Меню

Установка высокого напряжения постоянного тока

Плюс и минус

Сегодня во всём мире растёт интерес к линиям электропередачи на постоянном токе (ЛЭП ПТ), которые в ряде случаев обладают заметными техническими и экономическими преимуществами по отношению к линиям электропередачи переменного тока той же мощности.

Переход на постоянный ток выгоден по многим причинам. Затраты на строительство самих линий снижаются — замена трёх фаз на два полюса позволяет резко сократить стоимость проводов или кабелей. В случае воздушных линий опоры конструктивно проще и легче, а трасса линии — уже. Также заметно снижается расход строительных и конструкционных материалов. Однако преобразовательные подстанции ЛЭП ПТ сложнее и дороже подстанций ЛЭП переменного тока, поскольку содержат много дополнительного оборудования. Это мощные преобразовательные установки со своими системами регулирования, защиты, сигнализации, охлаждения и т. д. Также на подстанциях должны быть синхронные компенсаторы или мощные батареи конденсаторов для компенсации реактивной мощности, потребляемой самими преобразователями. Там же монтируются фильтры высших гармоник, сглаживающие реакторы и другое оборудование.

Точка невозврата

Существует понятие критической длины линии. Это длина, при которой суммарная стоимость решений на постоянном и переменном токе (подстанции плюс линия) одинакова. При длине линии больше критической экономически выгоднее строить ЛЭП ПТ. По данным Всероссийского электротехнического института (ВЭИ), критическая длина воздушной линии, в зависимости от передаваемой мощности и конкретных географических условий, составляет 600-800 км, кабельной — 30-50 км.

В некоторых случаях постоянный ток оказывается безальтернативным вариантом. Например, если нужно соединить две системы переменного тока, работающие асинхронно или имеющие разные частоты (50 и 60 Гц). В таких случаях используют вставки постоянного тока.

Также отметим, что мощность и длина линии переменного тока ограничиваются эффектами статической и динамической неустойчивости, а мощность и длина ЛЭП ПТ — только параметрами преобразовательного оборудования. Более того, постоянный ток облегчает работу системного оператора: передаваемую по ЛЭП ПТ мощность можно регулировать очень быстро и практически от нуля до максимума.

ЛЭП ПТ также снижают вероятность серьёзных системных аварий и облегчают послеаварийное восстановление сетей. Если при повреждении провода одной фазы линия переменного тока отключается целиком, то при повреждении провода одного из полюсов ЛЭП ПТ по проводу другого полюса можно передавать половинную мощность. Земля заменяет повреждённый провод. Подобный режим, допустимый лишь ограниченное время, обычно позволяет сохранить энергоснабжение потребителей первой категории.

Поле для внедрения

В современных крупных городах, где возможности строительства новых воздушных линий ограничены, используются «глубокие вводы» на кабелях постоянного тока. Подводные кабельные линии, работающие на постоянном токе, могут иметь длину до 500 км. Подобные решения на переменном токе невозможны в принципе из-за повышенной реактивной составляющей кабельной линии.

Конечно же, перспективы применения ЛЭП ПТ зависят от общей конфигурации энергосистемы. В 1960-х годах в СССР сложилась такая ситуация, что основные энергетические ресурсы страны размещались за Уралом, а центры электрической нагрузки — в Европейской части страны. Нужно было перебрасывать большие мощности на огромные расстояния. На тот момент уже были отработаны методы разработки и технологии строительства классических ЛЭП ПТ с высоковольтными ртутными и тиристорными преобразователями напряжения.

В середине 1960 гг. в СССР была разработана государственная программа, конечной целью которой было создание сверхмощной (6 ГВт) линии электропередачи постоянного тока Экибастуз — Центр напряжением 1500 кВ (±750 кВ относительно земли). В проекте линии длиной 2400 км (она должна была стать крупнейшей в мире) предполагалось на начальной стадии для преобразования напряжения использовать высоковольтные ртутные вентили.

В 1966 г. Совет Министров СССР выпустил постановление о проведении НИОКР в области создания сверхдлинных ЛЭП постоянного тока. Головным предприятием по разработке комплексного электротехнического оборудования для ЛЭП ПТ напряжением 1500 кВ был назначен Всесоюзный электротехнический институт. В то время ВЭИ занимал лидирующие позиции в стране и мире в области мощных ртутных вентилей и электронных вакуумных устройств.

