (КЗ). В рассматриваемой схеме ТРС обычно во всех ее частях применяется алюминиевая шинная про­ водка. Допуакается в рядовой части использование алюм1иниевых проводов. Применение 1\1 агистрально-рядовой схе\1ы рекомендует­ ся только для питания ко\1мутационной аппарату~ры';' выполненной н.а электромеханических элементах без электронного управления. _ 'Указанное олраничение вызвано тем, что в этой схеме 'в аварий­ ных ситуациях (КЗ) возможны появления больших колебаний на­ пряжения, ~подводимого к питае\1ой аппаратуре. Отечественные и зарубежные исследования показали, что в магистрально-рядовой схеме \1ини1мальные значения напряжения дос11игают нуля, а пере­ напряж:ения - (300 ... 500) % номпнального значения. Значения Указанных отклонений зависят от 1конфиrурации и параметров ТРС, а такж€ от харак:rерис'I\ИК применяемых для ·защиты от КЗ автоматов и предохранителей. 157
Изменением конфигурации ТРС можно значительно уменьшить отклонения напряжения. На1пример, есл1И для питания аппарат~уры применить радиальную 1схему ТРС, при которой каждая стойка ап­ парату~ры подключена 1инди~видуальной цроводкой к ЭПУ, то в этом случае КЗ в любой· из индивидуальных цепей практически не при­ ведет к 1появлению перенапряжений в соседних цепях и последние будут нормально работать. Однако рекомендовать повсеместное применение радиальной схемы ТРС нельзя, так как это повлечет за собой большой расход дефицитных кабелей. Исходя из условий, что значение перенапря­ жений П1ря1мо пропорционально произведению индуктивности ТРС на ток КЗ, целесообразно ,рассмотреть воз.'1ожности минимизации указанных величин. У1меньшения индуктивности ТРС можно до­ биться сближением проводов разнои.менной полярности. Такое ре­ шение позвол1ит знач1ительно ~уменьшить индуктивность ТРС по сравнению с имеющимися величинами и дост.ичь значения менее 1 1мкГн на 1 м проводки. Оnраничения тока КЗ целесообразно до­ биваться увеличением сопро11ивления 1распределиrельной части ТРС, т. е. проводки, идущей от малистральной части к с11ойкам an- napaтyipы. Такой путь поможет помимо снижения пе,ренапряжений уменьшить также посадки напряжения. Сра1вниrельный технико-экономический анализ разл~Ичных схем ТРС 'показал, что с учетом возможностей пракТtической реал~Изации предпочтение следует отдать 1магис11рально-полурадиальной схе1ме, в раопределительной части ~которой используются отходящие к стойкам индивидуальные провода ,м1инусовой полярнос11и и объеди~ ненные провода положительной полярности. В зависимости от дли­ ны ТРС и токов нагрузки индивидуальных ц.епей место разветв· ления 1мюшст1ральной и распределительной проводок ~может рас· полагаться либо в помещениях линейно-аппаратных цехов и авто­ матных залов, либо в f\енераторном помещении предП1риятия связи. Для токов нагрузки индивидуальных цепей, не превышающих 4 А, место разветвления ТРС всегда располагается в ЛАЦ или автоза­ ле, т. е. в помещениях, где устанавливается аппара11ура, и никаких дополнительных ~мер по Оf1раничен1ию тока КЗ проводить не нужно. Расчет ТРС производится на ~минимум расхода 111роводникового ма­ териала. В этих условиях П1ри применении в ТРС автоматов на ап· паратуре обычно выдерJЮиваются нормы по ~допустимым изменени­ ям напряжения, приведенные в ГОСТ 5~37-83. Если токи нагруз­ ки в одной цепи tдолжны быть увеличены ,до 20 А, то при длинах ТРС 45 м 1и более необходИlмо принимать меры к оnраничению то­ ка КЗ или размещать место ~разветвления ТРС в генераторном по· 1мещении рядом с выходом ЭПУ. Суммарное паление напряжения в полУJрадиальной части ТРС выбирается обычно не более 1,5 В. Для токов в ~каждой нагрузке боле~е 20 А реко.мендуется применять радиальную или полурадиальную аистемы ТРС. Если в указанных ,условиях не удается выполнить т.ребования ГОСТ 5237-83, то не­ обходима децентрализация ЭПУ ~для )'\Меньшения расстояния меж­ ду ЭПУ 1и питаемой аппаратурой. 158
Приведенные выше общие ~рекомендации по построению ТРС для питания элект1ронной аппаратуры служат основой мя проек­ !fирования ТРС. Конкретные величины па~раметров ТРС получают­ ся в результате расчетов, проводимых в соответствии rc дейсТ~вую- ' щей нормативно-технической доку~ментацией. П1ри расчетах паде­ ние напряжения на погонный ~метр 1проводк,и мож1ет быть приня110 равным 0,018 ... 0,02 В/м. 1Верхнии предел ау~м1марной величины па­ дения напря.жения в ТРС для пе1рспективных ЭПУ с вольтодоба­ вочными преобfразо1вателями при номинальном напряжени1и на ап­ паратуре 60 В целесообразно ограничить 4 В. Эта величина может быть рекомендована к применению для протяженных разветвлен­ ных ТРС с большими величина1ми потребляемых токов при условии использования в основной группе 1батареи 29 а~кумуляторов. В большинстве случаев цроекТ~и1рования ТРС можно ограничиться значением падения напряжения 2,5 В при 28 ак,кумулято1рах В ана­ логичных условиях для ЭПУ на 24 В с 12 аюку~муляторами в ос­ новной группе батаре1и ~максимальное падение напряжения в ТРС приниtМается равным 1,8 В. В заключение нужно 011мегить, что при ~конструктивном выпол­ нении ТРС должны соблюдаться следующие положения 1разнопо­ лярные шины, кабелrи и провода одного фидера 'питания проклады­ ваются на минимально возможном расстоянии о~ин от другоrо, по­ ЛУJращиальная 1И 1радиальная П1роводки выполняются 1кабелям1и и праводами, импу,,i!ьсные источниюи вторичного электропитания и дистанuщонного питания, потребляющие ток боле~е 10 А ~каждый, получают питание ,от ЭПУ 'по индивидуальной прово~д1ке, в местах разветвления 1магис11ральной и 1распределительной частей TIPC за­ щиту от К.З ~следует выполнять с 1применением автоматов, ~располо­ женных, как правило, на специальных стойках или в шкафах токо­ распределения, ~входящих в состав питаемой аппаратуры. ТРС дол­ жны строиться исходя из минимально 1 возможного ~расхода п1ровод­ никового мате~риала. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Что называется электроустановкой предприятия связи? 2 Особенности нагрузки на ЭПУ, создаваемой современной аппаратурой связи 3 Что является основным источником элек:_роэнерrии для предприятий связи? 4 Почему маrистрально-рядовая схема ТРС ие рекомендуется для совре­ менной аппаратуры связи? , 159
Глава 13. ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ АППАРАТУРЫ МЕЖДУГОРОДНОЙ СВЯЗИ 13 1. ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ПРЕДПРИЯТИИ МЕЖДУГОРОДНОЙ СВЯЗИ Состав электроустановок предприятий междуrородной связи оп. ределяется ведомственными нормами технологического проектир 0 • вания ВНТП 332-81. · По надежности электроснабжения все без исключения пред­ приятия междугородной связи отн9сятся к потребителям особой группы первой категории. Эти потребители получают электро­ энергию от трех источников. На предприятия междугородной свя­ зи электроэнергия подается от двух независимых внешних источ­ ников через самостоятельные вводы. ТретьИм источником, как правило, является собственная дизельная электростанция. В иск­ лючительных случаях при трех внешних независимых источниках для междугородных телефонных станций (МТС) допусt<ается не оборудовать собственные электростанции. На .i\1.TC и обслуживае­ мых усилительных пунктах (ОУП) собственная электростанция оборудуется одним автоматизированным дизельным агрегатом. Два дизельных агрегата (рабочий и резервный) имеют собствен­ ные электростанции сетевых узлов и узлов автоматической комму­ тации. Длsr сокращения числа резервных агрегатов допускается устанавливать один резервный агрегат на два рабочих. В качестве основной системы электропитания на предприятиях междугородной связи применяется буферная система. Стабилиза­ ция выходного напрqжения может осуществляться либо с устрой­ ствами автоматической коммутации аккумуляторов, либо - полу­ проводниковыми преобразователями Электропитание потребителей особой группы первой категории переменным током в основном осуществляется через полупровод­ никовые инверторы, входящие в состав установок бесперебойно­ го питания. Соответствующее оборудование установок бесперебой- • ного питания постоянным и переменным напряжением описано в гл. 1О. В остальном электроустановки предприятий междугородной связи должны отвечать основным положениям, изложенным в гл.11и12. ' В качестве примера рассмотрим структурную схему построе­ ния электроустановки ОУП междугородной связи (рис. 13.1) • Электроэнергия к трансф9рматорной подстанции ОУП поступа· ет от двух независимых источников No 1 и No 2 по двум линиям электропередачи. На ТП имеются две высоковольтные шины, ко· торые с помощью замыкания разъединителей Q2 и QЗ. могут сое­ диняться. Рубильники QJ и Q4 предназначены для заземления любой из шин. К каждой шине через выключатели Qб и Q7 и 160
• О'> - }/!!f lvARh71 1 1 f/J([/Jб/QJ((/38 Жилой. iJoн ____ I злектро- электро- осОещение cuлotloe ooop!f ilfJQaнut: Рис. 13 1. Структурная схема электроустановки·ОУП У\ TV2 РА5 РАб ~ - y::JfA40 О О lwhz\ ~ QJO 0РУ2. J •
предохранители F 1 и F2 подключаются понижающие траноформа­ торы TV1 и TV2, вторичные обмотки которых соединены в звез­ ду с выводом нулевой точки, которая з-аземляется. Таким обра­ зом, на низкой стороне образуется трехфазная система с зазем­ ленной средней точкой. На выходе каждого трансформатора вклю­ чаются амперметры PAJ ... РАЗ или РА4 . . . РАб, вольтметры PU J PU2, счетчики активной и· реактивной электроэнергии Wh и VARh: Далее электроэнергия поступает на шины низкого напряжения, которые при надобности могут объединяться замыканием рубиль­ НИКQ·В Q21, Q22 и автомата Q27. В качестве распределительных устройств низкого напряжения применяются типовые панели ЩО, оборудованные устройствами коммутации и защиты. На них уста­ навливается различное число рубильников с рычажным приводом и ножевым предохранителем или автоматов. Напряжение для пи­ тания аппаратуры связи и некоторых ответственных потребителей ПО;.1.ается на ЩПТА-4, к шинам гарантированных нагрузок кото­ рого подключается также автоматизированная дизельная элект­ рuстанция. ЩПТА .имеет. контактор К, позволяющий отсоединять от шин нагрузки напряжение внешней сети. Принятое распреде­ ление напряжения позволяет в случае необходимости осуществить режим автономного питания от собственной электростанции. Рассмотренная схема электроснабжения аппаратуры свя3и яв­ ляется типовой для потребителей особой груш:~ы первой катего­ рии. 13.2 . ДИСТАНЦИОННО~ ПИТАНИЕ АППАРАТУРЫ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ Междугородная связь основана на применении систем переда­ чи. Под ~истемой передачи понимается совокупность технических средств, обеспечивающих образование линейного тракта, типовых групповых трактов и каналов. В состав аппаратуры системы пе- ·редачи входят источники вторичного электропитания и устройст­ ва дистанционного питания. Аппаратура систем передачи разме­ щается на станциях, в которых постоянно присутствует эксплуа­ тационный персонал, и на полностью автоматизированных усили­ тельных пунктах без постоянного присутствия персонала. Послед­ ние получили название необслуживаемых усилительных или реге­ нерационных пунктов (НУП, НРП). В соответствии с принятыми принципами построения систем передачи аппаратура НУП и НРП ... получает электроэнергию от обслуживаемых станций и ·ОУП по тем же проводам, по которым передаются информационные сигна­ лы с помощью аппаратуры дистанционного питания. Способ дис­ танционного питания (ДП) аппаратуры линейного тракта в но­ вых системах передачи позволяет на магистрали автоматизиро­ вать до 98 ... 99% всех станций, причем из общей мощности, пот­ ребляемой аппаратурой линейного тракта, примерно 90% требуется для дистанционного питания. Отсюда следует, что в аппаратуре линейного тракта, устанавливаемой на ОУП, заметная роль отво- 162
дится устройствам ДП. К основным особенностям этих устройств нужно отнести их способность работать в условиях резких изме­ нений нагрузки и гарантировать высокую надежность. Нагрузки НУП или НРП, кабельные жилы и устройства д,П объединяются в цепь ДП. Обычно аппаратура НУП или НРП одной системы передачи питается от одной цепи ДП. Указанное полоJкение поз­ воляет получать полную независимость каждой системы, что на­ ряду с повышением живучести обеспечивает также большую их взаимную помехозащищенность. Аппаратура НУП или НРП мо­ жет получать питание либо по секции ДП, либо по двум полусек­ циям ДП. Во втором случае обычно в середине секции устанав­ ливаются два шлейфа по ДП. На рис. 13.2,а изображена схема секции цепи Д1П, .а на рис. 13.2,6 - двух полусекций. В связи с повышением требований к надежности систем пере­ дачи целесообразно стремиться к предельному упрощению уст­ ройств приема ДП в НУП и НРП. Отечественный и зарубежный опыт разработок систем передачи показывает, что наиболее прос­ тые и надежные устройства приема ДП получаются при использо­ вании стабилизированного постоянного тока и последовательно~r включении нагрузок. Как правило, при т.аком включении нагрузок не требуется в НУП или НРП применения каких-либо преобразо­ вательных устройств и появляется возможность свести потери в линии к минимуму. Применение указанной схемы дает наиболь­ ший эффект, если цепь ДП организуется по коаксиальному ка­ белю, так как электрическая прочность изоляции центральных · проводов, по которым передается дистанционное питание, в этих кабелях нормируется по отношению к обратны~ проводам коак­ сиальных пар. Если через Vрд обозначить действующее значение допустимо­ го рабочего напряжения коаксиальной пары и через Ипд - дей­ ствующее значение постороннего наводимого напряжения, то мак­ симальное напряжение дистанционного питания постоянным то- ком в одном кабеле определяется по формуле Идп=2 V2 (Vрд- 6* О!!П, (ОРП! ЛUHLJR Nf НУЛ(НРЛ) H!Jfl (!IРП), ОУП, N! \Линия с\ Nn \,линия !(О::zП) • ' н!!!!J_!!!Л) ,' 163
-Ипд). В симметричных кабелях для полного использования за­ ложенных в них возможностей по электрической прочности изо­ ляции цепь ДП целесообразно организовывать по двум кабелям. Однако указанный способ можно применять только после всесто­ роннего изучения других системных вопросов, возникающих в процессе проектирования системы передачи. Максимальное число НУП в цепи с последовательно включен­ ными нагрузками при заданном напряжении ДП обеспечивается, если· ток ДП выбирается по формуле: fo= V P/r, где Р - средняя мощность, потребляемая нагрузками одного НУП, r - сопротпв­ лен11-е шлейфа проводников одного усилительного участка. , При разработке системы передачи не всегда удается использо­ вать оптимальное значение тока ДП. Это объясняется прежде ~всего тем, что на каждом НУП или НРП имеется несколько наг- 1[>узок с различными требуемыми напряжениями. В связп с этим це­ лесообразно оценить, как уменьшается число НУП в цепи ДП в зависимости от степени отклонения тока от оптимального значе­ <ния. м'аксимальное ЧИСЛО НУП при заданной потребляемой мощ­ .ности и сопротивлении шлейфа одного усилительного участка можно определить из выражения nо=mИдп, где m=1l2VPr. Гра­ ,фик зависимости m=1f (Pr) показан на рис. 13.3,а. Обозначим че­ ,рез l выбранный ток д,П. Число НУП при выбранном токе ДП и ;Заданных значениях Р и r определяется из выражения n=тNИдп, 2 ) ' rде N =2 !д_ (!.!2. + 1 . Зависимость изменения N =ер(/) показана 1/2 на рис. 13.3,6. - Учитывая, что значения т н Идп относятся к заданным, то ха- рактер отклонения числа НУП в цепи ДП будет опреде.r~яться хо­ дом функции N =ер(/). Анализ хода кривой, приведенной на рис. 13.3,б, позволяет сделать следующие выводы. Отклонение тока ДП от оптимального значения уменьшает· дальность действия -сис­ темы ДП. Степень уменьшения числа НУП или длины системы ДП при близких значениях выбранного и оптимального токов весьма не~начительна. Так, при отклонении выбранного тока на -25 ." 30% оптимального значения длина цепи ДП сокращается не более чем на 10%. N т !,О о,1 0,8 0,05 О,б . 0,4 {l,01 0,005 104 0,2 о,1 !,О '10 а) Pr oJ I0/I Рис. 13.3. Графики для определения числа НУП в цепи ДП 164
В ранее разра·ботаннъrх епстемах Передачи применялась схема цепи ДП «провод - земля». Нагрузки включались последователь­ но в один лровод, а в качестве другого провода использовалась земля. Такой способ организации схемы ДП позволяет несколько уменьшить потери и организовать в кабеле большее число цепей ДП. Серьезным недостатком схемы является ее подверженность по сравнению со схемой «провод - провод» внешннм электромаг­ нитным влияниям, в том числе гальваническому влиянию со сто­ роны электрнческпх_железных дорог и линий электропередач. Зна­ чения напряжений внешних влияний могут достигать нескольких сотен вольт, поэтому применение схемрr «провод- земля» требу­ ет принятия специальных мер по защите. Защпта от внешних влияний приводит обычно к уменьшению длины цепи ДП. Срав­ нительный анализ различных факторов, определяющих выбор схе­ мы ДП, показал, что схему «провод - земля» для питания аппа-· ратуры НУП современных широкополосных систем передачи при­ менять нецелесообразно. ' 13.3 . АППАРАТУРА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ПО КОАКСИАЛЬНЫМ КАБЕЛЯМ На магистральных линиях связи широко применяются сис­ темы передачи К-3600, К-1920П, VLT-1920 и К-1920У. Аппаратура К-3600 и К-1920П рассчитана на питание от пер­ впчного источника постоянного напряжения (24 + 2,4) В с допус­ тимой пульсацией не более 250 мВ в полосе частот до 300 Гц и 15 мВ в полосе частот свыше 300 Гц. Положительный вывод ис­ точника заземляется. Система токораспределения постоянного напряжения 24 В ор­ ганизована по магистрально-полурадиальному принцппу. В нача- ле каждого ,ряда аппаратуры устанавливается вспомогательная торцевая стойка (СВТ), позволяющая реализовать полурадиаль­ ную часть проводки. В стойке имеются rшины, которые соединя­ ются с магистральной частью проводки. От этrrх ,шин напряжение отрицательной полярности подается на комплекты автоматических выключателей (КВА), в состав которых могут входить до шести автоматов типа AK-63-IM . К выходу каждого автомата изолиро­ ванным проводом подключается. один из вводов стойки аппарату- ры связи. Т9ким образом, r<аждый ввод стойки подключается к~ индивидуальному автомату, номинальный ток которого должен соответствовать питаемой нагрузке и особенностям защищаемой цепи. Проводка положительной полярности осуществляется под~ ключением соответствующих выводов каждой стойки к рядовой шине, которая в свою очередь соединяется с шиной положительной полярности стойки СВТ. Стойка СВТ имеет высоту ·2600 мм, ши­ рину 400 мм: и глубину 225 мм. Масса стойки без комплектов • К.БА не превышает 60 кг. 165
Стойка СВТ обеспечивает местную, -рядовую и общесrанцион­ ную сигнализацию при пропадании напряжения источника на вво­ димых шинах, при срабатывании или ручном выключении .r~юбого автомата. Стойка осуществляет прием сигналов о неисправностях технического или эксплуатационного характера, возникающих в оборудовании (на стойках ряда), и обеспечивает оптическую и звуковую сигнализацию об этом на транспаранте. ~ На стойке СВТ размещаются до семи комплектов КВА, а так­ же ·другое оборудование. Падение напряжения на монтаже стойки СВТ для среднего тока нагрузки 7 А по одному выходу, включая комплекты КВА. не превышает 0,4 В. Комплекты КВА выпускаются по самостоятельным техничес­ ким условиям. Наибольшее применение нашли комплекты КВА-2 и КВА-5. Значения токов нагрузок различных модификаций комплектов. КВА-2 приведены в табл. 13.1 В комплектах предусмотрена оптическая сигнализация состоя­ ния автоматов как в случае ручного отключения, так и срабаты­ вания при перегрузке. Загорание лампы на КВА дублируется вы­ дачей сигнала в систему общестоечной сигнализации. Комплекты КВА-5 и КВА-6 предназначены для питания уст­ ройств дистанционного питания (ДП) стойки СДП-4. На стойке СВТ может устанавливаться один комплект КВА-5 или КВА-6. В этих комплектах применяются автоматы на номинальный ток 63 А с 5-кратной отсечкой. Падение напряжения в КВА не пре­ вышает 0,4 В, имеется оптическая и дистанционная сигнализация. Так как устройства ДП потребляют большие токи, для повы­ шения защищенности остальной аппаратуры связи кабели от электропитающей установки (ЭПУ) подводятся непосредственно на комплекты КВА-5, КВА-6. В оборудовании предусмотрены спе­ циальные провода для соединения выходных зажимов автоматов и входных зажимов стоек СДП-4. · Источники вторичного электропитания, используемые для местного электропитания устройств аппаратуры систем передачи К-3600 и К-1920П, предназначены для формирования требуемых напряжений постоянного тока и их стабилизации. Кроме того, они обеспечивают требуемые низкие значени'я пульсаций в цепях пи- Таблица13.1 Наименование комплекта КВА-2 КВА-2-1 КВА-2-11 КВА-2-111 KBA-2-IV 166 1 Рабоч.ее в0пряжевие, , __ н_о_ми_в_а.п_ь_в...,.ый_то_к_•....,А_._в_ц_е_пи_ав_т_ом-:а_то_в_ 1121зl41sl6 "' 24±2,4 10 10 10 10 10 10 21,6±0,6 16 16 16 16 16 16 24,4±2,4 10 10 4 10 10 4 24,4±2,4 16 16 4 16 16 4 24±2,4 16 16 16 16 16 16
!fания и выполняют функции защиты цепей питания и питаемого оборудования от токовых перегрузок и перенапряжений, а также ослабляют нежелательное взаимное влияние отдельных устройств через общие цепи питания. Стабилизатор напряжения CH-lA (рис. 13.4) содержит следую­ щие основные элементы: регулирующий элемент, состоящий из транзисторов VT1, VT2, VТЗ, VT4, источник опорного напряжения, получаемый с помощью стабилитронов VDJ, VD2, однокаскадный усилитель сигнала рассогласования на транзисторе VT5 и дели­ тель выходного напряжения R11R12R13. Увеличение (уменьшение) выходного напряжения под дейст­ вием тех или иных дестабилизирующих факторов (изменения нап­ ряжения питания, тока нагрузки, температуры окружающей среды) вызывает изменение падения напряжения на резисторах RB, R9 и соответствующее уменьшение (увеличение) токов кол­ лекторов транзисторов VT1, VT5, благодаря чему выходное нап­ ряжение будет возвращаться к заданному значению, определен­ ному величиной напряжения стабилизации стабилитронов VDJ, VD2 и коэффициентом передачи делителя выходного напряжения R1 ltR.12R13. Изменения выходного напряжения в схеме воздействую'!' на эмиттерные переходы всех транзисторов только через большие сопротивления их коллекторных nереходов, что обеспечивает вы­ сокую стабильность выходного напряжения при изм.енении вход­ ного напряжения. Резисторы R2, R5, Rб обеспечивают нормальный режим регу­ лирующих транзисторов VT 1 ". VT4 и работоспособность стабили­ затора при малых токах нагрузки и повь1шенной температуре ок­ ружающей среды. С помощью переменного резистора R12 выходное напряжение стабилизатора может регулироваться в пределах 17 ... 19 В. Рис 13 4 Принципиальная электрическая схема стабилизатора напряже· 1шя CH-lA (67
