close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

U 1

код для вставкиСкачать
Лекция 3/3
Електрозахранване. Акумулатори,
преобразуватели, трансформатори.
Основни въпроси:
1. Галванични елементи. Свързване.
Акумулатори. Видове.
2. Трансформатори. Принцип на действие.
Режими на работа.
3. Преобразуватели на напрежение.
Назначение и видове.
Галванични елементи. Свързване. Акумулатори. Видове.
1. Галванични елементи. Свързване. Акумулатори.
Видове.
1.1. Основни сведения за токозахранващите устройства.
- необходимост от токозахранващите устройства -ТЗУ;
- основни изисквания;
- видове:
Галванични елементи. Свързване. Акумулатори. Видове.
1. Независими източници на електрическа енергия химически токоизточници (галванични елементи и
акумулатори); подвижни електростанции
(електроагрегати за постоянен и променлив ток);
2. Преобразователи на променливотокова енергия в
постояннотокова (електрически и механически
токоизправители и въртящи се преобразуватели);
3. Преобразуватели на напрежението, мощността,
честотата и фазите на променливия ток
(трансформатори, автотрансформатори и
високочестотни генератори),
4. Регулиращи устройства (автоматични и ръчни),
5. Инверторни, трансвертерни и UPS- устройства.
Галванични елементи. Свързване. Акумулатори. Видове.
1.2. Химически токоизточници
-принцип на работа - преобразуване на химическата енергия на
веществата в електрическа в електрическа;
-видове: първични (галванични елементи) и вторични
(акумулатори).
1.2.1. Галванични елементи
-открити а от италианския учен Волта през 1779 г. Представляват
комбинация на проводници от първи и втори клас;
-проводници първи клас - тези проводници, в които
протичането на електрически ток не е свързано с извършването на
химическа реакция, т.е.проводимостта им се дължи на нали-чието
на свободни електрони в тях (металите);
-проводници втори клас - водните разтвори на соли, основи и
киселини, при които протичането на ток е свързано с
извършването на химическа реакция. Проводимостта в тях се
дължи на положителните и отрицателните йони,на които се
разпадат част от молекулите на веществото, при разтварянето му
във вода, т.е.при електролитната дисоциация;
-възникване на потенциална разлика- когато метал се потопи
във воден разтвор на сол от същия метал (между метала и
разтвора) или при потапянето на две метални пластини в
електролит (между двете метални пластини);
-елемент на Лекланше (въглено-цинков галваничен елемент)
Цинков
съд
Въгленов електрод с
месингова капачка
Асфалтова заливка
Деполяризатор (Пиролузит - MnO2)
Каша от електролит(10% воден разтвор на NH4Cl)
Фиг.1.1.Устройство на сух елемент
на Лекланше
-зареденият елемент има положителен потенциал на анода
(въгленовия електрод) и отрицателен - на катода (цинковия
съд);
Назначение на деполяризатора - да предотврати образуваненето на водородна обвивка (поляризация) около кокса;
Параметри:
-е.д.н.в началото на разреждането -1,5 V;
-вътрешно съпротивление - зависи от размерите на елемента и степента на разреждането му и се движи в границите от
0,25 до няколко ома;
-номинален капацитет- количеството електричество, което
той отдава при непрекъснато разреждане през товар с извест-но
стандартно съпротивление, при средна температура 200 С, до
момента, когато напрежението на клемите му спадне до 0,7 V;
-работна температура- от - 400 до +600 С;
-приложение - за захранване на различни битови и
комуникационни устройства (R20, R6, R4 и др.).
Предназначени са за еднократно използване.
1.2.2. Акумулатори
-вторични химически токоизточници (за многократно
използване) - представлява електрохимическа система,
предназначена да преобразува електрическата енергия в
химическа, да я съхранява (акумулира) и отново да я
преобразува в електрическа, когато това е необходимо;
-капацитет на акумулаторите, А.h ;
-коефициент на използване на акумулатора по количество
електричество (А.hР/А.hЗ);
-коефициент на използване на акумулатора по енергия (к.п.д.)