Однако уже в 1970 г. в связи с быстрым развитием полупроводниковой преобразовательной техники было принято решение прекратить разработку новых мощных ртутных вентилей и в дальнейшем ориентироваться на тиристорные силовые приборы.

Наращивая напряжение

С 1970 по 1980 гг. в стране разрабатывались комплексы электрооборудования для ультравысоковольтных ЛЭП переменного тока напряжением 1150 кВ и постоянного тока 1500 кВ (±750 кВ). Практическая реализация проектов была запущена 30 апреля 1981 г. совместным Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 412. Это постановление предписывало Министерству энергетики и электрификации СССР построить и ввести в действие в 1981-1990 гг. ЛЭП переменного тока напряжением 1150 кВ Экибастуз — Кокчетав — Кустанай — Челябинск (1272 км), Сургут — Урал (500 км), Итат — Новокузнецк (272 км), Новокузнецк — Западно-Сибирская — Экибастуз (950 км), а также уже упомянутую ЛЭП ПТ Экибастуз — Центр. Её назначение — передача энергии от Экибастузских ГРЭС в энергосистему Центра для покрытия дефицита мощности в этом районе. Кроме того, ставилась задача построить линии электропередачи переменного тока напряжением 500 кВ (с подстанциями) общей протяжённостью около 2 тыс. км, необходимые для распределения электрической энергии от подстанций с напряжениями 1150 и 1500 кВ.

Проект ЛЭП ПТ Экибастуз — Центр разрабатывали три организации: «Энергосетьпроект» (ведущий проектировщик), ВЭИ (разработчик электротехнического оборудования) и Научно-исследовательский институт постоянного тока (разработчик технических требований к оборудованию).

Согласно проекту, выпрямительная подстанция располагалась в Экибастузе, инверторная — в Тамбове. Для ЛЭП Экибастуз — Центр были разработаны, изготовлены, испытаны и частично поставлены на первую очередь преобразовательных подстанций (одна ветвь мощностью 1500 МВт) уникальные высоковольтные тиристорные вентили, однофазные двухобмоточные преобразовательные трансформаторы мощностью 320 МВА на классы напряжения ±400 и ±750 кВ, линейные реакторы на класс напряжения ±750 кВ, серия унифицированных разрядников, аппаратура систем управления, регулирования, защиты и автоматики ЛЭП и другое электрооборудование.

Ввод линии постоянного тока в эксплуатацию, перенесённый на 1992-1995 гг., не состоялся из-за распада СССР. К 1991 г. была построена воздушная ЛЭП длиной почти 1000 км, на преобразовательных подстанциях начался было монтаж электрооборудования, но вскоре все работы были прекращены. Электрооборудование было разобрано, ЛЭП — демонтирована и сдана в металлолом.

О грандиозном советском проекте сегодня напоминают лишь оставшиеся кое-где отдельные конструкции. Например, в районе Вольска (Саратовская область) гигантские 124-метровые опоры, установленные для пересечения Волги, несут провода 500-киловольтной ЛЭП переменного тока Балаковская АЭС — Курдюм — Фролово.

Читайте также:  Цвет кабеля при постоянном токе

По данным специалистов ВЭИ, электрооборудование для линий постоянного тока напряжением 1500 кВ, созданное в СССР, опередило зарубежные разработки примерно на 20 лет. Первая ЛЭП подобного класса (±800 кВ) была запущена в эксплуатацию в Китае только в 2010 г.

Источник

Источник постоянного тока высокого напряжения (HVDC). Схема

Конструкция блока питания HVDC.

Для таких цепей, как счетчики Гейгера, трубки Никси и датчики, требуются источники постоянного тока высокого напряжения (HVDC). На рынке доступны различные типы блоков питания HVDC, в том числе удвоитель напряжения, преобразователь с обратной связью и повышающий преобразователь. Некоторые из них имеют низкую выходную мощность по току. Но при правильных вычислениях с использованием базовых формул повышающего преобразования мы можем добиться поставок HVDC, способных к чистой и высокой токовой емкости.

Авторский прототип для проектирования блока питания постоянного тока

Здесь представлен дизайн повышающего преобразователя с использованием преобразователя постоянного тока MC34063. Авторский прототип показан на рис. 1.