1111 _Схема стабилизатора обладает свойством триггерного выклю­ чения под воздействием токовых перегрузок на выходе, т. е. за­ щитой от токовых перегрузок без применения специальных эле­ ментов, работающих только на защиту. При уменьшении выходного напряжения под действием токо­ вой перегрузки на выходе стабилизатора коллекторные ток» всех транзисторов в начале пропорционально растут до того момента. пока коллекторный ток транзистора VТБ не станет равным току стабилитронов VDl, VD2. Ее.аи при этом выходное напряжение продолжает принудительно уменьшаться, стабилитрон VD2 запи­ рается, цепь обратн..ой связи через него оказывается фактичес1<и разомкнутой и ток транзистора VTS начинает уменьшаться, что приводит к соответствующему уменьшению токов коллекторов. транзисторов VT 1 ... VT4 и еще большему уменьшению выходного напряжения. Этот процесс развивается лавинообразно до полно­ го .выключения транзисторов, в результате чего ·выходной ток уменьшается до значения, определяемого начальным током сос­ тавного транзистора. В выключенном состоянии схема может оставаться неограни­ ченно долго. Для спуска ее в работу после устранения перегруз­ ки служит цепь, образованная резистором R.4 и стабилит·роном VDЗ. С помоЩью этой цепи, включенной параллельно регулирую­ щим транзисторам VТЗ, VT4, на выход схемы подается напряже­ ние, достаточное для отпирания транзистора VTS и перевода уст­ ройства в рабочий режим. Так как регулирующий элемент работает в непрерывном режиме и на нем рассеивается вся избыточная мощность источника пита­ ния, габариты стабилизатора в основном определяются размерами радиатора (теплоотвода) мощных транзисторов VT2, VТЗ, VT4. Для уменьшенпя мощности, выделяемой на регулирующем элемен­ те, применено устройство контактного перераспределения мощ­ ностн, не снижающее к. п. д~ стабилизатора. Устройство содержит пороговый элемент, в состав которого входят транзистор VTB, ре­ гулируемый делитель входного напряжения R.14, R.15, реле К2 как исполнительный орган и балластный резистор R1, включенный в. коллекторную цепь регулирующих транзисторо'в VТЗ, VT4 и шун­ тированный контактами 3, 5 реле К2. Когда напряжение на вхо­ де стабилизатора меньше 25 В, транзистор VTB открыт, а кон­ такты реле К2 шунтируют резистор Rl. При повышении входно­ го напряжения стабилизатора от 25 В транзистор VT8 запирается, реле К2 размыкает контакты, шунтирующие резистор Rl. В ре­ зультате резистор iR.1 включается в коллекторную цепь регулирую-, щих транзисторов VТЗ, VT4, поглощая избыточное напряжение. Таким способом удалось значительно уменьшить габариты теплоотвода регулирующего транзистора. Благодаря использова­ нию реле К2 устройство перераспределения мощности не требу­ ет увеличения минимально допустимого уровня входного напря­ жен.ия И пит· Это является важным преимуществом описываемого 168
устройства перед бесконтактными схемами аналогичного приме­ нения. Для сигнализации об аварийном состоянии стабилизатора нап­ ряжения применяется устройство допусковой сигнализации, ко­ торое срабатывает- при снижении выходного напряжения до (15,5+ 1) В или увеличении свыше (21+1) В. Устройство сигнализации аварийного состояния содержит реле Kl, обмотка которого включена в коллекторную цепь транзисто­ ра VT7, образующего совместно с транзистором VJб и стабилит­ роном VD4 пороговый элемент. Входные сигналы на оба тран­ зистора устройства поступают с переменных резисторов R9 и R13. С помощью этих резисторов добиваются того, чтобы при нормаль­ ной. работе стабилизатора транзистор VТб был закрыт, а тран­ зистор VT7 открыт и насыщен. При этом контакт реле Kl оказы­ вается разомкнутым и светодиод VD7 не светится. При снижении выходного напряжения стабилизатора до (15,5+ 1) В уменьшает­ ся напряжение, снимаемое с переменного резистора Rf3, что при­ водит к запиранию транзистора VT7, отпусканию реле Kl, контакт которого замыкает цепь светодиода VD7 и одновременно вь!дает сигналы на общественное табло и комплект ЗС (через диод VDб и конденсатор С5 соответственно). При повышении выходного напряжения свыше (21+1) В уве­ личивается напряжение, снимаемое с переменного резистора R.9, что приводит к отпиранию транзистора VТб; уменьшению напря­ жения на резисторе Rf3, а в конечном итоге - к запиранию тран­ зистора VT7 и отпусканию реле Kl. В результате начинает све­ -титься светодиод VD7 и одновременно выдаются сигналы на об­ щественное табло и в комплект ЗС. Конструктивно стабилизатор выполнен в виде врубного блока без кожуха и состоит из печатной платы и лицевой панели шири­ ной 45 мм и высотой 120 мм. На лицевой панели стабилизатора установлены: светодиод VD7, контрольная колодка к балластный резистор RJ, закрыть~й перфорированным кожухом. Для питания генераторного оборудования, требующего дейст­ вующего значения напряжения пульсации не более 0,1 мВ, при­ меняется электронный фильтр (рис. 13.5). Фильтр рассчитан на ток нагрузки 0,5 А и подключается к выходу стабилизатора нап­ ряжения. При этом выходное напряжение стабилизатора устанав­ ливается равным 19 В, стабилизированное напряжение на выходе фильтра составляет 18 В+ 1%. Фильтр выполнен по схеме ком­ пенсационного стабилизатора напряжения с последовательным включением регулирующего элемента по отношению к нагрузке. Он содержит составной регулирующий элемент на транзисторах VT 1, VT2, VТЗ, источник опорного напряжения на стабилитронах / VD2 и VD3, однокаскадный усилитель обратной связи на тран­ зисторе VT4 и нелинейный де.Литель выходного напряжения R.б ... R9 с элементами температурной компенсацни VD4, VD5. Фильтр работает аналогично описанному выше стабилизатору напряжения. 169
-ZlfB VПI - !98 -,'88 RI CJ R8 Rg Cf Vll4 .:.Ns VJJ5 +j8S " Рис. 13.5. Принципиальная электрическая схема электронного фильтра Электропитание НУП систем· передачи К-3600 и К-1920П осу­ ществляется дистанционно с ОУП постоянным стабилизированным током по центральным проводникам коаксиальных пар. Усилите­ ли НУП включены в цепь ДП последовательно. Электропитание секции. ОУП-ОУП производится с двух смежных ОУП по полу­ секциям (рис. 13.6). Максимальная длина полусекции питания в. системе К-3600 составляет 93 км при 31 НУП и в системе К-1920П - 120 км при 20 НУП. Аппаратура дистанцио.нного питания размещена на стойке СДП-4. Стойка СДП-4 (рис. 13.7) состоит из двух независимых _ устройств дистанционного питания (УДП), что позволяет обеспе­ чивать работу двух систем в одну сторону от ОУП или одной сис­ темы в обе стороны от ОУ1П. В состав УДП входят 8 блоков усилителей мощности (УМ)~ блок управления Упр, блок контроля тока и напряжения КТН~ блок включения, защиты и сигнализации ВЗС и плата коммута­ ции пк. УДП представляет собой стабилизатор постоянного тока {рис. 13.8) и обеспечивает поддержание его на уровне 340 мА с до­ пускаемым отклонением ± 2 % при воздействии всех дестабилизи­ рующих факторов. Задающий генератор G1 вырабатывает после­ довательность двухполЯрных прямоугольных импульсов, которые через трансформатор Т 1 поступают на выпрямитель опорного нап- \ют\ \нУП \ --~~-- ___ '<J1 J<J -- \ 1 ' t 1i!j Рис. 13.6 . Структурная схема дистанционного питания (ДП) 170 1
171 ;
• -24В l ·! 1 ~ 2000/J J4ОмА Рис. 13 8. Структурная схема стабилизатора тока устройства дистанционного питания 1 • ряжения И1 и генератор пилообразного напряжения G2. С выхо" да этого генератора напряжение подается на компаратор, к кото­ му также с выхода усилителя постоянного тока (УПТ) AJ посту­ пает постоянное напряжение, пропорциональное выходному току. В УПТ происходят сравнение опорного напряжения с напряже­ нием, снимаемым с датчика .тока, усиление и инвертирование раз­ ностного сигнала. На выходе компаратора обраЗуется последова­ тельность импульсов, длительность которых обратно пропорцио­ нальна Зf!ачению выходного тока. Усилитель импульсов А2 наря­ ду с усилением распределяет импульсы управления по двум кана­ лам. Импульсы каждого канала сдвинуты по отношению друг к другу на 180°. Импульсы управления через трансформатор Т2 попадают в цепи баз транзисторов двухтактных транзисторных усилителей (УМ 1 ". УМВ), усиливаются и выпрямляются. В _сос­ тав УМ вход11т однозвенный, Г-образный сглаживающий LС­ фильтр. Выходные зажимы всех усилителей мощности включены последовательно, в результате чего происходит сложение IitЫХод­ ного напряжения всех работающих блоков. Кроме того, на вы­ ходе каждого усилителя мощности включены диоды VD 1 ". VD8 (см. рис. 13.7), которые при работающих УМ закрыты и откры­ ваются только при пропадании напряжения на выходе УМ. Таким образом, в случае повреждения любого из усилителей УМ осталь­ ные продолжают питать нагрузку. Для повышения надежности в УДП имеются два резервных УМ. Расчеты и опыт эксплуатации показали, что время наработки на отказ УДП не менее 150 ООО ч. Следует обратить внимание на то, что схема управления (СУ) находится под высоким выходным -напряжением. Разделение цепей низкого входного и высокого вы- ходного напряжений осуществляется трансформаторами Т1 и Т2 (см. рис. 13.8). н~ лицевой стороне блока ктн расположены при­ боры, показывающие ток и напряжение ДП. Кроме того, в бло­ ке установлены датчики, с которых снимаются сигналы управле· ния, защиты и сигнализации. 172
li Блок ВЗС предназначен для включения и отключения УДП и для автоматического отключения УДП в аварийных режимах, т. е. при пропадании тока ДП или его увеличении свыше 10% номи­ нального значения, соединения цепей положительного или отрица­ тельного напряжения ДП с землей. Во всех перечисленных слу­ чаях блок ВЗС обеспечивает сигнализациiо. Кроме того, сигна­ лизация срабатывает при перегорании предохранителя и пропа­ дании напояжений 24 В или 24 В (сигнальное). Для питания сигнальных ламп в блок 1ВЗС подается напряже­ ние от отдельного источника «24 В сигн.». Остальные цепи блока ВЗС питаются от основного источника постоянного тока 24 В. На панели коммутации (ПК) установлены высоковольтные гнезда и перемычки, с помощью которых осущ~ствляется подклю­ чение УДП к линии, разряд и заземление ее при проведении ре­ монтных и регламентных работ. На ПК установлен соединитель, через который в линию подается напряжение обратной полярнос­ ти от определителя обрыва дистанционного питания (ООДП), входящего в комплект аппаратуры. Напряжение постоянного тока ДП может достигать 2000 В, что превышает допустимое рабочее напряжение одной коаксиаль­ ной пары. В нормальном режиме работы цепи и устройства ДП указанное напряжение ,прикладывается к двум коаксиальным па­ рам и распределяется в соответствии с сопротивлением изоляции пар. Чтобы избежать зависимости от сопротивления изоляции и равномерно распределить между парами напряжение ДП, на вы­ ходе устройства включен делитель напряжения, сопротивление ко­ торого существенно меньше сопротивления изоляции коаксиаль­ ных пар. Средняя точка делителя подключается к обмотке поля­ ризованного реле, другой ее вывод заземляется. Реле отключает устройство ДП, если любой из его проводов оказывается зазем" ленным. В состав стойки СДП-4 (см. рис. 13.7) входят блоки фильтров дистанционного питания - ФДП, назначением которых является разделение и объединение ВЧ сигнала и тока ДП с трактом пе­ редачи и приема. Кроме того, блок ФДП подавляет селективные помехи, которые с выхода УДП могут поступать на вход ВЧ трак- та. · Электропитание сервисных устройств систем передачи К-3600 и К-1920П, к которым относятся устройства магистральной и участковой телемеханики, служебной связи, аппаратуры контро" ля трактов п шумов, осуществляется от однотипных ИВЭ, струк­ турные схемы которых содержат входной фильтр Zвх, двухтакт­ ный транзисторный преобразователь И, выпрямители И1 ... И4, сглаживающие емкостные фильтры Zl ... Z4 и компенсационные стабилизаторы напряжения US и Uб непрерывного действия (рис" 13.9). В зависимости от назначения ИВЭ число выпрямителей, стабилизаторов и сглаживающих фильтров в схемах может быть различным.· Стабилизаторы оснащены защитными и сигнальными устройствами· F 1, F2. 17Э
Uf Z1 us 58 • 38 Рис. 13 9 Структурная схема устройств питания сервисных систем Электропитание устройств участковой телемеханики (ТМУ) и усилителей служебной связи (СС), установленных на НУП, осу­ ществляется дистанционно с ОУП постоянным стабилизированным током через средние точки линейных трансформаторов по цепям симметричных кабельных пар с последовательным включени­ ем нагрузок. Таким же образом питаются устройства магистраль­ ной телемеханики (ТММ), но по физическим цепям симметричных пар. Выходные параметры блоков ДП приведены в табл. 13.2 . Блоки ДП устройств телемеханики и служебной связи также представляют собой преобразователи низкого входного напряже­ ния 24 В в выходное напряжение до 300 ... 350 В со стабилизацией выходного тока. Так как выходные параметры блоков ДП соизмеримы, схемы бЛQКОв одинаковы. Изменение величины TOI{a ДП для разных устройств осуществляется изменением сопротивления в цепи об­ ратной связи. Электрическая схема стабилизатора тока ДП аналогична схе­ ме стабилизатора тока УДП стойки СДП-4, описанного выше. От­ личием является 'применение только одного усилителя мощности, так как выходные мощности блоков ДП малы. Конструктивно вся схема устройства ДП телемеханики и служебной связи размеща­ ется в одном блоке. Нестабильность тока ДП составляет + 10% при изменении входного напряжения на ± 10% номинального зна­ чения н изменения сопротивления нагрузки от минимального зна- , чения до максимального. Пульсация напряжения на выходе блоков ДП не превышает 250 мВ в диапазоне частот до Таблиц а 13 2 Блок ДП ТМУ тмм се 174 Ток ДП, мА 35 20 25 Напряжение цп,в 10 ... 300 40 ..• 350 50 ... 330 300 Гц и 15 мВ на частотах вы­ ше 300 Гц. Так же, как и в УДП стойки СДП-4, в блоках УДП телемеха­ ники и служебной связи имеются устройства защиты, которые от­ ключают цепи ДП и включают устройства сигнализации при от­ клонении тока ДП на ± (12 ".
) ... 18) % от номинального значения, обрыве цепи ДП и при перего­ рании предохранителя. Блоки ДП телемеханики устанавливаются в стойке СТМ, а блоки дп служебной связи - в стойке се. Электропитание аппаратуры линейного тракта VLT-1920. Аппаратура рас· / сuитана на питание от источника постоянного тока с напряжением минус 24 В нли от однофазного переменного тока промьцuленной частоты 50 Гц напряже­ f ием 220 В. Допускаемые отклонения напряжения питания постоянного тока +22 +io составляют -24 в_ 12 %. переменного - 2 20 в_ 20 %, частоты +6%. Аппара· тура допускает резкие перепады напряжения постоянного тока в электропита­ ющей установке от -3 до +5 В, переменного тока +65 В длительностью до 20С.. мс, кратковременные (до 20 мс) пропадания напряжения переменного то­ уа. Пульсации напряжения источника -24 В не должны превышать 250 мВ для частот до 300 Гц, 15 мВ для частот 300 Гц . 4 кГц и 0,25 мВ для частот 6кГц .10МГц. Питание стойки линейных усилителей. Схема электропитания предусматри­ вает разделение всего оборудования стойки на два тракта На платах ввода ПВ (рис. 13.10) имеются два самостоятельных ввода 1 и II постоянного тока или один ввод переменного тока К.роме того, имеется ввод для питания цепей сиг­ нализации 111 От ПВ по двум независимым шинам напряжение поступает на б.11оки местного питания БМП типа ·в-583, каждый из которых питает аппара­ туру ВЧ тракта одного направления передачи. БМП обеспечивают на выходе напряжение 20 В, на которое рассчитана вся аппаратура стойки, за исключе­ нием платы типа ЕЬ-509 устройства ДП. Для ее работы необходимо напряже­ ние -24 В При подаче переменного тока на стойку блоки БМП типа В-581 подключа­ ются по влоду параллельно. В этом случае платы ЕЬ-509 УДП питаются от пе­ ременного тока Основные характеристики блоков БМП приведены в табл. ~3.3. При питании от напряжения переменного тока на вход БМП В-581 подается напряжение 220 В, которое через устройство ввода УВ (рис. 13.11) и входной фильтр Z 1 поступает на выпрямитель И 1. Входной фильтр обеспечива­ ет подавление индустриальных помех от сети питания. Выпрям.итель имеет три независимых выхода, один из которых является основным (для питания нагрузки), два .других - вспомо­ гательными (для питания схемы управления импульсного стабилизатора напряжения). По­ следние два выхода подключены к параметри­ ческим стабилизаторам напряжения И2 и ИЗ, выполненным на стабилитронах. Рис. 13.10. Структурная схема питания стой­ кя линейных усилителей от источника постоян­ ного напряжения -24 В • 175
Таблица 13.3 Наименование параметра Номинальный входной ток, А Выходное .напряжение, В Максимальный выходно~ ток, А Минимальный выходной ток, А Пульсации выходного напряжения, мВ .(действующие зна­ qения), .nри час'I'отах: ниже 300 Гц 300 Гц... 6 МГц 6 кГц".10 МГц К.п.д. при максимальной нагрузке Значения параметров блока В-581 В-583 1,6 20±0,6 7,5 0,7 250 15 О,1 0,63 8,7 20±0,6 7,5 о ,:t 250 15 0.1 0,6 и,шульсный стабилизатор, в состав которого входят .генератор пилооб­ разных колебаний Gl, схема сравнения ,СС, формирователь импульсов управ­ ления ФИУ и ключ Sl, предназначен для стабилизации напряжения, подаваемо­ rо на. платы стойки. В основу работы импульсного стабилизатора положен прин­ цип широтной модуляции выходных импульсов. Ширина импульсов управления регулируется сравнением пилообразного и постоянного напряжения. Прямоуголь­ ные импульсы управления формируются регулирующими транзисторами ФИУ .с помощью триггера с эмиттерной связью. Импульсы управления усиливаются и подаются на базы регулирующих транзисторов ключа Sl. Транзисторы включены параллельно для получения большей мощности на выходе БМП. В блоке предусмотрено устройство защи­ ты от коротких замыканий в нагрузке SF1, для чего сигнал с включенного на выходе датчика Д подается на управляющий электрод тиристора устройства защиты SF2. При. коротком замыкании в нагрузке включается тиристор, кото· рый шунтирует основной выход выпрямителя U1, что приводит к перегоранию .сетевого предохранителя. При отсутствии выходного напряжения отпускает сиг- _,. .нальное· реле, контакты которого включают щ~.мпу аварийной сигнализации, ;установленную на БМП, и систему внешней сигнализации. Работа блока питания В-583 от напряжения постоянного тока -24 В ос­ f!Ована на р?ссмотренном выше принципе. Структурная схе~а блоJ{а на вход- Z1 U! Z2 SF1 51 'Рис. 13 11. Структурная схема БМП В-581 Е.76 ZJ Z4 цепи сиг­ наацзацщL ,
Рис. 13.12 . Структурная схема БМП В-583 ROe напряжение -24 В приведена на рис. 13.12 . К отличительным ее особен­ ностям следует отнести наличие вольтодобавочного преобразователя и1, ко­ торый вместе с основным источником -24 В обеспечивает минимальное на· пряженне 27 В для питания задающего генератора G1 и нагрузки Выпрямитс­ J!И U4, ИБ служат для питания схемы управления импульсным стабилизатором. Система дистанционного питания позволяет с двух смежных ОУП обеспе­ чнть работу до 30 последовательно включенных НУП (рис. 13.13). Цепь ДП сдrюй системы связи образуется по центральным приводам двух коаксиальных пар. приче\!. все усилители Н}'П одного направJiення передачи ВЧ-тракта полу­ чают питание от одного ОУП, а другого направления - от второго ОУП. Пе­ редача стабильного постоянного тока ДП производится навстречу направлению передачи сигналов ВЧ-тракта. Ъ'казанные выше особенности построения цепи ДП вызваны тем, что авто­ матическое регулирование уровня (АРУ) ВЧ тракта в системе передачи на НУП осуществляется изl\!енением коэффициента усиления линейных усилителей, в це­ пи обратной связи которых включены терморезисторы. Терморезисторы изменя­ ют свои сопротивления в зависимости от величины тока ДП. Следовательно, УДП, регулирующее ток, должно размещаться на приемном конце ВЧ-тракта. На приемном конце изменения уровня контрольной. частоты ВЧ-тракта фик- ЛУП Z1 Линия u НУП ZJ О':!П Рис. 13.13. Структурная схема цепи ДП системы передачи VLT-1920 171
сируются 8-разрядным счетчиком, который управляет работой УДП. Счетчик имеет 256 ступеней, и каждой его ступени соответствует изменение тока ДП •ia 67 мкА, поэтому максимальное изменение тока при прохождении всех 256 • ступеней соста:ляет 17,2 мА Однако в процессе эксплуатации аппаратуры ука­ занные изменения могут оказаться недостаточными, поэтому в аппаратуре пре­ дусмотрена возможность более широкого изменения тока ДП: от 73,4 до 100 мА, причем имеется четыре поддиапазона с полосой + 8,6 мА каждый и фиксирован­ ной установкой значений тока ДП на уровне 82; 85; 88 и 91 мА соответст­ венно. Нестабильность выставленного значения тока УДП +О,2%. Максималь­ ное напряжение ДП может достигать 950 В Известно, что цепи ДП, организованные по схеме «провод - земля», в боль­ шей степени подвержены электромагнитным воздействиям посторонних элект­ rическнх систем, чем цепи, без использования «земли» в качестве обратноге провода Исследования показывают, что большую опасность для работы ап­ паратуры представляет гальваническая составляющая влияющих напряжений, которая в междугородных кабельных линиях может достигать 1 В/км любой полярности. Значения допускаемых посторонних напряжений в аппаратуре, выз· :санных гальваническими связями, приведены в табл. 13 4. Если при проекти­ ·ровании кабельной линии окажется, что ожидаемые этих побочных на­ rtряжений' превышают указанные в табл. 13 4, то следует уменьшить длину секции ДП Устройство ДП секции, содержащей до 30 НУП, состоит из двух плат т:rпа ЕЬ-507 и ЕЬ-509. Если в секции ДП включаются до 15 НУП, то питать нх можно от одной. платы ЕЬ-507. Следует отметить, что плата ЕЬ-509 явля- ется вспомогательной и самостоятельно Таблиц а 1_3 .4 питать аппаратуру НУП не может. Она, Число Расстояния между смеж- НУП в ными ОУП, секции ДП км 1" .26 12 ... 162 27 168 28 174 29 180 30 186 допускаемое значение побочных напряжений, В/км 1.о 0,9 0,75 0,6 0,45 по существу, является вольтодобавочным элементом, управление которым осу­ ществляется от платы ЕЬ-507. Плата ЕЬ-507 содержит управляемый преобразователь УП (рис. 13 14) (со­ стоит из усилителя мощности AJ, вы­ прямители И 1, частотно-импульсного мо­ дулятора UBJ, вспомогательного усили­ теля А2 и источника электропитания U2), линейный регулятор ЛР, элементы защиты Fl, сигнализации Hl и уст- ройство автоматического повторного включения АПВ. Напряжение ДП посту­ пает от УП на линейный регулятор тока ЛР, который в сочетании с УП обес­ печивает высокую стабильность тока в линии и позволяет устанавливать тре­ суемые для системы АРУ средние значения тока ДП. С линейного регулятора управляющее напряжение снимается на частотно-импульсный мод.улятор UBI. Линейный регулятор непрерывного действия выполнен по схеме с пос.ледо­ вательио включенным транзистором, изменение напряжения на переходе эмит· тер - коллектор которого позволяет поддерживать требуемую стабильность тока ДП Транзистор VTS (рис. 13.15) работает в режиме непрерывного регулиро­ вания. Система ~инейного и импульсного регуляторов работает так, что падение напряжения на переходе эмиттер - коллектор транзистора VTS поддержива­ ется постоянным, а изменяется напряжение управляемого преобразователя УП. Установка тока ДП в зависимости от уровня автоматического регулирования 17'8