ЕР / ЕЗ ;
-видове -Киселинни (оловни) и алкални (основни);
1.2.2.1. Киселинни (оловни) акумулатори
Открит е от Планте през 1859 г.;
-устройство - електрохимическа система, състояща се от съд,
електролит и два електрода (положителен и отрицателен);
-съд - ебонитова, стъклена или дървена кутия, покрити с олово;
-електролит - (24 -33) % воден разтвор на химически чиста
сярна киселина;
-електроди -положителния (плочи) - PbO2 (на прясно зареденият
акумулатор е с кафяв цвят), три вида: повърхностни,
щитовидни и решетъчни ; отрицателния (плочи)- гъбесто
(чисто) олово (със сив цвят), два типа: кутиеобразни и
решетъчни;
-разреждане на акумулатора - ток на проводимост и йонен ток.
В резултат на разреждането, двата електрода се покриват с
PbSO4 , а концентрацията на електролита намалява;
-зареждане на електролита- възстановяване електродите на
акумулатора и гъстотата на електролита до първоначалната му
стойност;
-Параметри: - е.д.н.на зареден акумулатор - 2,15 V; на разреден акумулатор - 1,8 V; нормален разряден ток -0,05Q; нормален заряден ток 0,1Q; вътрешно съпротивление - 0,01 до
0,00001 (зависи от състоянието на електролита при зареждане и разреждане и от капацитета му); коефициент на използване по количество електричество К = 0,9; коефициент на използване по енергия = 0,7 - 0,75.
1.2.2.2. Основни акумулатори
Делят се на няколко вида, в зависимост от състава на електродите и електролита:
-желязно - никелови (феро-никелови) и кадмиево - никелови.
За активна маса на положителния електрод се използва никелова основа (Ni(OH)3 с добавка на никел или графит; отрицателния електрод е от желязо или кадмий; електролит -21 %
воден разтвор на КОН или Na(OH) с относително тегло 1,2;
Е.д.н.на заредения акумулатор е 1,35V., а на разредения-1,1 V.
Вътрешното съпротивление - стотни и хилядни от ома. Определя се практически по формулата (R0=0,3/Q). Нормален заряден ток - 1/4 от Q; нормален разряден ток -1/8 от Q;
-приложение - за захранване на мобилни комуникационни
устройства;
-сребърно-цинкови акумулатори-специални акумулатори,
предназначени за захранване на военна и космическа
апаратура. Имат голям относителен капацитет и висока цена;
-никел-метал хибридни акумулатори (NiMH);
-литиево-йонни акумулатори (Lion);
-литиево-полимерни (Li-pol);
Последните четири типа се използват за захранване на
мобилни клетъчни телефони.
1.3. Свързване на елементите в батерия: последователно,
паралелно и смесено (комбинирано)
2. Трансформатори. Принцип на действие. Режими на работа.
2.1. Устройство и принцип на действие.
-определение - статично електрическо устройство, в което се
извършва предаване на електрическа енергия между две или
повече намотки чрез магнитна връзка и преобразуване на
напреженията и токовете с едни стойности в други със същата
честота;
-устройство-магнитопровод, бобина с намотки и кожух.
Магнитопровода се изготвя от феромагнитен материал. В
зависимост от магнитопровода трансформаторите биват: ядрени
(“П”-образни) и мантийни (“Ш”-образни). Намотките се
поставят една върху друга, концентрично спрямо
магнитопровода;
-видове - повишаващи и понижаващи, автотрансформатори;
-принцип на работа - използва принципа на електромагнит-
ната индукция и взаимоиндукция;
ядро
ярем
внн
мантия
ннн
внн
ядро
ннн
а)
б)
Фиг. 2.1. Устройство
на еднофазни трансформатори.
