/
Автор: Частоедов Л.А. Фельдман А.Б.
Теги: электроника механика электропитание железнодорожный транспорт
Год: 1986
Похожие
Текст
А.Б.Фелъдман, Л.А.Частоедов
ЭЛЕКТРО
ПИТАНИЕ
УСТРОЙСТВ
СВЯЗИ
• - BhBhИ^НHSbИЯЯ1 * ° ‘
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО
ТРАНСПОРТА
Издательство «Транспорт»
А. Б. ФЕЛЬДМАН, Л. А. ЧАСТОЕДОВ
ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ
УСТРОЙСТВ СВЯЗИ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО
ТРАНСПОРТА
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ,
ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Утверждено
Главным управлением
учебными заведениями МПС
в качестве учебника для техникумов
МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1986
УДК fifthВМ - Ml .‘HI 6(O7fi.:i2)
Фельдман А. Б., Частоедов Л. А. Электропитание устройств
гаи hi железнодорожного транспорта: — Учебник для техникумов.
2 г изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1986. 215 с.
Описаны отдельные электротехнические устройства (аккумуля-
торы, электрические машины, выпрямители, полупроводниковые пре-
образователи и т. д.), принципы их действия, параметры и области
Применения, а также комплектные установки, предназначенные для
электропитания устройств проводной связи железнодорожного тран-
спорта, приведены рациональные способы электропитания и резер-
вирования энергоснабжения узлов связи.
1-е издание вышло в 1980 г.
Для учащихся техникумов железнодорожного транспорта, а
также может быть использована инженерно-техническими работни-
ками, занимающимися вопросами электропитания устройств транс-
портной связи.
Рис. 146, табл. 15.
Книгу написали: канд. техн, наук А. Б. Фельдман — вве-
дение, главы XI—XVI, канд. техн, наук Л. А. Частоедов — главы
I X.
Р е ц с к з с н т: В. И. Смирнова
Заведующий редакцией: В. П. Репнева
Р с д в к т о р: И. И. Тумаркина
_ 3602040000-022 t
Ф —---------------- 145-86
@) Издательство «Транспорт», 1986
049(01)-86
ВВЕДЕНИЕ
Четкая и бесперебойная работа аппаратуры транспортной связи
зависит от надежности действия устройств электропитания и точного
соблюдения заданных режимов работы источников тока. Поэтому во-
просы обеспечения правильного электропитания современной аппа-
ратуры связи имеют большое значение и часто являются определяю-
щими при разработке и проектировании нового оборудования устройств
связи и новых методов его эксплуатации.
В некоторых случаях схемы и конструкции технического оборудо-
вания могут быть значительно улучшены и стоимость их снижена при
выборе более экономичного и рационального способа электропитания.
Так, разработки и последующее усовершенствование способа дистан-
ционного питания устройств дальней связи позволили создать эконо-
мичные многоканальные системы уплотнения воздушных и кабельных
линий связи с расположением малогабаритных усилительных пунктов
прямо в земле, в специальных герметических контейнерах.
Для питания современных устройств связи созданы специальные
электропитающие установки, обеспечивающие указанные устройства
электроэнергией при заданных напряжениях и токах. Развитие и со-
вершенствование этих установок проходило параллельно с развитием
питаемых устройств.
До 1917 г. устройства связи на железных дорогах нашей страны
были очень простыми. Для их электропитания применялись гальвани-
ческие элементы типов Лекланше и Мейдингера, имевшие очень не-
большие напряжения и мощности.
После Великой Октябрьской социалистической революции нача-
лось быстрое развитие устройств связи на дорогах. В этот период
вводятся новые телефонные станции системы ЦБ, многократные те-
леграфные аппараты Бодо. Для электропитания новых устройств ста-
ли широко применять аккумуляторы и зарядные двигатель-генера-
торы.
В 30-е годы на транспорте начинается широкое внедрение автомати-
ческого оборудования. Старые телефонные станции ручного обслужи-
вания заменяются автоматическими станциями, развивается совре-
менная дальняя связь, основывающаяся на широком использовании
многоканальных ВЧ систем передачи. Такое техническое оборудование
потребовало более совершенных способов электропитания, в резуль-
тате чего на транспорте началось внедрение полупроводниковых вы-
прямительных устройств вместо неудобных в эксплуатации двшатсль-
генераторов. Новые выпрямительные устройства позволили применить
и более совершенные буферные режимы работы аккумуляторных ба-
тарей, а также прогрессивные способы безаккумуляторного питания.
В настоящее время на транспорте проводится дальнейшее совер-
шенствование способов электропитания устройств связи, в котором
можно отметить следующие главные направления: уменьшение числа
аккумуляторных батарей в электропитающих установках и снижение
их емкости; повышение стабильности напряжений электропитающих
установок и обеспечение бесперебойности их действия; автоматизация
действия электропитающих установок; повышение роли дистанцион-
ного питания в устройствах дальней связи; повышение надежности и
экономичности, а также улучшение коэффициента мощности.
Глава I
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
§ 1. Принцип работы генератора
Электрическими генераторами называют машины, преобразующие
механическую энергию в электрическую. Они применяются для пита-
ния различных приемников, в том числе и устройств связи железно-
дорожного транспорта. Генераторы могут быть постоянного и перемен-
ного токов. Последние выполняются трехфазными и однофазными.
Работа генератора основана на явлении электромагнитной индукции.
Это явление заключается в том, что в проводнике, который при движе-
нии в магнитном поле пересекает его силовые линии, возбуждается
электродвижущая сила. Направление индуцированной э. д. с. опре-
деляется правилом правой руки.
Процесс преобразования механической энергии в электрическую
поясним на простейшей принципиальной схеме генератора постоянно-
го тока (рис. 1, а). На поверхности стального якоря уложен виток изо-
лированного провода абвг. Концы витка присоединены к двум медным
полукольцам (пластинам) 1 и 2, которые закреплены на валу якоря и
тщательно изолированы друг от друга. Пластины 1 и 2 образуют про-
стейший коллектор машины. На коллектор опираются неподвижные
щетки А и Б, к которым подключен приемник энергии сопротивлением
г. От северного полюса генератора N к южному S через воздушные за-
зоры и стальной якорь замыкается магнитный поток Ф. При равномер-
ном вращении якоря стороны витка аб и вг пересекают магнитные си-
ловые линии, поэтому в них индуцируются э. д. с. ех и е2, изменяющие-
ся по синусоидальному закону. По такому же закону изменяется пол-
ная э. д. с. витка е = eY + е2 = Ет sin <о/.
Э. д. с. становится максимальной, когда проводники аб и вг нахо-
дятся под серединами полюсов, и принимает нулевое значение, когда
эти же проводники попадают на нейтральную плоскость, где они не
пересекают магнитных линий поля. Ясно, что в двухполюсной машине
одному обороту якоря в магнитном поле соответствует полный цикл из-
менения э. д. с. (рис. 2, а). Причем за первую половину оборота, когда
э. д. с. е имеет положительный знак, щетка А касается первой пласти-
ны коллектора, а щетка Б — второй пластины (см. рис. 1, а). За вторую
половину оборота при отрицательном знаке э. д. с. щетка А касается
второй пластины коллектора, а щетка Б — первой пластины (см.
рис. 1, б). Переключение каждой щетки с одной пластины на другую
происходит в момент прохождения витка через нейтральную плоскость,
когда э. д. с. витка равна нулю. Таким образом, за счет вращения якоря
5
в постоянном магнитном поле в витке абвг получают синусоидальную
э. д. с.
Чтобы от данной машины получить постоянное напряжение и ток,
в ее конструкцию внесен коллектор (коммутатор), предназначенный
для выпрямления тока. Рассмотрим подробнее работу этой части гене-
ратора. Для этого определим полярность напряжения на щетках Л и
Б за обе половины оборота якоря. Пользуясь правилом правой руки,
легко установить, что за первую половину оборота (см. рис. 1, а) э. д. с.
е± направлена от точки а к точке б, а э. д. с. е2 — от точки в к точке г.
Обе э. д. с. в замкнутом контуре направлены по ходу стрелки часов и
создают ток Z, направленный от коллекторной пластины 1 через щет-
ку Л, приемник энергии г к щетке Б и коллекторной пластине 2. Сле-
довательно, пластина коллектора 1 и щетка Д, от которых ток отводит-
ся во внешнюю цепь, имеют положительный потенциал, а пластина
коллектора 2 и щетка Б, через которые ток обратно поступает в гене-
ратор, — отрицательный.
На рис. 1, б показано положение якоря для момента времени /2
второй половины оборота якоря, когда э. д. с. е имеет отрицательный
знак. Полярность на пластинах коллектора здесь противоположна по-
лярности, указанной на рис. 1, а. Пластина коллектора 1 имеет отри-
цательный потенциал. Такой же потенциал имеет щетка Б, соприка-
сающаяся с этой пластиной. Пластина коллектора 2 имеет положитель-
ный потенциал, который передается щетке А.
Нетрудно заметить, что полярность напряжения на щетках А и Б
и направление тока i во внешней цепи одинаковы за обе половины обо-
рота якоря генератора. Щетка А все время имеет положительный по-
тенциал, а щетка Б — отрицательный. Объясняется это тем, что при
смене полярности происходит переключение коллекторных пластин.
Щетка А касается то одной, то другой пластины коллектора в те проме-
жутки времени, когда они имеют положительный потенциал (+). При
обратной полярности эти же пластины касаются щетки Б. На рис. 2, б
представлены графики выпрямленного напряжения и и тока i рассмот-
ренного генератора.
Большое изменение значения (пульсация) полученного тока не по-
зволяет использовать его для работы многих приемников энергии. Осо-
Рис. 1. Простейший генератор по-
стоянного тока
Рис. 2. Временные диаграммы э. д. с.,
напряжения и тока генератора
6
Рис. 3. Кольцевой якорь генератора постоянного тока
бенно чувствительна к пульсации тока аппаратура связи. Даже при
незначительном ее значении в каналах связи возникают помехи и ис-
кажения. Поэтому пульсацию выпрямленного тока необходимо сни-
зить. Для этого увеличивают число витков обмотки якоря и количество
пластин коллектора.
Действие многопластинчатого коллектора покажем на примере
кольцевого якоря (рис. 3, а), имеющего в поперечном сечении форму
кольца. На якорь спиралью намотана обмотка. В данном случае об-
мотка состоит из шести витков и соединяется с коллектором, имеющим
шесть коллекторных пластин. Первый виток обмотки якоря содержит
проводники 1—Г, второй 2—2', а последний — шестой — 6—6'. Про-
водник 6' последнего витка соединяется с проводником 1 первого витка.
Поэтому обмотка якоря замкнута.
Проводники витков Л 2, 3, ..., 6 на внешней цилиндрической по-
верхности кольцевого якоря пронизываются магнитным потоком ге-
нератора Ф. Они являются активной частью витков. При вращении
якоря в них возникают э. д. с. е±—eQ. Направление э. д. с. и тока в
якоре, найденное по правилу правой руки, показано на рис. 3, а. Про-
водники обмотки якоря 2', 3', ..., 6' на внутренней полости сер-
дечника якоря не пронизываются магнитным потоком полюсов. Поэто-
му в них, как и в боковых частях витков, э.д.с. не возникают. На
рис. 3, б показана развернутая схема рассматриваемой обмотки якоря.
Из этой схемы видно, что обмотка якоря между щетками А и Б разби-
вается на две параллельные ветви, по три витка в каждой. Результи-
рующая э.д.с. между щетками равна сумме э.д.с., возникающих в
витках одной параллельной ветви, т.е. е = + е2 + е3.
На рис. 3, в представлены графики э.д.с. elt е2 и е3, сдвинутые по
фазе на 60°, и кривая результирующей э. д. с. е с уменьшенной пульса-
цией. При достаточно большом числе витков э. д. с. генератора и, со-
ответственно, ток, проходящий по внешнему участку цепи, будут прак-
тически постоянными по величине. Так, при наличии в коллекторе 40
пластин колебание полученного напряжения от его среднего значения
составляет лишь 0,16%. Ниже будет показано, что машина постоянного
7
тока может работать не только в режиме генератора, но и в режим
электродвигателя, преобразуя электрическую энергию в механичес
кую. Это свойство электрических машин называется их обратимостью.
§ 2. Основные части машины постоянного тока
Машина постоянного тока состоит из статора, якоря, двух подшип-
никовых щитков и щеточного устройства.
Статор (рис. 4) служит для создания в машине постоянного магнит-
ного потока и состоит из станины 1 с ярмом 2, на котором укрепляются
основные 3 и добавочные 4 полюсы. Каждый основной полюс состоит
из сердечника, изготовленного из листовой электротехнической стали,
и катушки 5, выполненной медным изолированным проводом. Катуш-
ки всех полюсов, соединенные друг с другом последовательно, образу-
ют одну обмотку возбуждения. Ток обмотки возбуждения /в намагни-
чивает сердечники полюсов, возбуждает в машине основной магнитный
поток Ф. Путь, по которому замыкается поток Ф, проходит по сердеч-
никам основных полюсов, якорю, через воздушные зазоры и ярмо ста-
тора.
Станина машины делается из чугуна или стали, а сердечники по-
люсов и якоря — из листовой электротехнической стали. Отдельные
листы изолируют друг от друга тонким слоем лака или окиси, обра-
зующейся на поверхности стали при ее термической обработке. Бла-
годаря такому устройству уменьшаются вихревые токи, возникающие
в сердечниках при работе машины. Сердечники основных полюсов на
стороне, обращенной к якорю, имеют полюсные наконечники. За счет
большего поперечного сечения они обеспечивают нужное распределе-
ние магнитной индукции в воздушном зазоре, уменьшают сопротивле-
ние магнитной цепи.
Дополнительные полюсы устанавливаются по линиям раздела основ-
ных (главных) полюсов и состоят из сердечника и катушки 6. Сердеч-
ники дополнительных полюсов значительно уже главных и изготов-
ляются из сплошной или листовой электротехнической стали. Закреп-
Рис. 4. Статор машины постоянного
тока
Рис. 5. Якорь машины постоянного
тока
8
Рис. 6. Коллектор
Рис. 7. Щеткодержатель со щеткой.
ленные на них катушки, соединенные последовательно, образуют об-
мотку дополнительных полюсов.
Якорь машины постоянного тока (рис. 5) состоит из сердечника 1
с обмоткой 5 и коллектора 6, которые крепятся на стальном валу 3,
Для охлаждения якоря на валу машины устанавливается вентилятор
4. В современных машинах применяют барабанные якоря, обмотки
которых располагаются только на внешней поверхности сердечника.
При такой конструкции каждый виток обмотки якоря имеет две актив-
ные стороны вместо одной в кольцевом якоре.
Сердечник барабанного якоря выполняют из штампованных лис-
тов 7 электротехнической стали. Отдельные листы собирают на направ-
ляющей шпонке вала и спрессовывают при помощи нажимных шайб.
На поверхности такого сердечника образуются пазы, в которых раз-
мещают обмотку из медного изолированного провода. Для крепления
обмотки якоря используют деревянные клинья или бандажи из сталь-
ных проволок 2. Обмотка якоря электрически соединяется с коллек-
тором 6.
Коллектор служит для выпрямления переменной э. д. с. обмотки
якоря. Он состоит из клиновидных медных пластин 1 (рис. 6), которые
изолируют от закрепленной на валу втулки 3 и друг от друга микани-
товой изоляцией 2. Коллекторные пластины закрепляют на валу шай-
бой 5 и гайкой 4. После сборки коллектор обтачивают и шлифуют.
Щеточное устройство, предназначенное для соединения якоря ма-
шины с внешней цепью, состоит из щеточной траверсы, нескольких
щеткодержателей и щеток (рис. 7). Щеточная траверса крепится к
одному из подшипниковых щитов и имеет устройство, позволяющее в
определенных пределах вращать ее при установке щеток в требуемое
положение. На траверсе устанавливаются щеточные пальцы, изолиро-
ванные друг от друга и корпуса машины. На каждом пальце при помо-
щи хомутика 3 крепится щеткодержатель. Заложенная в щеткодержа-
тель щетка 1 прижимается к коллектору пружиной 2. В электрических
машинах постоянного тока применяют угольно-графитные, графитные
и медно-графитные щетки с различным сечением в зависимости от зна-
чения тока. Все щеткодержатели одного знака соединяются между со-
бой сборными шинами, а последние — с зажимами изолирующего щит-
ка. Зажимы обмоток на этом щитке принято обозначать следующими
буквами: Я1 и Я2 — обмотка якоря; Шт и Ш2 — параллельная обмот-
ка возбуждения; Cj и С2 — последовательная обмотка возбуждения;
Дг и Д2 — обмотка добавочных полюсов.
9
§ 3. Реакция якоря
В машине постоянного тока, кроме главных, устанавливаются до-
полнительные полюсы. Чтобы понять назначение и действие этих по-
люсов, необходимо изучить явление реакции якоря, возникающее в
генераторах и электродвигателях постоянного тока.
11ри нагрузке генератора в обмотке якоря появляется ток. Сердеч-
ник якоря намагничивается и становится источником дополнительно-
го магнитного потока — потока якоря Фя. Поток якоря накладывает-
ся па поток основных полюсов Ф. В результате изменяется результи-
рующее поле, появляется ряд нежелательных явлений, ухудшающих
работу электрической машины. Влияние магнитного потока якоря на
поток полюсов при нагрузке называется реакцией якоря. Для уясне-
ния действия реакции якоря воспользуемся методом наложения.
На рис. 8, а изображено магнитное поле в генераторе при отклю-
ченной нагрузке, когда по обмотке якоря ток не проходит. Перпенди-
кулярно к потоку основных полюсов через ось якоря проходит геомет-
рическая нейтраль ГН, на которой установлены щетки. На рис. 8, б
отдельно представлено поле якоря. Направление магнитных линий
этого поля легко определить по правилу буравчика. При указанном
направлении вращения якоря токи в активных проводах обмотки, рас-
положенных выше нейтрали ГН, направлены от наблюдателя за плос-
кость чертежа, а ниже нейтрали—в противоположную сторону. Из
рис. 8, б видно, что ось магнитного поля якоря перпендикулярна к оси
поля основных полюсов. На рис. 8, в представлена картина совмещен-
ного поля, когда имеется ток в обмотке возбуждения и в обмотке яко-
ря.
