Лекции 14-16 - Конспекты (1095384), страница 11
Текст из файла (страница 11)
д.Заряд аккумуляторов можно проводить от любого источника постоянноготока, при условии, что его напряжение больше, чем конечное напряжениезаряжаемого аккумулятора. В большинстве случаев ЗУ снабжены системами,позволяющимирегулироватьиподдерживатьпостояннымодинизэлектрических параметров – напряжение или ток заряда. В зависимости от того,какой электрический параметр регулируется, различают способы заряда: припостоянном напряжении, постоянном токе и комбинированные.При использовании способа заряда при постоянном напряжении в первыймомент времени зарядный ток достигает больших значений. В процессе заряда,когда ЭДС аккумулятора постепенно возрастает, величина тока понижается и кконцу заряда становится заметно меньше. Как правило, подобный способзаряда применяют в бортовых СЭП, где зарядная генераторная установка70Электропитание РЭАГлава 8ограничивает ток за счёт своих внутренних свойств.
Преимуществом зарядапри постоянном токе является минимальная габаритная мощность ЗУ.Величина зарядного тока для аккумуляторов разных типов и разной ёмкостиразлична. Обычно его величина выбирается такой, чтобы продолжительностьзаряда не была слишком большой, и не происходил перегрев аккумулятора.Поэтому кроме простых способов заряда используют комбинированные, наразных этапах которых на аккумуляторе поддерживаются либо определённыйпостоянный ток, либо определённое постоянное напряжение.Общей чертой всех способов заряда является построение зарядной части,обладающей, в той или иной степени, характеристикой источника тока. Так какзарядпроисходиттоком,аподавляющеебольшинствоисточниковэлектроэнергии является источниками напряжения, то ЗУ выполняет функциипреобразователя напряжения в ток.В отличие от аккумулятора у конденсатора внутренние потери меньше икоэффициент использования зарядного тока значительно выше.
Это значит, чтоих можно заряжать током практически любой величины. Способов зарядаконденсаторов достаточно много. Как правило, это заряд от источникапостоянного тока, заряд от источника постоянного напряжения черезпоследовательное сопротивление, заряд от источника постоянной мощности,заряд с импульсным дозированием энергии и другие. В отличие отаккумуляторов напряжение на конденсаторе линейно зависит от сообщённогоему заряда, и существенно изменяется в процессе заряда за короткое время.Поэтому наиболее близким к оптимальному режиму заряда конденсаторовявляются заряд при постоянной мощности либо заряд при постоянном токе.
Впервом режиме наиболее эффективно используется источник электроэнергии, аво втором режиме зарядный тракт может иметь ме́ ньшую габаритнуюмощность, так как амплитуда тока через ключевые элементы не изменяется.Однако в любом из этих режимов ЗУ должно контролировать и поддерживать в71Электропитание РЭАГлава 8каждый момент времени на определённом значении зарядный ток, напряжениеже будет определяться величиной полученного конденсатором заряда.Основные требования, предъявляемые к ЗУ, сводятся к следующим:1.
ЗУ должно обеспечивать более равномерное, чем это обусловленонагрузкой, потребление мощности от источника электроэнергии.2. ЗУ должно обеспечивать согласование напряжения источникаэлектроэнергии с напряжением на НЭ в конце интервала заряда.3. ЗУ должно обеспечивать отключение НЭ от источника электроэнергиина время его разряда и реализацию требуемых алгоритмов управления как поэнергетическим, так и по динамическим характеристикам (способностьпропускать необходимое количество электроэнергии при заданных временны́ хограничениях).4.
ЗУ при электропитании от сети переменного тока должно обеспечиватьпотребление практически синусоидального тока, а также иметь минимальныйуровень излучаемых ЭМП.Так как ЗУ относится к устройствам силовой электроники, на него вполной мере распространяются и традиционные требования, предъявляемые ктаким устройствам: высокий КПД, малые масса и объём, высокие показателинадёжности.Режимы работы различных элементов ЗУ определяются, прежде всего,совокупностью временны́ х зависимостей токов в силовых цепях ЗУ – режимомзаряда. Однако режим заряда является не единственным фактором, влияющимна показатели ЗУ, сам он зависит от ряда других факторов.Первую группу факторов, влияющих на показатели ЗУ, представляютсобой внутренние параметры и схема энергетической части ЗУ.
В ЗУ снеуправляемымфакторамиэтойзаряднымгруппы,процессомпричёмпоказателивлияютониопределяютсянатолькопоказателикакнепосредственно (в выражения для различных показателей входят внутренние72Электропитание РЭАГлава 8параметры: величины индуктивностей, емкостей и т. д.), так и косвенно,определяя временны́ е зависимости токов, напряжений в различных цепях ЗУ.Изменение временны́ х зависимостей токов приводит к изменению различныхфункционалов этих зависимостей (действующих, максимальных, среднихзначений), которые определяют все основные показатели ЗУ.В ЗУ с управляемым зарядным процессом на показатели влияет также ивторая группа факторов, определяемая алгоритмом управления заряднымпроцессом. Воздействие этих факторов определяется только влиянием их назарядный режим.