а) Ядрени; б) Мантийни
Нека към първичната намотка е приложено синусоидално
напрежение. Под негово въздействие в нея се създава
синусоидален магнитен поток, респективно е.д.н.в двете
намотки,
ф = Фmsint; e = -dФ/dt = -Фmcost=Emsin(t-/2) (2.1);
E = Em /2 = Фm /2 = 2fФm /2 = 4,44fФm
E1 = w1E = 4,44w1 fФm ; E2 = w2E = 4.44w2 fФm
k = E1 / E2 = w1 / w2
При k > 1 - трансформаторът е понижаващ (Е1 > Е2 );
При k < 1 - трансформаторът е повишаващ (Е1 < Е2 );
2.2. Режими на работа на трансформатора.
2.2.1. Режим на празен ход
U1
Фm
I10
Ф1s
w1
(2.2)
(2.3)
(2.4)
U20=E2
w2
Фиг.2.2. Режим на празен ход на трансформатор
u1 + e1 + e1s = i10R1
U1 = -E1 - E1s +R1I10 = -E1+(R1+jX1s) I10
U1
I10X 1s
I10R1
10
)
-E1
(2.5)
(2.6)
i10
t
I10
Фm
E1
E2
2.2.2. Режим на натоварване
U1
I2
Фm
I1
Ф1s
w1
Ф2s
w2
U2
Фиг.2.3.Режим на натоварен трансформатор
ZT
Уравненията, описващи работата на натоварения трансформатор са следните:
I1 = I10 + I2’ ,
(2.7)
където
I2’ = - I2 / k = -I2 w2 /w1
(2.8)
се нарича приведен вторичен ток към първичната намотка;
U1= -E1+I1R1+jI1X1s
(2.9)
U2= E2 - I2R2 -jI2X2s
(2.10)
От тези уравнения могат да се построят векторните диаграми
на натоварения трансформатор.
В този режим се дефинират следните мощности:
-електромагнитна мощност PEM = E2I2 ,W;
-пълна отдавана мощност P2 = U2I2 , W ;
-пълна консумирана мощност P1 = U1I1 , W;
-типова (габаритна или изчислителна)-PТИП = (P1 +P2)/2 , VA;
-мощност на загубите PЗ = PCT + PM + QCT ,VA;
3. Преобразуватели на напрежение. Назначение и
видове.
-преденазначение - да преобразуват сравнително ниско
постоянно напрежение на постояннотоков източник във високо
променливо или постоянно напрежение, с цел захранване на
мобилни комуникационни устройства или системи
(компютърни, битови и др.);
-видове:
- в зависимост от комутационното устройство биват:
електромеханични (вибрационни и умформерни) и електронни
(безинерционни(инвертори, трансвертери и устройства за
непрекъснато захранване -UPS),
-в зависимост от преобразуваната величина биват:
преобразуватели на напрежение и преобразуватели на мощност;
-в зависимост от начина на възбуждане: със собствено
възбуждане (автогенераторни) и с независимо възбуждане;
3.1. Инвертори
Това са преобразуватели на напрежение или мощност с еднократно преобразуване (постоянно напрежение в променливо;
-устройство - трансформатор, електронен комутатор и верига
с положителна обратна връзка;
I11
ЕК
I12
+
w1
+ + (-)
U1
w1
w2
ВОВ
+
WОВ
-
- (+)
U2 = w2 U1 /w1
Фиг.3.1. Най-обща схема на инвертор
-в качеството на ЕК се използват мощни транзистори, тиристори и специални п.п.ключове
3.2. Трансвертери
Това са преобразуватели с двойно преобразуване на
напрежението (ниско постоянно напрежение-високо
променливо-високо постоянно). Представляват инвертор с
токоизправител.