Поясним распределение магнитной индукции результирующего по-
ля под полюсным наконечником. Сначала рассмотрим область под на-
бегающими краями полюсов (см. рис. 8, а и б). В данном случае она
расположена под левым краем северного и правым краем южного по-
люсных наконечников. В этой области магнитные линии основных по-
люсов и намагниченного якоря направлены в разные стороны, поэтому
здесь происходит ослабление результирующего поля, т. е. снижение
Рис. 8. Магнитное поле полюсов
10
Рис. 9. Дополнительные
полюсы генератора
магнитной индукции. В противоположной
части, т. е. под сбегающими краями полюс-
ных наконечников, магнитные линии основ-
ных полюсов и якоря имеют одинаковое на-
правление. Поэтому магнитная индукция по-
ля в этой области, наоборот, увеличивается.
Таким образом, магнитная индукция ре-
зультирующего поля оказывается перерас-
пределенной, а ось результирующего потока
повернутой относительно оси полюсов у — у
на угол р (см. рис. 8, в). На этот же угол по-
вернется и нейтральная плоскость, которую
в данном случае называют физической ней-
тралью ФИ. Ниже будет показано, что такое
смещение нейтральной плоскости ухудшает
процесс, называемый коммутацией. В результате этого между щетка-
ми и вращающимся коллектором усиливается искрение, нагреваются
и преждевременно выходят из строя щетки.
Под действием реакции якоря не только меняется направление ре-
зультирующего магнитного потока, но и уменьшается его значение.
Последнее можно объяснить следующим образом. Под набегающими
краями полюсов магнитный поток Ф основных полюсов уменьшается
полем якоря на величину АФГ Под сбегающими краями полюсов этот
же поток увеличивается на ДФ2. Так как магнитная цепь машины до-
статочно насыщена, то сбегающие края полюсов подмагничиваются
незначительно и ДФ2<ДФ1. Поэтому результирующий магнитный
поток Фрез — Дфт Дф2 <; ф. Уменьшение магнитного пото-
ка снижает э. д. с. и напряжение генераторов постоянного тока, ухуд-
шает работу подключенных к ним приемников энергии. Для умень-
шения размагничивающего действия якоря на нейтральной плоскости
устанавливают дополнительные полюсы.
Дополнительные полюсы (рис. 9) создают поток Фдп, равный по
значению потоку якоря Фя, но направленный ему навстречу. При этих
условиях потоки Фдгг и Фя уравновешивают друг друга, и в машине
действует только магнитный поток Ф основных полюсов.
Магнитный поток якоря зависит от тока якоря, равного току на-
грузки I. С увеличением нагрузки поток Фя якоря возрастает, а с
уменьшением нагрузки снижается. Таким же образом должен изме-
няться и поток Фдп дополнительных полюсов. Такая автоматическая
компенсация потоков Фя и Фдп осуществляется благодаря последо-
вательному соединению обмотки дополнительных полюсов и обмотки
якоря, тщательному расчету магнитной цепи машины.
В двигателях постоянного тока в результате реакции якоря проис-
ходит смещение результирующего магнитного потока и физической
нейтрали в направлении, противоположном вращению якоря. Поэтому
при том же направлении вращения якоря дополнительные полюсы дви-
гателя должны иметь полярность, противоположную полярности до-
полнительных полюсов генератора. Из рис. 9 видно, что внутреннее
сопротивление генератора складывается из сопротивления обмотки
В
якоря и обмотки дополнительных полюсов. Чтобы снизить внутреннее
падение напряжения, необходимо уменьшить внутреннее сопротивле-
ние генератора. Поэтому обмотки якоря и дополнительных полюсов
имеют очень малое сопротивление.
§ 4. Коммутация тока
В процессе вращения якоря каждая секция его обмотки включает-
ся то в одну, то в другую параллельную ветвь. Переключение проис-
ходит тогда, когда стороны секции находятся на нейтрали машины.
Совокупность всех явлений, имеющих место при переключении
секции из одной параллельной ветви обмотки в другую, называется
коммутацией, а время, в течение которого происходит этот процесс,—
периодом коммутации.
Сущность коммутационного процесса в упрощенном виде поясним
при помощи рис. 16. На них показаны секции /, II и III обмотки яко-
ря, часть пластин коллектора и щетка 1Д, к которой от приемника
энергии поступает ток I. До коммутации первой секции (рис. 10, а)
щетка Щ касается пластины I коллектора. Ток I из внешней цепи,
пройдя щетку и первую коллекторную пластину, разветвляется. Одна
половина его Z/2 идет в верхнюю ветвь обмотки (по секциям I, III и
другим), а другая — в нижнюю ветвь обмотки (по секции II и другим).
После окончания процесса коммутации первой секции (рис. 10, в)
щетка Щ касается второй пластины коллектора. Ток I по-прежнему
делится на две равные части. Однако в секции /, которая переключа-
лась в нижнюю параллельную ветвь, ток 1/2 изменил направление. На
рис. 10, а он направлен против вращения часовой стрелки, а на
рис. 10, в— по ходу вращения этой стрелки. Следовательно, за время*,
равное периоду коммутации, ток в секции изменяется с 1/2 j\q —И2.
На рис. 10, б показано положение щетки Щ в середине периода комму-
тации. Изоляционная прослойка между коллекторными пластинами
1 и 2 находится посередине щетки, ток внешней цепи I делится между
параллельными ветвями обмотки поровну, секция I замкнута щеткой
Щ накоротко.
Изменение тока в короткозамкнутой секции от 1/2 до —1/2 приво-
дит к появлению в ней э. д. с. самоиндукции ер, называемой в данном
случае реактивной э. д. с. Направление реактивной э. д. с. согласно
правилу Ленца совпадает с направлением тока 1/2 в рассматриваемой
секции I до начала коммутации. Под действием реактивной э. д. с. ер
в короткозамкнутой секции (см. рис. 10, б) возникает добавочный ток
который складывается с основным током под сбегающим краем ще-
ток и вычитается под набегающим.
Увеличенная плотность тока под сбегающим краем щетки вызыва-
ет перегрев его и искрение, что может привести к порче коллектора,
щеток и машины в целом. Особенно опасен для машины круговой огонь
по коллектору. Это мощная электрическая дуга между разноименны-
ми щетками, возникающая при большом значении реактивной э. д. с.
ег.
12
— л тения кол?
in i лектора.
Рис. 10. Положение секции в процессе коммутации
Чтобы улучшить коммутацию тока, нужно устранить или ограни-
чить добавочный ток коммутации /к ер/гк, где гк — сопротивле-
ние цепи, по которой проходит ток fK.
В этом случае ток 1 будет проходить равномерно по всей поверхно-
сти щетки, и искрение на коллекторе прекратится. Для улучшения
коммутации применяют следующие способы.
1. Щетки сдвигают с нейтрали таким образом, чтобы э. д. с.
возникающая в короткозамкнутой секции от внешнего поля, была рав-
на э. д. с. ер, но направлена ей навстречу.
Тогда
Для этого в генераторах щетки следует сдвигать за геометрическую
нейтраль по направлению вращения якоря, а в двигателях — против
вращения якоря. Этот способ можно применить только при постоян-
ной нагрузке, когда физическая нейтраль занимает определенное по-
ложение.
2. В машинах устанавливают дополнительные полюсы, которые,
как и щетки, располагают по линии геометрической нейтрали. Магнит-
ное поле добавочных полюсов не только компенсирует поле якоря, но
и наводит э. д. с. в короткозамкнутой секции обмотки якоря. Бла-
годаря последовательному соединению обмотки якоря и обмотки до-
полнительных полюсов увеличение нагрузки приводит к автомати-
ческому возрастанию э. д. с. и ек, компенсирующих одна другую.
В настоящее время все машины постоянного тока снабжают дополни-
тельными полюсами.
3. Увеличивают переходное сопротивление гк за счет применения
щеток соответствующих марок. На величину гк оказывает влияние
давление на щетку, скорость по окружности коллектора, состояние
коллектора и щеток.
§ 5. Классификация генераторов постоянного тока
по способу возбуждения
Для создания в генераторах магнитного поля служат электро-
магниты, которые возбуждаются током постороннего источника или
током той же машины. В первом случае машина называется генерато-
13
ром г не зависимым во ждением, а во втором — с самовозбуждени-
ем. В пшпснмостн от способа включения обмотки возбуждения гене-
раюры с самовозбуждением делятся на генераторы с параллельным и
смешанным возбуждением. Э. д. с. генератора постоянного тока
Е -- £Фп,
гд<* /г постоянный для данной машины коэффициент;
Ф магнитный поток полюсов;
и частота вращения якоря первичного двигателя.
11рн работе генератора частоту вращения первичного двигателя
оставляют постоянной, а э.д.с. генератора регулируют изменением
магнитного потока.
Генератор с независимым возбуждением (рис. 11, а). Обмотку воз-
буждения ОВ генератора постоянного тока с независимым возбужде-
нием, регулировочный реостат РР и амперметр А подключают к акку-
муляторной батарее Б или другому постороннему источнику постоян-
ного тока.
К обмотке якоря Я подключены приемники энергии г, амперметр
Л и вольтметр V для контроля за током и напряжением. Каждый гене-
ратор предназначен для работы в режиме, который характеризуется
величинами, обозначенными на щитке машины и называемыми номи-
нальными. К ним относятся напряжение (/н, ток /и, мощность Рн =
U„l„, частота вращения пи.
Перед пуском генератора отключают приемники энергии и полно-
стью включают сопротивление регулировочного реостата РР. Запус-
тив первичный двигатель, устанавливают номинальную частоту вра-
щения и медленно уменьшают сопротивление регулировочного реоста-
та до тех пор, пока вольтметр V не покажет номинальное напряжение.
11осле этого постепенно включают нагрузку, одновременно уменьшая
14
сопротивление реостата РР, чтобы сохранить номинальное напряже-
ние, так как по мере загрузки генератора оно несколько падает. Во
время работы генератора нужно следить за тем, чтобы ток нагрузки не
превышал номинального значения.
Выключение генератора производится в последовательности, обрат-
ной его пуску. Во время работы генератора величины (/, /в, Р и п за-
висят одна от другой. Например, напряжение генератора зависит ат то-
ка возбуждения, тока нагрузки, частоты вращения якоря. Эта зави-
симость обычно дается кривыми, носящими название характеристик.
Характеристика холостого хода (рис. 11,6)
выражает зависимость э. д. с. генератора £ от тока в обмотке возбуж-
дения Iв при постоянной частоте вращения генератора и выключенной
нагрузке, т. е. £ — f (7В) при п const и I 0.
При разомкнутой цепи возбуждения (/в — 0) в обмотке якоря ин-
дуктируется небольшая э.д.с. (10—15 В), обусловленная остаточ-
ным магнетизмом сердечников полюсов машины. С увеличением тока
возбуждения будут возрастать магнитное поле и э.д.с. генератора.
Затем произойдет перегиб кривой вследствие насыщения сердечников
полюсов машины. С уменьшением тока возбуждения магнитное поле
и э.д.с. генератора будут уменьшаться по кривой, лежащей несколько
выше восходящей, за счет гистерезиса. Характеристика холостого
хода определяется магнитными качествами машины. Обычно точка Л,
соответствующая номинальной э. д. с., берется на перегибе кривой.
Если бы она лежала на прямолинейном участке характеристики, на-
пряжение генератора сильно изменялось бы с изменением нагрузки, а
работа за перегибом, где э.д.с. мало зависит от тока возбуждения,
ограничивала бы возможность регулирования напряжения.
Внешняя характеристика (рис. 11, в) выражает зависимость напря-
жения генератора U от тока нагрузки I при постоянной частоте вра-
щения якоря и неизменном сопротивлении цепи возбуждения, т. е.
U f (/) при п const и гв = const. Для снятия внешней характе-
ристики нужно установить номинальную частоту вращения первично-
го двигателя и номинальное напряжение при номинальном токе в це-
пи якоря. После этого следует постепенно уменьшать ток нагрузки до
нуля, оставляя постоянными частоту вращения и сопротивление цепи
возбуждения. Характеристику строят по показаниям приборов.
С уменьшением нагрузки генератора снижается падение напряжения в
якоре /ягя и соответственно растет напряжение генератора U = £ —
— /ягя до значения U £0. По внешней характеристике определя-
ют напряжение генератора при различных нагрузках.
Изменение напряжения 100 % для генераторов с
независимым возбуждением составляет 5—10 %.
Регулировочную характеристику /в '-= / (/)
при п const и U — const (рис. 11, г) снимают так же, как и внешнюю,
но при этом напряжение генератора поддерживают постоянным.
Для этого следует уменьшать ток возбуждения /в с уменьшением
нагрузки и увеличивать его с увеличением последней. Регулировочная
характеристика показывает, каким должен быть ток возбуждения при
15
различных нагрузках генератора» чтобы его напряжение осталось не-
изменным.
Генератор с параллельным возбуждением. Схема генератора с па-
раллельным возбуждением (рис. 12, а) отличается от схемы генератора
с независимым возбуждением тем, что цепь возбуждения подключена не
к батарее аккумуляторов, а к зажимам якоря. В обмотку возбуждения
ОВ, имеющую значительное сопротивление, ответвляется небольшая
часть общего тока (1—3% номинального значения) При пуске гене-
ратора витки обмотки якоря сначала пересекают магнитные силовые
линии остаточного магнетизма полюсов машины. Вследствие этого в
обмотке якоря возбуждается небольшая э.д.с. (10—15 В), образующая
слабый ток в обмотке возбуждения. Этот ток в свою очередь усиливает
магнитное поле полюсов, т. е. число пересекаемых силовых линий. Та-
ким образом, до определенного предела возрастает э.д.с. машины, а
вслед за ней ток возбуждения.
Самовозбуждение машины может происходить в случае, если маг-
нитный поток, созданный током возбуждения, совпадает с потоком ос-
таточного магнетизма. Если генератор не самовозбуждается, следует
остановить первичный двигатель и, переключив проводники, изменить
направление тока в обмотке возбуждения. При утере остаточного маг-
нетизма обмотку возбуждения следует кратковременно подключить
к постороннему источнику постоянного тока.
Характеристики генератора с параллельным возбуждением снима-
ются так же, как и генератора с независимым возбуждением. На
рис. 12, б для сравнения представлены внешние характеристики гене-
раторов с параллельным возбуждением (кривая /) и независимым воз-
буждением (кривая 2),
С увеличением тока нагрузки / напряжение U генератора с парал-
лельным возбуждением снижается больше, чем генератора с незави-
симым возбуждением. Это объясняется тем, что ток возбуждения гене-
ратора с параллельным возбуждением /в /7/гв уменьшается с уве-
личением нагрузки пропорционально напряжению (/, тогда как у ге-
нератора с независимым возбуждением 7В --- const.
Если увеличивать нагрузку на генератор с независимым возбуж-
дением, то его ток будет непрерывно расти и при коротком замыкании
(г -- 0; U = 0) достигнет недопустимо большого значения.
Рис. 12. Схема и внешние характе-
ристики генераторов независимого и
параллельного возбуждения
16
|.
I
I
I
I
XT
Рис. 13. Схема и внешняя ха-
рактеристика генератора сме-
шанного возбуждения
I--(дJ У I
В генераторе с параллельным возбуждением ток нагрузки I — (7/г
будет увеличиваться только до критического значения /кр == (2-h2,5)/п,
Когда машина выйдет из режима магнитного насыщения, ее напряже-
ние будет снижаться быстрее, чем сопротивление нагрузки г, и ток /
начнет падать.
При коротком замыкании напряжение U и ток возбуждения /в =
— ~~ будут равны нулю. Поэтому в обмотке якоря наведется незна-
чительная э. д. с. £ост только за счет остаточного магнетизма, и ток
короткого замыкания /кз .....будет меньше номинального тока.
Генераторы с параллельным возбуждением получили широкое
распространение, так как они не требуют специального источника
постоянного тока для питания обмотки возбуждения.
Генератор со смешанным возбуждением. Генератор со смешанным
возбуждением (рис. 13, а) имеет две обмотки возбуждения: главную па-
раллельную ОВШ и дополнительную последовательную ОВС. Для
правильного действия генератора токи в обмотках должны иметь оди-
наковое направление. Чтобы снизить потерю напряжения в последова-
тельной обмотке возбуждения, ее изготовляют из провода большого
сечения.
В отличие от других генераторов постоянного тока напряжение ге-
нератора со смешанным возбуждением с увеличением тока нагрузки
от нуля до номинального значения остается почти без изменения
(рис. 13, б). Это объясняется тем, что с увеличением тока нагрузки воз-
растает магнитный поток последовательной обмотки возбуждения и
э. д. с. генератора Е КФп. В результате этого автоматически будет
скомпенсировано влияние внутреннего падения напряжения на внеш-
нее напряжение генератора.
Если машина имеет усиленную последовательную обмотку возбуж-
дения, то напряжение на ее зажимах становится выше номинального
на величину падения напряжения в токораспределительной сети. В ре-
зультате этого на зажимах приемника энергии поддерживается по-
л.апр яжен ие
17
Глава II
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
§ 6. Общие теоретические сведения
Принцип действия (рис. 14). Если обмотки возбуждения и якоря
машины постоянного тока подключить к сети с постоянным напряже-
нием U, то ток обмотки возбуждения /в намагнитит полюсные нако-
нечники, создаст в машине магнитный поток Ф. Проводники обмотки
якоря с током /я будут взаимодействовать с магнитным потоком Ф.
В результате появятся механические силы Z7, создающие вращающий
момент М, и якорь придет во вращение. Направление сил F определя-
ется по правилу левой руки. Электромагнитный момент М прямо про-
порционален току /я обмотки якоря и магнитному потоку Ф полюсов,
т. е. М = СМ/ЯФ, где См — постоянный коэффициент, зависящий от
конструкции машины.
Таким образом, электрическая машина постоянного тока может
быть использована как генератор или двигатель в зависимости от того,
какой вид энергии (механическая или электрическая) к ней подводит-
ся. При вращении якоря двигателя в его обмотке индуктируется э.д. с.
Е - ^Ф/;.
Пользуясь правилом правой руки, легко установить, что э.д.с.
в обмотке якоря двигателя направлена навстречу току, а следователь-
но, навстречу напряжению источника U. Поэтому ток в обмотке якоря
где U — напряжение, подводимое к обмотке якоря;
гя — сопротивление обмотки якоря.
Рабочий процесс двигателя протекает следующим образом. При по-
стоянной нагрузке тормозной момент на валу уравновешивается вра-
щающим, и двигатель имеет постоянную частоту вращения. С увели-
чением нагрузки, т. е. тормозного момента, частота вращения двига-
теля начнет падать. В результате этого будет снижаться противо-э.д.с.
