Сопоставление основных показателей стабилизированных источников тока
УДК 621.311.721
Сопоставление основных показателей стабилизированных источников тока
Расулов Абдулхай Норходжаевич, кандидат технических наук, доцент
Каримов Рахматилло Чориевич, магистр технических наук, старший преподаватель
В данной статье излагается сравнение стабилизированных источников тока по удельной мощности элементов и по надежности работы устройства. Излагаются расчет вероятность безотказной работы предложенный стабилизаторов тока и таблице сопоставленных вариантов однофазных стабилизированных источников тока.
A comparison of the main indicators of stabilized power sources
Rasulov Abdulhai Norhodzhaevich, Ph.D., associate professor
Karimov Rahmatillo Chorievich, Master of Engineering, Senior Lecturer
This article describes comparison of stab
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Большинство отраслей электротехники, электрофизики, электротермии нуждаются в автоматическом поддержании постоянства тока. В связи с этим появляется необходимость применения различных стабилизирующих устройств, поддерживающих в неизменном уровне тока однофазные и трехфазные нагрузки, когда одновременно изменяется сопротивление нагрузки и напряжение питающей сети.
При одинаковым режиме и условии работы стабилизированных источников тока суммарная установленная мощность элементов устройства является основным фактором выбора схемы стабилизатора, так как определяет весо-габаритные и стоимостные показатели устройства. Поэтому всегда выгодно иметь минимальную установленную мощность реактивных элементов к мощность нагрузки.
Для определения област применение оптимальных вариантов стабилизированных источников тока, необходимо их сравнивать по установленным мощностям реактивных элементов и надежности работы устройства.
В качестве сравниваемых вариантов принимаем:
а) Т – образную схему ИЕП с неуправляемым выпрямителем [1] и вольтодобавочным трансформатором, используемым для компенсации отклонения напряжения сети (рис.1);
Рис. 1. Т-образная схема ИЭП с неуправляемым выпрямителем и вольтодобавочным трансформатором.
б) последовательный тиристорный регулятор с мостовым выпрямителем, сглаживающим L фильтром на выходе и компенсирующим конденсатором на входе, (рис.2);
Рис. 2. Последовательный тиристорный регулятор.
в) схему однофазного феррорезонансного стабилизатора тока с неуправляемым выпрямителем на выходе, [2],(рис.3).
Рис. 3. Базовая схема феррорезонансного стабилизатора тока.
Для сопоставления вариантов принимаем:
1. Отклонение напряжения питающей сети – в пределах от -20% до +10%;
2. нагрузка является чисто активная и изменяется от 0 до Rкрит;
3. Элементы устройств – линейные дроссели, конденсаторы, полупроводниковые диоды, тиристоры – идеальное;
4. cos
· устройств для всех вариантов одинаковы.
Определим установленные мощности элементов сопоставляемых источников переменного тока.
Анализ работы ИЕП показал, что неизменность тока нагрузки достигается при постоянстве напряжения. В таких устройствах ток нагрузки на выходе изменяется пропорционально входному напряжению. Для компенсации отклонения входного напряжения используется вольтодобавочный трансформатор которое характеризуется проходной мощностью, передаваемой в ИЕП.
Согласно [1] для этой схемы мощность реактивных элементов превышает мощности нагрузки в два раза. При отклонении питающего напряжения в пределах +10% ч -20% собственная мощность ВДТ в зависимости от полной мощности ИЕП
13 EMBED Equation.3 1415
(1)
Удельная мощность ИЕП с учетом ВДТ
13 EMBED Equation.3 1415,
(2)
т.е. установленная мощность ИЕП с учетом ВДТ превышает мощность нагрузки примерно в 2,3 раза.
Тиристоры благодаря компактности, высоким КПД, малой мощности управления нашли широкое применение в качестве регуляторов переменного тока. Однако тиристорные регуляторы искажают форму кривой выходного тока, которые высшие гармоники могут доходить до 40% от действующего значения тока первой гармоники в зависимости от угла управления тиристорами. При изменении угла управления от 00 до 1800 коэффициент мощности тиристорных устройств изменится от 1 до 0. Поэтому для увеличения cos
· и сглаживания пульсации применяются компенсирующие устройства и фильтры высших гармоник.
В схеме (Рис.2) с целью получения необходимого cos
· используется конденсаторная батарея Ск на стороне переменного тока, а для уменьшения коэффициента пульсации – сглаживающий линейный дроссель на стороне постоянного тока. Значение установленной мощности конденсаторных батареи равно реактивной мощности потребляемой из сети.
Согласно [3] для такой идеализированной схемы выпрямителя справедливо следующее соотношение:
13 EMBED Equation.3 1415
(3)
здесь, 13 EMBED Equation.3 1415 - коэффициент искажения; 13 EMBED Equation.3 1415 - коэффициент мощности;
13 EMBED Equation.3 1415 - активная мощность и 13 EMBED Equation.3 1415 - полная мощность;
13 EMBED Equation.3 1415 - действующее значение входного тока;
13 EMBED Equation.3 1415 - гармонический составляющий входного тока.
Угол
·1 равен углу регулирования тиристоров
· (
·=
·1). В соответствии с [3] при большой индуктивности сглаживающего дросселя:
13 EMBED Equation.3 1415
(4)
13 EMBED Equation.3 1415
(5)
Полная мощность, потребляемой из сети:
13 EMBED Equation.3 1415
·(6)
Из соотношений (5) и (6) определим величину относительной установленной мощности статических конденсаторов:
13 EMBED Equation.3 1415
(7)
где,
·max – максимальное значение угла регулирования;
· – диапазон изменения сопротивления нагрузки.