Основы Boost Converter

Схема повышающего переключения регулятора

В повышающем преобразователе (рис. 2) энергия накапливается в катушке индуктивности (L1a) в течение времени, когда транзистор (T1a) включен. Когда транзистор выключен (toff), энергия передается последовательно с входом Vin на конденсатор выходного фильтра (Cout) и нагрузку (RL). Эта конфигурация позволяет установить выходное напряжение на любое значение, превышающее входное. Рис. 2: Схема повышающего импульсного регулятора. Выходное напряжение можно рассчитать следующим образом: Vout = Vin (ton / toff) + Vin или Vout = Vin ((ton / toff) +1)

Схема и работа

Принципиальная схема повышающего преобразователя с использованием преобразователя постоянного тока MC34063 показана на рис. 3. MC34063 – это монолитная схема управления, содержащая все активные функции, необходимые для переключения преобразователей постоянного тока в постоянный. Он представляет собой значительный прогресс в простоте использования с высокоэффективными, но простыми переключающими регуляторами. Использование переключающего регулятора становится более явным, чем линейные регуляторы, из-за требований к размерам и энергоэффективности новых конструкций оборудования. Импульсные регуляторы увеличивают гибкость применения при одновременном снижении стоимости.

Принципиальная схема блока питания постоянного тока

MC34063 был разработан для применения в режиме пониженного напряжения, повышающего напряжения и преобразователя напряжения. Включает в себя температурной компенсацией опорного напряжения, генератор, активный пик тока предела, выходной выключатель и выходного напряжения компаратора. Все эти функции содержатся в 8-контактном корпусе DIP или SOIC. Внутренняя схема MC34063 в соответствии с таблицей данных, представленной Texas Instruments, показана на рис. 4. Блок-схема МС34063Рис. 4: Блок-схема MC34063. Его вывод 5 (инвертирующий вход компаратора) измеряет и устанавливает постоянное значение выходного напряжения для расчета значений резистора обратной связи. как показано на рис. 5. Внешние резисторыРис. 5: Внешние резисторы Vout = 1,25 ((R2a / R1a) +1) Внутренний регулятор напряжения вырабатывает 1,25 вольт для внутреннего компаратора, поэтому внешний делитель напряжения, состоящий из R1a и R2a, должен быть расположен таким образом, чтобы он давал ровно 1,25 вольт при желаемое выходное напряжение достигнуто. Например, если вам нужно выходное напряжение около 501 Вольт, значения резистора делителя напряжения должны быть R2a = 2,4 Мегаомметра и R1a = 6 кОм соответственно.

Как показано на блок-схеме, выход компаратора срабатывает и отключает защелку SR. Генератор, приводимый в действие синхронизирующим конденсатором на выводе 3, состоит из источника тока и элементов-поглотителей, которые заряжают и разряжают внешний синхронизирующий конденсатор между верхним и нижним заданными пороговыми значениями. Как правило, токи заряда и разряда составляют 35 мА и 200 мА соответственно, что дает соотношение приблизительно 6: 1.

Верхний порог равен внутреннему опорному напряжению 1.25V, а нижний порог равен примерно 0,75 В. Генератор работает непрерывно со скоростью, регулируемой величиной времени конденсатора. Он также измеряет пиковый ток путем измерения напряжения, генерируемого током индуктивности, на чувствительном резисторе с более высокой номинальной мощностью, подключенном к контакту 7. В этой схеме (рис. 3), резистор 2 Ом с сопротивлением 1,5 Ом R6 является чувствительным резистором.

Как показано на блок-схеме, выходным переключателем является транзистор Дарлингтона npn. Коллектор привязан к контакту 1, а эмиттер – к контакту 2. Это позволяет конструктору использовать MC34063 в конфигурации с баком, усилителем или инвертором. Максимальное напряжение насыщения коллектор-эмиттер при 1,5 А (пик) составляет 1,3 В, и максимальный пиковый ток выходного переключателя составляет 1,5 А. Для более высокого пикового выходного тока можно использовать внешний транзистор.

Колебательные импульсы приводят в действие внутренние транзисторы, которые могут использоваться для обеспечения ускоренного / понижающего преобразования или для возбуждения внешнего силового транзистора с более высоким номиналом для получения более высокой номинальной мощности.

В некоторых схемах, в основном с повышением и инвертированием напряжения, отношение тонна / (тонна + ток) должно быть больше 0,857. Это может быть получено путем добавления схемы удлинителя отношения, которая использует германиевый диод и является чувствительной к температуре. Временной конденсатор с отрицательным температурным коэффициентом поможет уменьшить эту чувствительность.