Наиболее распространёнными алгоритмами управлениязарядным процессом принято считать следующие алгоритмы:- с постоянным зарядным током;- с постоянной потребляемой от источника мощностью;- с минимальным временем заряда;- с максимальным КПД.Массогабаритные параметры ЗУ в решающей степени зависят от схемы ивнутренних параметров его энергетической части, поэтому исследоватьвлияние зарядного режима на эти показатели можно только для определённого,не слишком широкого класса ЗУ.Науровнеэкспертнойполученияоценкивпеременногосоответствииснапряженияпопримененнымирезультатамкритериями,предпочтительным является применение инверторов.ЗУ, как правило, кроме автономного инвертора включает в себя такиефункциональные узлы, как токоограничивающие элементы и дозаторыэлектроэнергии.
На первом уровне выбора схемы влиянием этих узлов можнопренебречь. Исходя из этого, сформулируем требования к схемам автономныхинверторов, предназначенных для работы в ЗУ.1. Обеспечение устойчивой работы схемы инвертора в диапазонеизменения параметров нагрузки от короткого замыкания (разряженная73Электропитание РЭАнакопительнаяёмкость)Глава 8дохолостогохода(полностьюзаряженнаянакопительная ёмкость).2. Максимально возможная и регулируемая раскачка напряжения винверторе.3.
Максимально возможная (для заданных типов вентилей) мощность,снимаемая с одного конструктивного модуля.4. Высокий КПД.5. Хорошая помехоустойчивость.6. Возможность работы без реактивных коммутирующих элементов.7. Дозирование электроэнергии силовой схемой.8. Наличие перегрузочной способности.9. Возможность реализации различных траекторий заряда НЭ.10. Высокая надёжность.Классификация ЗУ сходна с классификацией базовых преобразователейпеременного или постоянного напряжения в постоянное, имеющих кроме всегопрочего элементы, присущие только ЗУ.Простыми ЗУ являются нерегулируемые преобразователи, к которымотносятся неуправляемые выпрямители и инверторы с неизменным алгоритмомработы.
Наиболее распространёнными среди таких преобразователей являютсяпреобразователи с "жёсткой" выходной характеристикой. Для использованияпреобразователей с "жёсткой" выходной характеристикой в качестве ЗУ ихнеобходимо дополнить токоформирующими элементами (ТФЭ), которыеограничивают ток в различных цепях ЗУ в зависимости от требований.Наиболее простым и универсальным ТФЭ может быть резистор, которыйвключается последовательно в зарядную цепь НЭ, однако использованиерезистивного ТФЭ связано с большими потерями энергии, поэтому егоиспользование ограничено маломощными ЗУ.Другой класс базовых преобразователей составляют преобразователи, где74Электропитание РЭАГлава 8НЭ являются составной частью ЗУ. Величина электроэнергии, передаваемая вНЭ, определяется, т.
е. дозируется, параметрами схемных элементовпреобразователя, поэтому они называются преобразователями с дозаторамиэлектроэнергии. Эта электроэнергия коммутирующих элементов, котораяпередается в нагрузку преобразователей, с вынужденной или естественнойкоммутацией. Сюда же относится схема ЗУ с умножителями напряжения, вкоторых ёмкости умножителя являются дозаторами.Однако данный класс преобразователей ЗУ не позволяет обеспечитькоэффициент усиления по напряжению Ku > 102 .
Необходимость заряда НЭ донапряжения,значительнопревышающегонапряжениеисточникаэлектроэнергии (Кu =103-104), предопределяет, как правило, использованиетрансформаторов, которые наиболее эффективно используются в ЗУ срегулируемым процессом заряда. К данному классу ЗУ принадлежаттиристорныерегуляторыпеременногонапряжения,атакжеполупроводниковые ШИМ инверторы. К ним также относятся амплитудноимпульсные регуляторы (АИР), которые реализуются в виде регулирующихтранзисторов или подмагничиваемых дросселей и трансформаторов, которыемогут входить в состав ЗУ на базе инверторов с "жёсткой" выходнойхарактеристикой. К ним относятся инверторы с "жёсткой" выходнойхарактеристикой, но питающиеся от источника с регулируемым выходнымнапряжением.Класс регулируемых ЗУ достаточно широк, в него входят и ЗУ с группойинверторов, выходные выпрямители которых включены последовательно, аалгоритм работы построен так, что по мере заряда НЭ к первому инверторупоочередно подключаются и остальные, и суммарное напряжение на выходеувеличивается ступенчато, а регулирующий элемент стабилизирует ток впределах одной ступени, что уменьшает потери в регулирующем элементе илиТФЭ и повышает общий КПД ЗУ.75Электропитание РЭАГлава 8Следует выделить ЗУ с фазовым регулированием, когда два источникапеременного напряжения с одной частотой преобразования, работающих наодну нагрузку, в течение времени заряда НЭ меняют фазу выходногонапряжения друг относительно друга от противофазной до синфазной позаданному алгоритму.Другой принцип заложен в регулируемых ШИМ инверторах, когдагруппа из n инверторов работает с фазовым сдвигом π/n.
В этом случаереализуются два принципа регулирования: непрерывного регулирования иАИР, когда на выходе n последовательно включенных выпрямителей ток вначальный момент регулируется длительностью импульсов, затем, по мереувеличениядлительности,ихамплитудасначалаудваивается,апридлительности t = π/2 амплитуда возрастает в n раз.Перечисленные способы регулирования процесса заряда НЭ чаще всегоиспользуют комплексно, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