Согласно [3] коэффициент сглаживания сглаживающего фильтра s характеризует степень сглаживания фильтра и определяется:
13 EMBED Equation.3 1415
(8)
где,
·1;
·2 – коэффициент пульсации на входе и на выходе фильтра.
Индуктивность сглаживающего фильтра определяется в зависимости от коэффициента сглаживания:
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415
(9)
где, Ld – индуктивность сглаживающего дросселя;
Rd – сопротивления нагрузки;
·m – круговая частота основной гармоники на выходе выпрямителя;
m – фазность выпрямителя, (m=4).
При малой величине пульсации (Рис.2), (
·
·5,7%) справедливы следующие соотношения:
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415
(10)
где, Udo (при
·=0) и Udа (при
·>0) – среднее значения выпрямленного напряжения.
Пологая QdT=PT и B0=BT (при Bm
·BT) приближенно можно определить типовую мощность сглаживающего дросселя:
13 EMBED Equation.3 1415
(11)
Для случая Id=const, получим связь между диапазоном изменения сопротивления нагрузки
· и углом регулирования выпрямителя
·:
13 EMBED Equation.3 1415
(12)
Для граничного условия
·min=0 (cos
·min=1) можно переписать отношение (12) в виде:
13 EMBED Equation.3 1415
(13)
Тогда с учетом (12) и (13) выражения (7) и (11) приводим к виду:
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415
(14)
Принцип работы ФСТ [2] показывает, что эти устройства в определенном диапазоне не критичны к изменению сопротивления нагрузки и отклонению входного напряжения. В этих устройствах установленная мощность реактивных элементов превышает мощность нагрузки в 4ч4,5 раза, когда нагрузки изменится в пределах от 0 да Rкрит. Критерием уменьшения удельной мощности ФСТ является исключение режима без нагрузки.
В таблице приведены сопоставление показателей стабилизированных источников тока.
Таблица 1.
Вид стабилизаторов тока
·
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
ИЕП
13 EMBED Equation.3 1415
2,3
2,3
2,3
2,3
2,3
2,3
2,3
2,3
2,3
Тиристорный преобразователь
13 EMBED Equation.3 1415
0
0,1476
0,196
0,226
0,248
0,264
0,276
0,287
0,29
13 EMBED Equation.3 1415
0,481
0,636
0,733
0,8
0,85
0,88
0,916
0,941
0,966
13 EMBED Equation.3 1415
0,481
0,784
0,929
1,026
1,098
1,152
1,192
1,228
1,256
ФСТ
13 EMBED Equation.3 1415
4,38
4,21
3,9
3,682
3,45
3,211
2,99
2,97
2,82
Надежность стабилизированных источников тока завысить от безопасности работы отдельных элементов которые требует учет надежности всех элементов устройств.
При длительности времени безотказной работы t надежность устройства состоящее из n - элементов,
13 EMBED Equation.3 1415
(15)
где,
· – постоянная, называемая интенсивность внезанных отказов;
t – продолжительность времени безотказной работы устройства.
В реальных условиях надежность изменяется со временем неравномерно, так как условия эксплуатации, температура окружающей среды резко влияет на режим работы устройств.
Принимая данные о надежности отдельных элементов устройств при 1000 ч, [4] непрерывной работы определим надежность всего устройства.
Для ИЕП с мостовым неуправляемым выпрямителем интенсивность отказов
· для t=1000 ч.
Таблица 2.
·
Р
Реле напряжения
0,05
0,944
Автотрансформатор для регулирования ВДТ
0,002
ВДТ
0,002
Линейный дроссель
0,002
Конденсатор
0,001
Таким образом, надежность ИЕП около 94,4% в течение 1000 ч эксплуатации.
Интенсивность отказов ФСТ без неуправляемого выпрямителя:
Таблица 3.
·
Р
Ферромагнитный элемент
0,002
0,944
Линейный дроссель
0,002
Конденсатор
0,002
Конденсатор
0,001
Для тиристорного преобразователя без неуправляемого выпрямителя повреждение каждого блока вызывает отказ всего устройства. Вероятность безотказной работы при
·1=
·2=
· определяется как:
13 EMBED Equation.3 1415
(15)
Таблица 4.
·
Р
Тиристор 1
1,0
13 EMBED Equation.3 1415
Тиристор 2
1,0
Надежность тиристорного преобразователя без учета цепи управления ориентировочного в пределе 60,04%.
Из сопоставления вариантов стабилизированных источников постоянного тока по надежности можно заключить, что ФСТ (Р=99,4%) и ИЕП с ВДТ (Р=94,4%) имеет лучшие показатели по сравнению мостовым тиристорным выпрямителем (Р=60,04%).
Сопоставление по удельной мощности (таблица 1) показывает, что мостовой тиристорный выпрямитель имеет преимущество.
Изложенные выводы имеет общей характер и относится к однофазной схеме. Для более детального сопоставления различных вариантов стабилизированных источников тока, необходимо учесть конкретную область применения и условия их эксплуатации.
Литература
1. Милях А.Н., Волков И.В., Системы неизменного тока на основе индуктивно-емкостных преобразователей, Наукова думка, К, 1974 г, стр. 154.
2. Кадыров Т.М., Расулов А.Н., Однофазный феррорезонансный стабилизатор тока с синусоидальной формой кривой тока. Автоматика и телемеханика, №11, 1977 г, стр. 197-200.
3. Полупроводниковые выпрямители. Под редакции Ф.И.Ковалева и Мостковой. «Энергия», М., 1967 г., стр. 480.
4. Ривник Г.И., Преобразовательные устройства, «Энергия», М. 1967 г.
Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native