" Рис 13 14. Структурная схема устройства ДП (плата ЕЬ-507) осуществляется по сигналу, снимаемому с резистора R9 и резисторов двоично­ го счетчика. Далее это напряжение через усилитель AJ и транзисторы VТЗ~ i'T4 передается на резистор R2. Изменение тока ДП по сигналу АРУ проис­ ходит гораздо медленнее, нежели отработка нестабильности по нагрузке и ис­ точнику питания. Узел переключений сопротивлений УПС двоичного счетчика предназначен ·для подключения к линейному регулятору соответствующих резисторов по командам· от АРУ. В узле имеются восемь герконов, которые управляются уст­ ройством АРУ, восемь резисторов, подключаемых контактами герконов к ли- ' нейному регулятору; лампы, отображающие состояние двоичного счетчика, а также необходимые диодные сборки для развязки цепей управления и сиг­ нализации Узел позволяет получить 256 значений сопротивления, которые мо­ гут изменять значение тока ДП относительно установленного значения на + 128 ступеней. При отработке линейным стабилизатором (ЛР) любого из возмущающих во1действий информация об этом передается на вход частотно-импульсного мо­ дулятора ИВ 1 (рис. 13 14). Он преобразует непрерывный сигнал изменения на­ пряжения в импульсный сигнал так, чтобы при увеличении напряжения эмит­ тер - коллектор линейного регулятора уменьшалась час1 ота следования импуль- VЛ! ~ VfJ1 ! TJ!Jt ['3 Рис. 13.15. Принципиальная электрическая схема линейного регулятора (ЛР) 1751
сов. На выходе модулятора образуется последовательность импульсов одина­ ковой длительности и переменной частоты следования. Модулятор имеет два~ независимых выхода, в которых импульсы управления вспомогательным уси­ лителем сдвинуты относительно один другого на 180°. В качестве преобразователя изменения напряжения на регулирующем тран­ зисторе ЛР в соответствующую частоту применяется нестабильный мульти­ вибратор. По отношению к управляющим импульсам он выдает удвоенную ча­ стоту следования импульсов, которые дифференцируются и разводятся на два. канала управления. Далее с помощью одновибраторов получаются нормиро­ ванные импульсы длительность 120 мкс, которые поступают на вспомогательный усилитель. Элементы схемы линейного ,стабилизатора и частотно-импульсного· модулятора находятся под потенциалом напря~ения дистанционного питания. Вспомогательный усилитель Al выполнен в низковольтном исполнении. Развяз· ка схемы по напряжению производится с помощью трансформаторов модулято­ ра и источника V2. В УДП частота следования импульсов изменяется в пределах 0,25 ... 4,0 кГц. Вспомогательный усилитель может работать с двумя усилнтелямн мощности, один нз которых размещается на плате ЕЬ-507, другой - Ра плате ЕЬ-509. Кро- ' ме того, с выхода вспомогательного усилителя снимается сигнал для системы сигнализации. Устройство И2 (см. рис. 13.14) предназначено для питания цепей логиче­ ских эле'1ентов частотно-импульсного модулятора UBJ, создания высокоста­ бпльного опорного напряжения линейного регулятора, питания устройств защи­ ты, автоматического повторного включения (АПВ) и двоичного счетчика. В схеме питающего устройства применяется двухтактный преобразователь с са­ мовозбуждением и рабочей частотой 28 кГц. Устройство обеспечивает несколь­ ко номинальных выходных напряжений, часть из которых стабилизирован& стабилизаторами компенсационного тппа непрерывного действия. В плате ЕЬ-507 предусмотрена защита цепи ДП по току и напряжению. Схема- защиты по току реагирует на ток ДП, равный 115 мА и больше. Пре­ дёл срабатывания защиты по напряжению устанавливается с помощью потен· циометра и может изменяться от 30 до 1040 В. Сигнал в схему защиты по то­ ку посrупает с линейного регулятора тока ДП, сигнал по напряжению - с де­ лителя напряжения, включенного до линейного регулятора тока. Любой из сиг­ налов воздействует на триггер, который блокирует нестабильный мультивиб­ ратор частотно-импульсного модулятора, что приводит .J{ срыву генерации им­ пульсов и отключению УДП. Время срабатывания защиты по напряжению, а­ также форма импульса перенапряжения на выходе УДП зависят от установ:1ен­ ной ве.'!ичины порога срабатывания. Схема сигнализации, содержащая триггер и реле, предназначена для выда­ чи сигнала о неисправности в систему сигнализации платы и стойки, а такж~ сигнала на блокирование системы АРУ. Импульсы управления устройством спг­ нализацни снимаются с выходных обмоток трансформатора вспомогательног°' усилителя. Прн отсутствии этих импульсов срабатывает сигнализация. В УДП имеется устройство автоматического повторного включения (АПВ)' однократного действия, срабатывающее после отключения УДП из-за появления в цепи импульсных перенапряжений. Время между отключением и повторны?& включением УДП составляет 2 с. Для перевода схемы АПВ в исходное состоя· ние необходимо нажать пусковую кнопку устройства ДП., 180
таблмца 13.5 Наименование параметра Напряжение питания, В допускаемые кра11Ковременные изменения напряжения питамя -10... + 15%, мс Потребление тока от исrоч.юm<а, А выходное напряжение, В, при изменениях тока ДП 70 ... 100 мА и нестабильностм ДО 0,2% до 0,5% Напряжение холостого хода, В Цлительность полного снятия НЗJпряжения холостого хода, с Уста•новочные знаЧения тока ДП, мА Диапазон регулировки (256 ступеней) тока ДП, мА Окорость регулирования тока ДП, с Нестабильность тока ДП при изменении напряжения питания от 19 до 21 В, окружающей температуры от + 10 до +40°С, выходного напряжения от 10 до 470 В, % Нестабильность тока ДП при изменении напряжения питания от 19 до 21 В, окружающей температуре от + 10 до +40°С, выходного напряжения О ••. 470 В, % Коэффициент полезного дейс11вия Пределы отключения: по току ДП, мА по напряжению, В Длительность отключения, с В табл. 13 5 приведены параметры платы ЕЬ-507. Значение:параметра -20,2±3% До 150 0,4...5,2 10...470 0".470 .1000 5 82; 85; 88; 9t ±8,6 5 ±0,2 ±0,5 0,7 115±6 30... 1040 0,015 .. 2 Выше отмечалось, что для расширения диапазона напряжения ДП совме· стно с платой ЕЬ-507 может применяться дополнительная плата ЕЬ-509. Ее· выходное напряжение равно 20 ... 520 В, что совместно с основной платой поз· ' воляет получить рабочее напряжение в цепи ДП около 950 В. В состав платы ЕЬ-509 входят преобразователь, получающий сигналы управления от платы• ЕЬ-507, выпрямитель, предохранители и приборы сигнализации. Преобразовате,nь блока содержит усилитель мощности, выполненный по­ двухтактной схеме на транзисторах, ВКJ!Юченных по схеме с общим эмиттером. с повышающим трансформатором, однофазный выпрямитель и выходной фильтр для сглаживания тока нагрузки. В плате ЕЬ-509 имеется выпрямитель напря· ження сети с выходным напряжением 32 В, которое после выпрямления пода· ется на фильтр LC. Предохранители установлены в каждом проводе перввч ... . ной обмотки сетевого трансформатора и в одном проводе вторичной. В табл. 13 6 приведены основные параметры дополнительной платы ЕЬ-509. Выпускается модифицированная плата ЕЬ-509, которая имеет обозначение­ ЕЬ-508 и выполняет все функции платы ЕЬ-509, но отличается тем, что рассчи~ тана на питание только от постоянного тока напряжением -24 В. Особенности эксплуатации системы ДП. Одним из важных вопросов эксп·­ пуатации системы передачи является сохранение ее работоспособности при про· ведении профилактических или восстановительных работ на кабельной .'lинии~ Это в первую очередь относится к возможности отключения тока на любомr 1811
Q'аблица 13.6 Наимеиоваиие параметра t:Мапряжение питания, В: перемеиноrо тока 1nостоянноrо тока ,потребление тока, А: переменном постоя.иного • tГабари11ные размеры, мм 1Масса, кг Значение параметра 220+1 Ool -2010 24 +22ol - -12 10 0,2".1,0 0,1 .. .4,0 580Х200Х 120 17,5 ·усилительном участке без прекращения работы системы передачи. Структурная •.<:хема цепи ДП и построение аппаратуры ДП позволяют отключать ток в лю­ •бом усилительном участке без доставки на линию специальных станций эпект- . .~ропитания. В этом случае ДП организуется по цепи «провод - провод» и на ОУП, ·питающем более 30 усилителей, подключается УДП-П. В предельном: случае -один из ОУП может питать 58 усилителей, для чего понадобится подать в ли- -нию напряжение примерно ±900 В относительно земли. Такое значение на- :пряжения допустимо для цепи ДП. Требуемую стабиль.1юсть тока ДП обес­ печивают основные устройства ДП, размещенные на' стойке ВЧ тракта. Если •Секция ДП содержит 15 и менее НУП, то при снятии напряжения с кабеля 'Не требуется подключать УДП-П. Питание аппаратуры служебной связи. Аппаратура размещается в ОУП на ·стойке контроля и служебной связи и в контейнерах НУП. Усилители служеб- ной связи НУП получают питание по искусственным цепям 'через средние точки .линейных трансформаторов от ОУП. Блоки ДП обеспечивают значение постоян­ .мого тока 30 мА при максимальном напряжени~ 350 В, что позволяет питать линию между двумя смежными ОУП. На одной стойке контроля- и служебной связи размещается до пяти блоков ДП, блоки питаются стабилнз!_!рованным напряжением 20 В, которое подается от ВМП. Блок ДП представляет собой неуправляемый преобразователь напряжения -20 В в треqуемое напряжение. Напряжение питания через входной LС-фильтр .пос гупает на преобразователь с самовозбуждением. Выходной трансформа:гор ,преобразователя имеет несколько отводов, переключением которых подбирают ток ДП. Точное значение тока ДП устанавливается с помощью резисторов на '-Выходе блока. Переменный ток, полученный от преобразователя, через выпря- митt::ль, выходной LС-фильтр и устройства выбора полярности напряжения ДП тоступает в кабельную линию. В блоке ДП предусмотрены контроль тока и защита от включения блока -на короткозамкнутую цепь. Состояние блока отображается световой сигнализа­ ·цией. Возможна трансляция сигналов во внешнюю систему сиrнаЛизации. При 1.'JiЗменении тока ДП на + 5 мА от номинального значения срабатывает система контроля и отключает блок. в качестве датчика изменения тока служат рези­ ·СТОры, по которым проrекает ток ДП Напряжение с резисторов попадает на триггер Шмитта, воздействующий на схему отключения блока ДП. ~82 •
в случае включения блока ДП на короткозамкнутую цепь устройство срав­ нения входного и выходного напряжений преобразователя вырабатывает им­ пульс управления, который поступает в устройство отключения. Устройств~ состоит из триггера и реле, которое при срабатывании своими контактами шун­ тирует переходы эмиттер - база транзисторов преобразователя напряжения_ после чего он отключается. Электропитание аппаратуры системы передачи К-1920У. Система К-1920У предназначена для работы по кабелям типа КМБ и рассчитана на питание O"I" -2 однофазного переменного тока напряжением 220 В +3% и частотой 50+1 Гц. в комплексе аппаратуры ОП н ОУП применяется около 10 разновидностей бло- . ков питания. Наиболее распространенным в аппаратуре является блок питания, который: представляет собой нестабилизированный выпрямитель, собранный по мостовой• схеме, на выходе которого включается сглаживающий LС-фильтр. Блок обе.с­ печнвает на выходе анодное (160 В) и накальное (6,9 В) напряж.ения, точные? значения которых подбираются потенциометрами. Другой разновидностью источника вторичного электропитания является уст­ ройство, в состав которого помимо выпрямителя и фильтра входит полупровод­ никовый стабилизатор напряжения компенсационного типа непрерывного дей­ ствия. В зависимости от требований к питаемой аппаратуре в ИВЭ этого ви- ' да вводятся некоторьrе усовершенствования для повышения стабильности вы- лодного напряжения. Дистанционное питание аппаратуры НУП осуществляется по двум цент-­ ральным проводам коаксиальных пар (рис. 13.16). От одной цепи ДП могут· получать электропитание до 15 НУП, что позволяет устанавливать ОУП на1 расстояния до 186 км один от другого. Нагрузка каждого НУП включена в. цепь ДП параллельно по автотрансформаторной схеме. Применение автотранс­ форматоров позволяет на выходе каждого НУП восстанавливать напряжение· ДП до номинального значения при меньших потерях, что в итоге существенно.­ увеличивает дальность действия ДП и дает возможность применять однотип­ ные устройства электропитания на всех НУП. В состав источника электропи­ таiшя НУП входят блок автотрансформатора Т3, стабилизатор напряжения U3,. два однотипных анодных выпрямителя И 1 и U2, а также платы питания вспо­ могательных нагрузок ВН. Предельная мощность,· потребляемая одним НУП, составляет 650 Вт, a.:i том числе две стойки усилительного оборудования требуют по 290 Вт каждая,. а 60 Вт может расходоваться н·а вспомогательные нагрузки. Блок автотранс- " форматора имеет также обмотки, включенные по трансформаторной схеме, для­ полу~ения напряжения 220 В для питания основного оборудования и 24 В для· питания оборудования телемеханики, служебной 9вязи, вентилятора, паяльни- ка и др. Блоки автотрансформаторов рассчитаны на мощность 1200 н .650 Вт:. Если полусекция ДП содержит 15 НУП, то на первых четырех устанавливают- ся блоки большей мощности. Стабилизатор напряжения обеспечивает выход­ ньrе напряжения 185 и 7,9 В с отклонениями ±2% при изменениях входного• напряжения 220 В +/X°lo . Стабилизатор выполнен по параллельной схеме, ос­ Ровными элементами которой являются линейный реактор и нелинейный клю­ чевой элемент. Линейный реактор включен в цепь нагрузки последовательно, 3 ключевой· элемент - параллельно. Принцип действия стабилизатора основан 18~
r..;:. (1О of>, очfl lшдп--1 ц---1 Р.~ ВЧ 1 1 L_____ А 1 1 1 1 1· НУn ' , Рис. 13.16. Структурная схема цепи ДП системы передачи Д-1920У Рис. 13.17. Структурная схема цепи ДП аппара­ туры К.-120 Б' """ 1
• 112 том, что прн изменении входного напряЖения нли тока нагрузки нели­ нейный ключевой элемент изменяет ток через реактор так, чтобы среднее значение напряжения на нагрузке оставалось неизменным. В силовой части' ключевого элемента применены два встречно включенных тиристора, каждый~ из которых шунтирован диодом. Ток через ключевой элемент регулируется из­ менением угла включения тиристоров. Для повышения надежности в стаби­ лизаторе имеются основной и резервный ключевые элементы. В состав блока выпрямителя входит однофазный мост для выпрямления анодного напряже­ ния, трехзвенный сглаживающий LС-фильтр, резисторы для подстройки вы­ ходных напряжений. Сопротивления резисторов выбираются так, чтобы мож­ но было изменять накальное напряжение в пределах ±0,36 В и анодное-· ±7,0 В при токах 4,5 и 0,35 А соответственно. Кроме тогО1" на стойке линейных усилителей устанавливаются два дополнительных блока питания, устройств автоматической регулировки уровня АРУ линейных ВЧ сигналов. Блок питания АРУ состоит из выпрямителя, сглаживающего емкостного филь­ тра и транзисторного стабилизатора компенсационного типа непрерывного дей­ ствия. На питающем пункте устанавливаются шкафы дистанционного питания ШДП-7 предназначенные для подачи электропитания на НУП. В каждом шкафу имеются два комплекта оборудования, каждый из которых рассчитан на вы• ходную мощность до 7,5 кВ· А. Комплект содержит два однофазных повышаю­ щих трансформатора Т 1 и Т2, устройства защиты, коммутации и сигнализации. Имеется возможность сохранения схемы управления в рабочем состоянии при отключении питающего напряжения на время до 6 с. Максимальная защита - двухступённая. Первая ступень настраивается на ток до 50 А и имеет выдерж­ ку времени до 3,5 с, вторая - на ток 70 А и срабатывает без выдержки вре­ м~ни. Таким образом достигается устойчивая работа устройства защиты при rтереходных процессах в цепях электроустановки. В ШДП-7 предусмотрена воз­ можность заземления цепи ДП, что необходимо делать по условиям техники безопасности при работах на НУП или с кабелем. Кроме того, в ШДП-7 уста- 11овлены разделительные фильтры, позволяющие вводить токи ДП в линию. На внутризоновых линиях связи применяются системы переда­ чи К-120, К-300 и ИКМ-480. Электропитание апПаратуры К-120. Аппаратура К-120 пред­ назначена для работы по однокабельной системе с использова­ нием коаксиальных кабелей ВКПП 2,1/9,4 и ВКПА 2,1/9,7. Аппа­ ратура рассчитана на работу от источника постоянного напряже­ ния, которое может изменяться от 22 до 30 В. К особенностям ап­ паратуры следует отнести возможность применения подвесных кабельных линий и выделения тракта на НУП. Последняя осо­ бенность предъявляет к некоторым узлам, в том числе к устрой­ ствам цепи ДП, специфические требования. Для реализации этих требований необходимо аппаратуру НУП питать одновременно с двух сторон без разделения цепи ДП на полусекции. На каждом НУП предусматривается устройство, замыкающее цепь ДП по обеим сторонам от места ее обрыва (рис. 13.17). Нагрузки НУП в цепи ДП включаются последовательно, на входе и выходе каж­ дого НУП имеется реле Kl и К2, контакты которых при отсутст- 185
sии тока ДП ыодключают в цепь ДП шлейфовые резисторы R J и . . R.2 . Сопротивления резисторов выбираются такими, чтобы в цепи JРеле К2 при обрыве кабеля со стороны обрыва подключался ..шлейфовый резистор, сопротивление которого равно сопротивлению щепи ДП _оборванного участка. Число НУП может изменяться ·от одного до 19. Расстояние между питающими станциями не пре­ :вышает 200 км. Цепь ДП организована по схеме «провод - про­ -вод», в качестве одного из проводов используется центральный .провод коаксиальной пары, а другого - обратный провод (труб­ U<а). ДП осуществляется стабилизированным постоянным током i75 мА, допускаемое отклонение тока -3 . . . + 7%. Суммарное па- .дение напряжения в цепи составляет 500 В, причем в нормаль­ rном режиме работы каждое из устройств ДП подает в линию ~напряжение 250 В. Если одно из устройств ДП по каким-либо >Причинам отключается, то ДП НУП автоматически передается исправному устройству. Первоначальное включение нагрузок НУП происходит следую­ щим образом. Через реле Kl протекает ток ДП и оно срабатыва­ <ет, размыкая цепь резистора R.1 . Срабатывает также реле К2 и ,резистор R2 отключается. Таким образом происходит постепен­ -ное включение всех НУП. Если цепь ДП окажется оборванной 'На любом ее участке, например между первым и вторым НУП, то на первом НУП отключается обмотка реле К2, а на втором - Kl, '11 аппщ~атура первого НУП будет получать питание 'от станции А, а второго и других НУП - от станции Б. Устройство ДП представляет собой стабилизатор тока и обес­ ~ечивает на выходе стабильное значение тока при изменении на­ :nряжения на нагрузке от 20 до 500 В. В состав УДП входят: узел управления и защиты по входу, стабилизатор напряжения для питания местных цепей УДП, задающий генератор, усилитель ~мощности, двухкаскадный регулятор напряжения смещения уси­ лителя мощности, выпрямитель, фильтр, узел коммутации выход­ ных цепей, цепи обратной связи и сигнализации. В узле управле- 1ния и защиты по входу сосредоточены элементы включения, вык­ .лючения, переключения ДП и входной защиты по низкому напря­ жению. Стабилизатор напряжения последовательного типа непре· .рывного действия обеспечивает стабильное напряжение для пита· '11ИЯ задающего генератора и цепей управления усилителем мощ- 1ности. Задающий генератор обеспечивает ·получение последова­ тельности прямоугольных импульсов с частотой следования 8 кГц ..и собран по двухтактной схеме. Усилитель мощности выполнен по ,двухтактной схеме. Стабилизация выходного тока происходит за -счет изменения коэффициента усиления усилителя. Снимаемый с выхода УДП сигнал о значении тока ДП воздействует на двух- 1каскадный регулятор, который изменяет выходное напряжени: ·усилителя мощности. С выхода усилителя сигналы прямоугольнои ·формы поступают на выпрямитель 1 фильтр и через элементы мак· ·симально-ну.hевой защиты в линию. Указанная защита автомати­ чески отключает напряжение ДП при пропадании тока ДП или 1186
превышении им номинального значения на 20%. Кроме того, име­ ется сигнализация при изменении тока ДП до (72+0,5) мА и ме­ нее или от (86+ 2) мА и более. Коммутационное поле обеспечивает за-землени~ цепи ДП и раз­ ряд емкости кабеля при проведении ремонтных работ. Устройств0» ДП размещается в трех. блоках, которые устанавливаются на стойках линейного оборудования. На НУП в устройства приема ДП входят стабилитроны VD!' и VD2 (см. рис. 13.17), предназначенные для стабилизации нап­ ряжения на линейных усилителях и устройствах автоматической, регулировки уровня, реле Kl и К2, шлейфовые резисторы R1 и R2, а также элементы фильтра для разделения тока ДП и инфор­ мационных сигна,лов линейного тракта. Напряжение на стойки аппаратуры К-120 подается через ввод­ ные зажимы на панель защиты и сигнализации, которая распола­ гается в центральной части строек. На ней находятся контроль­ ные гнезда, предохранители и реле контроля каждого ввода. Да­ лее напряжение источника питания подается на узлы аппаратуры" причем одна часть аппаратуры питается непосредственно напря­ жением 22 ... 30 В, другая - через ограничители - напряжением 22 ... 26 В и третья - через электронные стабилизаторы напряже­ ния. Панель обеспечивает звуковую и оптическую сигнализацию °' пропадании напряжения на вводах стоек и перегорании предохра­ нителей, а также трансляцию сигналов в устройства внешней сиг­ нализации. В состав ограничителя-стабилизатора входят электронные ста­ билизаторы напряжения, устройства защиты электронных стаби­ лизаторов от повреждений при коротких замыканиях выходов, уст­ ройства контроля и индикации отклонений выходного напряже-­ ния сверх допускаемых значений и устройства сигнализации о п~­ р·еходе в аварийный режим. Стабилизатор напряжения компенса­ ционного типа непрерывного действия обеспечивает на выходе.­ напряжение 19 В+ 3 % при токе· O,rl ... 3,0 А. Подобным способом построен ограничитель напряжения, на регулирующих транзи9то­ рах которого увеличивается падение напряжения, если входное: напряжение превышает 26 В. Защита стабилизатора и· ограничи­ теля при коротком замыкании на выходе осуществляется перево­ дом регулирующих транзисторов в режим ограничения тока. Пос­ ле устранения короткого замыкания устройство автоматически возвращается в начальное состояние. На всех стойках аппарату­ ры К-120 применяются одинаковые блоки стабилизаторов и огра­ ничителей, которые располагаются в нижней части стоек. Электропитание аппаратуры линейного тракта системы переда­ чи ИКМ-480. Система передачи ИКМ-480 предназначена для ра­ боты по кабелям МКТ-4 на внутризоновой сети. Аппаратура ИКJ\1.- 480 рассчитана на питание от источников постоянного тока нап­ ряжением 60 В+ 1О% или 24 В+ 1О%. Номинальное напряжение· выбирается при заказе аппаратуры. В остальном входные пара­ метры напряжения электропитания отвечают требованиям дейст- • 181'