I11
+
w1
+ + (-)
ЕВ
ЕК
I12 U1
w1
w2 U2 +
ВОВ
+
WОВ
- (+)
СФ
-
U0
-
Фиг.3.2.Най-обща схема на трансвертер
-приложение - за захранване на мобилни комуникационни
3.3. Устройства за непрекъснато електрозахранване UPS
(Uninterruptible Power Supplies)
Това са устройства, явяващи се логическо допълнение на
електрическите мрежи. Състоят се от филтри, стабилизатори,
инвертори, акумулаторни батерии, устройства за комутация и
защита и др. Използват се като мобилни източници за мрежово
захранване в автономни условия или като резервно захранване
в стационарни условия. Могат да осигуряват непрекъснато 0
захранване на цяло здание (мощни UPS) или на отделен
компютър (маломощни UPS). Изпълняват три основни
функции:
-подобряване качеството на електрозахранването;
-защита на захранваните устройства от смущения и
претоварване;
-автоматично осигуряване на резервно захранване.
Видове - две групи:Off Line (Standby) и On Line (Double Conversion).
3.3.1.Stand-by UPS
~
Ф
ТИ
ЕК
АБ
И
Товар
~
ТР
АФ
ЕК
ТИ
АБ
И
Товар
а)
б)
Фиг. 3.3. Структура на Stand-by UPS
a)Stand-by; b)интерактивни
-предимства - ниска цена (оптимално съотношение качество
/цена, малко тегло и габарити, висок к.п.д., два режима на
работа-стандартен и с превключване; (“горещ” резерв-само
интерактивните);
-недостатъци - непълна защита от смущения, псевдосинусоидален изход, инвертора не е разчетен за продължителна
работа, невъзможност за работа в мрежи на електроагрегати;
-диапазон от мощности, kVA - 0,25 - 2 (4);
-време за превключване, ms - не по-малко от 4 (2-4);
-К.п.д. - 99%;
-стабилизация на честотата - не ;
-продължителност на работа, min- 5 - 20;
Фирми производителки:
- APC,серии Back-UPS, Back-UPS Pro и др. (Standby);Smart-UPS, Matrix-UPS, Smart-Line, PowerSure,
PowerSure ProActive, PowerSure InterActive и др,
(Interactive);
-MGE UPS System (Merlin Gerin), серии Pulsar EL, Pulsar
ESV+ (Interactive),
3.3.2. On -Line UPS
Това са електрозахранващи системи генериращи собствено,
стабилно по амплитуда и честота напрежение. Работят на
принципа на двойното преобразуване на напрежението.
Архитектурата на On-Line UPS позволява;
-да се изключат амплитудните и честотните изкривявания;
-да се работи с слаби и нестабилни електромрежи;
-ефективно да се потискат импулсните смущения;
-времето за превключване да се сведе до нула.
Мрежа
ТИ
АБ
И
Товар
Bypass
Фиг. 3.4.Най-обща функционална схема на On-Line UPS
-предимства : пълна защита на товара, синусоидално по форма
напрежение, нулево време на превключване и др.;
-недостатъци -висока цена, по-нисък К.П.Д.
-фирми производители:
-MGE UPS Systems, серия -Pulsar EX (700 - 4000 VA);
-POWERWARE, серия Powerware Prestige (600 - 3000 VA),
UPStation (700 - 3000 VA).
Всички On-Line UPS са снабдени с комуникационен порт с
интерфейс от типа на R- 232.
3.3.3. Интелигентни UPS.
Управлението на устройствата за непрекъснато
електрозахранване (особено, когато броят им е голям) се явява
важна съставна част на системата за захранване. Някои от
фирмите предлагат програмно осигуряване на предлаганите
системи (например фирмата Chloride Power Electronics).
Програмно управляемите UPS се наричат интелектуални. Тези
устройства могат да регистрират събития, непрекъснато да
контролират качеството на енергоснабдяването, да съобщават за
състоянието на батериите и да изпълняват други диагностични
функции.
Документ
Категория
Презентации
Просмотров
28
Размер файла
139 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа