Агрегаты питания с полупроводниковым выпрямительным блоком

АГРЕГАТЫ ПИТАНИЯ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫМ БЛОКОМ И АВТОМАТИЧЕСКИМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ ПО ПРОБОЮ В ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЕ

устройство и принцип действия

В последние годы наша промышленность серийно выпускает агрегаты с автоматическим регулированием напряжения и полупроводниковым выпрямительным блоком. Первые агрегаты этой серии были марок АФАС-80-250 и АФАС-80-400. В настоящее время выпускаются агрегаты марок АРС-250 и АРС-400. Агрегаты серии АРС отличаются тем, что они снабжены распределительным устройством. Это позволяет подключать их к любому полю электрофильтра, что не предусмотрено у агрегатов серии АФАС. В остальном электрические схемы агрегатов идентичны.

Марки агрегатов можно расшифровать следующим образом:

АФАС-80-250(400) —А — агрегат, Ф — для питания фильтров, А — автоматизированный, С—с селеновым выпрямительным блоком, 80 — номинальное выпрямленное напряжение (амплитудное значение в киловольтах), 250(400)—номинальный выпрямленный ток (среднее значение в миллиамперах);

АРС-250(400) —А—агрегат для питания фильтров, Р — с высоковольтным распределительным устройством для подключения к резервной шине, С — с селеновым выпрямительным блоком, 250 (400) — номинальный выпрямленный ток (среднее значение в миллиамперах).

Для модернизации устаревших агрегатов типа АФ-18 и АФА-90-200 на базе агрегатов АРС выпускаются автоматизированные приставки ПА-1.

На рис. 14 приведена принципиальная электрическая схема автоматизированного агрегата АРС-250(400).

Высокое напряжение с повысительного трансформатора ТП через блок селеновых выпрямителей ВС, собранных по мостовой схеме, подается для питания

электрофильтра Э. Исполнительный механизм регулятора Р приводится в действие от блока управления БУ. В результате регулируется напряжение на первичной обмотке трансформатора управления ТУ. Напряжение со вторичной обмотки ТУ через выпрямитель селеновый ВУ и сглаживающий дроссель Др подается на управляющую обмотку магнитного усилителя МУ.

Магнитный усилитель МУ, включенный последовательно с первичной обмоткой трансформатора ТП, за счет изменения индуктивного сопротивления позволяет в достаточно широких пределах регулировать напряжение питания электрофильтра. При отключении питания обмотки управления индуктивное сопротивление МУ максимальное, а выходное напряжение трансформатора ТП минимальное.

Блок управления включает в себя релейную схему автоматики, пусковые и защитные контакторы и сигнальную аппаратуру.

Устройство обратной связи УОС получает сигналы от датчиков — реле максимального тока РМ и реле минимального напряжения РН и передает их в блок управления, который, воздействуя на регулятор Р , повышает или понижает напряжение, подаваемое на электроды фильтра.

Схема агрегата позволяет:

поддерживать на коронирующих электродах фильтра более высокие средние значения напряжения и тока по сравнению с агрегатами с механическими выпрямителями;

ограничивать энергию дуговых разрядов в электрофильтре (для предотвращения оплавления коронирующих электродов) за счет малой инерции срабатывания защиты;

обеспечивать незначительные по времени перерывы в питании электрофильтра при снижении и повышении напряжения;

включать питание электрофильтра с заданного значения напряжения и плавно его регулировать до максимального;

повышать напряжение, подаваемое в аппарат, по истечении уставки реле времени повышения напряжения в случае отсутствия пробоев в электрофильтре;

регулировать напряжение вручную и автоматически.

Агрегат является регулятором тока нагрузки электрофильтра. Вторичная обмотка повысительного трансформатора питает электрофильтр через однофазный мостовой селеновый выпрямитель. На коронирующие электроды подается отрицательный потенциал напряжения. Положительный полюс выпрямителя заземляется.

Для регулирования тока первичной обмотки повысительного трансформатора применен магнитный усилитель

без обратной связи с совмещенными обмотками, Ток управления такого усилителя определяет его режим по силовому току, которому в общем пропорционален ток нагрузки электрофильтра. Приложенное же напряжение распределяется между последовательно включенным магнитным усилителем и трансформатором в соответствии с величиной сопротивления нагрузки.

Таким образом, напряжение на электрофильтре при любом токе устанавливается в соответствии с вольт-амперной характеристикой электрофильтра.

Вольт-амперные характеристики электрофильтров, как правило, нелинейны , но обычно увеличению тока соответствует увеличение значения напряжения.

Благодаря такой системе регулирования при возникновении пробоя в фильтре вследствие резкого падения его сопротивления происходит значительное снижение напряжения. Возникновению больших бросков тока короткого замыкания препятствует жесткая токовая характеристика магнитного усилителя. Это предохраняет электроды фильтра от оплавления при пробое, а также защищает селеновый выпрямитель от перегрузок по току.

При пробое срабатывает релейная система гашения дуги, отключающая подмагничивание магнитного усилителя; это приводит к еще большему уменьшению напряжения на фильтре и дуга гаснет.

После гашения дуги подмагничивание магнитного усилителя восстанавливается, но теперь ток управления несколько ниже того значения, которое было перед пробоем. Вследствие этого после пробоя агрегат работает при несколько сниженном режиме по току и соответственно по напряжению. Величина снижения тока управления зависит от уставки реле времени. Если произойдет повторный пробой, напряжение вновь понизится и так будет продолжаться, пока не наступит устойчивый режим вблизи границы пробоя. Периодически включается система поиска границы пробойного напряжения. Ток управления усилителя увеличивается и соответственно ток и напряжение фильтра возрастают до возникновения пробоя, после чего следует описанный выше процесс гашения дуги и понижения напряжения до устойчивого режима.

Таким образом, агрегат стремится поддерживать электрический режим фильтра на границе пробивного значения напряжения. Если при повышениии тока нагрузки и напряжения в фильтре пробоя не происходит, агрегат продолжает работать при предельном токе.

При устойчивом замыкании в фильтре, например. при обрыве коронирующих электродов, система защиты через 5—10 циклов понижения напряжения отключит агрегат, после чего включится аварийная сигнализация.

Магнитный усилитель МУ является одним из основных элементов схемы автоматизированного агрегата.

Принцип действия магнитного усилителя основан на явлении изменения индуктивности дросселя (катушки) переменного тока при подмагничивании его сердечника постоянным током.

. В свою очередь сопротивление L зависит от магнитного состояния железа сердечника, которым может управлять ток, проходящий в другой обмотке (рис. 16).

Изменяя величину тока подмагничивапия , можно в широких пределах регулировать ток нагрузки. В этом и заключается принцип действия МУ. Магнитный усилитель позволяет управлять мощной цепью переменного тока посредством изменения сравнительно небольшого постоянного тока в подмагничивающей обмотке. Это достигается благодаря тому, что небольшие изменения управляющего тока могут значительно изменять магнитное состояние железа.

Для увеличения коэффициента усиления примеляется обратная связь, которая создается следующим образом. На магнитопровод наматывают дополнительную обмотку подмагничивания, которую питают выпрямленным переменным током самой управляемой обмотки. Дополнительная обмотка, создавая магнитное поле, величина которого в конечном итоге является функцией сигнала, поданного на вход усилителя, позволяет резко увеличить коэффициент усиления.

Простейшая схема магнитного усилителя, приведенная на рис. 15, непригодна для практического использования ввиду того, что переменный ток в нагрузочной обмотке оказывает сильное обратное влияние на обмотку управления, наводя в ней э. д. с, и так как сопротивление цепи управления обычно бывает незначительным, то происходит бесполезное рассеивание энергии.

Для устранения этого последовательно с обмоткой управления включают дроссель с сердечником, ограничивающий величину переменного тока. Однако такая схема пригодна лишь в случае относительно медленного изменения управляющего тока. В противном случае наличие дросселя в цепи управления будет препятствовать изменению тока управления в соответствии с изменением э. д. с. сигнала. Поэтому магнитный усилитель обычно выполняется из двух дросселей насыщения, управляющие обмотки которых соединяются встречно. Поскольку насыщение сердечника не зависит от направления тока, то намагничивающее действие этих обмоток на оба сердечника одинаково. В результате того что управляющие обмотки включены встречно, переменные напряжения, индуктируемые в первой управляющей обмотке, компенсируются равными по величине и противоположными по знаку напряжениями в другой управляющей обмотке. Такой же результат достигается путем встречного включения нагрузочных обмоток.