-~вующих нормативных документов и ГОСТ. Аппаратура линейно- 1го тракта размещается на стойке окончания линейного тракта (СОЛТ). В состав оборудования электропитания стойки входят следую- ·_,щие устройства: блоки ИВЭ на выходные напряжения 5 и 12 В (СН60/12, СН60/5, СН24/12 и СН24/5), устройства ДП цифрово­ го тракта, служебной связи, магистральной и участковой телеме­ ханики. Кроме того, имеется устройство переполюсовки питания - УПП, с помощью которого производится определение поврежден­ ного участка. На входе стойки имеются три независимых ввода питания, два •из которых обеспечивают питанием основное оборудование, а тре­ тий - цепи контроля и сигнализации. Каждый ввод оборудуется ~мкостным помехоподавляющим фильтром и предохранителем. Питание аппаратуры стойки распределяется таким образом, что от одного ввода питается оборудование первой-, а от другого - второй системы передачи. К етим вводам подключается также ап- 11аратура телемеханики и служебной связи. УстройG,тва ДП защи­ щены плавкими предохранителями. ИВЭ подключены к вводам через блок управления. С помощью тумблеров и фотодиодов осу­ ществляется включение и отключение питания и световая инди­ кация состояния цепей питания аппаратуры. Имеется возможность автоматического переключения нагрузок сигнального ввода на другой ввод, если на нем пропадает напряжение. Блоки стабилизаторов напряжения (СН) служат для получ·е­ ния напряжений + 5 и + 12 В и располагаются в комплектах пи­ -таемой аппаратуры. Аппаратура окончания линейного тракта каж­ )1.ОЙ системы получает питание от отдельных блоков СН. Сервис­ яая аппаратура телемеханики и служебной связи имеет общие блоки СН. Рассмотрим принцип действия стабилизатора СН60/12 (рис. _ -13.18). Блок представляет собой однотактный импульсный стаби­ ·лизатор с последовательным включением. регулирующего транзис­ -тора. Напряжение питания 60 В через выходной П-образный LС­ ·фильтр Zl поступает в силовую часть, в которой происходит пре­ образование напряжения источника в стабилизированное напря­ жение 12 В. С выхода силовой части через выходной LС-фильтр Z2 напряжение 12 В поступает в нагрузку. Напряжение обратной связи снимается до выходного фильтра. Ключевой элемент вь'iполнен по схеме составного транзистора VT 1, VT2. Параллельно базовому резистору RЗ включен конден· сатор С1, форсирующий включение транзистора. В ко.11лекторной цепи переключающего транзистора включена первичная обмотка трансформатора тока ТА!, выполняющая роль датчика тока, и первичная обмотка накопительного дросселя Ll. Дроссель L2, ди­ од VD2 поддерживают режим работы транзистора VTJ. Комму· тирующий диод VDЗ для снижения уровня помех шунтирован цепью Rб, СЗ. Для защиты нагрузки от переполюсовки в случае пробоя диода VD5 установлен диод VD4. J88
VT1 ТА1 " Рнс 13 18 Структурная схема стабилизатора СН 60/12 На интервале открытого состояния транзистора VT 1 дроссе.riь Ll заряжается от первичного источника 60 В. После закрытия ·-составного транзистора VT 1, VT2 дроссель разряжается на наг­ рузку и одновременно подзаряжает конденсатор С4 и конденса­ торы фильтра Z2. Стабилизация выходного напря.жения осуществ­ .пяется изменением длительности открытого состояния транзистора \!Т1 широтно-модулированным сигналом, поступающим из платы управления ПУ. Если значения тока и напряжения выходят за допускаемые пределы, схема управления вырабатывает сигнал уп­ равления, обеспечивающий ограничение напряжения на шинах питания и защиту при импульсных изменениях входного напря­ жения. В состав схемы управления входят: задающий: генератор G1 на частоту 16 ... 20 !):Гц, датчик Д, усилитель сигнала ошибки А! с источником опорного напряжения, широтно-импульсный модуля­ тор И В 1 и усилитель с развязывающим трансформатором А2. Имеются также узлы первоначального ·запуска ЗП и защиты З. Узел запуска служит для питания платы управления в момент пуска, после чего он отключается, и питание платы осуществля­ ется с выхода стабилизатора. Узел сигнализации выдает сигнал в случае пропадания выходного напряжения. Стабилизатор СН60/12 допускает заземление любого выход­ ного вывода. Такую же структурную схему, как у СН60/12, име­ ет стабилизатор СН60/5. Следует отметить, что в стабилизаторах СН24/12 и СН24/5, в отличие от стабилизаторов на входное нап­ РЮ·кение 60 В, в силовой части применена однотактная схема без инверспи. Энергия в нагрузку передается, когда ключевой элемент Находнтся в открытом состоянии. днстанционное питание оборудования НРП системы ИКМ-480 организовано по центральным проводам двух коаксиальных пар. 189
М~ксимальное расстояние между двумя смежными питающими пунктами составляет 200 км. Длина усилительного участка 3 км. Регенераторы включены в церь ДП последовательно. Питание осу­ ществляется стабилизированным постоянным током 0,2 А+ 5%. Напряжение на нагрузке может изменяться от 40 до 1300 В. Ко­ эффициент пульсации тока ДП не более + 2 % от номинальной величины. Помимо основной функции стабилизации тока, устрой­ ство ДП обеспечивает контроль за током и напряжением, которые подаются в линию, видимый разрыв цепи и ее заземление, транс­ ляцию в линию напряжения обратной полярности, поступающего от УПП. В УДП предусмотрена предупредительная и аварийная сигнализация. Работа последней сопровождается отключением устройства. Предупредительная сигнализация срабатывает при вводе в работу резервных устройств и перегорании предохраните­ лей в отдельных избыточных блоках УДП, причем указанные пов­ реждения не приводят к останоВI<е связи. Аварийная сигнализа­ ция срабатывает при обрыве цепи ДП, увеличении тока ДП более чем на 10% номинального значения и появлении на одном из проводов цепи напряжения более 1ООО В относительно земли. В комплект УДП входят шесть управляемых усилителей мощ­ ности J(JI1 ... l(Jlб, два устройства управления JIJI, блок выхода БВ, устройство сигнализации и защиты JICЗ и шунтирующие дио­ ды VDJ~.. VDб (рис. 13.19). J Tдrt~ -zгкут fБв-:;-__.,_, ' L--------~- --- ---------- ' L - ---.--- ------ -- -- - Рис. 13.19. Структурная схема УДП системы передачи ИI<М-48~ 190
В предельном случае работы УДП на длинную цепь требуется сдно устройство управления и пять усилителей. Введение резерв­ ных устройств УУ и КУ значителЬ'но повышает время нар.аботки на отказ устройства УДП. Требуемое число постоянно включенных КУ в зависимости от числа питаемых регенерационных пунктов -выбирается из табл. 13.7. Стабилизация тока ДП осуществляется путем широтно-им­ nул.ьсной (ШИ) модуляции сигнала управления, подаваемого на вход усилителя мощности КУ. Усилитель содержит входной Zl и выходной Z2 LС-фильтры, собственно усилитель мощности Al и выпрямитель И 1. Входной. фильтр Zl защищает токораспредели­ -тельную сеть предприятия связи от гармоник, получаемых в цепях питания усилителя мощности. Если напряжение питания УДП 24 В, то усилитель выполняется по двухтактной схеме со средней "Точкой. При использовании первичного источника с напряжени­ .ем 60 В применяется полумостовая схема. 1На выходе каждог<Э КУ напряжение может регулироваться от 40 до 350 В. Потребляе­ мая КУ от сети мощность не превышает 90 Вт. Устройство управления УУ представляет собой ШИ-модулятор, который имеет два выхода. На каждом выходе образуется пос­ .ледовательность модулированных импульсов, причем импульсы каждой последовательности сдвинуты относительно друг друга на 180°. Частота следования импульсов управления близка к 18 кГц. В УУ осуществляется также развязка низкопотенциальных и вы­ сокопотенциальных цепей напряжения первичного источника и ДП. В УУ имеется переменный резистор, предназначенный для уста­ новки тока ДП. В блоке выхода БВ размещаются датчики тока ДП, необхо­ димые для работы цепей стабилизации и защиты, резисторы схе­ мы организации средней точки цепи ДП и эквивалентной нагруз­ ки, контрольные приборы тока и напряжения ДП, ВЧ помехопо­ давляющие фильтры, работающие в диапазоне частот 30 кГц ... 25 МГц, и коммутационное поле, которое позволяет осуществлять зримый разрыв цепи ДП и ее заземление. Устройство сигнализ#ации и защиты содержит узлы сравнения контролируемых величин с опорными, исполнительные элементы и элементы индикации. На лицевой панели устройства размещены ()рганы управления и светодиоды. Рядом со светодиодами нанесе­ ны соотв.етствующие надписи. Дистанционное питание устройств участковой и магистральной телемеханики и усилителей служебной связи осуществля- Таблиц а 13.7 ется по симметричным парам кабеля МКТ-4 постоянным стабилизированным током по схеме «провод - провод». Токи ДП упомя­ нутых выше устройств составляют 40, 20 и 20 мА при максимальных напряжениях 430, 360 и 430 В соответственно. Стабилизация тока ДП осуществляется с помощью широт­ но-импульсн_ой модуляции. УДП выполнены Число НРП в полусекции дп 25 ... 33 16 ... 24 7...15 До_б Требуемое число КУ 5 4 3 2 191
по одной структурной схеме, которая содержит комплект усилителя " .мощности КУ, устройства управления УУ, защиты и сигнализации УЗС., Схема УДП работает аналогично приведенной на рис. 13.19. Устройство переполюсовки питания (УПП) предназначено для подачи в цепь ДП напря:жения обратной по сравнению с ДП по­ лярности, что позволяет обеспечить определение места обрыва ка­ беля. УПП выдает в лйнию напряжение + 450 В с допустимой суммарной нестабильностью + 30 В. Изменения выходного тока составляют 4 ... 170 мА. УПП представляет собой стабилизатор напряжения, в состав которого входят усилитель мощности КУ устройство управления УУ и делитель выходного -напряжения, ~ которого снимается контролируемое напряжение для цепи обрат­ ной связи. <::;табилизация выходного напряжения осуществляется за счет широтно-импульсной модуляции сигналов управления) по­ даваемых на вход КУ. Схема КУ аналогична ранее рассмотренной схеме КУ Удп·вч тракта. · Электропитание аппаратуры линейного тракта системы передачи К-300. Си· стема передачи· К-300 предназначена для работы по кабелям МКТ-4. Аппара- · тура К-300 рассчИтана на работу от источнщ<а постоянного напряжения 24 В. В остальном входные .параметры nитающего напряжения отвечают требованиям д€йствующих нормативных документов и ,ГОСТ. В состав оборудования элект­ ропитания входят: стойка питания аппаратуры ЛАЦ СПЛ, стойка дистанцион­ ного питания СДП и блоки местного и дистанционного питания, расположен­ ные на стойке телемеханики СТДП. Стойка СПЛ предназначена для рас·пределе1шя напряжения по стойкам 'аr:паратуры линейного тракта двух систем передачи и его стабилизации. Она содержит четыр~ угольных регулятора напряжения РУН, измерительные при­ боры, устройства коммутации и защиты. На стойке имеются два. ввода, на один 11з которых может подключаться напряжение с пределами изменений от 22,8 до 31 В, а на другой-стабилизированное напряжение 21,2 В+З%. Первый - и второй РУН обеспечивают постоянным стабилизированны-.м на- - пряжением стойки дистанционного питания и линейные усилители двух сис­ тем передачи. РУН-1 является рабочим для стоек линейных усилителей обеих СI'ст·ем передачи и пнтает рабочие комплекты· устройств ДП первой системы. Кроме того, от РУН-1 получают питание резервные комплекты ДП _второй си- · стемы передачи. От РУН-2 питаются рабочие комплекты ДП второй системы и резервные первой. Имеется также ·возможность автоматического переклю­ чения питания линейных усилителей с первого РУН на второй. От третьего РУН получают питание цепи служебной связи и телемеханш{и, а от четвер­ того - цепи сигнализации и термостаты. Предусмотрено автоматическое пере­ ключение нагрузок с РУН-3 на РУН-4. При питании аппаратуры линейного тракта от источника гарантированно­ го переменного тока через дополнительный выпрямитель на стойку спл под­ водится стабнлизированное постоянное напряжение, от которого питаются стой­ ки линейных усилителей, служебной связи, термостаты, цепи защиты и сигна­ лизации. На стойки СДП и СДТП в этом случае подается переменный ток. Стойка СДП предназначается длЯ питания стабилизированным током ап· паратуры НУП. На стойке размещается два устройства ДП, в каждом из ко· 192
г·-г '=21,28 j ---и;·--iт--iдп j - осно8ноrJ . 1 <r-- ~-r--1 гпов ' г--+ 0 =21,28 1 )L_ - i__ Рис. 13.20. Структурная схема комплекта УДП системы передачи I<-300 торых имеется ~абочий и резервный ко~плекты (рис. 13.20). Переход с рабо"!е­ rо на резервный комплект производится автоматически за время 0,3 с. ~ случае работы аппаратуры от источника постоянного тока напряжение 24 В преобразуется в переменное напряжение с помощью преобразователя UJ. Напряжение с преобразователя И1 подается на блок питания И2, служа­ щий для преобразования переменного напряжения в требуемое постоянное. Ста­ билизация тока осуществляется электронным стабилизатором ИЗ. Управляет работой устройства ДП и. обеспечивает выдачу сигналов блок автоматики Al. Основной. и резервный комплекты подключаются к нагрузке через развя­ зывающие диоды VDJ и VD2. Устройство ДП обеспечивает ток (35+ 1) мА и напряжение до 980 В, что г.озволяет питать до 20 НУП, установленных вдоль линии через 6 км. Если ток ДП достигает 38 ". 39 мА, то УДП автоматиЧески отключается. То же самое происходит при обрыве цепи ДП. Снижение тока ДП на 1,5 ." 2,5 мА или пе­ регорание предохр.анителей . сопровождается предупредительной оптической и звуковой сигнализацией. Одно устройство ДП потребляет мощность около 400 Вт.· В состав аппаратуры стойки СТДП входят устройства питания телемеха- 11ики УПТМ, поиска неисправности УПП в цепях ДП ВЧ системы передачи и· ДП телемеханики и служебной связи ДПТМСС. УПТМ обеспечивает на выхо­ де следующие напряжения постоянного тока: (41,0+ 1,2) В при токе нагрузки ЗО ." 50 мА для питания источника такто~ых импульсов; (100+3) В при токе 0,5 ". 40 мА для ДП датчиков понижения изоляции кабеля и реле образования шлейфов в НУП; (280+8,4) В при токе до 5·5 мА для ДП реле включения ге­ нераторов импульсов контроля состо.яния НУП; (21,2+0,64) В при токе 0,04 ." ··· 1,0 А для питания местных цепей. Постоянное напряжение первичного ис· точника, поступающее на входе УПТМ, преобразуется в переменное, которое затем выпрямляется и подается на стабилизаторы. Последние выполнены по <:хеме стабилизатора непрерыв·ного действия с последовательным включеииеи регулирующего транзистора. 7---1135 193
Устройство ДПТМСС предназначено для питания постоянным током (26,5±0,8) мА оборудования НУП при изменении напряжения на нагрузке от 30 до 420 В. Имеется система защиты, которая отключает УДП при токах \ , превышающих 27,8 ... 29,7 мА, fiли при обрыве цепи. При уменьшении тока ни~- же 23,3 ... 25,2 мА или перегорании предохранителей выдается предупредитель­ ная сигнализация. Стабилизация тока обеспечивается преобразователем, регу­ лируемым по методу широтно-импульсной модуляции. Устройство переrюлюсовки питания предназначено для питания аппарату­ ры телемеханики и датчиков, включенных в цепь ДП ВЧ тракта, при определе­ нии места обрыва кабеля. Устройство содержит преобразователь напряжения, ~::ьшрямитель и ламповый стабилизатор последовательного типа. УПП обеспечи­ вает на выходе постоянное напряжение (340± 10) В при токе нагрузки до 0,26 А. В результате модернизации устройств питания системы К.-300 все угольные и электронные стабилизаторы были заменены полупроводниковыми, что позво­ лило резко уменьшить потребление электроэнергии и массогабаритные показате­ .тш аппаратуры. В модерниэированной аппаратуре функции стоек СПЛ и СДП выполняет стойка СДПМ, которая обеспечи1tает распределение и стабилизацию напряже­ ний местного питания ВЧ и сервисного оборудования, а также дистанционное питание ВЧ оборудования линейного тракта. ~Электропитание аппаратуры сис­ темы передачи рассчитано на напрялsение 24 В ± 10%. На стойке СДПМ (рис. 13.21) установлены: четыре устройства ДП; три стабилизатора напряже­ ния 21,2 В ±3% на ток нагрузки 5 А каждый для питания оборудования сер­ висных систем (телемеханики и служебной связи); стойки СДТП и· два стаби­ лизатора напряжения 21,2 В ±3% на ток 1 А каждый для питания ВЧ обо­ рудования линейного тракtа; стойки СЛУК. Распределение напряжения пита­ ния в стойке СДПМ осуществляется через комплект автоматических выклю­ чателей КВА-2, аналогичный применяемым в стойке СВТ систем передачи К.-1920П и К.-3600. На стойке имеются три ввода постоянного напряжения, два из которых питают различные системы передачи, а третий - устройства сигнализации н термостаты. l(роме того, к двум первым вводам подключена аппаратура СJJу­ жебной связи и телемеханики, размещенная на стойках СТДП и ССС. От ос­ тальных стабилизаторов напряжения питаiотся линейные усилители, располо­ женные на стойке СЛУК.. , Структурные схемы стабилизаторов напряжения аналогичны рассмотренным ранее стабилизаторам рис. 13.18). сн 24/21,2-5 и сн 24/21,2-1 аппаратуры ИК.М-480 (см. ' Учитывая, что стабилизатор СН 24/21,2-5 рассчитан на большую мощ­ ность по сравнению с ранее рассмотренными стабилизаторами типа СН, его счловая часть выполнена по двухтактной схеме и в устройство. управления вве- ден еще. один кана~. обеспечивающий работу двухтактной схемы. · УДП ВЧ-тракта системы выполнено по структурной схеме, аналогичной схеме УДП ИКМ-480 (см. рис. 13.19). УДП К-300 отличается от УДП ИКМ-480 лишь тем, что в нем применено меньше блоков усилителей мощности и отсут­ СJ вует резервный блок управления. 194
.... \С t.JI ~ - - ..., • сдпм----· - . - ~ '!1 ,,1 J!IДП 1 ФДП1 т ~~- -~-- - - ДflTMCC дптмсс дптмсс дптмсс ПСС-1 ПСС-1 ПСС-2 !lCC-2 нuпрА напрБ . напр.А напрБ ] !IДП2 ФДПZ т Сигн. !А !IДП3 ФДП3 т ,.,zzoв±~o/o \ УПП 1 \!!ПТМ 1 !fcmpoiicm8a питания . стдп 1. ' [ 1 УДП4 GH 24/21,Z-1 CH21//Z!,2-1 ФДП4 о о ' т----·-----J----1 1 lr систе11о?лсисте? ?CtiгHfJI О,ВА t ма fl,8A t fлиза- ция me!l- 11ocma та 5,JA Cmozlкa С/!!!К но ilfle системы _рис. 13.21 . Структурная схема стойки сДпм системы передачи К-300
г J ) 13.4. АППАРАТУРА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ПО СИММЕТРИЧНЫМ КАБЕЛЯМ Электропитание аппаратуры линейного тракта системы пере­ дачи К-1020С. Система предназначена для уплотнения одной из ·'Че~:верок симметричных кабелей МКС. Аппаратура линейного тракта двух систем, включая устройства ДП, служебную связь и телемеханику, размещена на одной стойке СОЛТ. Питание стой­ ки осущес:rвляется от источника постоянного напряжения 24 В + 1О% с пульсацией 0,25 В в диапазоне частот до 300 Гц и 0,015 В в диапазоне 300 ... 20 ООО Гц. Аппаратура К-1020С выдерживает воздействие Импульсных из­ менений входного напряжения, являющихся результатом переход­ ных и аварийных процессов в цепи первичного питания. Импульс­ ные изменения напряжения могут достигать 34,0 В с длитель­ ностью импульса прямоугольной формы 0,005 с и 29,0 ... 19,4 В с длительностью 0,4 с. Аппаратура не повреждается и автоматически восстанавливает первоначальные показатели после снижения входного напряжения до 16,8 В в течение 0,3 с и после полного исчезнове~ия напряже­ ния на время до 0,05 с и последующего его появления. На стойке СОЛТ имеются три ввода постоянного напряжения. По двум из них 24/1 и 24/11 подается электроэнергия для питания аппаратуры линейного 1 тракта первой и второй с~тем передачи. От ввода 24/С получают пИтания цепи сигнализации. При полном заполнении стойка СОЛТ потребляет по ка:ti<дому из вводов 24/1 и 24/1I ток до 16 А, а по вводу 24/С до ЗА. Напряжение питания подается на вводную плату стойки СОЛТ. С зажимов вводной платы оно через автоматические выключате­ ли поступает на аппаратуру. От каждого ввода 24/1 и 24/II полу­ чают питание два комплекта дистанционного питания (КУДП) и комплект аппаратуры линейного тракта (.КОЛТ), а также аппара­ тура телемеханики и служебной связи данного линейного тракта. В состав комплекта КОЛТ входит стабилизатор напряжения, который при указанных выше· параметрах первичного источника обеспечивает на выходе напряжение минус ( 18+ 0,5) В ~:три токе нагрузки до 0,85 А. Стабилизатор - компенсационный с непре­ рывным регулированием. Предусмотрены защита от перегрузки rio току более 1,3 А+ 0,3 А и сигнализация об аварии при измене­ нии выходн'ого напряжения на + 2 В и более. Аппаратура телемеханики и служебной связи питается через параметрические стабилизаторы. , Дистанционное питание обоg,удования НУП осуществляется постоянным током через средние точки линейных трансформаторов по цепям двух выделенных для системы симметричных пар в обо­ их кабелях по схеме «провод - провод». ;В зависимости от длины возможны варианты построения цепи ДП. Например, при числе НУП в секции не более 25 дистанционное питание может подавать- 196
Каоель Н{fпра!Jления Аб - 1 .___н_у_п_-z_.5'__ -+-1 _ Н!JП-47 О!!П EJ ----- -~- ' ' J 1 J(аоель нипра!fления 5А Рис. 13.22 . Принципиальная электрическая схе'ма цепи ДП системы !1ередачи К.-1020С ся только с одной стороны. С увеличением числа НУП до 47, пи­ тание может также осуществляться с одной стороны, но уже по двум цепям ДП, как показано на рис. 13.22. При указанном числе НУП возможна также организация це­ пи ДП по полусекциям с двух соседних питающих пунктов. С , дальнейшим увеличением числа НУП питание уже может осуще- · ствляться только по полусекциям с двух сторон. Максимальное число НУП может достигать 94 при напряжении ДП 900 В. Заземление средней точки в УДП позволяет в два раза сни­ зить потенциалы проводов цепи ДП по отношению к земле и ра­ ботать с напряжением + 450 В. Ранее отмечалось, что система передачи К-1020С должна работать совместно с системой К-бОП. Поскольку напряжение ДП системы К-60П составляет 450 В, -ro при работе последней по схеме «провод- земля» максимальная разность потенциалов между отдельными жилами кабеля может достигать 900 В. Указанное значение для кабелей МКС близко к рабочему напряжению этого кабеля, составляющему 1ООО В. В ре­ альных условиях разность потенциалов между жилами кабеля может превысить предельную величину вследствие электромагнит­ ного влияния соседних энергетических систем. Для уменьш~ния наводимых на жилах кабеля э. д. с. дистанционное питание систе­ мы К-БОП" должно осуществляться по схеме «провод- провод», причем поскольку системы К-1020С и К-60П работают по двум кабелям, то к одному из кабелей' должны подключаться выводы УДП положительной, а к другому - отрицательной полярности. УДП системы передачи К-1020С обеспечивает преобразование напряжения первичного источника 24 В в стабилизированный пос­ тоянный ток (100+5) мА. К. п.д. устройства не менее 0,7.'В функ" 197
ции УДП входит также защита линии и обслуживающего персо­ _нала в случае аварии на линии и в устройстве. Устройство обеспечивает отключение и выдачу сигнала ава­ рии в ~лучаях: обрыва-цепи ДП, увеличения тока ДП более чем на 10% номинального значения, пропадания входного напряже­ ния. В устройстве предусмотрена предупредительная сигнализация при снижении тока ДП более чем на 10% номинального значения, перегорании предохранителей, повреждении силовых блоков. В состав УДП входят пять преобразователей (рис. 13.23), три из которых - неуправляемые ПНН, а два - управляемые мето­ дом широтно-импульсной модуляции ПНР, блокI;I входа БВх и выхода БВых, управления БУ, коммутации БК и питания БП. Блок ПНН представляет собой преобразователь постоянного напряжения, подводимого от ЭПУ, в повышенное постоянное нап­ ряжение. Он содержит входной фильтр, двухтактный усилитель мощности, выпрямитель и выходной фильтр. Тактовая последова­ тельность импульсов с частотой следования 40 кГц поступает на вход усилител-я мощности из блока БУ на триггерную схему, кото-­ рая разделяет эту последовательность по двум каналам управле­ ния. К этой же схеме от блока БК поступают сигналы включения или отключения П11Н. - ПНР1 + %- -7 ~ - . , ~ м~r,,,J\ цепь !lC fтакт ' !ПНРZ·' . + ~- БУ -: . "" , -+ - 'V -2 4BI ~ t'max , . I• - r '•у У ''Спюх, Zизм "ПНН1 •mLП 24В 1БХ -<- иен ~;;~ L.! Uдп о-- БВх '"'- УПR_ БК / 5!Jьи -+-- " i -Е- ~ - - г-1 ~ " ~ r изr1 8сп , L 'i\ ПНН2 4-- 1/- - '1\ )1\ 5(С) БП . ,__ f-> , 0-- - 9 8;+5,58;+58 . '- . -24 ·,~ ,,, ПННJ -2'1-В(С) 4-- ~ ..__ '11 ~~ ' --- . , .__ Рис 13 23 Структурная схема УДП аппаратуры Kl020C 198
П Н Р содержит те же силовые узлы, что и ПНН, но существен­ но отличается построением схемы управления. Широтно-импульс­ tiая модуляция тактовых импульсов, вырабатываемых задающим генератором блока БУ, осуществляется с помощью одновибрато­ ров, включенных в оба канала управления усилИтелем мощности. Длительность импульса на выходе одновибратора регулируется путем 11зменения постоянной времени цепи, в которой роль пере­ менного резистора выполняет транзистор. Сопротивление транзис­ тора изменяется в зависимости от величины сигнала, снимаемого с датчика тока ДП, установленного в блоке БВых. Модулирован­ ные по ширине импульсы поступают на вход усилителя мощности, усиливаются и выпрямляются. Таким образом в зависимости от величины тока ДП изменяется выходное напряжение ПНР. 13 блоке выхода происходит сложение ,напряжений, вырабаты­ ваемых отдельными блоками ПНН и ПНР, в результате чего по­ лучается требуемое напряжение дистанционного питания. В блоке БВых установлены также датчик и устройства защиты и сигна­ лизации, устройства их питания, схема заземления средней точки цепи ДП, коммутационное поле с сGединителями для отключения и заземления линии и приборы для измерения тока и напряжения дп. . Блок управления БУ-содержит задающий генератор с делите­ лем частоты и формирует импульсы с частотой следования 40 кГц, а также эталонные импульсы, необходимые для работы блока БК. В БУ установлены также устройства запуска и отключения УДП. Блок коммутации БК осуществляет автоматическое последова­ тельное включение и отключение ПНН и ПНР в зависимости от ширины модулированных импульсов, поступающих с выходов уси­ лителей мощности блоков ПНР. Команды на запуск или отключе­ ние ПНН и ПНР вырабатываются в результате сравнения моду­ лированных импульсов П Н Р с эталонными импульсами, получае­ мыми от БУ. Блок питания БП вырабатывает необходимые для рабо­ ты УДП стабилизированные и нестабилизированные напря­ жения, которые поступают на все блоки УДП. Блок БП содер­ жит собственный задающий генератор, усилитель мощности, вып­ рямители и сглаживающие фильтры. В БП предусмотрена 'воз­ можность синхронизации работы его задающего генератора от ге­ нер-атора БУ. Кроме того, в блоке имеются схемы контроля и сиг­ нализации пропадания выходного напряжения. Стабилизация тока ДП осуществляется следующпм образом. Ток ДП, протекая через датчик цепи обратной связи, создает на нем напряжение, которое через усилитель мощности поступает на <Схему сравнения. Полученный сигнал ошибки воздействует на одновибраторы схемы управления П НР, которые изменяют шири­ ну импульсов. При небольших изменениях нагрузки в цепи ДП ста­ билизация тока может осуществляться за счет изменения ширины импульсов в П Н Р. При больших изменениях нагрузки регулиров­ ка выходного напряжения осуществляется путем подключения или 199
9тключения одного или нескольких ПН Н. Например, в случае увеличения сопротивления нагрузки для поддержания постоянст­ ва тока потребуется большее напряжение на выходе УДП и шири­ на управляющих импульсов в ПНР будет увеличиваться. Ранее упоминалось, что в блоке БК происходит сравнение ширины управ­ ляющего импульса с эталонными импульсами. Как только ширина управляемого импульса станет больше эталонного импульса 'Тmах, из блока БК будет выдана команда на включение очередного П НН, напряжение на выходе УДП увеличится и ~ширина управ­ ляющего импульса в ПНР уменьшится. Если при этом ширина импульса будет меньше 't'max, то новых команд на включение оче­ редных ПНН не последует. В случае уменьшениЯ сопротивления нагрузки ширина управ­ ляемого импульса в П НР будет также уменьшаться п когда дос­ тигнет ширины 't'mш, в П Н Н пойдет команда на отключение пос­ леднего по счету из работающих П Н Н, вследствие чего напряже­ ние на выходе УДП уменьшится и ширина-управляющего импуль­ са увеличится. Применяемое в УДП количество ПНР и ПНН обеспечивает его нормальную работу при отказе любого ПНН или ПНР. Электропитание аппаратуры линейного тракта системы переда­ чи ИК1\1-120А. - Система передачи И:КМ-120А предназначена для работы по кабелям .1V1:КС. Аппаратура рассчитана на питание от источников. постоянного напряжения 60В+10%. В остальном входные пара­ метры питающего напряжения отвечают требованиям действую­ щих нормативных· документов и ГОСТ. Аппаратура линейного тракта размещается на стойке СОЛТ. Местное питание аппара­ туры производится с помощью унифицированных стабилизаторов напряжения типа СН, которые были рассмотрены при описании аппаратуры системы передачи И:КМ-480. Электроэнергия питания аппаратуры необслуживаемых реге­ нерационных пунктов НРП подается по симметричным парам двух кабелей от обслуживаемых пунктов по полусекциям. Длина полу­ секции может достигать 100 км, что позволяет питать до 20 НFП с каждой стороны. Цепь ДП (рис. 13.24) организована по схеме «провод- провод». Линейные регенераторы и аппаратура ·теле­ контроля в НРП питаются от одной цепи ДП. УДП. обеспечивает на выходе стабилизированный постоянный ток 125 мА с суммарной. нестабильностью не более +3% и пре­ дельным рабочим напряжением 980 В. Минимальное рабочее напряжение не менее 40 В. :К. п. д. при номинальной нагрузке не хуже 0,7. В УДП предусмотрена сигнализация в случаях перегорания предохранителей, обрыва цепи ДП, увеличения или уменьшения тока ДП и при появлении тока через среднюю точку более 3 мА. Последнее обстоятельство, а также обрыв цепи и увели­ чение тока ДП более чем на 20% номинального значения сопро­ вождается отключением УДП. 200
f!РП-1 НРП-20 1 1u=~' 1 1 1 \[[~ч 1 Рис 13 24 Структурная схема цепи ДП аппаратуры ИКМ-120 Для стабилизации тока применяется способ широтно-импульс­ ной модуляции выходного напряжения усилителя мощности А! (рис. 13.25). Входное напряжение первичного источника через входной фильтр Zf поступает на преобразователь напряжения ПН, который содержит усилитель мощности А! и выпрямитель И 1. На выходе усилителя мощности получаются модулированные импульсы, которые выпрямляются выпрямителем И 1 и сглаJ!<ива-~ ются выходным фильтром Z2. После фильтра Z2 в каждый провод включены датчики, один из которых выдает сигналы в цепь об­ ратной связи Дl, другой Д2 к устройствам сигнализации и защи­ ты. На выходе имеется также датчик напряжения ДЗ, который выдает сигналы в устройства сигнализации и защиты. С датчпка Д! сигнал через схему сравнения се подается на один из входов устройства управления УУ. На другой вход этого устройства пос­ тупает от задающего генератора G1 последовательность прямо­ угольных импульсов с частотой повторения 32 кГц, которые пре­ образуются в импульсы пилообразного напряжения. В качестве модулятора используется операционный усилитель, на один вход которого подается сигнал ошиб~и, на другой - последователь­ ность импульсов пилообразного напряжения. В момент равенства суммируемых напряжений на выходе операционного усилителя формируются прямоугольные широтно-модулированные импульсы,,. следующие с частотой задающего генератора. Далее модулирован- ( Отключ'l:нuе в cucmel-'y оощестое11- 1шt1 сигнu11uзrн111Сl Рис. 13.25 Структурная схема УДП системы передачи ИКМ-120 2or •
ные импульсы разделяются на два· канала и поступают в базовые цепи транзисторов усилителя мощности. Усилитель собран по двухтактной схеме с нулевым выводом. В каждом плече усилителя применяется составной транзистор. На выходе _усилителя имеется два выходных трансформатора, каждый из которых работает на .свой выпрямительный мост. Первичные обмотки трансформаторов включены цараллеJ1ьно. Выпрямительные мосты включены после- довательно. '- Электропитание аппаратуры К-60П. Аппаратура К-60П предназна~ена для работы по многопарным симметричным кабелям с кордельно-полистирольной ·Изоляцией. В состав аппаратуры входит генераторное, преобразовательное и -оборудование линейного тракта. Весь комплекс оборудования требует для пи­ тания напряжения -21,2В +3% и -24 В + 10%. От стабилизированного на­ .nряжения -21,2 В питаются транзисторные цепи усилителей АРУ, генераторов 0 групповых преобразователей, включая устройства ДП. Цепи сигнализации и .другого вспомогательного оборудования питаются напряжением -24 В + 10%. ·Отдельные стойки генераторного оборудования могут питаться от сети пере­ менного тока через встроенные стабилизированные выпрямители (стойка СКЧ), -от этих же выпрямителей могут получать питан~е другие стойки, такие, на­ пример, как СЛУК-ОП .. Стойки аппаратуры имеют независимые вводы по на­ г.ряжению -21,2 Н и -24 В, число которых на различных стойках может быть ;различным_. Например, в стойках генераторного оборудования СУГО-1 и СКЧ -оборудованы основные и резервные вводы по каждому из постоянных напря­ .жений. В стойках СЛУК линейных усилителей и косинусных корректоров пре­ дусмотрено не менее двух вводов _основного напряжения, причем в схемах то­ •кораспределения стоек заложен принцип посистемного разделения. Так, в стой­ ·Ке СЛУК ОУП-3 от первого ввода питается в'се оборудование первой систе­ ,:мы, а от второго - второй системьi. На панелях защиты и сигнализации уста­ ·hОвлены два JЗходных. фильтра и два стабилизатора напряжения. Стабилизато­ •ры напряжения, применяемые в аппаратуре К-60П, компенсационного типа не­ rтрерывного действия. Структурная схема полусекци·и ДП аппаратуры К•60П :изображена на рис. 13.26. На этом рисунке показана схема основного вариан­ ·та питания «провод - земля», при котором по одной четверке могут питаться .до 6 НУП. В этом случае длина секции ДП может достигать 260 км. В .отдель­ ных случаях, если внешнее электромагнитное --влияние незначительно, то за •Счет облег.чения устройств защиты длина секции ДП увеличивается до .300 км. Напряжение от устройства ДП подаетсЯ через защитНь1е устройства ЗУ в средние точки линейных_ трансформаторов ТЛ. Защитные устройства предназ­ ·начены для защиты пар кабеля ьт вредного влияния линий электропередачи и электрических железных дорог переменного тока. Цепь ДП образуется по схеме «четверка - земля». По искусс:гвенной цепи через средние точки транс­ .форматоров ТФ организуется канал служебной связи. С этой же целью вклю­ чены фильтры нижних частот Zl ". Z8. После прохождения платы приема пи­ ·тания последнего в полуё.екции НУП цепь ДП заземляется. По одной цепи ДП осуществляется питание усилителей одной системы -_связи. В случае наличия на участке кабельной линии значительных электромаг­ ·нитных или гальванических влияний цепь ДП организуется по схеме «провод - ·провод» с использованием жил двух четверок. Число дистанционно питаемых 1 :202
Рис. 13.26. Структурная схема цепи дп. аппаратуры· К-60П НУП сокращается в два раза и ма_ксимальная длина секции ДП составляет 140 км. Число цепей ДП в лИнии уменьшается также в два раза и по каждой це­ пи получают питание усилители. двух систем передачи. Устройства передачи ДП размещаются на стойке СДП. На одной стойке устанавливается до 9 УДП, в том числе одно резервное. В УДП напряжение питания --21,2 В преобра­ зуется в повышенное до 475 В постоянное напряжение, которое подается в ли­ нию. Ток ДП лежит в пределах О, 18 А + 1О%. УДП представляет собой пре­ образователь постоянного напря~ения в постоянное, который состоит из инвер­ тора, выпрямителя, двухкаскадного сглаживающего LС-фильтра и устр,ойств за­ щиты, коммутации и сигнализации. Инвертор собран на транзисторах по двух­ тактной схеме с самовозбуждением. Транзисторы инвертора включены по схе­ ме с общим эмиттер~м. Рабочая частота преобразования составляет 70 ". 80 Гц. Вторичная обмотка трансформатора имеет несколько отводов, переключение которых позволяет на выходе УДП получить напряжения_ 100 ... 475 В ступеня­ ми через 50 В. Выпрямитель выполнен по мостовой однофазной схеме. В УДП имеется максимально-нулевая защита, которая автоматически отключает на­ пряжение ДП при обрыве цепи ДП или перегрузке по току на 20% и более. На выходе УДП оборудовано коммутационным полем, которое позволяет под­ ключать УДП к линии и осуществлять переполюсовку напряжения ДП в слу­ чае поиска неисправности в ней. Устройства приема ДП в НУП .Размещаются в стойках СПУН и состоят для каждой цепи ДП из двух одинаковых последовательно соединенных полу­ проводниковых блоков ДП и блока «обратной полярности». Каждый блок ДП предназначен для питания оборудования одного направления линейного трак­ та и одной вспомогательной нагрузки, которой может служить телемеханика или служебная связь, и представляет собой стабилизатор напряжения непре­ рывного действия, выполненный на транзисторах. Блок обеспечивает стабилиза­ цию выходного напряжения с отклонениями не хуже + 5% при изменении то­ ка ДП (-13 ... +ЗО) % от но~инального значения 0,18 А. 203--
1Блок «обратной полярности» обеспечивает питание устройств телемехани~ ки и служебной связи НУП при обрыве кабеля. В этом случае с ОУП пода­ ется в линию напряжение 100 В, полярность которого противоположна поляр­ ности напряжения ДП, нагрузки НУП в цепи ДП подключаются параллельно до места повреждения кабеля, а усилители системы К -60П отключаются. Пе­ реключение питания телемеханики и служебной связи на НУП производится. автоматически с помощью диодных схем. Электропитание аппаратуры К-60П-4. Аппаратура предназначена для рабо­ ты на внутризоновой сети по одночетверочным кабелям МКПВ и МКСБ. Сис­ тема передачи для одночетверочного кабеля разработана так, что в качестве основного оборудования обслуживаемых станций используется стандартная ап­ паратура К-60П. К числу вновь разработанной аппаратуры относятся устрой­ ства ДП. Система - двухкабельная. Обслуживаемые усилительные станции мо­ гут располагаться на расстояниях до 230 км одна от другой при средней дли­ не усилительного участка 10 км. Аппаратура рассчитана на питание от напря- 204 jН!/П-1 rl! • Т!Т 0 !сВЧ~~-1........., I каrJель 1 ---:i- тл1 I сВЧ~'--1-1-_._--+-' Л каt5ель i1 1 IН!!Л-10 Т/! -----.... -+---- Рис. 13.27. Структурная схема цепи ДП аппаратуры К-60П-4 71! тл тл1 [С' 1
:Жениil: -21,2 В±3% и -24 В ± 10%. Структурная схема ДП изображена на .рис. 13.27. Для аппаратуры К-60П-4 принят~ схема ДП «провод - Провод». По одному кабелю организуется одна цепь ДП, которая питает аппаратуру од­ FОЙ систе:1,1ы, включая служебную связь и телеконтроль. Напряжение ДП подается в средние точки линейных трацсформаторов ТЛ .от плат ППУ-3, размещаемых в стойке СЭП. В состав одной стойки входят четыре рабочие и две резервные платы. Стабилизация напряжения нз. стойке -СЭП осуществляется от двух угольных регуляторов РУН-151, причем нагрузки на них распределяются таким о.бразом, что при повреждении одного из них -сохраняется до 50% связей. В стойке предусмотрена ручная замена неисправ­ ного стабилнзатора •эквивалентным сопротивлением, обеспечивающим подачу номина·льной величины напряжения на плату ППУ-3 при работе выпрямитель­ но-аккумуляторной установки в буферном режиме. Плата ППУ-3 выдает в ли­ нию напрЯ:(!<ение до 450 В при токе О, 13 А, а в режиме «Обратной полярно­ сти» - 200 В при :гоке 0,3 А. В состав платы входят преобразователь постоян­ ного напряжения в постоянное, устройства коммутации, защиты и сигнализа­ ции. Инвертор преобразователя ,выполнен по двухтактной схеме с самовозбуж­ дением. Вторичная обмотка трансформатора имеет отводы, обеспечивающие пе­ реключение выходного напряжения платы ступенями по 50 В. Кроме того, для более точной подстройки тока ДП последовательно в цепь Н3:грузки включен переменный резистор. Прямоугольное переменное напряжение инвертора вы­ nрямляется однофазным мостом и через сглаживающий емкостный фильтр по­ ступает на коммутационное устройство, позволяющее подавать в линию напря­ жения «Прямой» и «обратной» полярности. Защита обеспечивает автоматическое отключение напряжения ДП при обрыве линии или при перегрузке по току на 20 ". 30% номинального значения. Предусмотрена автоматическая замена по­ .вr;ежденной платы резервной. В состав устройства приема ДП на НУП входит блок приема ДП-2, ко­ -торый представляет собой стабилизатор напряжения. Стабилизатор обеспечи­ Еает на нагрузке напряжение 15 В +5% при изменениях тока ДП (-13 " . . " +30) % номинальной величины. Блок обеспечивает также защиту нагрузок vт больших токов при КЗ цепи ДП. В устройство приема ДП входит также блок контроля ДП, содержащИй реле К, два диода VD!, VD2 и резисторы. При подаче в линию напряжения ДП «прямой» полярности реле К не сраба­ -гывает, так как оно шунтировано диодом VD2. При подаче в линию напряже­ ния «обратной» полярности сработают реле всех НУП, за исключением реле, включенного перед участком обрыва линии. При срабатывании реле выключают­ ся резисторы R7 на всех НУП, кроме последнего перед обрывом. Таким образом создается цепь питания всех усилителей До места обрыва и с помощью уст­ ройств телеконтроля появляется возможность найти неисправный участок. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Какой смысл в применении дистанционного питания? 2. В чем заключаются преимущества дистанционного питания стабилизИро­ ванным постоянным током? .З. Какие цепи дистанционного питания наиболее подвержены влиянию вне­ шних электрических систем? 4. Почему при выборе величины напряжения дистанционного питания необ­ ходимо учитывать наводки от внешних электрических систем? 5. Какие основные факторы определяют дальность действия системы дистан-· ционного питания? · 205
Глава 14. ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ ·АППАРАТУРЫ МЕСТНЫХ ТЕЛЕФОННЫХ И РАДИОТРАНСЛЯЦИОННЫХ СЕТЕй 14.1. ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОПИТАЮЩИМ YCTAHOBKANl И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО rIX УСТРОЙСТВУ . Повсеместное распространение на местных телефонных сетях по­ лучили электромеханические станции декадно-шаговой и коорди­ натной систем. Эти станции питаются от ЭПУ постоянного тока с номинальным напряжением 60 В. Нормы на питающие напряже­ ния находящихся в эксплуатации станций приведены в та,Рл. 14.1 . Станции электромеханических систем в течение суток неравномер­ но по,требляют электроэнергию в зависимости от вида, емкости за­ действованного оборудования и телефонной нагрузки, обусловлен­ ной структурным составом абонентов. В связи с этим для харак­ теристики максимальных значений потребляемых от ЭПУ токов введено понятие потребл~емого тока в час наибольшей нагрузки f чнн· Ориентировочные значения lчнн для городских АТС различных электромеханических систем в зависимости от загрузки станции показаны на рис. 14.1. Из графиков рис. 14.1 следует, что наи­ большие значения lчнн получаются для координатных станций. При проектировании ЭПУ для городских станций на 10 ООО або­ нентов принимаются следующие значения токов ЧНН: для стан­ ций АТСК - до 500 А и для станций декадно-шаговых - до - 400 А. Иллюстрацией к распределению потребления станций АТСК емкостью 10 ООО номеров тока от ЭПУ могут служить кривые, приведеннь1е на рис. 14.2 . ) Та блиц а 14.1 Напряжение источника допускаемая оrока, В пульсацня:псо фометрическо· Наименованпе аппаратуры го напряжения номнналь- допускаемые создаваемая ное пределы нэме- нс точником то - иения ка, не"более, в Городские координатные АТС с релейны~ 60 58 ... 66 5.10-~ с управлением 60 58 ... 64* 5.10-s _ Городские и сельские декадно-шаговые АТС ельские координатные АТС с релейным 60 - управлением: 60 54 ... 72 1 5· 10-3 оконечные и узловые . центральные 60 58 ... 66 5.10-з 1 • Прн включении резервного источника питания допускается повышение напряжениst до66в. 206
lчнн. Л ffPO 400 300 zoo 100 1 200 J[)[) 40[} .Jp/l Рис. 14.1 Токи 1чвв для раз­ личных электромеханических систем АТС в зависимости от загрузки станции: 1 - координатные АТС; 2, 3 - де­ кадно-шаговые АТС-54 н АТС-47 J;A 400 300 200 100 ' . ' fJ48121'б20211- Время суток, '1 Рис. 14.2. . Суточное распреде­ ление потребляемого тока стан­ ции АТСК: 1 - изменения нагрузки для АТС, имеющей до 60% квартирных теле- · фонов; 2 - для АТС, имеющей свы­ ше 60% квартирных телефонов Из кривых, показанных на рис. 14.2, следует, что нагрузка: на ЭПУ повышается с ростом числа служебных абонентов (кри­ вая 1). Другая особенность распределения нагрузки состоит в­ том, что с ростом удельного веса квартирных телефонов ясно про­ слеживаются два максимума нагрузки, приходящиеся на утрен- ние и вечерние часы суток. · Минимальный ток, потребляемый· станциями АТСК, составляет примерно 5 ." 10% от максимального. Введение в станцию АТСК электронной аппаратуры управления ,увеличивает до 20% значе­ ния минимального тока. Ориентировочные значения потребляемых, в ЧНН токов для сельских координатных АТС приведены в табл. 14.2 . Специфика электропитания квазиэлектронных и электронных станций обусловливается применением в них специализированных управляющих вычислительных компJ,Iексов, микропроцессоров If электронной аппаратуры коммутации и управления. В дополне­ ние к традиционным требованиям к ЭПУ, которые сводились ра­ нее в основном к обеспечению требуемой аппаратурой мощности и пульсаций напряжения, новая аппаратура предъявляет к ЭПУ более жесткие требования по бесперебойности питания, устойчи­ вости, динамической стабильности питающего напряжения, в том числе в переходных и аварийных режимах работы ЭПУ и питае- Табл1ица 14.2 Параметр АТС мкость Е 1чвн, А К-50/200 оконечная 150100 2,5 5,0 К· 50 /200 узловая 100 150 200 8,0 10".22 r2 ... 15 Тип АТС • к -100/2000 - 100 200 300 400 500 1000 2000 5101520254590 207