Е и увеличиваться ток в обмотке якоря до тех пор, пока вращающий
момент не станет равным тормозному. После этого до нового изменения
нагрузки устанавливается равномерное движение якоря двигателя.
В зависимости от способа соединения обмотки якоря и обмотки воз-
буждения различают двигатели с параллельным, последовательным и
смешанным возбуждением.
Пуск в ход и направление вращения якоря электродвигателя.
В момент пуска якорь двигателя находится в покое и противо-э.д.с.
18
Рис. 14. Принцип работы электро-
двигателя постоянного тока
Рис. 15. Схема включения пускового
реостата
в нем не возникает. В результате этого по обмотке якоря проходит ток
/я Ul^ny который в 10—15 раз больше номинального тока двигателя.
Чтобы ограничить пусковой ток, последовательно с обмоткой якоря
включают пусковой реостат ПР (рис. 15). При полностью введенном
сопротивлении этого реостата пусковой ток /я =-
U
—:------ ограничи-
'я + 'пр 1
вается до полутора-двукратного значения номинального тока двига-
теля. По мере нарастания скорости пусковой реостат постепенно вы-
водят и выключают из цепи, когда двигатель разовьет полную скорость
(противо-э.д.с. достигает наибольшего значения).
Пусковые реостаты рассчитаны на кратковременное включение,
поэтому во избежание перегрева и порчи их нельзя длительно вклю-
чать в цепь якоря. Направление вращения якоря двигателя определя-
ется по правилу левой руки.
На рис. 16, а показано вращение якоря против часовой стрелки.
Если изменить направление тока в обмотке якоря (рис. 16, б) или об-
мотке возбуждения (рис. 16, в), то направление вращения двигателя
изменится на противоположное. При одновременном изменении на-
правления тока в обмотке якоря и обмотке возбуждения (рис. 16, г)
направление вращения двигателя останется прежним.
При синусоидальном напряжении на зажимах коллекторного дви-
гателя смена полярности приведет к одновременному изменению на-
правления тока в обмотке возбуждения и обмотке якоря. Поэтому за
оба полупериода вращающий момент двигателя будет направлен в од-
ну сторону. Таким образом, один и тот же коллекторный двигатель мо-
Рис. 16. Направление вращения двигателя
19
Рис. 17. Схемы включе-
ния регулировочного
реостата
жет работать от постоянного тока и перемен-
ного тока.
Регулирование частоты вращения элект-
родвигателя. Противо-э. д. с. в обмотке якоря
U________________________е
Е " ^Ф/г, а ток /я =-------. Следовательно,
гя
частота вращения якоря электродвигателя
Е __---1я.ГН.
КФ ~ КФ
В соответствии с этой формулой регулиро-
вание скорости двигателей можно производить
изменением: подводимого к двигателю напря-
жения (7, сопротивления гя (реостатом в цепи якоря), магнитного по-
тока Ф (реостатом в цепи возбуждения). Наибольшее распространение
получил более простой способ изменения магнитного потока, при кото-
ром регулировочный реостат РР включается последовательно с обмот-
кой возбуждения ОВ (рис. 17, а) или параллельно ей (рис. 17, б).
Увеличение сопротивления регулировочного реостата в первом слу-
чае влечет за собой уменьшение магнитного потока Ф и увеличение
скорости, а во втором — увеличение магнитного потока и уменьшение
скорости. Чтобы после включения двигателя его частота вращения была
наименьшей, необходимо до включения рубильника вывести регулиро-
вочный реостат в первом случае и полностью его ввести во втором.
§ 7. Классификация электродвигателей
постоянного тока по способу возбуждения
Двигатель с параллельным возбуждением (рис. 18, а). Трехзажим-
ный пусковой реостат (рис. 18, б) состоит из нескольких секций сопро-
тивлений, концы которых присоединены к неподвижным контактам
7, 2, 5, ..., 6, Для подключения цепи возбуждения служит сплошная
металлическая дуга, соединенная с зажимом В. Ручка пускового рео-
стата имеет два контакта, скользящих по контактам 1,2,3, ..., 6 и по
дуге.
Перед пуском двигателя подвижной контакт рукоятки должен ка-
саться холостого контакта К пускового реостата ПР, а регулировоч-
ный реостат РР следует вывести. После включения рубильника Р и
перевода рычага пускового реостата на первый рабочий контакт якорь
двигателя начнет вращаться. Обмотка возбуждения подключается к
питающей сети через дугу реостата, а обмотка якоря — через после-
довательно соединенные секции сопротивлений. По мере нарастания
частоты вращения ток якоря уменьшается и рычаг пускового реоста-
та переводят на контакты 2, 3, 4, 5 и 6. В положении 6 сопротивление
пускового реостата полностью выключается.
На якорь двигателя подается полное напряжение сети U. Для ос-
тановки двигателя его следует разгрузить и быстро отвести ручку пус-
кового реостата на холостой контакт. Благодаря тому, что контакт 1
20
Рис. 18. Схема и характеристики двигателя параллельного возбуждения
соединен с дугой пускового реостата, цепь возбуждения при выключе-
нии двигателя не разрывается, а замыкается на цепь якоря. В против-
ном случае на пусковом реостате возникает сильное искрение, а в об-
мотке возбуждения наводится значительное напряжение, опасное для
изоляции обмотки.
Рабочие характеристики двигателя (рис. 18, в) вы-
ражают зависимость частоты вращения /г, вращающего момента Л4,
тока / и к. п. д. т) от развиваемой двигателем полезной мощности Р2
при неизменном напряжении сети. Частота вращения якоря двигателя
При постоянном напряжении U ток возбуждения двигателя оста-
ется без изменения, но магнитный поток с увеличением нагрузки не-
сколько уменьшается из-за реакции якоря. С другой стороны, с уве-
личением нагрузки возрастает ток /я и внутреннее падение напряже-
ния /ягя.
Уменьшение магнитного потока увеличивает частоту вращения, а
увеличение падения напряжения в обмотке якоря уменьшает ее. В ис-
полненной машине обычно преобладает последняя причина, а частота
вращения двигателя с параллельным возбуждением с увеличением на-
грузки от нуля до номинальной уменьшается на 5—10 %.
Развиваемая двигателем полезная мощность
« М2лп _
2== 60 ’
Отсюда вращающий момент
2лп
21
Рис. 19. Схема и рабо
чие характеристики дви-
гателя последователь-
ного возбуждения
При постоянной частоте вращения двигателя п вращающий момент
М был бы прямо пропорционален мощности Р2 и зависимость М =
/ (Р2) имела бы вид прямой, проходящей через начало координат.
В действительности частота вращения с увеличением нагрузки несколь-
ко снижается, и машина имеет момент холостого хода Мо.
Следовательно, кривая М --= f (Р2) несколько отклоняется от пря-
мой вверх и начинается с ординаты 7И0. Увеличение тока / практичес-
ки пропорционально полезной мощности двигателя Р2, и график тока
I — f (Р2) имеет вид прямой линии. К. п. д. двигателя с увеличением
нагрузки быстро растет и достигает предельного значения (0,8—0,9)
при нагрузке, близкой к Рн/2, оставаясь в дальнейшем почти постоян-
ным. Чтобы с увеличением нагрузки частота вращения была постоян-
ной, следует уменьшить магнитный поток двигателя, что достигается
уменьшением тока возбуждения при помощи регулировочного реоста-
та.
Регулировочная характеристика выражает за-
висимость тока возбуждения /в от тока якоря /я (рис. 18, г) при посто-
янном напряжении U и частоте вращения п, т. е. /в = f (/) при U ~
= const и п = const. Эта характеристика показывает, как следует ре-
гулировать ток возбуждения, чтобы при различных нагрузках частота
вращения якоря двигателя оставалась неизменной.
На предприятиях проводной связи электродвигатели с параллель-
ным возбуждением применяются в установках гарантированного пи-
тания переменным током.
Двигатель с последовательным возбуждением (рис. 19, а). Обмот-
ка возбуждения ОВ двигателя с последовательным возбуждением,
обмотка якоря Я и пусковой реостат ПР соединяются последователь-
но. Пуск двигателя следует производить с нагрузкой, которая должна
быть не менее 20—25 % номинальной. Эта особенность двигателя вы-
текает из того, что ток возбуждения /в равен току якоря /я. При хо-
лостом ходе или малых нагрузках потребляемый ток незначителен,
следовательно, незначителен и магнитный поток Ф, а частота враще-
-/я (гя~Нгв)
КФ
22
ния достигает опасного для него значения. Во избежание «разноса»
при внезапной разгрузке для этих двигателей применяют зубчатую
передачу или непосредственное соединение вала двигателя с рабочим
механизмом.
Рабочие характеристики двигателя с последовательным возбужде-
нием представлены на рис. 19, б. Следует обратить внимание на две
особенности характеристик: 1) значительное снижение частоты вра-
щения при увеличении нагрузки; 2) резкое увеличение вращающего
момента М - СМ/ЯФ ---- СМ/ЯСМ1/Я См2/я при увеличении нагруз-
ки. В приведенной формуле CMi — коэффициент пропорциональности
магнитного потока и тока до насыщения стали; См2 СмСм1.
Свойства двигателей с последовательным возбуждением развивать
большие вращающие моменты, приблизительно пропорциональные
квадрату тока при малых скоростях двигателя, и, наоборот, малые
вращающие моменты при больших скоростях обусловливают их приме-
нение в подъемных механизмах, электровозах и тепловозах. Регулиро-
вание частоты вращения двигателя с последовательным возбуждени-
ем обычно осуществляют регулировочным реостатом, включенным па-
раллельно обмотке возбуждения. В устройствах железнодорожной
связи электродвигатели с последовательным возбуждением исполь-
зуются в телеграфной аппаратуре.
Двигатель со смешанным возбуждением. Двигатель со смешанным
возбуждением (рис. 20) имеет две обмотки возбуждения: параллель-
ную OBUI и последовательную ОВС. Обмотки возбуждения, располо-
женные на одних полюсах, имеют токи одного
ний. В первом случае магнитный поток по-
люсов Ф Фовс F Фовш, а частота враще-
ния якоря" ’ л- >'
Машины такого типа обладают свойства-
ми двигателей последовательного возбужде-
ния, но благодаря постоянному магнитному
потоку параллельной обмотки возбуждения
они не подвергаются опасности разноса при
малых нагрузках и холостом ходе.
При встречном соединении обмоток воз-
буждения магнитный поток полюсов Ф ---=
= Фовш — ФОвс, а частота вращения якоря
U Bl (гя + говс)
п —--------------- .
К (Фовш--Фовс)
Двигатели такого типа обладают постоян-
ной скоростью, так как с увеличением на-
грузки возрастающий магнитный поток вспо-
могательной последовательной обмотки Фовс
несколько размагничивает машину и компен-
сирует действие внутреннего падения на-
пряжения /я (гн + говс).
или разных направле-
ние. 20. Схема двигате-
ля смешанного возбуж-
дения
23
§ 8. Потери и к. п. д. машин постоянного тока
Подводимая к электрической машине энергия не полностью прев-
ращается в полезную: часть энергии теряется в самой машине, превра-
щаясь в тепло. Чем больше энергии теряется в машине, тем больше
нагрев отдельных ее частей и ниже коэффициент полезного действия.
Различают следующие виды потерь.
Потери в меди Ры возникают в результате прохождения тока по об-
моткам машины. Мощность потерь в меди определяется по закону Джоу-
ля—Ленца Ры = 2/V, где I — ток, проходящий по обмотке машины;
г — сопротивление обмотки. Для снижения этих потерь уменьшают
сопротивление тех обмоток машины, по которым проходит ток значи-
тельной величины: обмотка якоря, последовательная обмотка возбуж-
дения, обмотка дополнительных полюсов. Для уменьшения тока па-
раллельной обмотки возбуждения ее сопротивление увеличивают.
Потери в стали Рст возникают в результате перемагничивания яко-
ря машины (потери на гистерезис) и появления в нем вихревых токов.
Для уменьшения потерь в стали якорь электрической машины соби-
рается из тонких изолированных друг от друга листов мягкой стали.
Потери на трение Ртр складываются из потерь от трения в подшип-
никах, трения щеток о коллектор и трения вращающихся частей о воз-
дух. В современных машинах применяют шариковые или роликовые
подшипники, в которых потери на трение составляют не более 1% по-
терь в подшипниках скольжения.
Коэффициент полезного действия машины постоянного тока пред-
ставляет собой отношение полезной мощности машины Р2 к подводи-
мой Pj, т. е. т] или т| = 100 %.
Полезная мощность генератора Р2 = UI, где U — напряжение на
зажимах генератора; / — ток, отдаваемый генератором в сеть.
Следовательно, к. п. д. генератора
inn о/ ^100%
т) —-- 100 % —---------------- •
1 Pi Рг + Рм + Рст + Р-гр ‘
Электрическая мощность двигателя Рг — (7/, где U — подводимое
напряжение; I — потребляемый ток. В этом случае
Т) = Ь- 100 % = Р1-Р.у-Рст-Р.тр . 100 %
Pl Р1
Из кривых, приведенных па рис. 18, в и 19, б видно, что макси-
мум к. п. д. (75—90 %) соответствует нагрузке, равной 75—100 % но-
минальной мощности машины.
24
Глава III
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРАНСФОРМАТОРАХ
§ 9. Принцип действия и устройство
однофазного трансформатора
Трансформатором называется статический электромагнитный ап-
парат, предназначенный для преобразования переменного тока одно-
го напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напря-
жения. Трансформаторы широко применяются в устройствах провод-
ной связи. Они входят в состав выпрямительных устройств, различных
преобразователей, стабилизаторов и регуляторов переменных напря-
жений и т. д. Различают однофазные и трехфазные трансформаторы.
Простейший однофазный трансформатор (рис. 21) состоит из замк-
нутого стального сердечника 1 и двух магнитосвязанных обмоток 2
и 3. Обмотка 2, соединенная с источником электроэнергии, называется
первичной и обозначается соответствующими буквами с индексом /.
Обмотка 3, соединенная с потребителем энергии Z, называется вторич-
ной. При буквенном обозначении величин, относящихся к этой обмот-
ке, ставится индекс 2. Под действием переменного напряжения (7Х в
первичной обмотке с числом витков wr возникает ток Намагничи-
вающая сила тока первичной обмотки возбуждает в сердечнике
трансформатора переменный магнитный поток Ф = Фт sin со/. Этим
потоком в первичной обмотке наводится э. д. с. самоиндукции Ег ==
== 4,44МФШ, а во вторичной обмотке э.д.с. взаимоиндукции Е2 —
4,44/йУ2Ф7Н.
Поэтому на зажимах вторичной обмотки возникает переменное на-
пряжение (72, а приемник энергии получает ток /2 — Таким об-
разом, со стороны вторичной обмотки трансформатор является источ-
ником электрической энергии, а со стороны первичной обмотки —
потребителем этой энергии.
Отношение действующих значений э.д.с., равное отношению чи-
сел витков обмотки, называется коэффициентом трансформации
t Et 4,44/шгФт
к —---_-----------=----.
Е2 4,44fw2<&m w2
В трансформаторах, понижающих напряжение, и коэф-
фициент трансформации k> 1. В трансформаторах, повышающих на-
пряжение, а коэффициент трансформации k<Z 1. Обмотка
трансформатора, которая рассчитана на большее напряжение, назы-
вается обмоткой высшего напряжения (ВН). Другая обмотка, на за-
25
жимах которой действует меньшее напряже-
ние, называется обмоткой низшего напряже-
ния (НН).
Электрическая энергия в трансформаторе
преобразуется с незначительными потерями,
а подводимая к трансформатору полная мощ-
ность Sj UJx приблизительно равна от-
даваемой мощности S2 (72/2. Поэтому с
увеличением напряжения 1/2 соответственно
снижается ток 12. Таким образом, обмотка
низшего напряжения должна иметь меньшее
число витков и большее сечение соответ-
ственно большему значению проходящего по
ней тока, а обмотка высшего напряжения —
большее число витков меньшего сечения.
Рис. 21. Принципиаль-
ная схема трансформа-
тора
Основными частями трансформаторов являются: сердечник, по ко-
торому замыкается магнитный поток; обмотки высшего и низшего на-
пряжения; бак с маслом (если трансформатор имеет масляное охлаж-
дение); выводные изоляторы. Сердечник трансформатора для умень-
шения нагрева от вихревых токов набирают из листов трансформатор-
ной стали толщиной до 0,5 мм, которые изолируют один от другого ла-
ком или пленкой окиси.
По конструкции сердечника трансформаторы разделяются на стерж-
невые, броневые, тороидальные и ленточные разрезные.
Сердечник однофазного стержневого трансформатора имеет два
стержня 5 (рис. 22), на которых размещаются обмотки, и два ярма 4,
замыкающих магнитную цепь. Такие сердечники собирают обычно из
Г-образных пластин. Каждую обмотку стержневого трансформатора
размещают на двух стержнях магнитопровода. Обе половины одной и
той же обмотки соединяют так, чтобы их намагничивающие силы скла-
дывались. На каждый стержень сердечника надевают изоляционные
гильзы. Ближе к стальному стержню размещают обмотку низшего
напряжения /, так как ее легче изолировать от стержня 5. Обмотка
высшего напряжения 3 отделяется от обмотки низшего напряжения
изоляцией 2.
Сердечники броневых трансформаторов с тремя стержнями соби-
рают из штампованных пластин Ш-образной формы (рис. 23). Обмотки
/2 J
Рис. 22. Сердечник и обмотки одно-
фазного стержневого трансформато-
ра
Рис. 23. Броневой трансформатор:
1 — ярмо; 2 — обмотка низшего напряже-
ния; 3 — изоляция; 4 — обмотка высшего
напряжения; 5 — стержень сердечника
26
Рис. 25. Трансформатор с ленточным
разрезным сердечником
Рис. 24. Тороидальный трансформа-
тор
трансформатора размещаются на среднем стержне. Магнитный поток
из среднего стержня разветвляется на крайние стержни через ярмо 1.
В броневых сердечниках по сравнению со стержневыми уменьшается
магнитный поток рассеяния, а следовательно, и индуктивное влияние
трансформатора на соседние электрические цепи. Поэтому броневые
трансформаторы широко применяются в тех устройствах связи, где
такое влияние должно быть сведено до минимума. Уменьшение потока
рассеяния позволяет также снизить внутренние потери энергии и улуч-
шить характеристики трансформаторов.
Тороидальные сердечники применяются в маломощных трансфор-
маторах (рис. 24), чаще всего рассчитанных для работы на повышен-
ных частотах. Они выполняются из стали специальных марок в виде
пластин или лент толщиной от 0,2 до 0,08 мм. На рис. 25 показана кон-
струкция Ш-образного ленточного сердечника и расположение на нем
обмоток. Ярмо и стержни стержневого и броневого сердечников в по-
перечном сечении имеют форму прямоугольника, квадрата или ступен-
чатого многоугольника, вписанного' в круг. Обмотки трансформатора
для уменьшения активного сопротивления выполняются из медного
провода и обычно имеют цилиндрическую форму.
Для уменьшения потерь на рассеивание и лучшего отвода теплоты
обмотки мощных трансформаторов выполняют в виде дисковых кату-
шек, между которыми оставляют вентиляционные каналы. При дис-
ковой системе катушки высшего напряжения и катушки низшего на-
пряжения чередуются между собой. Трансформаторы небольшой мощ-
ности имеют естественное воздушное охлаждение. Такие трансформа-
торы называют сухими.
Трансформаторы значительной мощности, как правило, имеют мас-
ляное охлаждение. У этих трансформаторов сердечник с обмотками
помещается в стальной бак с минеральным трансформаторным маслом,
которое имеет высокие изоляционные свойства и хорошую теплопро-
27
водность. Слои масла от сердечника и обмоток перемещаются к стен-
кам бака и передают им тепло, которое рассеивается в воздухе. Для
увеличения поверхности охлаждения в мощных трансформаторах при-
меняют трубчатые баки.
§10. Трехфазный трансформатор
Сердечник 1 с обмотками 2 трехфазного трансформатора с масляным
охлаждением (рис. 26) помещен в трубчатый бак 3, заполненный мине-
ральным маслом. На верхней крышке бака расположены выводы об-
моток высшего 8 и низшего 9 напряжений, изолированные от крышки
бака проходными изоляторами. Минеральным маслом бак заполняется
через кран 10. При необходимости масло можно слить из бака при по-
мощи крана 4. Объем масла в баке трансформатора меняется во время
его работы. С возрастанием нагрузки повышается температура обмо-
ток и сердечника трансформатора, а значит и минерального масла.
Масло при этом расширяется и его объем увеличивается. С уменьше-
нием нагрузки температура и объем масла уменьшаются. Поэтому в
некоторых трансформаторах бак заливают маслом не полностью: под
его крышкой оставляют достаточное воздушное пространство для рас-
ширения масла.
Однако в таких трансформаторах масло плохо защищено от воздей-
ствия влажного воздуха, который проникает в бак из окружающей сре-
Рис. 26. Устройство трехфазного силового
трансформатора
Рис. 27. Размещение обмоток
на сердечнике трехфазного
трансформатора
28
Рис. 28. Соединение обмоток по схеме Y/Y—О и векторные диаграммы напряже-
ний
ды. По всей поверхности слой гигроскопичного масла окисляется
кислородом воздуха и насыщается влагой. В результате резко умень-
шается электрическая прочность масла, сокращается срок его дейст-
вия. Чтобы защитить масло от соприкосновения с воздухом, мощные
трансформаторы снабжаются расширителем 6. Это дополнительный
резервуар в форме цилиндра, который соединяется с баком трансфор-
матора трубопроводом. Масло заполняет весь бак и часть расширите-
ля. Масло в расширителе имеет более низкую температуру, чем в ба-
ке, и соприкасается с воздухом меньшей поверхностью. Поэтому оно
меньше окисляется и дольше сохраняет свои изоляционные свойства.
Расширитель снабжается указателем уровня масла, грязеотстойником
с краном для удаления влаги и осадков и трубкой для всасывания и
вытеснения воздуха.
При работе трансформатора внутри бака могут образоваться газы.
Для предупреждения деформации бака от выделяющихся газов транс-
форматоры большой мощности снабжаются выхлопной трубой 7 и га-
зовым реле 5. Выхлопная труба снабжается специальной мембраной.
При большом скоплении газы выдавливают ее и выходят наружу. Га-
зовое реле автоматически отключает трансформатор от источника
электроэнергии при значительном выделении газов.
На трехстержневом сердечнике трансформатора (рис. 27) размеща-
ются обмотки высшего и низшего напряжений. Начала обмоток выс-
шего напряжения обозначаются буквами Л, В, С, концы — X, Y, Z.
Аналогично, но малыми буквами обозначаются обмотки низшего на-,
пряжения: начала обмоток — а, Ь, с, концы — х, у, г.
На каждом стержне сердечника размещают обмотки высшего и низ-
шего напряжений, принадлежащие одной фазе. Фазовые обмотки одно-
го напряжения соединяются звездой или треугольником. В соответст-
вии с этим приняты следующие стандартные группы соединения об-
моток трехфазных трансформаторов: звезда/звезда с выведенной ну-
левой точкой (Y/Y— 0); звезда/треугольник (Y/A— 11); звезда с
выведенной нулевой точкой — треугольник (Y/A—11); треугольник/
звезда с выведенной нулевой точкой (A/Y — 11). Рассмотрим первую
стандартную группу.
Обмотки первой фазы А-Х и а-х наматываются в одном направле-
нии (рис. 28, а). Поэтому напряжения Ua и Ua этих обмоток совпадают
29
по фазе. По этой же причине совпадают по фазе напряжения (7В и (76,
а также напряжения Uc и Uc. При указанном соединении обмоток
совпадут по фазе и соответствующие линейные напряжения: Uab и
Uab, Uвс и Ubc,UcA и Uca (рис. 28, б). Отсутствие углового смеще-
ния между одноименными линейными напряжениями обмоток высше-
го и низшего напряжений отражается в названии этой группы (нуле-
вая).
Название группы зависит от разности фаз между указанными ли-
нейными напряжениями и определяется при помощи циферблата ча-
сов. Для этого минутную стрелку часов условно принимают за вектор
высшего линейного напряжения и устанавливают на число 12. Часовую
стрелку совмещают с вектором линейного низшего напряжения. На
циферблате часов эта стрелка установится против числа, которое и оп-
ределит группу трансформатора. В рассматриваемом способе соедине-
ния линейное высшее напряжение совпадает по фазе с линейным низ-
шим напряжением. Поэтому часовая стрелка, как и минутная, устано-
вится против числа 12. Такая группа соединения обмоток называется
нулевой (нуль часов).
Во второй стандартной схеме (Y/A — 11) первичные обмотки сое-
диняются звездой, а вторичные — треугольником (рис. 29, а). Фазные
напряжения обмоток высшего напряжения совпадают по фазе с соот-
ветствующими фазными напряжениями обмоток низшего напряжения
(рис. 29, б). Однако линейные напряжения этих обмоток окажутся
сдвинутыми по фазе. Вектор низшего линейного напряжения Uab об-
разует с вектором высшего линейного напряжения Uab угол 330°.
Если минутную стрелку часов совместить с вектором напряжения Uab
и установить на число 12, то часовая стрелка, совмещенная с вектором
напряжения Uab, установится на числе 11. Следовательно, трансфор-
матор с таким соединением обмоток относится к 11-й группе.
Из изложенного следует, что группа трансформатора выражает уг-
ловое смещение между линейными высшим и низшим напряжениями
в условных единицах, равных 30°. В группе 0 это смещение равно 0°,
в группе 11 — 330°. На щитке трехфазного трансформатора указыва-
ется: схема и группа соединения обмоток; номинальные высшее и низ-
шее напряжения (В или кВ); номинальная полная мощность (В • А
Рис. 29. Соединение обмоток по схеме Y/A—11 и векторные диаграммы напря-
жений
30
или кВ • Л); линейные токи при номинальной мощности (А или кА);
частота и способ охлаждения.
Если два трансформатора имеют одинаковые номинальные данные
и одинаковую группу для увеличения тока, их можно включать на па-
раллельную работу. Вторичные напряжения таких трансформаторов
будут смещены относительно первичного напряжения на один и тот же
угол. В результате этого вторичная э.д.с. одного трансформатора в
любой момент времени будет равна вторичной э.д.с. другого. Если
трансформаторы имеют разные группы, то их вторичные напряжения
не будут совпадать по фазе. Так, если один трансформатор имеет
группу 0, а другой — группу 11, их вторичные напряжения будут
сдвинуты на угол 30°. При параллельном включении между такими
трансформаторами возникнут уравнительные токи, которые разрушат
их обмотки.
Трехфазные трансформаторы применяются на трансформаторных
подстанциях, в мощных выпрямительных устройствах, питающих раз-
личную аппаратуру связи.
§ 11. Режимы работы и к. п. д. трансформатора
Режим холостого хода. К первичной обмотке трансформатора под-
ведено номинальное напряжение Ur (рис. 30, а), вторичная обмотка
разомкнута. Ток холостого хода трансформатора /0 составляет несколь-
ко процентов номинального первичного тока и создает переменный маг-
нитный поток, большая часть которого Ф замыкается по стали сердеч-
ника и пронизывает витки обеих обмоток трансформатора. Небольшая
часть магнитных силовых линий замыкается только вокруг витков пер-
вичной обмотки и образует магнитный поток рассеяния Фр1.
Рабочий магнитный поток Ф из-за потерь в стали будет отставать
от намагничивающего тока на угол потерь а, а поток рассеяния Фр1
будет совпадать по фазе с током холостого хода /0.
Действующие значения э.д.с., индуктируемых в обмотках транс-
форматора рабочим магнитным потоком, определяют по формулам:
Ех 4,44/ш1Фгп; Е2 = 4,44/ш2Фт,
где — число витков первичной и вторичной обмоток;
Фт — амплитуда рабочего магнитного потока*,
f — частота переменного тока.
Э.д.с. Ех и Е2, совпадающие по фазе, отстают от магнитного пото-
ка Ф на угол 90°.
Подводимое к первичной обмотке трансформатора напряжение (/х
состоит из трех составляющих: 1) напряжение U{ = —£\, которое
уравновешивает э.д.с. 2) падение напряжения на активном сопро-
тивлении первичной обмотки Ual=^ /огх, совпадающего по фазе с током
/0; 3) падение напряжения на индуктивном сопротивлении первичной
обмотки Ul\ — /0*г, которое уравновешивает э. д. с. Ер1, наводимую
магнитным потоком рассеивания, и опережает ток /0 на 90°. После
геометрического сложения этих составляющих получим вектор пер-
вичного напряжения
31
Из векторной диаграммы видно, что небольшой ток холостого хода
трансформатора /0 отстает от подводимого напряжения на угол <р1х,
близкий к 90° ( cos ср1х 0,1). При небольшом токе /0 внутреннее па-
дение напряжения практически равно нулю, а первичное напря-
жение U1 ~ Напряжение на вторичной обмотке U% при отклю-
ченной нагрузке равно э. д. с. £2. Поэтому по отношению напряжений
при холостом ходе можно определить коэффициент трансформации
k ~ EJE^ » U^U^. При малых значениях тока /0 и cos <р1х незначи-
тельна и активная мощность первичной обмотки Р1Х --= UJq cos ф1х.
Эта мощность расходуется в основном на нагрев сердечника трансфор-
матора.
Рабочий режим (рис. 30, б). Если к трансформатору подвести пере-
менное напряжение (7Х, а затем подключить нагрузку Z, то во вторич-
ной пепи возникает ток Ц, Магнитодвижущая сила этого тока /2ьу2
возбуждает в сердечнике некоторый магнитный поток, противополож-
ный по фазе потоку первичной обмотки. В результате уменьшается
входное сопротивление трансформатора и увеличивается до определен-
ного значения первичный ток Ц. При новом значении тока Л его маг-
нитодвижущая сила уравновешивает размагничивающее действие
вторичного тока и восстанавливает практически до прежнего значения
магнитный поток в сердечнике. Следовательно, амплитуда и характер
изменения магнитного потока не зависят от нагрузки трансформато-
ра. Поэтому магнитодвижущая сила нагруженного трансформатора,
равная геометрической сумме намагничивающих сил его обмоток, прак-
тически равна намагничивающей силе холостого хода этого трансфор-
матора + /20У2 ~ /0^1-
Разделив все члены полученного уравнения на получим урав-
нение токов
_ — \ -
Е "Е ^2 ~ /о ИЛИ /1 ” /о ' |" I Е I Л) “|“ / 2 •
aii \ /
32
Цн I
Рис. 31. Внешняя харак-
теристика трансформа-
тора
Следовательно, ток в первичной обмотке
нагруженного трансформатора равен геомет-
рической сумме двух составляющих: тока
холостого хода /0 и составляющей Г2 =
= которая уравновешивает размагни-
чивающее действие вторичного тока и назы-
вается приведенным вторичным током.
Построение векторной диаграммы нагру-
женного трансформатора начинают с вектора
рабочего магнитного потока Фж (см. рис.
30? б). Вектор тока холостого хода /0 обра-
зует с вектором потока Фгн угол потерь
а. Вектор э. д. с. и Е2 направлен по отношению к вектору
потока Фш под углом 90° в сторону отставания. Ток /2 в общем случае
не совпадает по фазе с создающей ее э. д. с. Е2. При активно-индуктив-
ной нагрузке вектор тока /2 должен быть повернут относительно век-
тора э. д. с. Е2 па угол ф2 в сторону отставания.
Вектор первичного тока Л строится сложением векторов, изобра-
жающих ток холостого хода /0 и приведенный вторичный ток /о- При-
чем вектор приведенного вторичного тока Г2 направлен противополож-
но вектору тока /2. Вектор подводимого к трансформатору напряже-
ния Ux строится геометрическим сложением трех векторов: 1) вектора
напряжения 2) вектора падения напряжения на активном
сопротивлении первичной обмотки [7а1 =- совпадающего по фазе
с током Л; 3) вектора падения напряжения на индуктивном сопротив-
лении первичной обмотки ULi == Цх^ опережающего ток IL по фазе
на угол 90°.
Наконец, строят вектор вторичного напряжения (Л. Для этого из
вектора э. д. с. Е2 вычитают вектор активного /2г2 и индуктивного 12х2
падения напряжения во вторичной обмотке. Из векторной диаграммы
нагруженного трансформатора видно, что токи 1± и /2, а также напря-
жения их и U2 сдвинуты по фазе относительно друг друга на угол,
близкий к 180°. Если увеличивать нагрузку на трансформатор от нуля
до номинальной, будут возрастать токи /2 и Л и внутренние падения
напряжения /2г2 и 12х2. В результате этого напряжение на вторичной
обмотке будет уменьшаться от U2x до £72н (рис. 31).
Процентное изменение напряжения, определяемое при номиналь-
ном токе и cos (р2 = 1, -~.Ц~р...У2н юо % в современных рас-
Рис. 32. Схемы для определения потерь в стали и меди
2 Зак. 755 33
Рис. 33. Зависимость
к. п. д. трансформатора
от нагрузки
пределительных трансформаторах состав-
ляет 2—3 %.
Трехфазный трансформатор можно заме-
нить тремя однофазными. Поэтому рассмот-
ренные выше процессы и векторная диаграм-
ма справедливы для любой фазы трехфаз-
ного трансформатора.
Потери и к. п. д. трансформатора. Отда-
ваемая трансформатором мощность Р2 меньше
подводимой, так как часть ее теряется в транс-
форматоре при работе. Потери в трансформа-
торе складываются из потерь в стали Рст и
меди Рм.
Коэффициент полезного действия трансформатора
Р2
Р2~\~РсТ~\~ Р м
ЮО %.
Для уменьшения потерь в стали на вихревые токи и гистерезис сер-
дечники трансформаторов изготовляют из листовой трансформаторной
стали, содержащей до 5 % кремния.
Потери в стали могут быть определены из опыта холостого хода
трансформатора при номинальном первичном напряжении (рис. 32, а).
При этом полезная мощность Р2 = 0, а потери в меди первичной об-
мотки из-за малого тока можно не учитывать. Следовательно, ваттметр
покажет мощность Рх ж Рст.
Мощность потерь в меди обмоток зависит от нагрузки трансформа-
тора и определяется по формуле Рм == /? Для снижения этих
потерь уменьшают активные сопротивления обмоток и г2, увеличи-
вая до определенного предела сечение медного обмоточного провода.
Потери в меди определяют из опыта короткого замыкания
(рис. 32, б), когда зажимы вторичной обмотки замкнуты накоротко,
а к первичной обмотке подведено такое пониженное напряжение (5—
6 % номинального значения), при котором в обмотках устанавливают-
ся номинальные токи. Из-за малого напряжения магнитная индукция
и потери в стали при этом будут незначительными. В этом случае ватт-
метр W покажет мощность Рк Рм. Коэффициент полезного действия
трансформатора зависит от его нагрузки (рис. 33) и достигает 98—99 %.
§ 12. Автотрансформаторы
В отличие от обычного трансформатора автотрансформатор вместо
двух изолированных обмоток имеет одну, разделенную на две части
(рис. 34). К первичной обмотке с числом витков = wab подводит-
ся напряжение [/х. Вторичной обмоткой автотрансформатора являет-
ся часть первичной с числом витков w2 = wab-
В автотрансформаторе происходят те же процессы, что и в трансфор-
маторе. Под действием синусоидального напряжения Ux в первичной
обмотке возникает переменный ток /х. Намагничивающая сила
этого тока возбуждает в сердечнике переменный магнитный поток,
34
который наводит в обмотках э. д. с. Ех и Е2.
Напряжение вторичной обмотки (72 пропорци-
онально числу витков ш2. В понижающем
трансформаторе w2 < Поэтому напряже-
ние t/2< t/i, а ток /2 > Л-
Рассмотрим распределение токов в обмот-
ках нагруженного автотрансформатора. По
виткам ш2 протекают два тока: первичный
и вторичный /2. Эти токи, как и в трансфор-
маторе (см. рис. 30, б), сдвинуты на угол, прак-
тически равный 180°. Поэтому результирую-
щий ток на этом участке 1аб = /2 — Л- Ток
второго участка обмотки 1бв =•• /г. Ясно, что
совмещенную часть обмотки, т. е. витки wab
ющего трансформатора
1аб< 1бв- Поэтому
выполняют проводом
меньшего сечения.
Благодаря этому автотрансформатор имеет меньшие размеры, мас-
су и стоимость, чем трансформатор с теми же номинальными данными.
Эти достоинства автотрансформатора возрастают с уменьшением раз-
ности 12 — 119 т. е. по мерз приближения коэффициента трансформа-
ции к единице. Поэтому автотрансформаторы выгодно применять в тех
случаях, когда требуется изменять напряжение в небольших пределах.