Указанные выше способы исключения влияния управляемой обмотки на управляющую позволяют ком пенсировать воздействие нагрузочной обмотки на. управляющую только при токах с частотой, равной частоте источника переменного тока, питающего нагрузку. Вследствие не линейности кривой намагничивания ток в дросселе насыщения значительно искажается и содержит высшие гармоники, которые индуктируют в управляющей обмотке э. д. с , не полностью компенсируемые. Для устранения или для уменьшения амплитуд высших гармоник последовательно с управляю щей обмоткой включают дополнительные сглаживающие дроссели.

Основными преимуществами магнитного усилителя являются:

большой срок службы, высокая надежность, простота эксплуатации;

широкий диапазон усиливаемых мощностей;

постоянная готовность к работе;

возможность суммировать на входе несколько управляющих сигналов;

значительная перегрузочная способность;

пожаро - и взрывобезопасность;

стабильность характеристик в процессе работы;

высокий к. п. д. (обычно около 75%).

Основным недостатком магнитного усилителя является инерционность, определяемая его постоянной времени Т. При внезапном изменении управляющего сигнала соответствующее изменение тока нагрузки происходит по экспоненциальному закону, достигая 1/2,72 части своего значения через промежуток времени

— частота тока питания.

В агрегатах серии АРС для регулирования напряжения на первичной обмотке повысительного трансформатора используются магнитные усилители без обратной связи с совмещенными обмотками.

У таких МУ вес активных материалов на 30—40% меньше, чем у МУ с последовательным соединением обмоток, и отсутствует магнитное рассеяние, что позволяет легко построить усилитель с большой глубиной регулирования по току. Инерционность МУ с совмещенными обмотками значительно меньше, чем у МУ с параллельным соединением обмоток. Эти преимущества усилителя с совмещенными обмотками обусловливают его широкое применение в настоящее время несмотря на то, что инерционность такого МУ примерно в 2 раза больше, чем у усилителя с последовательным соединением обмоток. Принципиальная электрическая схема магнитного усилителя, используемого в агрегатах типа АРС, приведена на рис. 17. Обмотка МУ, как это видно из рисунка, разделена на четыре секции, включенные таким образом, что в двух из них ток направлен от начала обмотки к ее концу, а в двух других наоборот. Такое включение обмотки приводит к уменьшению магнитного рассеяния, а также к тому, что переменные напряжения, индуктируемые в одной части обмотки, компенсируются равными по величине и противоположными по знаку напряжениями в другой части обмотки.

Магнитный усилитель включается последовательно с первичной обмоткой трансформатора, что позволяет в широких пределах регулировать его входное напряжение и, следовательно, напряжение на электродах фильтра.

Ток в обмотке управления определяет режим МУ по току в силовой обмотке, которому пропорционален ток нагрузки электрофильтра, а приложенное напряжение распределяется между последовательно включенным магнитным усилителем и трансформатором в соответствии с величиной сопротивления нагрузки. Таким образом, напряжение па электрофильтре в любом случае устанавливается в соответствии с его вольтамперной характеристикой.

При возникновении пробоя в фильтре вследствие резкого падения его сопротивления и происходящего в результате этого перераспределения падения напряжения между МУ и электрофильтром напряжение на последнем резко снижается. Жесткая токовая характеристика МУ препятствует возникновению больших бросков тока короткого замыкания. Это предохраняет электроды фильтра от оплавления при пробое, а также защищает селеновый выпрямитель от перегрузок по току.

Срабатывание релейной системы гашения дуги в случае пробоя приводит к отключению лодмагиичивания МУ, что в свою очередь приводит к еще большему уменьшению напряжения на фильтре, при котором дуга гаснет.

После гашения дуги подмагничивание МУ восстанавливается, но с меньшим током управления, в результате чего агрегат после пробоя работает при несколько сниженном режиме по току и по напряжению.

Технические характеристики магнитных усилителей, используемых в агрегатах типа АРС, приведены ниже.

Обмоточные данные магнитных усилителей и повысительных трансформаторов агрегатов АРС-250, АРС-400 приведены в приложении 1