мой аппаратуры. Применение в аппаратуре станций микросхем nотребовапо введения в состав оборудования источников вторич­ ного электропитания, которые составляют до 30% объема аппара­ туры станции. Для электронных и квазиэлектронных станций ха­ рактерно более равномерное в течение суток потребление элек- троэJ;Iергии, потому что независимо от наличия вызовов или сое­ динений аппаратура станции непрерывно потребляет ток. Ориен­ тировочно можно считать, что разница между максимальным и минимальным потребляемым током составляет 20 ... 30%. Расши­ рился также частотный диапазон нормируемых помех в общих цепях питания аппаратуры. В отличие от электромеханических станций, в которых нормирование пульсаций питающего напря­ жения ограничивалось диапазоном частот до 20 кГц, в электрон­ ных Е квазиэлектронных станциях требуется нормирование по­ мех в более широкой полосе частот в основном из-за применения 1Iмпульсных источников вторичного электропитания и меньшей помехоустойчивости информационных цепей. В состав. аппаратуры квазиэлектронных и электронных стан- 11я1u1 коммутащш входят специализированные управляющие вычи­ слительные комплексы. Эти комплексы могут требовать для элек- • тропитания бесперебойное трехфазное переменное напряжение промышленной частоты, поэтому в электроустановках таких стан­ ций применяются инверторы с входным напря)кением 60 В по­ стоянноrо тока. Ориентировочные величины суммарной мощности, потребляе­ мой электронными станциями на 20 ООО и 40 ООО абонентов от электропитающей установки постоянного тока, составляют :З5 ... 65 кВт. Выносные подстанции этой системы потребляют мощ­ ность примерно 1,5 кВт на 760 абонентов. Автоматические телефонные станции емкостью более 3000 но­ меров относятся к потребителям особой грУ.ппы первой катего­ рии. Электроустановки получают электроэнергию от трех незави­ -симых источников, два из которых, как правило, являются источ­ нпками общегосударственной сети, а третий - собственная элек­ ~ростанция. Для сетевы~ узлов и станций, а также АТС бол~е 20 ООО на районированнои сети или свыше 3000 номеров на нераи­ -онированной сети применяются стационарные электростанции с одним дизель-генератором. На АТС от 3000 до 20 ООО номеров на районированной сети. применяются передвижные электростанции. При возможности питания АТС от трех независимых источников общегосударственной сети собственная электростанция не преду­ сматривается. При невозможности получения электроэнергии для АТС от двух независимых источников общегосударственной с~ти электроснабжение допускается осуществлять от одного источника по двум линиям, подключенным к разным подстанциям или раз­ ным секциям одной подстанции. В этом случае собственная элек­ ~ростанция должна оборудоваться •двумя дизель-генераторами. Во -всех случаях в ЭПУ устанавливаются двухгруппные аккумулятор- ные батареи. 208
' АТС емкостью менее 3000 номеров. включая сельские стан- цни, относятся к потребителям первой категории и, как правило, получают электроэнергию от двух независимых внешних источ· ников и не оборудуются собственными электростанциями. Если по местным условиям невозможно организовать электро­ снабжение от двух независимых источников, то допускается ис­ пользование одного источника при одновременном увеличении за­ паса емкости аккумуляторных батарей .. Системы передаЧи, применяемые для повышения пропускной способности соединительных линий и устанавливаемые на АТС, получают электропитание от общих с аппаратурой коммутации электропитающих установок. В случае питания систем передачи от переменного тока допускается коммутационный перерыв до 0,5 с при переходе на резервный источник. 14.2 . ЭПУ АТС ДЕКАДНО-ШАГОВОй И КООРДИНАТНОЙ СИСТЕМ ' Электропитающая установка на максимальный ток нагрузки 15 А. предназначается для питания сельских и учре:жденческих телефонных станций емкостью до 200 номеров. ЭПУ выполнена на базе выпрямителей типа ВБ и блока управления БАЗ (с ин­ дексами три), основные технические данные которых были при- ведены в гл. 9. _ При первоначальном включении установки (рис. 14.3) замы­ кается выключатель QJ и рубильник Q2 устанавливается в требу­ емое положение. На рис. 14.3 рубильник Q2 находится в поло­ жении, когда выпрямитель ВБJ является рабочим, а ВБ2 - ре­ зервным. К зажимам БАЗ-3 подключается аккумуляторная ба­ тарея и замыкаются контакты реле Кб, подсоединяя нагрузку к блоку. Сначала включается в работу рабочий выпрямитель ВБJ и на­ чинает питать нагрузку через диод VD2 и амперметр РАЗ. При достижении напряжения на нагрузке заданного значения (около 55 В) устройство контроля напряжения УКН-2 подает команду на размыкание контактов реле Кб, в результате чего батарея от­ ключается от нагрузки. Включается резервный выпрямитель ВБ2 и через рубильник Q2, амперметр РА2 и контакты реле К7 он подключается к аккумуляторной батарее. Если батарея ще­ лочная, то заряд ее идет до напряжения 82 ... 84 В. При использо­ вании кислотной батареи конец заряда происходит по достиже­ нии током значения 1 ... 2 А. В конце заряда устройство УКН-1 подает команду на отключение резервного выпрямителя, и кон­ тактами реле К4 подключается последовательно с рабочим воль­ тодобавочный выпрямитель ВДВ. Указанные выпрямители обес­ печивают ~одержание аккумуляторной батареи. При отключении напряжения внешней сети напряжение на выходе выпрямителя начинает снижаться и схема управления 8~135 209
Рис. 14 3. Структурная схема ЭПУ сельских tI учрежденческих АТС .емкостью до 200 номеров 2-tl tltloiJ + + нагрузка Рис. 14.4. Структурная схема ЭПУ сельских и учрежденческих АТС емкостью до 600 номеров СУ устройством коммутации выдает IJPИ напряжении 55 В сиг­ нал, открывающий тиристор VSJ, в результате чего батарея бе­ зобрывно подключается к нагрузке. Одновременно с этим реле Кб замыкает свои контакты, а реле К4 размыкает и отключает от нагрузки выпрямитель ВДВ. После восстановления напряжения сети переменного тока включается рабочий выпрямитель ВБJ и далее процесс подклю­ чения к нему нагрузки и батареи происходит аналогично рассмо­ тренному выше. В случае повреждения рабочего выпрямителя нагрузка безо­ брывно переводится на питание от резервного, причем она сна­ чала переводится на аккумуляторную батарею, а после размы­ кания контактов реле К7 и достижения выходным напряжением резервного выпрямителя заданного предела питание осуществляет­ ся по цепи: реле Кб, рубильник Q2, диод VD2 и амперметр РАЗ. Рассмотренная установка обеспечивает на выходе напряже­ ние54...72В. Структурная схема установки на максимальный ток ·25 А по­ казана на рис. 14.4. Установка выполнена по схеме ЭВУ-60/25-4 и предназначена.для электропитания сельских и учрежденческих АТС. Она может работать как с аккумуляторной батареей, так и без нее. На схеме показаны два выпрямителя ВБ, предназначен­ ных для питания нагрузки и заряда батареи, вольт9добавочный · 210 •
выпрямитель ВДВ, используемый при· заряде батареи, и выпря­ митель содержания ПЗВ. Выходное напряжение установки 58 ..• .. . 64 В, допускаемое изменение напряжения питающей сети (85 ... 105) % номинального значения, частоты переменного тока - + 1 %, тока нагрузки 1,25 ... 25 А. · Система управления обеспечивает безобрывное подкл~чение батареи к нагрузке при отсутствии напряжения сети переменного тока, резервного выпрямителя при отключении основного, а так­ же перевод батареи из режима заряда· в режим содержания. В рабочем состоянии автоматы Ql ." QЗ и рубильник Q4 зам­ кнуты. При питании от внешней сети нагрузка .подключается (Q5) к вып.рямителю ВБ. Благодаря сглаживающему фильтру Zl на выходе ЭПУ знач~ние напряжения пульсации не превышает 5 мВ (псофометрическое значение). При исчезновении напряже­ ния внешней сети отключаются все выпрямители, н.агрузка пер­ воначально получает напряжение от вывода батареи через диод VD4, который затем шунтируется контактами реле К7. Внешняя сеть восстанавливается, замыкается реле Кб, включаются выпря­ мители и нагрузка получает питание от выпрямителей ВБ и РВБ. Дал~с:; размыкаются контакты реле К7, отключается батарея, ко­ торая после замыкания ·контактов реле К5 и размыкания контак­ тов ре,ле Кб заряжается от последовательно включенных выпря­ мителей РВБ и ВДВ. После заряда батареи разм.ь1каются контак­ ты КБ и последняя переводится в режим содержания от выпрями­ теля ПЗВ. Структурная схема ЭПУ на максимальный ток 120 А изобра­ жена на рис. 14.5 . ЭПУ предназначается для питания городских, учрежденческих и центральных сельских АТС емкостью от 600 до 3000 номеров. ЭПУ выполнена по буферной схеме с автоматиче- Сеть ВУК ВУК VDJ l СВ!+ Г- -11- - - -++ -" ---н---о---11----'--'~ f/B осн 1 .,--i.;~ \/'2 _~2+-------~----~ ~ К нагрузка11 АТС + Рис. 14 5. Структурная схема ЭПУ городских, учрежденческих и центральных сельских АТС емкостью 600 3000 номеров на максимальный ток 150 А • 8"' 211
ской коммутацией дополнительных групп аккумуляторных бата-. рей. В состав ЭПУ входят два выпрямительных устройства ВУК 67/140, .шкаф коммутации ШК 60/150 и аккумуляторная батарея GB, секционированная на 28+2+3 элементов. Один из выпрями­ телей БУК 67/140 является резервным и используется при заряде основной группы аккумуляторной батареи. Дополнительные эле­ менты заряжаются от выпрямителей ЗВJ и ЗВ2, содержание эле­ ментов осуществляется выпрямителями П В 1 и П В2. Выходное напряжение ЭПУ в стационарных режимах работы изменяется в пределах 58 ... 66 В, что позволяет использовать ЭПУ для питания АТ€ координатной системы. В номинальном режиме работы ЭПУ нагрузка питается от од­ ного выпрямителя, в буфере с которым подключена основная группа аккумуляторной батареи GВасн· Контакты 1 и 2 контакта- . ров К2 и 1(4 замкнуты. Обе дополнительные группы GB 1 и GB 2 батареи находятся в режиме содержания от выпрямителей ПВ 1 и ПВ2. В случае пропадания напряжения сети переменного тока отключаются все выпрямители и питание нагрузки осуществля­ ется от основной группы батареи. Напряжение на этой группе па­ дает до заданного предела, после чего подается команда на раз­ мыкание контактов контактора 1(2 и замыкание контактов кон· тактора Kl. На время срабатывания указанных контакторов на­ грузка питается от основной группы через диод VD2 и контакты контактора К4. Как только разомкнутся контакты К2 и замкну'Г­ ся контакты Kl, последовательно с основной подключается пер­ вая дополнительная группа. По мере разряда батареи может по­ требоваться подключение второй дополнительной группы, кото­ рое происходит аналогично с подключением первой группы. ·При восстановлении напряжения сети включаются в режиме ограничения тока оба выпрямителя ВУК, повышается напряже­ ние на нагрузке и при достиженик им величины 66 В происходит отключение второй дополнительной группы и дозаряд ее от вы­ прямителя ЗВ2. Во время срабатывания контакторов К3 и К4 на­ грузка питается через диод VD3. По мере заряда основной и пер­ вой дополнительной групп напряжение на нагрузке вновь достига­ ет 66 В и контакторами Kl и К2 отключается первая дополни­ тельная группа, которая дозаряжается от выпрямителя ЗВJ. По достижении в основной группе напряжения 64 В выпрямители пе­ реводятся в режим стабилизации напряжени~ и нагрузка питает­ ся от основного ВУК. В конце заряда дополнительных групп по­ следние переводятся в режим содержания от выпрямителей ПВ. В ЭПУ предусмотрена также автоматическая замена рабочего вы­ прямителя резервным:. Для узловых и оконечных сельских и учрежденческих- АТС типа АТСК-100/2000 можно применить буферную ЭПУ без стаби­ лизации выходного напряжения в режиме разряда аккумулятор­ ной батареи. В этом случае ЭПУ содержит два выпрямителя ВУК 60/140 и несекционированную аккумуляторную батарею, состоя- 212
"'Се76 АВР ЩЛТ /( дэс АКАБ + - k Нdгр!JЗК/1М AT[J Рис. 14.6. Структурная схема ЭПУ АТС емкостью до 10 ООО номеров щую из 30 элементов. Колебание напряжения на выходе такой ЭПУ составляет 54 ... 72 В. _Структурная схема ЭПУ с током нагрузки до 800 А изображе­ на на рис. 14.6 . ЭПУ предназначена для питания станций декад­ но-шаговой и .координатной систем емкостью до 1О ООО номеров. В состав ЭПУ входят устройства автоматического ввода резерва АВР, щит переменного тока ЩПТ, до четырех выпрямителей ти­ па БУК 67/260, устройство автоматической коммутации аккуму­ лятоР.НОЙ батареи АКАБ 60/800, вольтодобавочные, зарядные и Ь:одзарядные выпрямители и аккумуляторные батареи из 33 эле­ ментов. На выходе ЭПУ поддерживается напряжение 58 ... 64 В. Аккумуляторная батарея постоянно подключена к нагрузке. За­ ряд. аккумуляторной батареи до напряжения 2,3 В на элемент происходит без отключения их от нагрузочных шин. Работа ЭПУ с АКАБ подробно рассмотрена в гл. 10. Аналогичная установка с использованием выпрямителей БУК 67/600 и АКАБ 60/1500 позволяет питать аппаратуру декадно­ шаговых и координатных систем коммутации емкостью до 20 ООО номеров. Применение в ЭПУ устройств коммутации батарей типа ПНВ позволяет получать ЭПУ на большие токи. Следует отме­ тить, что дальнейшее укрупнение ЭПУ требует в -каждом отдель­ ном случае тщательного технико-экономического обоснования, поскольку приводит к определенным трудностям при обеспечении на аппаратуре связи требуемых норм на питающие напряжения. 14.3 . ЭПУ СТАНЦИИ КВАЗИЭЛЕКТРОННОЙ И ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМ Аппаратура станций квазиэлектронной и электронной систем коммутации предъявляет к ЭПУ более жесткие требования по сравнению с декадно-шаговой и координатной аппаратурой. В первую очередь это относится к необходимости обеспечения бес­ перебойной подачи электроэнергии. Специфика работы схем ком- 213
мутации и управляющего вычислительного комплекса, входящего в комплект станции, приводит к тому, что даже кратковременное, исчисляемое сотыми долями секунды, пропадание или глубокое снижение питающего напряжения приводит к длительным, до десятков минут, перебоЯм в работе станции. У9итывая, что обес­ печение бесперебойной подачи .напряжения постоянного тока можно получить более простыми техническими средствами при меньших затратах, специализированные управляющие вычисли­ тельные комплексы (СУВК) в большинстве своем рассчитывают , на питание от постоянного тока. Однако некоторые разработчики идут по пути приспособления под СУВК серийно выпускаемых ЭВМ общего назначения, которые питаются от переменного тока промышленной частоты, что приводит к необходимости примене­ ·ния в составе ЭПУ полупроводниковых УБП-ВИ и введения до- полнительной ступени преобразования энергии. Другим жестким требованием является необходимость обес­ печения повышенной динамической стабильности питающего на­ пряжения. Трудность выполнения указанного требования, прису­ щего некоторым квазиэлектронным и электронным системам, усугубляется наличием в аппаратуре связи устройств с широки­ ми изменениями мгновенных значений потребляемого от ЭПУ тока. Для удовлетворения указанного требования следует поза­ ботиться об уменьшении выходного внутреннего сопротивления • ЭПУ И ограничении или полном устранении скачкообразных изме­ нений питающего напряжения, которые могут возникать при сра­ батывании силовых коммутирующих устройств в ЭПУ или при аварийных ситуациях в ТРС и питаемой аппаратуре. Более жесткие требования предъявляет аппаратура к уровням и частотным диапазонам помех в токораспределительных сетях предприятий связи. В электромеханической системе коммутации помехи в ТРС ограничивались диапазоном частот, характерных для псофометрических значений, т. е. помехи нормировались в основном со стороны микрофонных цепей. В квазиэлектронной и электронной системах потребовалось существенно, до десятков мегагерц, расширить нормируемый диапазон частот, причем уче­ ту должны подлежать слагаемые как от помех, возникающих в ЭПУ, так и от импульсных ИВЭ, входящих в состав аппаратуры станций, и внешних электрических систем. В состав новой аппаратуры коммутации входят импульсные ИВЭ, которые в процессе стабилизации выходного напряжения потребляют от источника постоянную мощность, т. е. при сниже­ нии входного напряЖ:ения они потребляют больший ток и, наобо­ рот, при повышении напряжения - меньший ток. Следовательно, характеристика входного дифференциального сопротивления ИВЭ имеет отрицательный наклон. Наличие таких нагрузок, а в электронной системе это прак· тически 80 ... 90% нагрузок всей станции, может привести к воз­ никновению автоколебаний в цепи «ЭПУ - нагрузка». Указанное 214 /
положение ограничивает возможности применения существующих 6езаккумуляторных ЭПУ. В новых станциях отличается также характер потреблеtIИЯ электроэнергии в зависимости от числа вызовов абонентов, т. е. загрузки станции. Квазиэлектронные и электронные станции бо­ лее равномерно, чем станции электромеханических систем, по­ требляют то~ от ЭПУ в различное время суток, хотя в отдельных видах станций малой емкости разница между максимальным им­ пульсным и минимальным значениями ,токов очень велика. Изучение и проверка ЭПУ на соответствие новым требовани­ ям по~азали возможность применения некоторых из них, в част­ ности буферной ЭПУ и электромашинных ·преобразователей. Од­ нако указанный ограниченный круг ЭПУ не полностью отвечает всем требованиям новой аппаратуры, поэтому они могут приме­ няться лишь на первом этапе внедрения новых станций. В после­ дующем новые станции должны питаться от ЭПУ, в состав кото­ рых войдут установки бесперебойного питания постоянным током на номинальное напряжение 60 В, работающие в буферном режи­ ме и использующие электронные стабилизаторы напряжения. Бес­ перебойный переменный ток предполагается получать от полу­ проводниковых инверторов, подключенных к цепям нестабилизи­ рованного бесперебойного постоянного напряжения. АТС элек­ тронной системы будут потреблять примерно 36 и 65 кВт для 20 ООО и 40 ООО номеров соответственно. Аппаратура АМТС «Кварц» квазиэлектронной системы комму­ тации может работать от ЭПУ, в состав которых входят установ­ ки бесперебойного питания УБП-ВА; описанные в гл. 10. Аппа­ ратура требует для питания одновременной подачи двух номи­ налов постоянных напряжений 60 и 24 В со статическими измене­ ниями не более + 1О%. Напряжением 24 В питаются в основ­ ном устройства коммутационного поля, которые выполнены на герконах. Напряжение питания СУВК «Нева», который управля· ет работой станции, составляет 60 В. При полном комплект.е ап­ паратуры АМТС «Кварц» по номиналу 60 В потребляет около 30 кВт и номиналу 24 В - 24 кВт. Кроме того, для питания вен­ тиляторов и привода в устройствах магнитной памяти и отобра­ жения требуется переменный ток промышленной частоты. К чис­ лу особенностей электропитания аппаратуры «Кварц» следует от­ нести узкие допустимые пределы изменения питающего напря­ жения при переходных и аварийных ситуациях в ЭПУ, ТРС и в самой аппаратуре. Гарантируется нормальная работа аппаратуры «Кварц», если снижения питающего напряжения не превзойдут 20% для номинала 24 В и 15% для номинала 60 В за время не более 50 мс и превышения - на 25 и 20% за время не более 5 мс соответственно. Обеспечение выполнения указанного требо­ вания привело к необходимости дробления нагрузок в отдельных цепях ТРС, построенной по полурадиальному принципу, причем в ряде случаев токораспределительные стойки с устройствами за­ щиты приходится располагать в генераторном помещении рядом 215
с uборудованием ЭПУ, что вызывает некоторые неудобства в экс­ плутации. ИВЭ аппаратуры «:Кварц» выполнены на принципе широтно­ импульсной модуляции и имеют входное напряжение 60 В. ИВЭ располагаются в стативах совместно с аппаратурой станции. ТРС конструктивно выполнена так, что непосредственно рядом с алю­ миниевой шиной положительной полярности размещаются изоли­ рованные алюминиевые провода отрицательной полярности. Не­ смотря на не~оторые конструктивные трудности, при реализации такой проводки удалось свести к минимуму индуктивность· ее тоководов и выполнить очень жесткие нормы по ограничению кратковрем'енных изменений питающего напряжения. · В составе аппаратуры «Исток» квазиэлектронной системы ком· мутации имеются два типа станций, одна из которых является центральной· (тип 1), другая - оконечной (тип 3). Управляющий комплекс входит в состав центральной станциц. Оба типа стан" ций работают от буферных ЭПУ напряжением 60 В со статически· ми изменениями ±10% для типа 1 и -10 ". +20% - для типа 3. В нормальных условиях работы станции и ЭПУ аппаратура до­ пускает появление динамической нестабильности питающего на­ пряжения до ±2 %, что предъявляет повышенные требования к внутреннему сопротивлению ЭПУ. ... Аппаратура станции типа 1 потребляет от ЭПУ примерно по­ стоянный по величине ток с разницей между номинальным и мак­ симальным значением~примерно до 20%. Иная картина наблюда­ ется в изменениях потребляемого тока аппаратурой станции типа , 3, максимальные и минимальные значения которого могут значи­ тельно отличаться (в два раза). Импульсный ток, потребляемый от ЭПУ при нормальной работе станции типа 3 на 256 номеровt достигает 23 А, минимальное значение тока - несколько ампер. ТРС аппаратуры «Исток» выполнена с помощью алюминиевых шин, за исключением питающей проводки СУВК. Несмотря на то что аппаратура «Исток» допускает значительно большие кратко­ временные увеличения питающего напряжения, в ТРС установле­ ны ограничивающие ток короткого замыкания резисторы, вслед­ ствие чего снижаются возникающие в переходном режиме изме­ нения напряжения на входе питаемой аппаратуры. 14.4 . ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ АППАРАТУРЫ РАДИОТРАНСЛЯЦИОННЫХ СЕТЕЙ . 'Радиотрансляционные сети РТС разделяются на городские и сельские. В состав городских РТС входят .центральные и опор­ ные усилительные станции ЦУС и ОУС, усилительные подстанции УП, блок подстанции БП и трансформаторные подстанции ТП. На городских РТС выделяются магистральная и распределительная части сети. В магистральной части РТС информационные сигналы передаются под напряжением 980 В, в распределительной - 30 В. На сельских РТС образуются радиотрансляционные узлы, ко- 216
• торые получают программы вещания· либо по. междугоро.чным ли­ ниям связи, либо с помощью радиоприема. В распределительную сеть так же, как и в городе, подается напряжение 30 В. Аппаратура РТС питается однофазным или трехфазным пере­ менным током промышленной частоты. По электроснабжению ЦУС относятся к потребителям первой группы и получают 'элек­ троэнергию от двух независимых источников, которыми могут быть либо две высоковольтные трансформаторные подстанции, . одновременное отключение которых может быть лишь при систем­ ной ~варии, либо отдельные электростанции, входящие в Госу­ дарственную энергетическую сеть. Допускается совмещение ука­ занных источников. В исключительных случаях ЦУС или ОУС можно питать от одного внешнего источника, если время ОТК.ЕfЮЧения его не будет превышать 0,05% времени, планируемого для радиовещания. Обычно в таких случаях на ЦУС применяется собственная элек­ тростанция. Если же электроэнергия на ЦУС или ОУС подается только в 70% от времени планируемого вещания, то на централь­ ных и опорных усилительных станциях обязательно устанавлива­ ется собственная электростанция, оборудованная двумя дизель­ ными агрегатами. Обычно на РТС применяются дизельные агрега­ ты мощностью 4 ." 30 кВт, автоматизированные по первой и вто­ рой степеням (ГОСТ 10032-80). В зависимости от местных усло­ вий электроснабжение предприятий РТС может осуществляться низ- /lompeou тели потреои те11 u Рис. 14.7 . Схема электроснабжения крупного городского узла РТС 217