Общий недостаток автотрансформаторов — электрическая связь об-
моток высшего и низшего напряжений. Эта особенность не позволя-
ет использовать автотрансформаторы для преобразования очень высо-
кого напряжения в низкое (например, 6000 В в 220 В). Наличие элек-
трической связи обмоток в этом случае создает опасность для жизни
лиц, работающих с автотрансформатором.
В устройствах проводной связи применяются однофазные и трех-
фазные автотрансформаторы разлйчных типов. В том случае, когда
требуется получить несколько напряжений, вторичная обмотка имеет
несколько промежуточных выводов. Для плавного регулирования
напряжения используются автотрансформаторы, в которых число
витков вторичной обмотки и вторичное напряжение изменяются сколь-
зящим контактом.
§ 13. Дроссели насыщения
Дроссели насыщения представляют собой Ш-образный сердечник
с двумя обмотками (рис. 35). На крайних стержнях размещается об-
мотка переменного тока состоящая из двух равных частей, обыч-
но соединенных последовательно. На среднем стержне находится об-
мотка подмагничивания w_ (управляющая), подключаемая к источ-
нику постоянного напряжения. Обе части обмотки переменного тока
соединяют так, чтобы их переменные магнитные потоки Ф~, замыка-
ясь по среднему стержню, были направлены встречно. Благодаря это-
му они взаимно компенсируются и в обмотке подмагничивания не воз-
никает переменная э. д. с.
Магнитный поток обмотки подмагничивания Ф_ разветвляется
на две равные части и замыкается по крайним стержням. Следователь-
2* 35
о о.
Рис. 35. Схема дросселя
насыщения
но, результирующий магнитный поток в край-
них стержнях сердечника дросселя имеет две
составляющие: постоянную, которая создается
током обмотки подмагничивания и пере-
менную, которая создается перемен нььм то-
ком 1~.
Магнитодвижущая сила выбирается
с таким расчетом, чтобы при отсутствии тока
подмагничивания крайние стержни дросселя
находились в режиме насыщения. Поэтому с
увеличением тока подмагничивания а сле^
довательно, и потока Ф_ снижается перемен-
ный магнитный поток Ф~ в сердечнике дрос-
селя. В результате уменьшается индуктив-
ность j--------- оомотки переменного гока и ее индуктивное со-
противление xL 2n/L.
Наоборот, с уменьшением тока подмагничивания /_ индуктивное
сопротивление Хь обмотки переменного тока увеличивается. Таким об-
разом, изменением тока подмагничивания /_ можно в достаточно ши-
роких пределах регулировать реактивное сопротивление дросселя на-
сыщения %£. Дроссели насыщения широко применяются для автома-
тического регулирования напряжения в выпрямителях связи.
Трехфазный дроссель насыщения состоит из шести замкнутых сер-
дечников с обмотками (рис. 36). Обмотки переменного тока 1 и 2
включаются в первую фазу, 3 и 4 — во вторую фазу, 5 и 6 — в третью
фазу. Обмотка подмагничивания охватывает стержни всех сердечни-
ков и является общей для всех трех фаз цепи.
Рис. 36. Конструкция и схема включения трехфазного дросселя насыщения
При повышении тока подмагничивания индуктивное сопротивление
трех обмоток переменного тока уменьшается, а при его уменьшении —
увеличивается. В современных автоматизированных выпрямительных
устройствах связи применяются трехфазные дроссели насыщения с
несколькими обмотками подмагничивания.
36
Глава IV
АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
И СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
§14- Трехфазный асинхронный электродвигатель
с короткозамкнутым ротором
Устройство. Асинхронные электродвигатели преобразуют электри-
ческую энергию трехфазного или однофазного переменного тока в ме-
ханическую энергию. На предприятиях связи применяются асинхрон-
ные двигатели трехфазного переменного тока с короткозамкнутым ро-
тором и однофазные.
Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
состоит из статора /, ротора 2 и боковых крышек 3 и 4 (рис. 37, а). Ста-
тор двигателя собирается из отдельных стальных штампованных плас-
тин толщиной 0,35—0,5 мм, которые собираются отдельными пакетами
(рис. 37, б). Пластины изолируются друг от друга слоем лака, что рез-
ко снижает потери энергии на вихревые токи. Пакеты пластин укреп-
ляют в чугунной или алюминиевой станине. В пазах статора уклады-
вают проводники трехфазной обмотки. Начала (А, В, С) и концы
(х, у, z) каждой фазы обмотки выведены на щиток, укрепленный на
внешней стороне станины. Перед включением в-трехфазную сеть об-
мотки статора соединяют звездой или треугольником. На щитке двига-
теля указывается два номинальных напряжения, например, 380/220 В.
Если линейное напряжение в сети 380 В, то обмотки статора соединя-
ют звездой (рис. 38, а). При меньшем линейном напряжении (220 В)
обмотки статора соединяют треугольником (рис. 38, б).
Ротор двигателя представляет собой цилиндр, набранный из лис-
товой электротехнической стали. Обмотка ротора состоит из несколь-
ких медных стержней, соединенных на торцах кольцами, и называет-
ся «беличьим колесом» (рис. 39). В новых асинхронных электродвига-
телях короткозамкнутая обмотка образуется путем заливки пазов ро-
тора алюминием.
Принцип действия. При прохождении по обмоткам статора трех-
фазного переменного тока создается магнитное поле, вращающееся
с частотой
лх = SQf/pt
где f — частота подводимого к двигателю тока;
р— число пар полюсов, которое зависит от числа катушек.
При трех катушках вращающийся магнитный поток имеет два по-
люса (р = 1) и пг = -6(у 0 = 3000 об/мин. Если число катушек уве-
личить в 2 раза, то р = 2, а пг = = 1500 об/мин.
37
Магнитные линии поля статора пересекают обмотку ротора и в ней
возникает ток, создающий свое магнитное поле. В результате взаимо-
действия магнитных полей ротор начинает вращаться в направлении
магнитного поля статора с частотой п об/мин. Вращение ротора и поля
статора происходит с разными скоростями. В противном случае не было
бы пересечения ротора силовыми линиями магнитного поля статора,
в роторе не возникал бы ток и отсутствовал вращающий момент. Поэ-
тому рассматриваемые двигатели называют асинхронными.
Отношение разности скоростей вращающегося поля статора пх и
ротора п к скорости магнитного поля статора называется скольже-
нием
П.—п п п-1—п Л
S = —---- или S = —-----100%.
/11 nt
При пуске двигателя п = 0, a S =- 1, или 100 %. Во время холос-
того хода скольжение минимальное (1—2 %). С увеличением нагрузки
уменьшается скорость ротора и увеличивается скольжение, достигая
при номинальной нагрузке 5—6 %.
Электромагнитная связь обмоток ротора и статора аналогична
электромагнитной связи обмоток трансформатора. Поэтому с увеличе-
нием скольжения, когда линии магнитного поля статора чаще пересе-
кают ротор, возрастает ток как в обмотках ротора, так и статора.
Частота тока в обмотке ротора зависит от скольжения. При пуске
5 = 1 и /2 = = 50 Гц. С возрастанием скорости ротора п уменьша-
ется скольжение S и частота /2- При холостом ходе двигателя частота
/2 - 1-М Гц.
Свойства. Благодаря простоте устройства, дешевизне и большой
надежности в работе короткозамкнутые, асинхронные двигатели полу-
чили широкое распространение. К недостаткам таких двигателей от-
носят: значительное потребление тока в момент пуска; слабый пуско-
вой вращающий момент; потребление реактивного тока из-за индук-
тивности обмоток статора, вызывающее снижение cos ср.
При пуске двигателя магнитное поле статора с максимальной ско-
ростью пересекает неподвижный ротор и в нем наводится наибольшая
э. д. с. В результате этого ток в обмотках ротора и статора больше но-
минального в~5=г-8 раз. Пусковые токи не успевают нагреть машину до
Рис. 37. Асинхронный короткозамкнутый двигатель в разобранном виде
38
Рис. 38. Схема соединения обмоток
статора
Рис. 39. Короткозамкнутая обмотка
ротора
высокой температуры, но вызывают снижение напряжения в сети, что
отрицательно влияет на работу других потребителей, включенных в
эту же сеть.
Вращающий момент асинхронного двигателя образуется в резуль-
тате взаимодействия магнитного потока Ф статора с активной состав-
ляющей тока ротора /а2 = /2 cos 4%.
Следовательно,
М = сФ/2 cos Ч^,
где с — коэффициент, зависящий от конструкции двигателя;
Чг2 — разность фаз э. д. с. £2 и тока /2 ротора.
При пуске в короткозамкнутом роторе асинхронного двигателя воз-
никает ток наибольшей частоты f2. Поэтому индуктивное сопротивление
ротора х2 = 2nf2L2 значительно больше активного г2. Активная сос-
тавляющая тока ротора /а2 = I2cos 4% = /2 —т=== и вращающий
"v г2 -j-
момент двигателя не достигает максимальной величины.
С увеличением скорости частота тока в роторе [2 и его индуктивное
сопротивление начнут уменьшаться. Это вызовет увеличение активной
составляющей тока ротора и вращающего момента двигателя. Расчеты
показали, что вращающий момент асинхронного двигателя достигает
наибольшего значения при равенстве активного и индуктивного сопро-
тивлений ротора, т. е. при г2 --= х2. С дальнейшим увеличением ско-
рости это равенство нарушается (х2 < г2), и вращающий момент вновь
начнет уменьшаться. При скольжении S = 1 (рис. 40) двигатель раз-
вивает пусковой момент Л4П, если номинальное скольжение SH =
— 0,024-0,06, то номинальный момент равен Л4Н. Максимальный мо-
мент Л4М двигатель развивает при скольжении, называемом критичес-
ким (SKP 0,2).
В проводной связи применяются трефхазные асинхронные корот-
козамкнутые двигатели серии 4А различной мощности на номинальное
напряжение 380/220 В с синхронной частотой 1500 об/мин. Изменение
направления вращения ротора электродвигателя осуществляется пе-
ременой местами двух линейных проводов, подводящих ток к электро-
двигателю. При этом изменяется направление вращения магнитного
поля статора, а следовательно, и ротора. Асинхронные электродвига-
тели малой мощности включают в сеть переменного тока без пусковых
39
Рис. 40. Зависимость
вращающего момента
асинхронного двигате-
ля от скольжения
Рис. 41. Схема пуска
короткозамкнутого асин-
хронного двигателя пере-
ключением обмоток ста-
тора со звезды на тре-
угольник
Рис. 42. Рабочие харак-
теристики асинхронно-
го двигателя
приспособлений. При значительных мощностях (более 5 кВт) пуско-
вой ток ограничивают.
Пуск в ход. Существуют следующие способы пуска в ход коротко-
замкнутых асинхронных электродвигателей: непосредственный пуск,
пуск с переключением обмоток со звезды на треугольник и пуск при
помощи реактора.
Пуск переключением обмоток со звезды на треугольник можно при-
менять в том случае, если обмотки статора двигателя соединены тре-
угольником. Чтобы снизить пусковой ток на период пуска, обмотки
статора соединяют звездой (рис. 41). Благодаря этому напряжение на
каждой обмотке снизится в 1/3 раз, а линейный ток уменьшится в 3
раза. Когда двигатель разовьет скорость, переключают рубильник
Р2 и обмотки соединяют треугольником.
При пуске реакторами катушки последних включают последова-
тельно с обмотками статора (реактор имеет индуктивное сопротивле-
ние). Когда двигатель наберет достаточную скорость, катушки реак-
тора выключают.
Характеристики двигателя. На щитке асинхронного двигателя ука-
зываются номинальные величины: мощность Рн, напряжение (7Н, час-
тота вращения пи и к. п. д. т]н. Рабочие характеристики двигателя
(рис. 42) выражают зависимость частоты вращения /г, вращающего
момента Л4, коэффициента мощности cos ср, потребляемого тока I и
к. п. д. т] от полезной мощности двигателя Р2- Частота вращения при
неизменном напряжении асинхронного двигателя с увеличением на-
грузки уменьшается незначительно, поэтому характеристика п =
~ f (^2) слабо наклонена к оси абсцисс. Благодаря индуктивности
обмотки статора асинхронные двигатели потребляют ток /, отстающий
от напряжения на угол <р. При холостом ходе cos <р 0,2. С увели-
чением нагрузки коэффициент мощности cos ср быстро возрастает, до-
стигая при номинальной нагрузке значения 0,8—0,9. К. п. д. по мере
нагрузки двигателя увеличивается и достигает 0,8—0,9 при нагрузке,
близкой к номинальной.
40
§15. Однофазный асинхронный электродвигатель
Однофазные асинхронные двигатели, как и трехфазные, имеют ко-
роткозамкнутый ротор. Обмотка статора однофазного асинхронного
двигателя состоит из одной катушки. Ток, проходящий по этой катуш-
ке, создает пульсирующий магнитный поток, который можно разло-
жить па два вращающихся магнитных потока Фх и Ф2, имеющих оди-
наковое значение, но разное направление вращения.
Первый магнитный поток вращается (относительно неподвижного
ротора) со скоростью пг по движению часовой стрелки, а второй — с
такой же скоростью в противоположном направлении. При пуске мо-
менты М± и Л12, создаваемые каждым вращающимся потоком, равны,
но направлены в противоположные стороны. В результате пусковой
вращающий момент М = Мх— Л42 = 0. Если ротору сообщить пер-
воначальное движение, например по движению часовой стрелки, то
вращающийся в этом же направлении магнитный поток Фх будет дей-
ствовать на ротор, как и в трехфазном короткозамкнутом двигателе.
Магнитный поток Ф2, вращающийся относительно ротора в противо-
положном направлении, будет индуктировать в роторе токи большей
частоты. Индуктивное сопротивление ротора для этой частоты возрас-
тет и еще больше будет отличаться от активного сопротивления. В ре-
зультате этого вращающий момент М2 уменьшится. Результирующий
вращающий момент Л4 =- Мх — М2 будет направлен в сторону перво-
начального движения ротора.
Пусковой вращающий момент в однофазном асинхронном двига-
теле может быть получен за счет дополнительной пусковой обмотки
ПО, которая укладывается в пазах статора под углом 90° к главной
обмотке ГО (рис. 43). Ток Л главной обмотки отстает по фазе от на-
пряжения U на угол Последовательно с пусковой обмоткой вклю-
чен конденсатор С. Ток /2 опережает по фазе напряжение U на угол ср2.
Поэтому токи в обмотках сдвинуты на угол <рг + <р2 — 90°, и в маши-
не возникает вращающееся магнитное поле, которое создает пусковой
вращающий момент.
Когда двигатель наберет скорое
бильником. Кроме рассмотренных
конденсаторных двигателей, при-
меняются другие типы однофаз-
ных асинхронных двигателей (дви-
гатели с экранированными полю-
сами, с реостатным пуском и
другие).
Однофазные асинхронные дви-
гатели небольшой мощности ис-
пользуются в вентиляционных
установках предприятий связи,
проигрывателях и других уст-
ройствах.
, конденсатор С выключают ру-
Рис. 43. Схема и векторная диа-
грамма однофазного асинхронного
двигателя с конденсаторным пуском
41
§16. Синхронные генераторы
Устройство и принцип действия. Синхронный генератор состоит из
неподвижного статора 1 (рис. 44, а), на котором размещаются три об-
мотки (Д—X, В—Y, С—Z), и вращающегося ротора 2 с полюсами, на
которых расположена обмотка возбуждения ОВ. Поступающий в об-
мотку возбуждения постоянный ток намагничивает ротор, а первичный
двигатель вращает его с частотой п оборотов в минуту. При этом об-
мотки пересекаются магнитным полем и в них индуктируются пере-
менные э. д. с., сдвинутые по фазе на 120°.
Источником постоянного тока возбуждения /в является возбуди-
тель — небольшой генератор постоянного тока, мощность которого
составляет 2—3 % мощности трехфазного генератора (рис. 44, б).
Якорь возбудителя 3 и ротор синхронного генератора 6 находятся на
одном валу 1 и приводятся в движение общим двигателем. При работе
первичного двигателя ток возбуждения /в проходит от положительной
щетки возбудителя, касающейся коллектора 2, через щетку Щ1 и
кольцо 4, обмотку возбуждения синхронного генератора 7, кольцо 5,
щетку Щ2 к отрицательной щетке возбудителя.
В некоторых синхронных генераторах для создания магнитного по-
тока используется самовозбуждение. Цепь возбуждения в таких гене-
раторах подключается к обмоткам статора через специальный выпря-
митель (рис. 45). При вращении ротора в обмотках статора возникает
небольшой переменный ток за счет остаточной индукции. Этот ток вы-
прямляется и, поступая в обмотку возбуждения, усиливает магнитный
поток ротора, а следовательно, и э. д. с. генератора. Ток возбуждения,
а значит и напряжение генератора можно регулировать реостатом РР.
Вращение ротора может производиться паровой или водяной тур-
биной или двигателем внутреннего сгорания. В соответствии с этим
синхронный генератор называется турбогенератором, гидрогенерато-
ром или дизель-генератором.
Частота / вырабатываемого тока прямо пропорциональна частоте
вращения первичного двигателя п и числу пар полюсов ротора: f
--- рп!Ы). Для получения стандартной частоты f - 50 Гн следует иметь
рп 3000. Поэтому тихоходные генераторы, работающие совместно
Рис. 44. Устройство синхронного гсе^раторл
42
с водяными турбинами, имеют большое число
явно выраженных полюсов.
Генераторы с неявно выраженными полю-
сами работают совместно с паровыми турби-
нами и являются быстроходными.
В каждой обмотке статора наводится э. д. с.
Е =
где w — число витков обмотки;
Ф — магнитный поток ротора;
к — обмоточный коэффициент.
Изменение э. д. с., а следовательно, и на-
пряжения генератора производят регулиро- рис. 45. Схема синхрон-
вочным реостатом в цепи обмотки возбужде- ного генератора с само-
ния возбудителя. Если увеличить ток воз- возбуждением
буждения возбудителя, то увеличится его на-
пряжение и ток возбуждения /в синхронного генератора. В результате
этого возрастет магнитный поток Ф ротора и индуктируемая э. д. с. £.
К. п. д. синхронных генераторов большой мощности достигает
96—97 %. Синхронные генераторы серии ЕСС служат для резервно-
го питания устройств железнодорожной связи. Они входят в комплект
дизель-генераторных агрегатов ДГА, которые включаются при неис-
правности питающих трансформаторных подстанций. Линейное напря-
жение таких генераторов при соединении обмоток статора звездой рав-
но 380 В.
Синхронные генераторы применяются также в трехмашинных и
двухмашинных установках гарантированного питания устройств
связи переменным током.