На рис. 3 схема расширителя состоит из транзистора T2 (BC557), германиевого диода D2 (1N34A) и синхронизирующего конденсатора C3. Вот, T2 не управляет ничем иным, как переключателем разряда и зарядки конденсатора C3, питаемым от контакта 3 микросхемы. Ограничение тока должно использоваться во всех повышающих и инвертирующих напряжениях с использованием схемы удлинителя отношения. Это позволяет сбрасывать время индуктивности между циклами перегрузки по току во время первоначального включения питания коммутатора. Когда конденсатор выходного фильтра достигает своего номинального напряжения, контур обратной связи по напряжению управляет регулированием.

В главной цепи между соединением резисторов R1 и R2 и конденсаторами C1 и C2 подключен провод для балансировки заряда в обоих выходных конденсаторах. Только резистор R3, подключенный к выводу 5 MC34063, образует делитель напряжения. Это позволяет сбрасывать время индуктивности между циклами перегрузки по току во время первоначального включения питания коммутатора. Когда конденсатор выходного фильтра достигает своего номинального напряжения, контур обратной связи по напряжению управляет регулированием.

В главной цепи между соединением резисторов R1 и R2 и конденсаторами C1 и C2 подключен провод для балансировки заряда в обоих выходных конденсаторах. Только резистор R3, подключенный к выводу 5 MC34063, образует делитель напряжения. Это позволяет сбрасывать время индуктивности между циклами перегрузки по току во время первоначального включения питания коммутатора. Когда конденсатор выходного фильтра достигает своего номинального напряжения, контур обратной связи по напряжению управляет регулированием. В главной цепи между соединением резисторов R1 и R2 и конденсаторами C1 и C2 подключен провод для балансировки заряда в обоих выходных конденсаторах. Только резистор R3, подключенный к выводу 5 MC34063, образует делитель напряжения.

Читайте также:  Сильно электризуюсь бьюсь током

Програмное обеспечение

Мы разработали служебное программное обеспечение для более быстрого определения значений компонентов для быстрого прототипирования блока питания на основе MC34063. Программа написана с использованием HTML и JavaScript и может быть встроена в систему с установленным PHP. Он работает в среде разработки PHP. HTML – это интерфейсное программное обеспечение, тогда как PHP – это фоновое программное обеспечение. Файл JavaScript проверяет наличие пустых полей в HTML-форме. PHP встроен в веб-сервер. Таким образом, несколько пользователей в сети, например в лаборатории или колледже, могут использовать это программное обеспечение одновременно. Программа разработана с использованием среды IDE NetBeans для PHP.

Скачать исходный код.

Установка программы.

1. Загрузите WampServer (для разработки на локальном хосте) с www. wampserver.com/en/ и IDE NetBeans с сайта https://netbeans.org/features/php/. Установите их на свой ПК с Windows. Установите соответствующее расширение Visual C ++ (здесь VC ++ 2012) перед установкой WampServer, чтобы получить все необходимые файлы dll для бесперебойной работы среды IDE и сервера Apache.

2. WampServer работает в фоновом режиме с опцией в онлайн-режиме. Убедитесь, что значок WampServer на панели задач становится зеленым.

3. Создайте папку, скажем, HighVoltage, в папке C: wamp www. Скопируйте файлы изображений HVBoostCalculator.html, HVDesign.js и HVcircuit.jpg в папку проекта.

4. Создайте новый проект PHP в NetBeans. Выберите «Приложение PHP» и нажмите «Далее». Папка проекта будет создана автоматически. Обратите внимание, что ваша папка HighVoltage находится в этой папке проекта.

Скриншот вывода программы

5. Под окном «Run Configuration» выберите опцию «local server» в поле «Run As:». Затем нажмите «ОК», чтобы продолжить. HVBoostCalculator.html – это HTML-скрипт, а его ассоциированное изображение – HVcircuit.jpg. HVDesign.js – это скрипт Javascript. Запустите HVBoost Calculator.html, чтобы получить страницу, как показано на рис. 6. Рис. 6: Снимок экрана с выводом программы для источника питания HVDC.