Рис. 14.8 . сх·ема электроснабжения город­ ского узла РТС, имеющего собственную электростанцию ким или вЬ1соким напряже­ нием. В последнем случае на станции оборудуется пони­ жающая трансформаторная подстанция. При электро­ снабжении станций от двух источников нагрузки распре­ деляются равномерно по двум вводам и устанавлива­ ется устройство автоматиче­ ского ввода резерва. Если потребители по техническим условиям не могут быть раз­ делены по двум вводам, то вводы подразделяются на рабочий и резервный. Резервный ввод постоянно находится под напряжением, а нагрузка переключается на него автоматически с помощью панелей переключения. Примерная схема электроснабжения и включения электрообо­ рудования крупного городского узла изображена на рис. 14.7. На схеме показаны два высоковольтных ввода, два понижающих трансформатора Т 1 и Т2, контакторы Kl ... К4 АВР на низкой стороне и распределительные щиты с автоматами защиты от коротких замыканий в нагрузках. Трансформаторы Т 1 и Т2 за­ гружены каждый на 50% номинальной мощности. В случае от­ ключения одного из высоковольтных вводов питание аппаратуры происходит от исправного ввода. На рис. 14.8 показана примерная схема электропитания аппа­ ратуры городского радиотрансляционного узла, имеющего один низковольтный ввод и собственную электростанцию. 14.5 . ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ АППАРАТУРЫ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ МЕСТНОЙ СВЯЗИ Электропитание аппаратуры ИКМ-30. В качестве первичного источника служит ЭПУ с выходным напряжением -60 В, пара­ метры которой установлены ГОСТ 5237-69 . Напряжение от ЭПУ поступает на стойки аппаратуры цифрового оборудования САЦО и оборудования линейного тракта СОЛТ. На каждой стойке раз­ мещается по нескольку комплектов цифрового оборудования и линейного тракта. Каждый комплект получает питание от собст­ венного устройства. На выходе устройства питания комплекта ап­ паратуры цифрового оборудования обеспечивается несколько раз­ дельных выходов с различными номинальными напряжениями. Первичное напряжение -60 В (рис. 14.9) поступает на предва­ рительный стабилизатор напряжения пен, на выходе которого получается напряжение 24 В± 1%. От этого напряжения питается инвертор UZJ, который формирует переменные напряжения. Эти напряжения подаются на выпрямители И 1 ... Иб, фильтры ZJ ". Zб и стабилизаторы напряжения Т 1 ". Тб. Устройство питания име- 218
..г1JL- синхронизация UZ1 -508 Рис. t4.9 . Структурная схема блока питания ИКМ-30 ет шесть автономных выходов, соединяемых с питаемой аппара­ турой. Ст?билизатор напряжения ПСН с ключевым элементом вы­ полнен по компенсационной схеме. После ключевого. элемента им­ пульсное напряжение поступает на фильтр и далее на нагрузку. Ключевой элемент работает на частоте 16 кГц. В схеме стабили­ затора предусмотрена возможность синхронизации ·рабочей. час­ тоты от внешнего задающего генератора. Указанная мера позво­ ляет снизить уровень помех от источников питания в спектре ра­ бочих частот аппаратуры' и исключить возможность возникновения в цепях питания э. д. с, обусловленной разностью частот отдель­ ных питающих устройств. Синхронизирующий сигнал в виде по­ следовательности прямоугольных импульсов поступает из аппа­ ратуры ИКМ. Инвертор UZJ выполнен на транзисторах по двух­ тактной схеме с самовозбуждением. На выходах инвертора обра­ зуется переменное напряжение прямоугольной формы. Частота преобразования одинакова с частотой работы стабилизатора пне, предусмотре_на также возможность внешней синхронизации. Ста­ билизаторы напряжения Т1 ... Тб выполнены на транзисторах по схеме компенсационного стабил-изатора- непрерывного действия. " В системе передачи применяется дистанционное питание не- обслуживаемых регенерационных пунктов НРП, размещаемых ме­ жду оконечными станциями (рис. 14.10). ДП осуществляется по схеме «провод - провод» по искусственным- цепям через средние точки линейных трансформаторов ЛТ. Нагрузки ПДП в цепь ДП включены последовательно. Питание НРП может осуществляться как с 6дной стороны (по секции), так и с двух сторон (по полу­ секциям). Длина усилительного участка в аппаратуре может ОРЛ J liP/7-/ 1 НРП. послеilнцЦ 8 полусекциа llT ЛТ 1 1с= Рис. 14.10. ·схема организации ДП ИКМ по полусекциям 219
' быть разной и зависит от типов применяемых кабелей. В цепи ДП поддерживается постоянный ток 11 О мА. Напряжение ДП может изменяться в пределах 16 ... 48 В для линий малой протяженности и 35 ... 245 В для линий большой протяженности. В аппаратуре применяются два различных блока ДП. Для линий малой протя­ женности используется блок ДПК (рис. 14.11). Он представляет . собой транзисторный стабилизатор тока компенсационного типа непрерывного действия. При увеличении тока ДП регулирующий транзистор VT 1 закрывается, что приводит к уменьшению тока ДП до исходного состояния. При снижении тока ДП транзистор VT 1 открывается. Цепочка iR.1, VD1 и VD2 обеспечивает необхо­ димое смещение в цепи базы и одновременно осуществляет тем­ пературную компенсацию перехода «база - эмиттер» транзистора VT2. Блок ДПК автоматически отключается при обрыве цепи ДП, а также при увеличении или уменьшении выходного тока более чем на 50 %. В этом случае включается соответствующая сигнализа­ ция. Структурная схема блока ДП для линий большой протяжеfl­ ности показана на рис. 14.12. Напряжение источника 60 В через входное устройство Q поступает на ключевой стабилизатор КС, с него на умножитель напряжения УН и далее через датчик Д в нагрузку. От датчика Д питается мультивибратор G2. Пропорци­ ональное току ДП напряжение от мультивибратора подается на устройство управления У.У ключевым стабилизатором КС и уст· u ' роиство контроля У К, которое ~тключает блок ДП и включает сигнализацию, если ток ДП выходит за допустимые пределы. Всей работой блока управляет задающий генератор G1 - муль­ тивибратор, генерирующий последовательность импульсов с час­ тотой следования (35+5) кГц. На входе генератора G1 установ­ лен параметрический стабилизатор напряжения. Ключевой стаби­ лизатор КС выполнен по схеме однотактного ·стабилизатора, на выходе которого включен LС-фильтр с обратным диодом. Схема умножителя напряжения показана на рис. 14.13. На вход умно­ жителя подается напряжение от ключевого стабилизатора КС, которое может изменяться от 10 до 50 В. В базы транзисторов VT 1 и VT2 поступает напряжение от генератора G1 и они откры­ ваются по очереди. Когда откры1: транзистор VT2, конденсатор Cl .-бОВ !i'н Рис. 14.11 . Упрощенная принципи- Рис. 14 12 Структурная схема блока ДП альная электрическая схема бло- ка ДП~ 220
" заряжается через диод VД 1 до входного напряжения. При закры­ ван~ии транзистора 1(Т2 и откры- Jt. вании транзистора VT 1 к конден­ сатору С2 прикладывается вход- ное напряжение и последователь- Jt. но с ним напряжение кон.денсато- ра Cl, т. е. конденсатор С2 за­ VJ!f V.D2 V.DJ Vll4 ряжается до двойного входного Рис. 14.13 Принципиальная элек- напряжения. Далее закрываетсятрическая схема умножителя на- транзистор VT 1 и открывается пряжения УН VT2. Через диод VD3 конденсатор С3 заряжается до напряжения конденсатора С2, т. е. на конден­ саторе С3 напряжение будет равно удвоенному входному. В сле­ дующий цикл закрывается транзистор VT2 и открывается VT1. На конденсатор С4 поступает утроенное входное напряжение. Если в провода разной полярности включить две схемы утроения, то в сумме можно получить 6-кратное увеличение напрЯжения. В реальных схемах увеличение напр.яжения будет несколько мень­ ше из-за падений напряжения в полупроводниковых элементах и частичного разряда конденсаторов в паузах переключения тран­ зисторов. Проведенная модернизация аппаратуры ИКМ-30 затронула устройства питания комплектов аналого-цифрового оборудования, в результате чего в дальнейшем для их питания будут использо­ ваться стабилизаторы СН, аналогичные стабилизаторам аппара­ туры ИКМ-480, которые описаны в гл. 13. Электропитание аппаратуры КРР-М осуществляется от сети однофазного переменного тока напряжением 220 В. Цепи приемников сигналов управления • питаются постоянным напряжением -60 В. На стойках оконечного оборудо- вания располагаются плата питания генераторного оборудования, блок питания группового оборудования 30-канальной системы и блок питания индивидуаль­ ного оборудования. Вместе со стойкой поставляется феррорезонансный стаби­ лизатор напряжения типа С-0,9, от которого питается оконечное оборудование. включая платы передачи ДП. В состав платы питания генераторного оборудо­ вания входят три выпрямителя, каждый из которых собран по мостовой схе­ ме,· три сглаживающих LС-фильтра, а также органы включения, защиты, сиг­ Fализации и подстроечные резисторы. На выходе платы обеспечиваются анод­ ные (250 и 160 В) и накальные (6,9 В) напря?Кения Имеется один выход с напряжением 24 В постоянного тока Суммарная выходная мощность по всем пяти выходам составляет около 300 Вт Плата устанавливается на стойке СИГ-lМ. Блок питания групповой 30-канальной системы обеспечивает на вы­ ходе анодное (160 В) и накальное напряжения. Кроме того, имеется выход с напряжением 38 В переменного тока. Анодное напряжеие получается от вы­ прямителя, собранного по мостовой схеме. На выходе выпрямителя включен сrлаживающнй двухзвенный LС-фильтр. Суммарная мощность блока не более 50 Вт. Выходное постоянное напряжение блока питания индивидуального обо­ рудования 15 В. Выпрямитель собран по мосточой схеме, в нем имеется сгла- 221
живающий П-образный LС-фильтр. Оба блока могут устанавлпваться на око­ нечных стойках СИГ-lМ и СИГ-30М. Дистанционное питание стоек СПУ-2Д, устанавлива~мых на НУП, осуще­ ствляется постоянным током через средние точки линейных трансформаторов по тем же парам, по ко,торым работают ВЧ каналы. При использовании всех цепей кабеля дистанционное питание стоек СПУ-2Д можно осуществлять до двух НУП по схеме 4:Пара - пара» и до четырех 1<!УП по схеме <пара - земля:.. Плата передачи ДП устаиавливается на вводио-кабельной стойке или спе­ циальной подставке. На плате размещаются два одинаковых устройства, каж­ дое из которых представляет собрй нестабилизиру~qщий выпрямитель. Перемен­ ное напряжение 220 В через тумблер и предохранитель подается на повышаю­ щий трансформатор, однофазный мост п через сглаживающий двухзвенный LС­ фильтр - в линию ДП. Максимальное выходное напряжение составляет 270 В при токе ДП не более 0,35 А. Выходное напряжение плавно регулируется с по­ мощью резисторов. Контроль тока ДП производится реле и сигнальной лампой, которая загорается в случае его пропадания. Одновременно с этим к выпрями­ телю контактами реле подключается балластный резистор. В НУП на стойке СПУ-2Д располагаются линейные усилители. К каждой цепи ДП подключаются два усилителя. Усилители выполнены на лампах 6Ж1ПЕ. Всего в обоих усилителя~ включено 18 ламп. Цепи накала всех ламп включены последовательно. Аноды ·ламп включены параллельно. С помощью переменных резисторов, включенных в цепях накала и анода, падения напря· жения в Этих цепях устанавливаются одинаковыми. Напряжение на стойке СПУ-2Д составляет 160 В. Падение напряжения в линии при длине усилитель­ ного участка 13 км и двух питаемых НУП около 63 В. В аппаратуре КРР-М предусмотрена возможность питания усилителей НУП от переменного тока. В этом случае применяется плата местного питания, которая размещается на стой· F.e СПУ-2М. В состав платы помимо выпрямителя входит также феррорезонанс­ ный стабилизатор напряжения. Кроме того, для резервирования переменного напряжения к плате можно подвести постоянное напряжение 160 ... 220 В, ко­ торое включается контактами реле при отключении переменного напряжения , Электропитание аппаратуры КАМА. Аппаратура КАМА приме­ няется на соединительных линиях городских телефонных сетей и может работать с кабелями тиров МКС, ВТСП, КСПП и Т, обес­ печивая передачу 30 телефонных каналов. Основной вариант си­ стемы - однокабельная, двухполосная. Аппаратура питается от электропитающей установки с выходным напряжением -: -60 В в соответствии с ГОСТ 5237-69. По сравнению с аналогичной по назначению аппаратурой КРР-М в аriпаратуре КАМА, питаемой от постоянного тока, удалось увеличить надежность блоков пита­ ния, уменьшить объем оборудования и уровень помех в каналах. В состав аппаратуры входят следующие устройства: блок питания генераторного оборудования, размещаемый на стойке его, блок питания индивидуального и группового оборудования, размеща­ емый на стойке СИГ, блок питания стойки СПУ, устройство ДП стойки СДП и плата приема ДП НУП. Блок питания стойки СГО зналогичен блоку питания стойки СИГ и отличается числом выхо­ дов (рис. 14.14). Блок представляет еобой транзисторный стаби- :222
+158 ~--+--+----О_ 158 +158 ~--+----о_ 1811 +бОВ о-----------------------------------п+188 Рис. 14.14 . Упрощенная принципиальная электрическая схема блока питания стойки индивидуального и группового оборудования - СИГ лизатор тока компенсационного типа непрерывного действия. В качестве регулирующего элемента используется составной тран­ зистор VT 1, VT2. Нагрузка стабилизатора состоит из последова­ тельной цепи, на каждом элементе которой напряжение стабили­ зируется с помощью стабилитронов - VD2 ". VD4. Конденсаторы Cl ". Сб используются. в качестве фильтров. Выходной ток стаби­ лизатора равен 0,4 А. Допускается повышение его до 0,5 А. При отключении любой из последовательно включенных нагрузок уве­ личивается ток через тот стабилитрон, нагрузка которого отклю­ чена. Кроме стабилизированных выходов, в блоке имеются два нестабилизированных выхода - 60 В. Блок питания стойки СПУ представляет собой набор балластных резисторов и имеет три выхода на токи нагрузки 50 ". 80 мА. Дистанционное питание организуется: через средние точки ли­ нейных трансформаторов по схеме «провод - провод» с последа- · нательным включением нагрузок' НУП. На стойке СДП распола­ гаются до шести устройств ДП. НУП могут питаться по секции или полусекЦиям ДП. Одно устройство ДП может пропитать до трех НУП. Длина усилительного участка изменяется в зависимос­ ти от типа применяемого кабеля. Например, при диаметре жил 0,5 мм дл'ина участка 2,25 км, 0,6 мм - 2,8 км и 0,7-3,3 км со­ ответственно. Аппаратура НУП потребляет ток ДП 0,15 А. Макси­ мальное напряжение ДП 420 В. Устройство ДП содержит преоб­ разователь напряжения, выпрямитель, сглаживающий фиЛьтр, ус­ тройства коммутации и сигнализации. Имеется возможность пе­ реполюсовки цепи ДП и заземления любого из проводов, а также отключения при обрыве цепи. Регулирование тока ДП произво­ дится переключателем, коммутирующим отводы трансформатора выпрямителя. На плате приема ДП в НУП имеется два фильтра Д-8, с помощью которых разделяются токи ДП и служебной свя­ зи, два защитных устройства от наводимых в линии продольных токов промышленной частоты, стабилитроны для стабилизации u u напряжения на линеиных усилителях и устроиства коммутации цепи ДП. Конденсаторы, шунтирующие стабилитроны, служат для уменьшения ·взаимных переходов между усилителями по це­ пям питания. 223
Электропитание аппаратуры ИКМ·l~. Аппаратура , ИКМ-15 предназначена для организации соединительных линий между сельскими АТС по кабелям I<СПП 1Х4ХО,9, I<СПП 1X4Xl,2 или ВТСП. Расстояние между двумя оконечными станциями может достигать 50 км, а при использовании одной обслуживаемой про­ межуточной станции - 100 · км. Между оконечными или проме­ жуточной обслуживаемой и оконечной станциями устанавливают­ ся необслуживаемые промежуточные станции, расстояние между которыми составляет 7,2 ... 7,4 км в зависимости от применяемого кабеля. Дистанционное питание промежуточных станций осуще­ ствляется по схеме «Провод - провод», образованной в четверке с помощью линейных трансформаторов. Нагрузки в цепь ДП включены последовательно. Питание осуществляется по секциям ДП. Устройство ДП размещается в блоке окончания линейного тракта, рассчитано на питание от станционного источника -60 В :!=~ % и обеспечивает на выходе стабилизированный ток ss+~~ мА при напряжении 50 ... 340 В. Устройство ДП представляет стабилизатор тока, выполненной на базе транзисторного преобразователя, работающего на час­ тоте 16 кГц. Стабилизация выходного тока осуществляется за счет широтно-импульсной модуляции входных сигналов усилите­ ля мощности, формирование которых основано на сравнении по­ стоянного и пилообразного напряжений. В цепи обратной связи имеются датчик выходного тока, усклитель, выпрямитель и сгла­ живающий фильтр. Схема устройства содержит также парамет­ рический стабилизатор напряжения для питания задающего гене­ ратора и цепей управления, который при первоначальном пуске получает питание от первичного источника -60 В, а после запу­ ска преобразователя - с его выхода. Задающий генератор вы­ полнен по схеме двухтактного преобразователя с электромагнит­ ной положительной обратной связью. В усилителе мощности при­ менена полумостовая схема. Выпрямитель, подключенный к вто­ ричной обмотке трансформатора усилителя мощности, имеет три однофазных моста, которые соединены последовательно. Это сде­ лано для того, чтобы снизить в три раза требуемое напряжение на конденсаторах сглаживающих фильтров, так каf<: последние включены последовательно с каждым мостом. В УДП применена быстродействующая электронно-релейная мак сим ально-нулевая защита, обеспечивающая автоматическое отключение тока ДП при значениях его от 110 до 140 мА или обрыве цепи ДП. На противоположном от питающей станции конце цепи ДП приме­ няется ячейка дистанционного шлейфа, назначение которой со­ стоит в образовании шлейфа по току ДП и образовании шлейфа по групповому сигналу в блоке уплотнения и кодирования. При нормальном питании шлейф по току ДП создается через диод. Для питания цепей блока окончания линейного тракта применя- ется ячейка местного питания, которая первичное напряжение 224 /
' -6 0 В преобразует в два стабилизированных напряжения +9В± ±5%. Ток нагрузки каждого выхода не превышает 0,1 А. Напря­ жение первичного источника через устройства токовой защиты поступает на усилитель мощности, работа которого управляется задающим генератором, далее на выпрямитель, сглаживающий фильтр и на два стабилизатора напряжения. Задающий генера­ тор выполнен по схеме мультивибратора и выдает последова­ тельность од!f ополярных прямоугольных импульсов, следующих с частотой 16 кГц. Усилитель мощности усиливает однополярные сигналы, роступающие с одного из выходов мультивибратора, и преобразовывает их в знакопеременное напряжение с импульса­ ми прямоугольной формы. Выпрямитель собран по двухполупери­ одной схеме с общей точкой. Стабилизаторы напряжения, уста­ навливаемые в выходных цепях, выполнены по компенсационной схеме непрерывного действия. Выход каждого стабилизатора за­ щищен по напряжению и току. Л1естное питание цепей уплотнения и кодирования производит­ ся от устройства питания, входное напряжение которого -60 В +~g % преобразуется в ряд стабилизированных напряжений (5, 12, 27, 48,5 и 51,5 В). Устройство выполнено по схеме управляе­ мого с помощью широтно-импульсной модуляции преобразовате­ ля постоянного тока, имеющего частоту преобразования 16 кГц, содержащего задающий генератор, усилитель мощности и цепь обратной связи. Модулированное напряжение с выхода транс­ форматора поступает на выпрямители, число которых соответст­ вует количеству выходных напряжений. В каждой цепи имеется устройство ограничения тока короткого замыкания, сглаживаю­ щий фильтр и компенсационный стабилизатор непрерывного дей­ ствия, за исключением цепи с напряжением +5 В, с выхода ко­ торой снимается сигнал обратной связи, управляющий работой преобразователя. В устройстве питания имеется дополнительный стабилизатор напряжения параметрического типа для питания за­ дающего генератора и цепей управления преобразователем. В ста­ билизаторах напряжения, установленных в цепях 48,5 и 51;5 В, приняты дополнительные меры по повышению стабилизации и тер­ мокомпенсации выходных напряжений. Каждая выходная цепь снабжена устройством быстродействующей электронной защиты, что позволяет защитить питаемые микросхемы от токов КЗ и пе­ ренапряжений. ЭJJектропитаиие аппаратуры В-3-3 с, предназначенной для работы по воз­ душным стальным цепям или кабелю ВТСП 1Х4Х1,2. Аппаратура оконечных станций рассчитана на работу от однофазного переменного напряжения 220 или 127 В с допустимыми пределами изменения от + 1О до -20%. Внешняя сеть переменного тока может резервироваться источником постоянного тока с напряжением либо 60, либо 24 В и пределами изменений от +20 до -10%. Устройство местного питания обеспечивает на выходе стабилизированное на­ пряжение -19 В и состоит из трансформатора, двухполупериодного выпрями­ теля, П-образного сглаживающего LС-фильтра, транзисторного ·стабилизатора 225
напряжения и узла автоматического переключения питания с источника пере­ менного тока на постоянный. Стабилизатор напряжения компенсационного типа t~епрерывиого действия обеспечивает стабилизацию напряжения как при из­ менениях входного напряжения, так и тока нагрузки. Стабилизатор имеет два выхода. Помимо стабилизации напряжения стабилизатор также выполняет роль фильтра с коэффициентом сглаживания 80-1 ООО. Схема узла автоматического переключения содержит транзисторное реле, источник опорного напряжения и исполнительное реле. При наличии на входе переменного напряжения аппаратура питается от него. I\ак только .перемен· ное напряжение пропадает или становится ниже допустимого предела, узел автоматически подключит к стабилиз'<!.тору резервный источник постоянного то- ' u б ка, которыи удет питать аппаратуру до восстановления источника переменного тока. Обратный_ перевод питания на основной источник производится также автоматически. Узлы питания аппаратуры, за исключением фильтра и средств автоматики, расположены в одном питающем блоке. Указанные выше фильтр и средства переключения размещаются на плате сигнализации. В случае пе­ регорания любого предохранителя или питания от резервного источника обес­ печивается соответствующая акустическая и оптическая сигнализация. Аппаратура НУП, располагаемая между двумя смежными оконечными станциями, получает питание дистанционно, по схеме «_провод - провод». Рас· стояния между оконечными станциями на стальных цепях может достигать 75 км, а на кабеле - 54 км. Между двумя оконечными станциями может уста­ навливаться до двух НУП. В НУП цепи питания усилителей противоположных 1-1аправлений одной системы передачи соединены последовательно. Для пита­ ния одного усилителя требуется постоянное напряжение 20 В, следовательно, на НУП нужно передать не менее 40 В. С учетом падения напряжения в п.и· нии напряжение ДП должно составлять не менее ВО В. В состав устройств пе­ редачи ДП оконечной станции входят преобразователь напряжения и блок пе­ редачи ДП. Преобразователь напряжения выполнен по двухтактной схеме с самовоз­ буждением. В состав преобразователя входит также выпрямитель, собранный по однофазной мостовой схеме, и сглаживающей Г-образный LС-фильтр. Напря­ жение 80 В подается на блок передачи ДП, предназначенный для регулировки, контроля и ввода напряжения ДП в линию. Регулировка напряжения ДП осу­ ществляется с помощью последовательно включенных ~езисторов, контроль - с помощью сигнальной лампы И реле, контакты которого передают сигн~лы в систему общестоечно'й сигнализации. Напряжение ДП через разделительный фильтр подается на линейный трансформатор и далее в линию. В НУП напря· жение ДП Поступает на устройство приема, на входе которого включен рвзде· лительный фильтр, после чего постоянное напрЯжение через схему защиты по­ дается на линейные усилители. 226 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Назовите nричины неравномерного в течение суток отбора электрозвер· гни электромеханической аппаратурой коммутации. 2. I\акие телефонные станции относятся к потребителям особой группы пер­ вой категории?