Сначала необходимо подать на вход постоянного тока 9-12 В и допуск напряжения в зависимости от используемого источника питания; как правило, допуск по напряжению составляет 1%. Затем укажите требуемое выходное напряжение и ток в соответствующих полях формы. (Для более высоких выходных напряжений, пожалуйста, используйте транзистор T1 с более высокими характеристиками напряжения и тока.)

Используя таблицу данных силового транзистора T1, найдите его значение насыщения Vce и ​​поместите в поле формы. Также получите прямое падение напряжения на диоде D1 из его таблицы данных в поле формы. Эти параметры очень важны для расчета значений компонентов. После того, как все значения были заполнены в соответствующих полях, нажмите кнопку «Найти значения компонента». Форма проверяется на наличие пустых полей, а расчет производится для компонентов. Вы получите значения R1 через R3, R6, L1, C1 и C2, а также параметры схемы, такие как рабочий цикл, частота переключения и выходная мощность.

Как показано на скриншоте программы, спроектируйте схему для входного напряжения 12 В постоянного тока, выходного напряжения 500 В постоянного тока, выходного тока 2 мА и синхронизирующего конденсатора 4,4 нФ. На выходе программы вы получаете значения выходного конденсатора 8,20 мкФ, чувствительного резистора R6 1,59 кОм (ближайшее значение 1,50 кОм) и индуктивности L1 6,8 мГн. Полная принципиальная схема этой конструкции показана на рис. 3. чувствительный резистор R6 равен 1,59 Ом (ближайшее значение 1,50 Ом), а индуктор L1 равен 6,8 мГн. Полная принципиальная схема этой конструкции показана на рис. 3. чувствительный резистор R6 равен 1,59 Ом (ближайшее значение 1,50 Ом), а индуктор L1 равен 6,8 мГн. Полная принципиальная схема этой конструкции показана на рис. 3.

Сборка и тестирование

Схема печатных плат фактического размера блока питания HVDC с использованием MC34063 показана на рис. 7, а компоновка его компонентов – на рис. 8. Используйте подходящий радиатор для транзистора T1. Держите индуктор L1 и транзистор T1 подальше от главной цепи. Предпочтительно использовать индуктор экранированного типа для L1. Компоновка печатной платы источника питания постоянного токаРис. 7: Компоновка печатной платы блока питания HVDC Компоновка компонентов для печатной платыРис. 8: Компонентная компоновка платы

Скачать печатную плату и расположение компонентов: нажмите здесь.

R6 должен быть 2 Вт, огнестойкий резистор. Используйте ближайшее значение, данное программой. Используйте надлежащий радиатор для силового транзистора T1. Держите катушку индуктивности L1, транзистор T1 и MC34063 на расстоянии друг от друга, чтобы минимизировать электромагнитные помехи. Для точного значения R3 используйте параллельную комбинацию резисторов. Например, используйте резистор на 6,8 кОм параллельно с резистором на 56 кОм, чтобы получить 6 кОм. Избегайте использования тримпота из-за теплового дрейфа. Используйте конденсатор C3 таким образом, чтобы частота находилась в пределах 10 кГц, чтобы избежать проблем с переключением и нагревом транзистора T1.

предосторожность

Обращайтесь с высоковольтной цепью постоянного тока крайне осторожно, так как это может привести к поражению электрическим током.

Источник



Испытательные установки высокого постоянного напряжения

Испытательные установки высокого постоянного напряжения применяют для испытания объектов, имеющих большую емкость, например силовых кабелей. При испытании кабелей высоким постоянным напряжением уменьшается необходимая реактивная мощность. Высокое напряжение получают, главным образом, путем выпрямления переменного напряжения. Простейшая выпрямительная установка включает в себя высоковольтный трансформатор Т и высоковольтный выпрямитель V (рис.10.5,а). Качество выпрямленного напряжения характеризуется величиной пульсаций DU и падением напряжения в элементах цепи DU (рис.10.5,б).

Однополупериодная схема выпрямления является простейшей схемой, недостаток ее – относительно большие пульсации напряжения. Однако за счет емкости объекта Со и дополнительной емкости Сg можно значительно снизить пульсации выпрямленного напряжения. Для снижения пульсаций необходимо соблюдение условия:

где Rо – сопротивление объекта испытания,

f — частота питающей сети.

Значительно меньшие пульсации выпрямленного напряжения при тех же условиях в двухполупериодной (мостовой) схеме выпрямления (рис.10.6).