3. Какие новые требования предъявляет к ЭПУ электронная аппаратуμё:t коммутации по сравнению с электромеханической? 4. Особенности построения токораспределительных сетей станций с элект­ ронной в квазиэлектронной аппаратурой коммутации. , Гл а в а 15. ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ ТЕЛЕГРАФНОЙ СВЯЗИ 15.1 . ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ В зависимости от назначения и выполняемых функций аппарату­ ра телеграфной сети подразделяется на коммутационную, образо­ вания дискμ.етных каналов и оконечную. Требования, предъявляе­ мые к первичным источникам электропитания современной теле­ графной аппаратуры, близки к требованиям на источники пита­ ния для другой аппаратуры проводной связи, поэтому в ГОСТ 5237-83 не выделяются отдельные.'нормы на телеграфную аппа­ ратуру. Это обусловлено в первую очередь элементной базой, на которой строится аппаратура. Широкое применение интегральных микросхем (ИС) привело к необходимости повсеместного исполь­ ~ованиЯ в аппаратуре источников вторичного электр?питания. То же самое можно сказать о применении в аппаратуре телеграфной коммутации специализированных управляющих вычислительных комплексов (СУВК), которые требуют бесперебойной подачи на­ пряжения. Таким образом, требования к средствам электропита­ ния для новой аппаратуры телеграфной коммутации и образова­ ния дискретных каналов близки к требованиям, что и для ранее рассмотренной аппаратуры междугородной связи и коммутации телефонных каналов, в связи с чем имеется возможность унифи­ кации и объединения ЭПУ. По электроснабжению междугородные и внутрирайонные теле­ графные станции и узлы относятся к электроприемникам особой группы первой категории. Это условие определяет состав и ко­ личество необходимого оборудования, применяемого в электроус­ тановке телеграфного узла или станции.· В соответствии с Ве­ домственными нормами технологического проектирования ВНТП 332-81, предприятие получает электроэнергию от двух независи­ мых источников по двум самостояте.льным вводам, а в качестве третьего источника используется собственная электростанция. Телеграфные станции местной телеграфной сети относятся к элек­ троприемникам первой категории и оборудуются двумя вводами от двух источников. С другой стороны, имеется немало телеграфной аппаратуры, электропитание которой требует wног~ подхода по сравнению с питанием аппаратуры проводной fВЯзи, в частности это_ относит­ ся к аппаратуре оконечной и образования каналов. 227
15.2. ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ ОКОНЕЧНОЙ ТЕЛЕГРАФНОЙ АППАРАТУРЫ Эта аппаратура сети общего пользования или абонентского телеграфа размещае'Fся в оконечных пунктах. Основу оконечной аппаратуры составляют рулонные и ленточные телеграфные ап­ параты и абонентские комплекты каналообразующей аппаратуры. Оконечная аппаратура питается переменным напряжением от энергетической сети без каких-либо устройств гарантированного питания и собственных электростанций. В среднем ·на одну такую телеграфную установку требуется не более 150 В· А мощности од­ нофазного тока. Фототелеграфная оконечная аппаратура потреб­ ляет до 400 В· А трехфазного переменного тока без учета вспомо­ гательного оборудования. Оконечная установка абонентского те­ леграфа питается также от сети переменного тока. 15.3. ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ АППАРАТУРЫ ОБРАЗОВАНИЯ КАНАЛОВ Для электропитания. аппаратуры, образующей дискретные ка­ налы АОДК, требуется напряжение переменного и постоянного тока. Например, аппаратура ТТ-48 обычно получает питание от переменного тока и потребляет на один канал 6,3 В· А. В случае отключения напряжения переменного тока аппаратура переклю­ чается на электропитание от источника постоянного тока с напря­ жением 24 В. Такое построение аппаратуры ведет к ее усложне­ нию и удорожан.ию и может быть оправдано в случае, если она используется в различных условиях обеспечения электроэнергией, и в основном на небольших предприятиях связи, где нет другой аппаратуры, требующей применения установок гарантированного Табпица15.1 Аппаратура ТТ-12 ТТ-24 ТТ-48 ТТ-144 ТВУ-12 ТВУ-15 Думка Дата-3БС Дата-6БС Дата-27БС Мощность постоянного тока, Вт, при напряжениях Мощность, потреб­ ляемая от сети пере­ менного тока 220 В, В·А 120/9 85/3,5 300/6,3 450/3, 1 150/12,5 500/7, 1 Пр им е чан и е. в числителе приведено значение мощности, потребляемон комплектом аппаратуры, а в знаменателе - мощность на один канал. 228
питания постоянного тока. С увеличением числа каналов и кон­ центрации аппаратуры целесообразно АОДК питать только от постоянного напряжения, получаемого от унифицированных ЭПУ. Это положение не относится к аппаратуре, устанавливаемой не­ посредственно у абонента. Абонентскую аппаратуру следует пи­ тать от источника переменного тока. Ориентировочные сведения о потребляемой аппаратурой АОДК мощности приведены в таб~. 15.1. 15.4. ЭЛЕ:К:ТРОПИТАНИЕ АППАРАТУРЫ ·КОММУТАЦИИ На телеграфной сети применяется аппаратура коммутации электромеханических и электронных систем. Телеграфная аппара­ тура электромеханических систем предъявляет к первичным ис­ точникам электропитания те же требования, что и соответствую­ щая аппаратура коммутации телефонных каналов. По номиналу напряжения - это 60 В постоянного тока. Допустимые пределы изменения ~напряжения составляют 58 ... 66 В. Аппаратура элек­ тронной системы рассчитана на то же напряжение, что и аппара­ тура электромеханической системы, но пределы изменения напря­ жения расширены до 54 ... 66 В. Наличие в электронной системе управляющих вычислительных машин приводит к необходимости подачи бесперебойного электро­ питания и обязательного введения в состав ЭПУ установки беспе­ ребойного питания постоянным током. В качестве такой установки целесообразно использовать выпрямительно-аккумуляторную ус­ тановку с вольтодобавочными преобразователями, описание кото­ рой приведено в гл: 10. На предприятиях связи, где имеется телефонная и телеграфная аппаратура электронной системы, допускается электропитание ее от общей ЭПУ, но с обязательным разделением токораспредели­ ,тельных сетей. Токораспределительные сети для телеграфной ап­ паратуры электронной системы рекомендуется строить по магист­ рально-полур адиальной ~хеме. Нормы на динамические изменения питающего напряжения ре­ гламентируются ГОСТ 5237-'83, .в соответствии с которым на ап­ паратуре допускаются импульсные изменения напряжения прямо­ угольной формы до +40% номJ:Iнального значения на время 0,005 с и +20% на время до 0,4 с. Поведение аппаратуры при указан­ ных изменениях питающего напряжения оговаривается в техниче­ ской документации на нее. Питаемая аппаратура должна также сохранять свою работоспособность без вмешательства эксплуата­ ционного персонала после занижения напряжения до минус 30 % на время до 0,3 с и полного пропадания напряжения на время до 0,05 с. Некоторые виды новой телеграфной аппаратуры электронной системы рассчитаны на электропитание переменным током. При- 229
мером такой -аппаратуры могут служить центры коммутации со­ общений ЦКС-Т и аппаратно-программные комплексы АПК-Т. Аппаратура АПК-Т рассчитана на электропитание бесперебой­ ным переменным током. Для питания этой аппаратуры целесооб­ разно использовать полупроводниковые инверторы, которые, в свою очередь, получают электроэнергию от централизованной вы­ прямительно-аккумуляторной установки предприятия связи, в котором размещается аппаратура АПК-Т. Комплекс аппаратуры ЦКС-Т потребляет мощность около 62 кВ· А, поэтому для него строятся отдельные ЭПУ. Большая час'tЬ указанной мощности должна подаваться на аппаратуру бес­ перебойно, что обеспечивается применением в ЭПУ установок бес­ перебойного питания переменным током. Нагрузки ЦКС-Т, для которых допустим перерыв в подаче электроэнергии, получают питание непосредственно от сети переменного тока с резервирова­ нием от собственной электростанции. Структурная схема ЭПУ комплекса ЦКС-Т показана на рис. 15.1. Электроэнергия от двух вводов поступает на автоматизированный щит переменного тока ЩПТА, от которого осуществляется электропитание потре­ бителей гарантированного переменного тока и Через установку 230 B!Joi! 1 АВР t---1 8Uoil 2 потреоиmeлtL гapaнmupotltJ!f" ноео то1<а бесперебойного питания - осталь­ ных потребителей ЦКС-Т. В со­ став установки входят распреде­ лительные устройства РУ пере­ менного тока, выпрямJ;Iтели ТППС и ПЗС, первые из которых пред­ назначены для питания инверто- ров ТПС, а второй - для заряда и содержания двухгруппной ак­ кумуляторной батареи, двухма­ шинный агрегат ДМА, устройст­ ва переключения ТКЕ и другое коммутационное оборудование. В нормальном режиме работы электропитание полукомплектов аппаратуры комплекса ЦКС-Т осуществляется от трехфазных инверторов ТПС, аккумуляторная батарея находится в режиме со­ держания и резервный двухма­ шинный агрегат не работает. В случае отключения одного из вво­ дов внешней сети комплекс пита­ ется от исправного ввода. Если же произойдет отключение обоих вводов, электроснабжение будет производиться от собственной Рис 15.1 Струк-rурная схема электростанции. Все коммутаци- онные перерывы в электроснабже- ЭПУ ко'Мплекса ЦКС-Т
нии компенсируются за счет аккумуляторной батареи. При от­ казах выпрямителей ТППС J:!ЛИ инверторов ТПС питание аппара­ туры на время пуска резервного двухмашинного агрегата осущест­ вляется от сети переменного тока через переключатель ТКЕ. Для устранения влияния на аппаратуру сетевых .помех в состав ЭПУ _введен резервный двухмашинный агрегат, от применения которо­ го можно о,:казаться, если будет создано устройство, обеспечива­ ющее подавление указанных помех. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1 К какой группе электроприемников относятся междугородные и внутри- районные телеграфные станции-;~ ~ 2. Почему 01<онечная телеграфная аппаратура питается от переменного тока? 3 Особенности электропитания аппаратуры коммутации ЦКС-Т. 4 Какая схема токораспределения рекомендуется для электронной аппара- ' туры коммутации? · ПРИЛОЖЕНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ПРЕДПРИЯТИЙ ПРОВОДНОЙ СВЯЗИ Общие положения. Заземлением для установок проводной связи называется преднамеренное электрическое соединение оборуд_ования или аппаратуры с за­ земляющим устройством. Под заземляющим устройством подразумевается сово­ купность заземлителей и заземляющих проводников. Заземлителем является металлический проводник нли группа проводников любой формы (труба, уголок и т. д) находящихся в непосредственном соединении с землей (грунтом). За­ зе\fляющий проводник - это металлический проводник, соединяющий заземляе­ мое оборудование или аппаратуру с заземлителем. Сопротивление заземляющего устройства определяется как суммарное элек­ трическое сопротивление заземляющих проводников и заземлителя относительно земли ПЬследнее равно отношению напряжения заземлителя к току, проходя­ щему через него. Устройство, предназначенное для соединения с землей аппаратуры провод­ ной связи с целью использования земли в качестве одного из проводов элек­ трической цепи, называется рабочим заземляющим устройством. Примером ра­ бочего может служить заземляющее устройство, к которому подключается один нз полюсов цепи дистанционного питания по схеме «провод-земля:~> . .- Защит ное заземляющее устройство обеспечивает выравнивание потенциала металлических частей оборудования с потенциалом земли, тем самым обеспе· чивая защиту обслуживающего персонала и аппаратур:Ьr от возникновения на них опасных напряжений по отношению к земле. К защитному устройству присоединяются нейтрали обмоток силовых трансформаторов подстанций, обо· рудование собственных электростанций предприятия связи, металлические части электросилового оборудования (например, выпрямителей), экранов аппаратуры, молниеотводы и другое оборудование, которое нормально не находится под напряжением, но может оказаться под напряжением изоляции токоведущих проводов. 231
На предприятиях связи может быть устроено так называемое измерительное заземляющее устройство, которое служит для контрольных измерений сопро­ тивлений рабочего и защитного заземляющих устройств. Сопротивление изме­ рительного заземляющего устройства не должно быть более 100 Ом в грунтах с удельным сопротивлением до 100 Ом· м и 200 Ом - в грунтах с удельным сопротивлением более 100 Ом·м. Под удельным сопротивлением грунта подра· зумевается величина электрического сопротивления, оказываемого 1 м 3 грунта при прохождении тока между двумя противоположными параллельными гра­ нями. В технической литературе это сопротивление обозначается буквой р и выражается в Ом· м. Разрешается объединять рабочее и защитное устройств'а в одно рабоче­ защитное заземляющее устройство; сопротивление устройства должно быть не более наименьшего значения, предусмотренного для рабочего или защитного заземляющих устройств. К рабочезащитному устройству при помощи зазе\f­ ляющих проводов кратчайшим путем подключаются один из полюсов электро­ питающей установки, провод нейтрали обмоток трансформаторов силовой транс­ форматорной под~танции предприятия проводной связи и собственной электро­ станции, металлические части силового оборудования н аппаратуры связи, ме­ таллические трубопроводы водопровода, центрального отопления и другие металлические части конструкций внутри здания, экраны аппаратуры и кабе­ лей, а также молниеотводы схем защиты и оболочки кабелей. В большинстве случаев на предприятиях связи устанавливается рабочезащитное заземляющее устройство. Однако в случаях, когда заземляется плюсовой полюс ЭПУ и имеет­ ся аппаратура с цепями дистанционного питания по схеме «провод-земля>, на предприятиях связи следует оборудовать раздельные рабочее и защитное заземляющие устройства. • Расстояние между отдельными неизолированными частями разных зазем­ ляющих устройств на участке ввода в здание должно быть не менее 20 м. Как правило, на предприятиях проводной связи защитное заземляющее устройство для трансфор"1аторной подстанции и собственной электростанции делается общим для всего предприятия связи В сетях переменного тока до 1000 В может возникнуть необходимость устройства повторного заземления, €сли ток однофазного замыкания на землю меньше тока отключения защитных устройств по току короткого замыкания. Значение сопротивления повторного заземленчя зависит от параметров фазного и нулевого проводов и устройств применяемой токовой защиты Нормы сопротивлений рабочих, защитных и рабочезащитных заземляющих устройств приведены в ГОСТ 464-79. При эксплуатации заземляющих устройств с.11едует проверять их электри· ческие сопротивления. Периодичность проверки на междугородных, городских и сельски=s телефонных станциях, трансляционных и. оконечных пунктах состав­ ляет два раза в год - летом (в период наибольшего просыхания грунта) и зимой (в период наибольшего промерзания грунта). Оборудование заземляющих устройств. В качестве заземляющего провод· ника для аппаратуры связи в большинстве случаев используются стальные неизолированные полосы (шины) размерам не менее 20Х3 М\! 2 , которые про­ кладываются вдоль рядов аппаратуры. От шины к каждой стойке делаются отводы алюминиевым проводом сечением не менее 4 мм 2• Последовательное включение зазеl\fляемых частей не разрешается. Рядовые заземляющие провод- ' 232
пики объединяются и подаются на щиток заземления. Заземляющие проводники от трансформаторной подстанции, собственной электростанции и электропитаю­ щих установок соединяются непосредственно на щитке заземления. Заземляю­ щие проводники, соединяющие контуры и щитки заземления, как правило. выполняются стальными, однако допускается применение проводников из цвет­ ных металлов. Соединение контуров рабочего или рабочезащитного заземляю­ щих устройств производится изолированными проводами. Для заземлительных устройств используют металлические стержни нз уголко­ вой стали, стальные полосы, трубы, графитовые и графитированные стержни. меч~ллическую проволоку. В бОЛЬШИНСТВе СВОеМ ПрНМеНЯЮТСЯ стержневые R трубчатые заземлители. Число электродов определяется расчетом. Заземлители забиваются в грунт таким образом, чтобы расстояние между поверхностью зем· ли и верхней частью заземлителя составляло 50...70 см. Верхние части зазем­ лителей привариваются к стальной полосе, которая выводится наружу. Сопро- _.. тивление контура зависит от формы и размеров одиночных заземлителей, сопро­ тивления соединительной шины, числа, одиночных заземлителей (электродов), удельного сопротивления грунта и так называемых коэффициентов использо­ вания электродов и соединительной полосы. Последние показывают, насколько уменьшается использование каждого электрода (или соединительной полосы) .в контуре по сравнению с использованием отдельного электрода. В некоторых неблагоприятных случаях коэффициент использования (в литературе можно встретить термин «экранирования:.) может достигать 30.. .40 %. В зависимости от удельного сопротивления грунта сопротивление заземлителя может изме­ няться в широких пределах. Например, если взять одиночный стержневой за· землитель длиной 1 м, то его сопротивление будет изменяться от 6,8 до 680 Ом при изменении удельного сопротивления грунта от 10 до 1000 Ом·м. Следова­ тельно, в грунтах с высоким удельным сопротивлением целесообразно вблизи заземлителя либо обрабатывать грунт химическим путем, либо заменять его на грунт с малым сопротивлением. В первом случае грунт можно обработать поваренной солью из расчета 10 кг на 1 м заземлителя. Подобная -обработка позволит снизить сопротивление заземлителя в три·четыре раза. Обработку нужно повторять с периодичностью два - четыре года. Во втором случае для каждого стержневого (трубчатого) заземлителя от­ рывается котлован радиусом 1,5 ... 2,0 м и глубиной, равной длине заземлителя плюс 0,8 м. После установки заземлителя котлован заполняют грунтом с не­ большим удельным сопротивлением и утрамбовывают. Эффективным способом • снижения сопротивления заземлителя является размещение электрода в коксо­ вую крошку. В этом случае в грунте бурится скважина диаметром 20 ... 30 см на такую глубину, чтобы верхний конец электрода был ниже границы промер­ зания грунта, а нижний - не доходил до дна скважины на 10 .. .15 см. На дно скважины насыпается коксовая крошка и трамбуется. Электрод, к которому предварительно приваривается заземляющий проводник, устанавливается на дно скважины. Затем засыпается коксовая крошка и через каждые 20 ... 30 см трам­ буется. Засыпка производится на 10 см выше верхнего конца электро.z;а, после чего все сверху засыпается землей. \ При устрой~тве заземлений в районах вечной мерзлоты заземлители распо­ лагают в верхних слоях грунта горизонтально. Для контура заземления выби­ рают площадку с южной стороны здания в защищенных от ветра местах. Целесообразно размещать заземление в незамерзающих водоемах. При отсут- 233 •
ствии последних отрывается котлован глубиной не менее 1,5 м (ниже оттаи­ вающего слоя), на дне его устраивается заземление, а затем котлован запол­ няется водой. При невозможности применения указанного способа площадку над контуром заземления, расположенным ниже оттаивающего слоя, целесо­ образно утеплить путем засыпки слоя теплоизолирующего материала, например CJJoя толщиной 0,5 м древесных опилок. Сверху материала утрамбовывают снег. В особых случаях скальных грунтов или в районах вечной мерзлоты обо­ рудуются глубинные заземлители, для чего пробуриваются скважины на глу­ бину 20".30 м. Например, если такой заземлитель оборудуется в вечной мерз­ лоте, то в начале скважины устанавливается трехметровая обсадная труба. Заземлитель может быть выполнен из стальной проволоки или шины сечением 40 Х 4 мм 2• К проволоке или шине приваривается болванка массой 40 ... 50 кг, которая опускается на дно скважины. Скважина заполняется тонкодисперсной ~месью глины с добавкой 10."15% поваренной соли, СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Алексеев О. В., Китаев В. Е., Шихина А. Я. Электротехнические устройст­ ва. - М.: Энергоиздат, 1981. - 336 с. 2. Артамонов Б. И., Бокуняев А. А. Источники электропитания радиоуст­ ройств. - М.: Энергоиздат, 1982. - 296 с. З. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. - М.: Высшая шко· ла, 1964. - 750 с. 4. Проектирование ключевых стабилизаторов напряжения/А. А. Бокуияев, Б. В. Горбачев, М. Ф. Колканов, С. Н. Прытков: Учеб. пособ. - М.: 1973. -86 с. 5. Бушуев В. М. Электропитание аппаратуры линейного тракта VLT-1920. - Электросвязь, 1978, No 7, с. 62-69. · 6. Бушуев В. М., Сергейчева Н. М. Электропитание аппаратуры систем пере- дачи. - М.: Связь, 1979. - 104 с. · _ 7. Гаазе В. Б. Система дистанционного питания линейных регенераторов ап­ паратуры ИКМ-120. - Электросвязь, 1979, No 3, с. 30-36 . В. Ведомственные нормы технологического проектирования электроустановок. предприятий и сооружений электросвязи, радиовещания и телевидения. ВНТП 332-81. - М.: Радио и связь, 1982. - 32 с. · 9. ГОСТ 5237-83 . Аппаратура электросвязи. Напряжения питания и методы измерений