В однополупериодной схеме выпрямления используют трансформатор с одним выводом. При двухполупериодной схеме выпрямления используют высоковольтные трансформаторы с двумя выводами, причем оба вывода должны быть изолированы на полное напряжение относительно корпуса. Обмотка высокого напряжения выполняется из двух трапецеидальных секций. Основания секций имеют относительно стержня изоляцию на половину рабочего напряжения.

В качестве полупроводниковых выпрямителей используются селеновые и кремниевые выпрямители. При последовательном включении кремниевых выпрямителей параллельно им ставят шунтирующие резисторы и конденсаторы.

Наиболее часто на испытательных стендах используют установку АИИ-70, которая при испытании переменным напряжением обеспечивает действующее значение напряжения до 50 кВ и при испытании постоянным напряжением амплитудное значение 70 кВ. Одноминутная выходная мощность высоковольтного трансформатора составляет 2,5 кВА. Установка снабжена защитным реле, отключающим установку от питающего напряжения при пробое испытуемого объекта.

Читайте также:  Стабилизация режима работы транзистора по постоянному току

Изготовление трансформаторов на высокое напряжение с последующим выпрямлением затруднительно. Поэтому для получения высокого постоянного напряжения применяют схемы выпрямителей с умножением напряжения или просто умножители напряжения. Умножение напряжения трансформатора (удвоение, утроение и т.д.) осуществляется с помощью конденсаторов и выпрямителей. Принцип работы умножителей напряжения основан на использовании нескольких конденсаторов, каждый из которых заряжается от одной и той же обмотки трансформатора через соответствующий вентиль. По отношению к нагрузке конденсаторы оказываются включенными последовательно и их напряжения суммируются.

На рис.6.7 представлена симметричная схема выпрямления с удвоением напряжения, в которой конденсаторы заряжаются поочередно в каждый полупериод. Знаки зарядов емкостей таковы, что напряжения их складываются и между точками 0 и I напряжение равно В реальных условиях (при нагрузке) это напряжение несколько меньше за счет разряда конденсаторов С1 и С2 на нагрузку. Пульсации выпрямленного напряжения имеют удвоенную частоту по отношению к частоте питающего напряжения. Обратное напряжение, которое должен выдерживать неработающий диод равно 2U . Следует отметить, что потенциал точки 2 на вводе трансформатора изменяется от нуля до 2U2 в то время как изоляция обмотки высокого напряжения трансформатора рассчитана только на напряжение U2 . Поэтому такую схему применяют в тех случаях, когда можно заземлить точку 3. В противном случае нужно иметь специальный трансформатор с повышенными изоляционными расстояниями или включать обмотку низшего напряжения через изолирующий трансформатор и изолировать корпус от земли. Поэтому представляют практический интерес те схемы умножения напряжения, в которых обеспечивается на вводах трансформатора изменение потенциала от нуля до U2 , т.е. до напряжения, на которое рассчитана его обмотка ВН.

На рис.6.8. изображена несимметричная схема удвоения напряжения, удовлетворяющая выше сформулированному условию. Напряжение на выпрямителе DI пульсирует от нуля до 2U . Оно используется для того, чтобы зарядить через выпрямитель D2 конденсатор С2 до значения 2U , если не учитывать разряд конденсатора С2 на нагрузку. Работа выпрямителя в течение периода питающего напряжения делится на три стадии:

1) заряд конденсатора С1 через диод DI до напряжения Е = U (полярность ЭДС трансформатора в этот полупериод показана пунктирной стрелкой).

2) заряд конденсатора C2 через диод D2 до напряжения = 2U (полярность ЭДС на вторичной обмотке трансформатора в этот полупериод показана сплошной стрелкой). Двойное напряжение образуется за счет сложения ЭДС на вторичной отмотке трансформатора Е и напряжения Е на конденсаторе С1 , т.к. они имеют одинаковые направления.

3) разряд конденсатора С2 на нагрузку.

Обратные напряжения на вентилях при х.х. достигают значения удвоенной амплитуды ЭДС трансформатора на вторичной обмотке, т.е. . Частота пульсаций выпрямленного напряжения равна частоте напряжения питающей сети. В схеме возможно заземление соединенных вместе вывода нагрузки и трансформатора, что является положительным свойством схемы.

Принцип заряда конденсаторов пульсирующим напряжением 0 – 2UМ дает возможность получить схемы многоступенчатого или многокаскадного умножителя напряжения (рис.10.9). Напряжение на выходе умножителя, имеющего n ступеней равно 2n U . Диоды в каскадном умножителе выбираются на напряжение 2U . При включении нагрузки в каскадном умножителе пульсации и падение напряжения резко возрастают (внешняя характеристика его крутопадающая). Поэтому умножители напряжения применяют для питания маломощных высоковольтных устройств, потребляющих незначительный ток (несколько миллиампер).

Чтобы внешняя характеристика получалась более пологой, для умножителя, имеющего n ступеней рекомендуется выполнять неравенство:

выбирать емкость конденсаторов из условия:

где S – порядковый номер конденсатора в схеме;

СS – величина емкости конденсатора с порядковым номером S.

Следовательно, должно выполняться равенство:

Данное условие обеспечивает одинаковую энергию, накапливаемую во время работы схемы каждым из конденсаторов.

Дата добавления: 2015-04-01 ; просмотров: 2551 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Установки для получения высоких постоянных напряжений

Постоянное напряжение часто используют для испытаний конденсаторов, кабелей, вращающихся машин.

Для получения высоких напряжений постоянного тока исполь­зуются различные выпрямительные установки. Все схемы выпрямления классифицируются по следующим признакам:

1) по форме выпрямленного напряжения — одно- и двухполу-периодные схемы;

2) по схеме соединения выпрямителей — мостовая схема, последовательно-параллельные схемы;

3) по числу фаз — одно-, двух- и трехфазные схемы;

4) схемы умножения напряжения.

Однополупериодная схема выпрямления приведена на рис. 3.3.

Выпрямление напряжения без фильтра по схеме рис. 3.3, а да­ет большую глубину пульсаций выпрямленного напряжения (рис. 3.3, в). Наличие фильтра (рис. 3.3, б) уменьшает глубину пульсаций (рис. 3.3, г) за счет подпитки от конденсатора Сф в течение времени от­рицательного полупериода, когда выпрямитель V закрыт.

Рис. 3.3. Схема выпрямления однополупериодная: а), в) — без фильт­ра; б), г) — с фильтром; Т — высоковольтный трансформатор; V — выпрямитель; Rh сопротивление нагрузки; Сф — емкость фильтра

Двухполупериодная мостовая схема выпрямления приведена на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Мостовая схема выпрямления: а), в) без фильтра, б), г) с

Четыре выпрямителя образуют мост, в одну диагональ которо­го включается нагрузка RH, а к другой диагонали подключается транс­форматор. При «+» полупериоде открыты выпрямители V1 и V3, а при «-» полупериоде — V2 и V4. Следовательно, через нагрузку протекает ток в одном направлении в течение всего периода переменного тока (рис. 3.4,а, в). Это основное достоинство двухполупериодной схемы выпрямле­ния. Фильтр Сф уменьшает глубину пульсаций выпрямленного напря­жения (рис. 3.4, б, г).

Включение однофазных схем выпрямления приводит к пере­косу фаз в 3-х фазной сети. Для исключения этого явления используют 3-х фазные схемы выпрямления (рис 3.5, а). Кроме этого уменьшаются пульсации выпрямленного напряжения (рис. 3.5, б), особенно с приме­нением фильтра Сф.

Рис. 3.5. Трехфазная однополупериодная схема выпрямления

Высокие выпрямленные напряжения удобно получать с помо­щью схем умножения выпрямленного напряжения. Различают:

1) схемы удвоения;

2) схемы утроения;

3) каскадные схемы умножения напряжения.

Простейшая однополупериодная схема удвоения напряжения приведена на рис. 3.6, а.

В один полупериод (положительный) выпрямитель пропускает ток. Емкость С заряжается до Um: обкладки имеют полярность «+» и

Во втором полупериоде, когда сменилась полярность концов обмотки трансформатора, напряжение трансформатора «+» суммируется с на­пряжением на конденсаторе На нагрузке получается пульсирующее выпрямленное напряжение, изменяющееся от нуля до 2Um (рис. 3.6, б).

Рис. 3.6. Однополупериодная схема удвоения (а) и осциллограмма напряжения на нагрузке (б): 1 — фазное переменное напряжение; 2 — удвоенное выпрямленное напряжение

Выпрямитель оказывается также под двойным напряжением

Дата добавления: 2014-12-23 ; просмотров: 34 ; Нарушение авторских прав

Источник