В двухмашинных агрегатах используется двигатель постоянного
тока. В трехмашинных агрегатах имеются два двигателя: асинхрон-
ный двигатель трехфазного тока и двигатель постоянного тока.
Характеристики. Основными характеристиками синхронного гене-
ратора являются характеристики холостого хода, внешние и регули-
ровочные. Для снятия характеристик пользуются схемой, представ-
ленной на рис. 46, а.
Характеристика холостого хода (рис. 46, б) по-
казывает зависимость э. д. с. Е обмотки статора от тока возбуждения
/в при постоянной частоте вращения п и выключенной нагрузке, т. е.
Е f (/в) при п const и 1 =- 0.
Ток возбуждения синхронного генератора регулируется реостатом
РР, который включен последовательно с обмоткой возбуждения ОВ
(см. рис. 46, а). Для измерения тока, напряжения и частоты на выхо-
де генератора включены амперметры А, вольметр V и частотомер Hz,
Характеристика холостого хода синхронного генератора подобна
кривой намагничивания сердечника ротора.
Внешние характеристики (рис. 46, в) отображают
зависимость напряжения генератора U от тока нагрузки / при неиз-
менных токе возбуждения /в, частоте вращения п и коэффициенте мощ-
ности, т. е. U f (/) при /в const, п const и cos <р const.
43
a)
Рис. 46. Электрическая схема и характеристики синхронного генератора
Рассмотрим внешние характеристики синхронного генератора более
подробно. Если увеличивать индуктивную нагрузку генератора, то
его напряжение резко снижается (кривая /). Это объясняется увели-
чением падения напряжения на обмотках статора и реакцией статора.
Реакцией статора называется взаимодействие вращающегося маг-
нитного потока статора с магнитным потоком ротора, которые враща-
ются с одинаковой скоростью (синхронно). С увеличением нагрузки
возрастает магнитный поток обмоток статора, направленный противо-
положно магнитному потоку ротора. В результате размагничивания
ротора снижаются э.д.с. и напряжение генератора. Если к генерато-
ру подключить только активную нагрузку, то магнитный поток ста-
тора будет сдвинут относительно потока ротора на угол 90°. Размагни-
чивающее действие реакции статора несколько снижается и напряже-
ние генератора изменяется по кривой 2. При нагрузке с преоблада-
нием емкости магнитный поток статора направлен в одну сторону с
магнитным потоком ротора. Поэтому напряжение генератора изменя-
ется по кривой 3.
Регулировочные характеристики (рис. 46, г)
показывают зависимость тока возбуждения генератора / к от тока на-
грузки / при постоянных напряжении U, частоте вращения п и ко-
эффициенте мощности, т. е. /в — f (/) при U -- const, п - const и
cos ф const. Регулировочные характеристики показывают, как
следует изменять ток возбуждения генератора /„ с увеличением тока
нагрузки I для того, чтобы напряжение генератора U было постоян-
ным.
44
Глава V
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
§ 17. Теоретические основы
Принцип действия. Гальванические элементы— химические ис-
точники электрической энергии, получившие широкое распростране-
ние во многих отраслях народного хозяйства. Во время разряда в галь-
ваническом элементе происходит необратимый провесе преобразования
химической энергии в электрическую, расходуются его активные ве-
щества. Поэтому разряженный гальванический элемент приходит в
негодность.
Гальванический элемент любого типа состоит из двух разнородных
электродов (проводников первого рода), разделенных слоем электро-
лита. Между этими электродами возникает разность потенциалов, ко-
торая зависит от материала электрода и состава электролита.
Сущность электрохимических процессов, возникающих в гальва-
нических элементах, поясним на примере работы элемента Вольта
(рис. 47), который состоит из сосуда с водным раствором серной кисло-
ты и двух электродов: цинкового и медного. Цинковый электрод в
электролите растворяется. Под действием химических сил в электролит
переходят ионы цинка Zn+ + . Ионы, соединяясь с отрицательными
ионами кислотного остатка SOr-, образуют молекулы цинкового ку-
пороса ZnSO4. При этом нарушается электрическая нейтральность
электролита — он заряжается положительно. Свободные валентные
электроны цинка остаются на электроде, и он приобретает отрицатель-
ный заряд.
В области соприкосновения цинкового электрода с электролитом
образуется электрическое поле. Силы электрического поля направ-
лены противоположно химическим силам, т. е. препятствуют растворе-
нию цинка. Если цепь разомкнута, то химические силы уравновеши-
ваются силами электрического поля и процесс растворения цинка
быстро прекращается. Между цинковым электродом и электролитом
возникает определенная разность потенциалов, которая называется
электродным потенциалом металла. Электродный потенциал цинка Е -
—0,76 В. Медный электрод нейтрализует часть ионов водорода
электролита, отдавая им свободные электроны. Поэтому он получает
положительный потенциал Е = +0,34 В. Следовательно, э. д. с. эле-
мента Вольта Е -= Ecu — EZn 0,34 — (—0,76) = 1,1 В.
При замыкании внешней цепи валентные электроны цинка начнут
перемещаться по проводнику г к медному электроду. Электрическое
поле между цинковым электродом и электролитом ослабится, нару-
45
шится равновесие электрических и химических сил. Под действием по-
следних возобновится процесс растворения цинка, перемещения ионов
цинка и водорода к медному электроду, а ионов кислотного остатка —
к цинковому.
Э. д. с. многих гальванических элементов сравнительно невелика:
1,2—1,7 В. Для получения больших напряжений гальванические эле-
менты соединяют последовательно.
Явление поляризации. Во время работы элемента происходит не
прерывный процесс растворения отрицательного электрода, а к поло-
жительному электроду из электролита подходят ионы водорода, ко-
торые разряжаются на нем. Молекулы водорода на положительном
электроде образуют непроводящий слой. Это явление называется по-
ляризацией элемента. В результате поляризации увеличивается внут-
реннее сопротивление элемента и снижается его напряжение.
Для устранения поляризации в состав элемента вводят деполяри-
заторы — вещества, богатые кислородом, например перекись марган-
ца. Деполяризаторы превращают водород в воду и освобождают по-
ложительный электрод от непроводящего слоя водорода.
Емкость и саморазряд. Количество электричества, которое можно
получить от элемента во время его разряда, называется его емкостью.
Емкость измеряется в ампер-часах и определяется по формуле
Q Iр^р,
где 7Р — ток разряда, А;
/р — время разряда, ч.
Емкость гальванического элемента зависит от количества заложен-
ных в него активных веществ, разрядного тока, режима разряда, тем-
пературы электролита и времени хранения. С увеличением разрядного
тока ухудшается процесс деполяризации и активные вещества, зало-
женные в элемент, используются не полностью. В результате снижа-
ется емкость элемента. Перерывы разрядного тока улучшают процесс
деполяризации и способствуют увеличению емкости. С увеличением
температуры электролита химические процессы в элементах протека-
ют более интенсивно и емкость эле-
ментов возрастает. При слишком
высоких температурах происходит
высыхание электролита и сниже-
ние емкости.
Даже при отключенной нагруз-
ке в элементах происходит само-
разряд, т. е. бесполезный расход
его активных веществ. Саморазряд
элемента вызывается несовершен-
ством изоляции между электрода-
ми и образованием на отрица-
тельном электроде местных галь-
ванических пар в местах вкрапле-
ний в электрод посторонних при-
месей. Саморазряд увеличивается
46
при установке элемента в сыром месте и при загрязнении его
пылью и грязью.
На каждом элементе указывается номинальная емкость, которая
соответствует определенному, указанному заводом режиму разряда.
Фактическая емкость элемента зависит от условий разряда и обычно
отличается от номинальной емкости.
Существенным преимуществом всех гальванических элементов яв-
ляется их портативность, простота в эксплуатации и постоянная го-
товность к действию. Однако область их применения ограничивается
невозможностью повторного заряда, сравнительно высоким внутрен-
ним сопротивлением и малым сроком хранения.
§ 18. Марганцово-цинковые
и воздушно-марганцово-цинковые элементы
Для электропитания портативных устройств связи, электроизме-
рительных приборов, некоторых устройств сигнализации применяют-
ся марганцово-цинковые (МЦ) и воздушно-марганцово-цинковые
(ВМЦ) элементы и батареи. Они выпускаются стаканчиковой (круглой
или прямоугольной) формы или галетно-пленочной конструкции на
емкости от долей ампер-часа до десятков ампер-часов.
Галетные элементы удобны для последовательного соединения,
чтобы получить более высокие напряжения. Для этого их накладыва-
ют друг на друга так, чтобы положительный электрод одного элемен-
та плотно соприкасался с отрицательным электродом следующего эле-
мента .
Положительным электродом марганцово-цинковых элементов яв-
ляется агломерат, состоящий из смеси двуокиси марганца и графита,
пропитанных раствором нашатыря, отрицательным — металлический
цинк. В качестве электролита используется раствор хлористого аммо-
ния в виде пасты.
В сухих элементах системы ВМЦ в состав агломерата, кроме пере-
киси марганца и графита, добавляется активированный уголь, кото-
рый способен адсорбировать (поглощать) из воздуха кислород. Поэтому
в элементах ВМЦ деполяризация происходит более интенсивно, чем
в элементах системы МЦ. При одинаковых наружных размерах эле-
менты ВМЦ имеют почти в 2 раза большую емкость, чем элементы МЦ.
Газовая камера элементов ВМЦ сообщается с наружным воздухом че-
рез специальное отверстие. У неработающих элементов для предохра-
нения агломерата от высыхания эти отверстия должны быть закрыты
пробками. Во время работы пробки следует открыть.
Положительные свойства элементов ВМЦ проявляются в том слу-
чае, если их разрядный ток не превышает максимально допустимого
значения.
При перегрузке элементы ВМЦ теряют часть емкости, так как
количество поглощаемого из воздуха кислорода становится недоста-
точным для нормальной деполяризации.
47
Элементы систем МЦ и ВМЦ имеют сравнительно простую техноло-
гию производства, низкую стоимость. Однако область их применения
ограничивается относительно малой удельной энергией, резким сни-
жением напряжения по мере разряда элемента (с 1,5 В до 0,9 В) н не-
достаточно полным использованием активных веществ.
Отмеченные недостатки значительно снижены в новых элементах,
в которых улучшен состав электролита, применены новые материалы,
использована новая технология производства.
Промышленность выпускает как отдельные элементы систем МЦ
и ВМЦ, так и батареи, состоящие из ряда элементов, соединенных по-
следовательно и заключенных в общий футляр. В зависимости от рабо-
тоспособности при различных температурных условиях они подразде-
ляются на летние (Л), холодостойкие (X) и универсальные (У).
§ 19. Топливные элементы
Топливные элементы относятся к числу химических источников
электрической энергии. В качестве активных веществ, вступающих в
химическую реакцию, в топливных элементах используется твердое,
жидкое или газообразное топливо (древесный уголь, нефтепродукты,
спирты, водород и т. д.).
Эти активные вещества хранятся отдельно от топливного элемента
в особых хранилищах и поступают к электродам элемента лишь во
время отдачи им электрической энергии. Электроды топливного эле-
мента в реакциях активно не участвуют и в процессе работы не разру-
шаются. Поэтому топливные элементы обеспечивают непосредствен-
ное преобразование химической энергии в электрическую очень дли-
тельное время, пока идет подача активных веществ к его электродам.
Батарея топливных элементов с вспомогательными устройствами
(резервуарами для хранения топлива, системами для подвода топлива,
отвода продуктов реакции, регулирования температуры и дав-
ления) образует электрический генератор.
Простейший водородно-кисло-
I
Рис. 48. Схематическое устройство
водородно-кислородного топливно-
го элемента
родный топливный элемент (рис. 48)
состоит из положительного 1 и от-
рицательного 3 электродов, погру-
женных в щелочной электролит 2.
Активным материалом положитель-
ного электрода является кислород
О2, а отрицательного электрода —
водород Н2. Они подаются к элект-
родам через пористые трубки. Во-
дород вступает в соединение с
ионами гидроксила электролита
2Н2 |- 4ОН- — 4Н2О -| 4е.
В результате образуется вода и
свободные электроны (е — заряд
электрона).
48
С водородного электрода свободные электроны перемещаются к
кислородному электроду через нагрузку г. В пористом электроде 1
кислород вступает в реакцию с водой электролита, образуя ионы гид-
роксильного остатка
О2 + 2Н2О ч- 4е -> 4ОН-.
В результате в замкнутой цепи возникает электрический ток. Рас-
ходы воды Ы2О в элементе восполняет водород, а расход гидроксила
ОН — кислород. Рассмотренный химический процесс противополо-
жен процессу электролитического разложения воды, где при пропус-
кании тока через подкисленную воду образуется кислород и водород.
Э.д.с. одного такого элемента равна 1,23 В, к.п.д. 83 %.
В настоящее время создано несколько вариантов топливных эле-
ментов, отличающихся друг от друга конструкцией, видом топлива и
температурой горения. Все они имеют довольно сложную конструкцию,
высокую стоимость. Большая работа, проводимая но усовершенство-
ванию топливных элементов, обусловлена широкой перспективой при-
менения этих элементов во многих отраслях народного хозяйства.
Мощные и экономичные топливные элементы могут быть использо-
ваны в автомобильном и железнодорожном транспорте, в качестве ав-
тономных источников электрической энергии различных предприятий.
Применение топливных элементов в автомобилях создаст эксплуатаци-
онные удобства, снизит загрязненность воздуха выхлопными газами и
дымом, уменьшит уровень шума. В электропитающих установках свя-
зи топливные элементы могут заменить резервные источники электри-
ческой энергии — аккумуляторные батареи и резервные электростан-
ции.
49
Глава VI
АККУМУЛЯТОРЫ
§ 20. Принцип действия свинцового аккумулятора
Электрическим аккумулятором называют химический источник то-
ка, который обладает способностью накапливать (аккумулировать)
электрическую энергию и отдавать ее по мере надобности. При заряде
аккумуляторы подключают к постороннему источнику постоянного то-
ка. Потребляемая ими электрическая энергия преобразуется в хими-
ческую, которая может сохраняться и легко переходить в электричес-
кую энергию при разряде аккумулятора. Израсходованные при разря-
де аккумулятора активные вещества легко восстанавливаются при сле-
дующем заряде. Заряд и разряд аккумуляторов можно производить
сотни раз, в то время как первичные элементы разряжаются только
один раз. В этом заключается их принципиальное отличие от первич-
ных элементов.
Для питания устройств связи на железнодорожном транспорте по-
лучили распространение свинцовые и щелочные (никель-железные или
никель-кадмиевые) аккумуляторы. В стационарных электропитающих
установках широко используются свинцовые аккумуляторы, имею-
щие высокий к. п. д. и незначительное снижение напряжения при раз-
ряде. Щелочные аккумуляторы имеют меньший к. п. д. и большее из-
менение напряжения при разряде, но обладают высокой механической
прочностью. Поэтому их обычно применяют в качестве переносных или
временных источников питания аппаратуры.
Простейший свинцовый аккумулятор (рис. 49, а) состоит из двух
свинцовых пластин, погруженных в водный раствор серной кислоты.
Положительная пластина заряженного аккумулятора покрыта пере-
кисью свинца РЬО2— веществом темно-коричневого цвета, а отрица-
тельная — губчатым свинцом РЬ светло-серого цвета. Перекись свин-
ца и губчатый свинец являются активными веществами (массами) свин-
цового (кислотного) аккумулятора. Молекулы серной кислоты под
действием растворителя распадаются на ионы водорода 2Н+ и ионы
кислотного остатка 50“. Если к зажимам аккумулятора присоеди-
нить нагрузку г, то аккумулятор начнет разряжаться. Разрядный
ток /р проходит через нагрузку сопротивлением г от положительной
пластины к отрицательной и затем через электролит от отрицательной
пластины к положительной. Положительные ионы водорода перемеща-
ются к положительной пластине и разряжаются па пей. Образующие-
ся при этом нейтральные молекулы водорода вступают в химическую
реакцию с активной массой РЬО2 положительных пластин.
50
Реакция на положительной пластине представлена уравнением
РЬО2 + Н2 + H2SO4 -> PbSO4 + 2Н2О.
Отрицательные ионы кислотного остатка SO“ перемещаются к
отрицательной пластине и, отдав ей два электрона, вступают во взаи-
модействие с губчатым свинцом
Pb -I- SO4-> PbSO4.
Таким образом, при разряде аккумулятора на положительных и
отрицательных пластинах образуется сернокислый свинец PbSO4
(сульфат свинца). На образование PbSO4 расходуется часть находя-
щейся в электролите серной кислоты. Поэтому разряд аккумулятора
сопровождается уменьшением плотности электролита. При глубоком
разряде сернокислый свинец превращается в твердую крупнокристал-
лическую соль, которая плохо восстанавливается в процессе заряда.
Поэтому аккумуляторы разряжают до определенной плотности элект-
ролита. Для стационарных аккумуляторов она равна 1,17—1,15 г/см3.
Заряд аккумуляторной батареи Б (рис. 49, б) осуществляется по-
стоянным током, который поступает от выпрямителя В и проходит че-
рез электролит аккумулятора от положительной пластины к отрица-
тельной. При заряде к положительной пластине будут подходить от-
рицательные ионы кислотного остатка SO?", а к отрицательной плас-
тине — положительные ионы водорода 2Н + . После разряда ионы нейт-
рализуются и вступают в химические реакции с активными массами
пластин:
реакция на положительной пластине
PbSO4 -I- SO, -| 2Н2О -> PbO2 -h 2H2SO4;
реакция на отрицательной пластине
PbSO4 4- Н2 -> Pb H2SO4.
Таким образом, активная масса по-
ложительных и отрицательных пластин
восстанавливается до первоначального
химического состава, а плотность элект-
ролита увеличивается. Когда сернокис-
лый свинец PbSO4 восстановится, плот-
ность электролита и напряжение акку-
мулятора достигнут определенного зна-
чения и заряд аккумулятора прекра-
щается. Стационарные свинцовые акку-
муляторы заряжают до плотности 1,2—
1,21 г/см3. После этого предела заряд-
ный ток не восстанавливает активных
масс на пластинах, а разлагает воду
электролита на водород и кислород,
которые, смешиваясь, образуют взры-
воопасную смесь, называемую грему-
чим газом.
Рис. 49. Принцип действия и
схема включения аккумулято-
ров при заряде
51
Разложение воды электрическим током обнаруживается по ин-
тенсивному выделению пузырьков водорода и кислорода на поверхно-
сти электролита («кипению»).
§ 21. Э. д. с., напряжение и емкость
свинцового аккумулятора
Э. д. с. и напряжение. Активные вещества положительных и от-
рицательных пластин свинцового аккумулятора обладают опреде-
ленными потенциалами относительно электролита. Большим потен-
циалом обладает двуокись свинца РЬО2, меньшим — губчатый свинец
РЬ. В результате возникает разность потенциалов между разноимен-
ными полюсами аккумулятора. Эта разность потенциалов при отклю-
ченной нагрузке равна э. д. с. аккумулятора. Потенциалы электродов,
а значит, и э. д. с. аккумулятора не зависят от количества активных,
веществ на пластинах.
Э. д. с. свинцового аккумулятора зависит главным образом от
плотности его электролита. Эта зависимость выражается эмпирической
формулой £ 0,85 Н- d, где d — плотность электролита в порах ак-
тивной массы пластин.
Напряжение аккумулятора при заряде больше э. д. с. на величину
внутреннего падения напряжения
- Е -Ь /Згп,
а при разряде
£р - ‘ Е — /ргп,
где/3и/р — соответственно ток заряда и разряда;
гв — внутреннее сопротивление аккумулятора.
У разряженного стационарного свинцового аккумулятора d
-- 1,17; £ 0,85 4- 1,17 2,02 В. У заряженного аккумулятора
d 1,21; Е 0,85 [- 1,21 - 2,06 В. Следовательно, э. д. с. разря-
женного аккумулятора при отключенной нагрузке мало отличается
от э. д. с. заряженного аккумулятора,
Выясним характер изменения напряжения аккумулятора t/3 при
его заряде. Во время заряда аккумулятора в порах активной массы
пластин образуется серная кислота. Часть этой кислоты выделяется
из пластин в электролит, а вся остальная накапливается в их актив-
ной массе. В результате этого увеличиваются э. д. с. и напряжение
аккумулятора. При восстановлении поверхностных слоев пластин сер-
ная кислота легко выделяется из пластин, почти не задерживаясь в
порах активной массы. Напряжение аккумулятора в это время мед-
ленно увеличивается до 2,3—2,4 В.
Заряд внутренних слоев активных масс происходит значительно
труднее. Поэтому при напряжении 2,3 - 2,4 В целесообразно умень-
шить зарядный ток. Если этого не сделать, то часть тока будет расхо-
доваться на разложение воды, начнется газовыделен ие и преждевре-
менная порча пластин. При «кипении» электролита частицы активных
веществ отпадают от пластин и оседают па дно сосуда аккумулятора,
52
напряжения свинцового аккумулятора
образуя осадок (шлам). Внутренние слои активных масс не соприка-
саются с внешним электролитом и в них довольно быстро накаплива-
ется серная кислота. Поэтому второй период заряда характеризуется
быстрым увеличением напряжения аккумулятора с 2,3—2,4 до 2,8 В.
Кривая изменения напряжения свинцового аккумулятора при за-
ряде его током постоянного значения представлена на рис. 50, а. Если
заряженный аккумулятор отключить от зарядного агрегата, его на-
пряжение быстро снизится до 2,3 В, а затем медленно — до значения,
соответствующего плостностп электролита. Резкое снижение напря-
жения с 2,8 до 2,3 В объясняется тем, что при выключении тока внут-
реннее падение напряжения /,/в - 0, а напряжение U Е. После-
дующее медленное уменьшение напряжения связано с перемещением
более плотных частей электролита, находящихся в порах пластин, в
общую массу электролита. Так как плотность электролита заряженно-
го стационарного аккумулятора равна 1,21 г/см3, то его конечное на-
пряжение будет равно U ----- Е - 0,85 4- 1,21 - 2,06 В.
При разряде активные массы аккумулятора поглощают из элект-
ролита серную кислоту и превращаются в сернокислый свинец. По
мере разряда поверхность пластин покрывается сернокислым свин-
цом, затрудняющим подход серной кислоты к внутренним слоям ак-
тивных масс. В результате этого снижается плотность электролита
в порах пластин, э. д. с. и напряжение свинцового аккумулятора
(рис. 50, б). Разряд аккумулятора обычно заканчивается при напря-
жении 1,8 В. При дальнейшем разряде серная кислота почти не про-
никает к внутренним слоям активных масс, и напряжение аккумуля-
тора быстро падает. Кроме того, при глубоких разрядах аккумулято-
ры приходят в негодность. После отключения нагрузки напряжение
разряженного аккумулятора постепенно увеличивается, достигая зна-
чения U Е 0,85 4 1,15 2 В. Это объясняется перемещением
более плотных слоев электролита в активные массы пластин. Плот-
ность электролита выравнивается и становится равной 1,15 г/см3. Од-
нако при подключении нагрузки напряжение аккумулятора почти
сразу уменьшается до 1,8 В. На значение напряжения свинцового ак-
кумулятора оказывает влияние температура электролита. С пониже-
нием температуры электролит в аккумуляторе становится более вяз-
ким, а его частицы менее подвижными. Это ухудшает диффузию элект-
ролита и вызывает более крутой подъем и спад кривой напряжения.
53
Разряд аккумулятора может производиться различными токами.
Чем больше разрядный ток, тем интенсивнее химические процессы в
аккумуляторе. Быстрое образование сернокислого свинца приводит
к резкому снижению плотности электролита в активных массах плас-
тин. Поэтому увеличение разрядного тока приводит к более резкому
уменьшению э. д. с. и напряжения свинцового аккумулятора. Наобо-
рот, снижение разрядного тока позволяет получить от аккумулятора
более стабильное напряжение почти на всем интервале времени разря-
да.
Емкость. Разрядной емкостью аккумулятора называется количест-
во электричества, отдаваемого им при разряде до установленного ко-
нечного напряжения. Конечное разрядное напряжение стационарных
свинцовых аккумуляторов составляет 1,8 В при длительных режимах
разряда от 10-часового до 2-часового и 1,75 В при ускоренных режимах
разряда от 1-часового до 0,25-часового. Разрядная емкость измеряется
в ампер-часах (А • ч) и получается умножением значения разрядного
тока /р в амперах на время разряда /р в часах, т. е. Q /р • /р. Ак-
кумуляторам присуща также зарядная емкость, которую они получают
в процессе заряда от других источников электрической энергии.
Разрядная емкость свинцового аккумулятора зависит от количест-
ва и формы его активных веществ, режима разряда и заряда, темпера-
туры электролита. С увеличением количества активных веществ РЬО2
и РЬ емкость аккумулятора возрастает. Активные вещества должны
быть равномерно распределены по всей поверхности пластин достаточ-
но тонким слоем. При этом условии обеспечивается хороший доступ
электролита ко всей массе активных веществ, достигается максималь-
ная разрядная емкость.
На значение разрядной емкости свинцовых аккумуляторов ока-
зывает влияние режим заряда. При ускоренном заряде активные
вещества восстанавливаются не полностью. В результате умень-
шаются зарядная, а значит, и разрядная емкости. В условном обо-
значении аккумуляторных батарей в приведенных электрических
характеристиках различных типов аккумуляторов указывается но-
минальная емкость. Она соответствует определенному разрядному
режиму.
Номинальная емкость стационарных свинцовых аккумуляторов
определяется при 10-часовом разряде до напряжения 1,8 В при сред-
ней температуре электролита 20 °C.
Номинальная емкость стационарного аккумулятора типа СК-1
составляет 36 А • ч. Этой емкости соответствует разрядный ток /р —
= —- == 3,6 А. Если изменить значение разрядного тока или темпе-
ратуру электролита, то изменится и емкость аккумулятора. С увели-
чением разрядного тока емкость аккумулятора уменьшается. Это
объясняется тем, что при большом разрядном токе поверхностные
слои активных масс быстро переходят в сернокислый свинец PbSO4,
который ограничивает доступ электролита к внутренним слоям,
активных веществ, не позволяет отдать этим слоям накопленную
энергию. В результате активные вещества пластин используются не
54
Таблица 1
Характеристика Значение характеристики в зависимости от режима разряда
1 0-часо- вой 7,5-ча- совой 5-часо- вой 3-часовой 2-часовой 1-часовой 0,5-часо- вой 0,25-ча- совой
Ток разряда, А 3,6А 4,4А 6ЛГ 9А HjV 18,5Л7 25ЛГ 32А
Отдаваемая емкость, Л-ч 36N ЗЗЛ’ 30/V 27N 22N 18,57V 12,5А 8N
Коэффициент pt, % 100 91,7 83,3 75 61,1 51,4 35 22,2
Наименьшее напряже- ние в конце разряда, В — 1,8 1.8 — — 1,75 —
Примечание. .V — номер аккумулятора.
полностью, аккумулятор преждевременно разряжается до конечно-
го напряжения.
Степень использования активных масс аккумулятора характери-
зуется коэффициентом pL, который показывает, какую часть номиналь-
ной емкости (в процентах) можно получить от аккумулятора в данном
режиме разряда. Например, при разряде током А аккумулятор типа
27
СК-1 имеет емкость 27 А • ч, а коэффициент р* — -g^-lOO % 75 %.
Чем короче время разряда и больше разрядный ток, тем хуже ис-
пользуются активные массы аккумулятора и тем меньше коэффици-
ент pt (табл. 1).
Емкость аккумулятора зависит от температуры электролита: чем
ниже температура, тем меньше подвижность частиц электролита и
емкость аккумулятора. Повышение температуры способствует увели-
чению емкости аккумуляторов. Однако при температуре +40 °C про-
исходит коробление положительных пластин и резко увеличивается
саморазряд аккумуляторов. Поэтому в аккумуляторных помещениях
должна поддерживаться температура не ниже +15 °C и не выше
+35 °C.
Номинальную емкость аккумулятора при температуре электро-
лита +20 °C и 10-часовом режиме разряда определяют по формуле
0 zp 100
Pf[ 1-1-0,008(/—20)J ’
где Zp— разрядный ток, А;
/р — время разряда аккумулятора, ч;
t — фактическая температура электролита при разряде, °C.
Пример. Выбрать аккумуляторы, которые могли бы разряжаться током
/р -- 50 А в течение 1 ч при температуре +15 °C.
1. Определяем количество электричества, потребляемое нагрузкой,
Qp - 50 • 1 - 50 А • ч.
2. По табл. 1 находим коэффициент pt — 51,4%.
3. Рассчитываем номинальную емкость аккумулятора
г /р/рЮ0________________50-1-100___________5000 _Ю1Лч
,+ [1+-0,008 (/—20)] " 51,4 [1+0,008(15—20)] '51,4-0,96
55
Таким образом, при указанных условиях аккумулятор с номинальной ем-
костью 101 А • ч может отдать нагрузке только 50 А • ч.
Емкость аккумулятора в течение срока его службы не остается по-
стоянной. В начале эксплуатации происходит дополнительное обра-
зование активных масс на пластинах аккумулятора и его емкость уве-
личивается до 130 % номинального значения. При дальнейшей экс-
плуатации емкость аккумулятора снижается из-за выкрошивания ак-
тивной массы положительных пластин. Снижение емкости до 80—
75 % номинального значения принято считать окончанием срока
службы аккумулятора.
§ 22. Отдача и саморазряд свинцового аккумулятора
Отдача аккумулятора — одна из основных его электрических ха-
рактеристик. Различают отдачу по емкости и по энергии.
Отдачей аккумулятора по емкости называется отношение количе-
ства электричества, отданного аккумулятором при разряде, к коли-
честву электричества, полученному во время заряда. Если заряд и
разряд аккумулятора производятся токами постоянного значения,
выразится формулой
^3 ^3
ток и время разряда;
ток и время заряда.
Так как во время заряда некоторая часть электричества затрачи-
вается на разложение воды и саморазряд, то отдача аккумулятора по
емкости меньше единицы. Для стационарных свинцовых аккумуля-
торов т] q~~ 0,844-0,9. По значению t)q определяют то количество
электричества, которое необходимо сообщить аккумулятору при его
заряде. Если t|q = 0,84, то зарядная емкость
Q3=Qp/0,84=:l,2Qp.
Отношение электрической энергии, отданной аккумулятором при
разряде, к электрической энергии, полученной им во время заряда,
называется отдачей аккумулятора по энергии, или к. п. д. аккумуля-
тора (Y|uz),
Ли? и I t ’
<>3/3*3
где (7Р, U3 — соответственно среднее разрядное и зарядное напряжения.
Для свинцовых аккумуляторов принимают (7Р = 2 В, а (73 —
- 2,4 В.
Кроме потерь энергии на разложение воды и саморазряд, 9тдача
аккумулятора по энергии учитывает потери энергии на внутреннем
сопротивлении аккумулятора. Поэтому отдача аккумулятора по энер-
гии меньше отдачи по емкости. Для стационарных свинцовых аккуму-
ляторов 0,65-4-0,7.
56
отдача аккумулятора по емкости
Qp
где Qn, /п, /р — соответственно емкость,
Уз, /я, ^з — соответственно емкость,
Аккумуляторы, как и первичные элементы, подвержены самораз-
ряду. Этот процесс приводит к бесполезному расходованию активных
веществ пластин, снижает отдачу аккумулятора. Саморазряд вызы-
вается неоднородностью пластин, наличием в электролите вредных
примесей (хлора, мышьяка, железа и др.), коррозией электродов, не-
совершенством изоляции внешних выводов, неодинаковой плотностью
электролита в сосуде. Свинцовая основа пластины и ее активное ве-
щество имеют различные химические свойства. Поэтому между ними
возникает разность потенциалов и местные токи, вызывающие изме-
нение активных веществ пластин, снижение разрядной емкости.
Местные токи в пластинах возникают также в результате неодина-
ковой плотности электролита в различных частях сосудов. Плотность
электролита в нижней части сосудов обычно выше, чем в верхней час-
ти. Саморазряд свинцовых аккумуляторов зависит от температуры
электролита. При положительной температуре (до +30 °C) неработаю-
щие свинцовые аккумуляторы теряют за сутки приблизительно 1 %
своей емкости. При температурах, больших +30 °C, саморазряд свин-
цовых аккумуляторов резко увеличивается. Интенсивность самораз-
ряда снижается при отрицательных температурах (от 0 до —30 °C).
§ 23. Электролит свинцовых аккумуляторов
Электролит свинцовых аккумуляторов составляется из серной
кислоты и дистиллированной воды. Аккумуляторная серная кислота
представляет собой прозрачную маслянистую жидкость плотностью
1,83 г/см3. Она легко растворяется в воде, разъедает кожу, бумагу, ма-
терию. Для приготовления электролита применяются три сорта серной
кислоты: продукция с государственным Знаком качества, первого и
второго сортов. В этих сортах снижено до допустимых пределов ко-
личество примесей (марганца, железа, мышьяка, хлора, окиси азота
и др.). Аккумуляторную серную кислоту хранят в стеклянных буты-
лях вместимостью 20—30 л, плотно закрытых притертыми пробками
или навинчивающимися полиэтиленовыми и пластмассовыми крышка-
ми. Бутыли устанавливают в ивовые корзины или деревянные обре-
шетки соответствующей формы. Такие бутыли переносят два работни-
ка при строгом соблюдении правил техники безопасности.
Дистиллированная вода отличается от водопроводной или речной
воды почти полным отсутствием примесей (солей, сульфатов, хлори-
дов и др.). Такую воду получают при помощи перегонных кубов-дис-
тилляторов (рис. 51). Основными частями дистиллятора являются:
камера испарения 5 с нагревательным элементом Р, конденсатор 1 и
уравнитель 6. Верхняя часть камеры испарения через патрубок 3 со-
общается с конденсационной камерой 2. В нижней части камеры ис-
парения находится спусковой кран 10. Водопроводная вода поступает
к дистиллятору по шлангу 14, надетому на ниппель /5 конденсатора 1.
Дистиллированная вода отводится от дистиллятора в бутыли по шлан-
гу 12, надетому на ниппель 13 конденсаторной камеры 2. К стальному
кожуху дистиллятора И подключается провод заземления.
57
Дистиллятор включают так. Открывают кран водопроводной линии,
к которому присоединен гибкий шланг 14, холодная вода поступает в
конденсатор /, а затем по сливной трубке 4 — в уравнитель 6. Из урав-
нителя вода поступает в камеру испарения 5. Когда вся камера испа-
рения заполнится водой, откроется ниппель 7, предназначенный для
слива воды. После того как из шланга 8 начнет вытекать вода, вклю-
чают электронагревательный элемент в сеть. Вода камеры испарения,
нагреваясь, превращается в пар. Водяной пар по патрубку 3 поступа-
ет в конденсационную камеру 2, которая снаружи охлаждается водо-
проводной водой. Конденсируясь, пар превращается в дистиллирован-
ную воду, которая через ниппель 13 и шланг 12 поступает в сосуды.
Электролит приготовляют в чистой кислотостойкой посуде (эбони-
товой, винипластовой, керамической, фаянсовой). Часто используют
деревянные баки, выложенные внутри листовым свинцом. Нельзя
пользоваться стеклянной посудой. При растворении серной кислоты
выделяется большое количество тепла и стеклянные сосуды, нагрева-
ясь, могут лопнуть.
В сосуд наливают дистиллированную воду, а затем тонкой струей
серную кислоту, перемешивая этот раствор палочкой из стекла или
эбонита. Так как серная кислота тяжелее воды, то выделяющееся при
растворении тепло равномерно распределяется по всему объему элект-
ролита. Категорически запрещается вливать воду в кислоту. В этом
случае струя воды, соприкасаясь только с поверхностными слоями кис-
лоты, быстро нагревается и разбрызгивается вместе с частицами сер-
ной кислоты. Эти брызги, попадая на кожу человека, могут причинить
серьезные ожоги. При приготовлении электролита следует надевать
очки, резиновые перчатки, резиновый фартук, суконный комбинезон
и галоши.
Для нейтрализации серной кислоты и электролита, попавших на
кожу или одежду, необходимо всегда иметь 5—10-процентный раствор
соды или 5—10-процентный раствор нашатырного спирта. Место по-
ражения нужно сразу
несколько раз промыть
<§<§<§«
Дистилли-
рованная
вода
Ш 15
Заземление
Сеть 137-2208
Рис. 51. Схема дистил-
лятора
67 8
10^
же смочить защитным раствором, а затем
водой.
Плотность электролита измеряют арео-
метром 3 (денсиметром) (рис. 52, а). Он пред-
ставляет собой запаянную с обеих сторон
стеклянную трубку, в нижней части которой
находится грузик, а в верхней— шкала. Опу-
щенный в электролит 2, наполняющий мен-
зурку /, ареометр занимает вертикальное
положение, причем некоторая часть его вы-
ступает наружу. Глубина погружения арео-
метра зависит от плотности электролита: чем
больше плотность электролита, тем меньше
погружается ареометр. По делению шкалы,
которое находится на уровне раствора, опре-
деляют плотность электролита. Аккумуля-
торный ареометр (рис. 52, б) помещается в
стеклянную трубку 4, на один конец которой
58
Щ
Рис. 52. Ареометры:
1 — мензурка; 2 — электро-
лит; 3 — ареометр; 4 — стек-
лянная трубка; 5 — резино-
вая груша; 6 — наконечник
охлаждения,
надета резиновая груша 5, а на другой —
трубчатый наконечник 6 из кислотостойкого
материала. При помощи резиновой груши
электролит всасывается в стеклянную труб-
ку с ареометром.
Для заполнения новых стационарных
свинцовых аккумуляторов применяют элект-
ролит плотностью 1,18 г/см3. С повышением
плотности электролита от 1,18 до 1,29 г/см3
понижается температура его замерзания. На-
пример, электролит плотностью 1,29 г/см3
замерзает при температуре —74 °C. Поэтому
переносные аккумуляторы, работающие при
низких температурах, заливают электроли-
том повышенной плотности. Например, в
стартерные аккумуляторы в центральных
районах с температурой воздуха зимой до
—30 °C заливают электролит плотностью
1,27 г/см3. Однако увеличение плотности
электролита вредно отражается на целости
пластин: сокращается срок службы и снижа-
ется качество работы свинцовых аккумуля-
торов.
Приготовленный электролит перед залив-
кой в аккумулятор необходимо охладить до
температуры +25 °C. Чтобы уменьшить время
дуется ступенчатое приготовление электролита: из кислоты плотностью
1,83 г/см3 приготовить электролит плотностью 1,4 г/см3, а из послед-
него— электролит плотностью 1,18—1,3 г/см3.
Количество серной аккумуляторной кислоты и дистиллированной
воды, необходимое для приготовления заданного количества электро-
лита определенной плотности, вычисляется при помощи данных, при-
веденных в табл. 2.
Пример. Определить количество серной кислоты плотностью 1,83 г/см3 и
дистиллированной воды для приготовления 10 л электролита плотностью
1,18 г/см3.
По табл. 2 находим, что при плотности 1,18 г/см3 в 1 л электролита должно
содержаться 0,292 кг чистой серной кислоты. Для приготовления 10 л электро-
лита необходимо 0,292 • 10 = 2,92 кг чистой кислоты.
По этой же таблице находим, что при плотности 1,83 г/см3 в 1 л электролита
содержится 1,69 кг чистой кислоты. Чтобы получить 2,92 кг чистой кислоты,
2 92
необходимо —:— — 1,73 л кислоты плотностью 1,83 г/см3.
1,69
По объему определим массу кислоты плотностью 1,83 г/см3
1730 • 1,83 ----- 3165 г = 3,165 кг.
Масса 10 л электролита составит
10 000 • 1,18 = 11 800 г = 11,8 кг.
Масса дистиллированной воды будет
11,8 кг — 3,165 — 8,635 кг, или 8,635 л.
59
Таблица 2
Плотность, г/см3 Содержание чис- той кислоты в 1 л электро- лита, кг Плотность, г/см3 Содержание чис- той кислоты в 1 л электроли- та, кг Плотность, г/см3 Содержание чис- той кислоты в 1 л электро- лита, кг Плотность, г/см3 Содержание чис- той кислоты в 1 л электро- лита, кг Плотность, г/см3 Содержание чис- той кислоты в 1 л электро- лита, кг Плотность, г/см3 Содержание чис- той кислоты 1 в 1 л электро- лита, кг
1,040 0,062 1,140 0,223 1,240 0,400 1,340 0,586 1,47 0,836 1,66 1,223
1,045 0,071 1,145 0,231 1,245 0,409 1,345 0,596 1,48 0,855 1,67 1,244
1,050 0,077 1,150 0,239 1,250 0,418 1,350 0,605 1,49 1,875 1,68 1,264
1,055 0,085 1,155 0,248 1,255 0,426 1,355 0,614 1,50 0,895 1,69 1,288
1,060 0,093 1,160 0,257 1,26(1 0,435 1,360 0,624 1,51 0,915 1,70 1,311
1,065 0,102 1,165 0,266 1,265 0,444 1,365 0,633 1,52 0,935 1,71 1,334
1,070 0,109 1,170 0,275 1,270 0,454 1,370 0,643 1,53 0,955 1,72 1,357
1,075 0,117 1,175 0,283 1,275 0,462 1,375 0,653 1,54 0,975 1.73 1,389
1,080 0,125 1,180 0,292 1,280 0,472 1,380 0,662 1,55 0,995 1,74 1,402
1,085 0,133 1,185 0,301 1,285 0,481 1,385 0,672 1,56 1,015 1,75 1,426
1,090 0,142 1,190 0,310 1,290 0,490 1,390 0,682 1,57 1,036 1,76 1,450
1,095 0,150 1,195 0,319 1,295 0,500 1,395 0,692 1,58 1,055 1,77 1,477
1,100 0,158 1,200 0,328 1,300 0,510 1,400 0,702 1,59 1,076 1,78 1,502
1,105 0,166 1,205 0,337 1,305 0,519 1,405 0,711 1,60 1,098 1,79 1.532
1, НО 0,175 1,210 0,346 1,310 0,529 1,410 0,721 1,61 1,117 1.80 1,560
1,115 0,183 1,215 0,355 1,315 0,538 1,420 0,738 1,62 1,139 1.81 1,595
1,120 0,191 1,220 0,364 1,320 0,548 1,430 0,758 1,63 1,160 1,82 1,638
1,125 0,199 1,225 0,373 1,325 0,557 1,440 0,778 1,64 1,181 1,83 1,690
1,130 1,135 0,207 0,215 1,230 1 1,235 0,382 0,391 1,330 11,335 0,567 0,577 1,450 1,460 0,796 0,816 1,65 1,203 1,84 1,750
§ 24. Стационарные свинцовые аккумуляторы
Для электропитания узлов связи применяются стационарные свин-
цовые аккумуляторы типов С, СК, СЗ, СЭ, СЗЭ и СН. Буквы обозна-
чают: С — стационарный; К — допускает кратковременный разряд
большим током; 3 — в закрытом исполнении; Э— аккумуляторы со-
бираются в эбонитовом баке (сосуде); Н — с намазными пластинами.
Рассмотрим конструкцию и электрические характеристики акку-
муляторов С и СК. В этих аккумуляторах нет верхней крь/шки, зер-
кало электролита непосредственно сообщается с окружающим воз-
духом. В зависимости от емкости аккумуляторам типов С и СК присва-
ивается индекс от 1 до 148. Причем аккумуляторы небольшой емкости
СК-1—СК-8 изготовляются только с индексом «К».
Для получения номинальной емкости необходимо индекс акку-
мулятора (1—148) умножить на число 36. Следовательно, номинальная
емкость аккумуляторов СК-1 равна 36 А • ч, СК-2 — 72 А Лч, а С-148
или СК-148— 5328 А • ч.
Основными частями стационарных свинцовых аккумуляторов ти-
пов С и СК являются: стеклянный сосуд (до С-16) или деревянный бак,
выложенный листовым свинцом (от С-16 до С-148); блок положитель-
ных пластин поверхностной конструкции; блок отрицательных плас-
тин коробчатой конструкции; микропористые сепараторы, предохра-
60
няющие пластины разной полярности от соприкосновения между со-
бой; электролит — раствор серной кислоты.
Положительные пластины поверхностной конструкции состоят ив
ребристой свинцовой решетки 1 (рис. 53), на поверхности которой раз-
мещается активное вещество 2. Благодаря ребристости увеличивается
поверхность активного вещества, повышается электрическая емкость
пластины и всего аккумулятора. Активный слой на ребристой поверх-
ности образуется в процессе специальной обработки пластин на за-
воде — электрического формирования. Аккумуляторные заводы вы-
пускают положительные пластины белой формировки. Активное ве-
щество таких пластин состоит из сернокислого свинца PbSO4. После
заряда это вещество переходит в двуокись свинца РЬО2. Во время ра-
боты аккумулятора двуокись свинца постепенно выкрошивается с по-
ложительных пластин и оседает на дне сосуда. Этот осадок называется
шламом. Одновременно из свинцового сердечника образуются новые
слои двуокиси свинца. Поэтому емкость аккумулятора в начале экс-
плуатации увеличивается, а затем по мере выпадания двуокиси свин-
ца уменьшается.
Отрицательные пластины коробчатой конструкции состоят из двух
свинцовых решеток с крупными ячейками 1 (рис. 54). В этих ячейках
размещается пастообразная активная масса 2, изготовляемая из свин-
цового порошка, замешанного на серной кислоте. Чтобы активную мас-
су пластин предостеречь от усадки, к ней добавляют небольшое коли-
чество сернокислого бария. Наполненные активной массой решетки
накладывают одну на другую, покрывают с наружных сторон тонкими
перфорированными листами свинца и соединяют заклепками.
Различают средние и крайние отрицательные пластины. Крайние
отрицательные пластины отличаются от средних тем, что они имеют
только одну активную сторону. Другую сторону крайних пластин,
обращенную к стенке сосуда, покрывают сплошным листом свинца.
Срок службы отрицательных пластин коробчатой конструкции боль-
ше, чем положительных в 2—2,5 раза.
Положительные и отрицательные пластины могут иметь различные
размеры, а следовательно, и различную электрическую емкость. В
стационарных аккумуляторах С и СК применяются три типа пластин
Рис. 53. Устройство поверхностной
пластины
Рис. 54. Свинцовая пластина короб-
чатой конструкции
61
И-1, И-2, И-4, отличающихся друг от друга размерами, а следователь-
но, и емкостью. Пластины соединяют в блоки. В каждом свинцовом
аккумуляторе отрицательный блок содержит на одну пластину боль-
ше, чем положительный. Это необходимо для того, чтобы положитель-
ные пластины, располагаясь между отрицательными, не коробились
при работе аккумулятора.
Пластины типа И-1 устанавливают в аккумуляторы от СК-1 до
СК-5. Средние пластины этого типа имеют емкость 36 А • ч при 10-ча-
совом режиме разряда. Поэтому в аккумуляторах СК-1 устанавливают
одну положительную и две отрицательные пластины И-1, а в аккуму-
ляторах СК-2 — две положительные и три отрицательные. Пластины
И-2 по сравнению с пластинами И-1 имеют в 2 раза больше размеры и
емкость. Эти пластины устанавливают в аккумуляторах СК-6—СК-20,
С-10—С-20. В аккумуляторах СК-24—СК-148, С-24—С-148 устанав-
ливают пластины И-4, которые в 4 раза больше пластин И-1.
Сепараторы предупреждают замыкания пластин разной полярно-
сти и создают необходимый запас электролита в междуэлектродном
пространстве. До недавнего времени в качестве сепараторов применя-
лись листы однослойной ольховой фанеры. Держателями для дере-
вянных сепараторов служили деревянные палочки. В настоящее вре-
мя сепараторы изготовляются из кислотостойких синтетических ми-
кропористых метериалов, а их держатели — из полиэтилена или по-
листирола. Новые сепараторы обладают высокой механической проч-
ностью, химической стойкостью, малым внутренним сопротивлением,
повышенным сроком службы.
Для параллельного соединения нескольких одноименных пластин
в одном сосуде и для последовательного соединения аккумуляторов в
батарею применяют свинцовые соединительные полосы. Так как ак-
кумуляторы типа СК предназначены для разряда токами значитель-
ной величины, то они имеют полосы с увеличенным поперечным сече-
нием. В остальном эти аккумуляторы не отличаются от аккумулято-
ров типа С. Аккумуляторы СК-1—СК-8 выполняются с соединитель-
ными полосами такого сечения, что они пригодны как для длительных,
так и для коротких режимов разряда.
В батареях небольшой емкости (с аккумуляторами СК-1, СК-2,
СК-3) применяются боковые соединительные полосы (рис. 55, а). Пла-
стины аккумуляторов в этом случае располагаются перпендикулярно
к продольной оси стеллажа. Аккумуляторы большей емкости соеди-
Рис. 55. Соединение аккумуляторов при помощи соединительных полос
62
няются в батареи при помощи поперечных соединительных полос
(рис. 55, б). Внутреннее сопротивление аккумуляторов СК-1 состав-
ляет 0,0046 Ом в заряженном состоянии и 0,006 Ом в разряженном
состоянии.
Аккумуляторы большей емкости имеют большую суммарную по-
верхность пластин, а следовательно, и меньшее внутреннее сопротив-
ление. Внутреннее сопротивление стационарного аккумулятора с ин-
дексом N (C-7V, СК-АО в заряженном состоянии г0 =0,0046A/V Ом, а в
разряженном состоянии г0 = 0,006/Л^ Ом. Аккумуляторы в эбонито-
вых баках изготовляются с индексами от 16 до 76 (СЭ-16, СКЭ-16, ...,
СЭ-76, СКЭ-76).
Стационарные свинцовые аккумуляторы С и СК, СЭ и СКЭ монти-
руют из отдельных деталей на месте установки. Технологический
процесс монтажа очень сложен, многие виды работ относятся к числу
вредных для здоровья людей. Очень высока стоимость монтажа акку-
муляторов С и СК. Из-за отсутствия верхней крышки в них происхо-
дит интенсивное испарение воды, а в конце заряда — значительное
разбрызгивание электролита. Поэтому в процессе эксплуатации в
аккумуляторы С, СК, СЭ, СКЭ требуется периодически доливать дис-
тиллированную воду, а поверхности сосудов и стеллажей очищать от
осадков электролита.
Отмеченные недостатки отсутствуют в стационарных аккумулято-
рах закрытых типов СЗ и СН. Аккумуляторы СЗ выпускают в стек-
лянных сосудах, плотно закрытых эбонитовой крышкой. Промежутки
между крышкой и стенками сосуда заливают специальной кислото-
стойкой мастикой. Сквозь крышку выводят контактные болты от по-
ложительных и отрицательных пластин аккумуляторов. В середине
крышки имеется отверстие для заливки электролита, которое закры-
вается эбонитовой пробкой. В аккумуляторах СЗ установлены плас-
тины той же конструкции, что и в открытых свинцовых аккумулято-
рах С и СК. Поэтому электрические характеристики этих аккумуля-
торов одинаковы.
Выпускаются следующие типы закрытых
аккумуляторов:
Тип аккумулятора ...........
Номинальная емкость, А-ч . .
Тип пластин ................
СЗ-1 СЗ-2 СЗ-З СЗ-5
36 72 108 180
И-1 И-1 И-1 И-1
СЗЭ-20
720
И-2
Более совершенную конструкцию и лучшие электрические харак-
теристики имеют закрытые свинцовые аккумуляторы типа СН (ста-
ционарные с намазными пластинами). Этим аккумуляторам присваи-
вается индекс от 1 до 20. Для получения номинальной емкости, соот-
ветствующей 10-часовому разряду, необходимо индекс аккумуля-
тора умножить на 40.
Положительные и отрицательные пластины намазной конструкции
соединяются в блоки. Блок отрицательных пластин опирается на
призмы, установленные на дне сосуда. Блок положительных пластин
подвешивается на специальной колодке. На верхней крышке акку-
мулятора располагаются контактные болты и заливочное отверстие,
63
рукции
Рис. 57. Сепаратор аккумуляторов
СН
в которое плотно ввинчивается пробка. Пробка снабжается специаль-
ным фильтром, пропускающим газы, но задерживающим выход испа-
рений электролита. Поэтому аккумуляторы СН можно заряжать при
вставленных пробках. Испарение дистиллированной воды, разбрыз-
гивание электролита в этих аккумуляторах почти отсутствует.
Пластины намазной конструкции состоят из свинцово-сурьмянис-
той решетки 1 (рис. 56) с мелкими ячейками, в которых располагает-
ся активное вещество 2.
Пластины 1 изолированы друг от друга тройной сепарацией
(рис. 57), состоящей из стеклянного войлока 2, гофрированного пер-
форированного винипласта 3 и мипласта 5. Для увеличения срока
службы кромки положительных пластин и края сепараторов в акку-
муляторах СН обвертывают боковым изолятором из винипласта 4.
Аккумуляторы СН монтируют в заводских условиях и выпускают с
заряженными или разряженными пластинами без электролита. На
месте работы их устанавливают на стеллажи, соединяют в батарею
болтовыми или сварными соединителями, заливают электролитом и
производят первый заряд.
Аккумуляторы СН по сравнению с открытыми аккумуляторами С
и СК имеют следующие преимущества: собираются не на месте уста-
новки, а в заводских условиях, обладают большим сроком службы,
имеют меньшую массу и габаритные размеры, требуют минимального
ухода в процессе эксплуатации, могут работать при кратковременных
режимах разряда.
§ 25. Переносные свинцовые аккумуляторы и батареи
Аккумуляторы переносного типа имеют закрытую конструкцию,
сравнительно небольшую массу и габаритные размеры. Для умень-
шения массы в этих аккумуляторах применяются пластины намазной
конструкции.
В электропитающих установках связи используются стартерные
батареи (для управления дизелем резервных электростанций), авто-
блокировочные аккумуляторы (для питания устройств железнодо-
рожной автоблокировки, электрической централизации и связи), ра-
64
дионакальные батареи (для ’питания небольших телефонных стан-
ций).
Стартерные свинцовые батареи обычно изготовляют в виде моно-
блока с тремя или шестью отделениями. Одиночные аккумуляторы
устанавливают в отделения моноблока, а затем соединяют последо-
вательно межэлементными свинцовыми соединителями. Каждое от-
деление моноблока закрывается крышкой. Для герметизации стык
крышки со стенками отделения моноблока заливается специальной
кислотостойкой мастикой. Заливочные отверстия каждой крышки за-
крываются пробками. Перед зарядом стартерной батареи эту пробку
необходимо вывинчивать. На рис. 58 представлена стартерная свин-
цовая батарея 6-СТ-65, состоящая из шести последовательно соеди-
ненных аккумуляторов номинальной емкостью 65 А • ч. Она собира-
ется в моноблоке 1 из морозостойкого полипропилена. Безрезьбовые
заливочные горловины закрываются двумя блоками пробок 2. Соеди-
нение аккумуляторов в батарее осуществляется с помощью скрытых
межэлементных соединений через отверстия в перегородках моно-
блока.
Аккумуляторы АБН-72 и АБН-80 предназначены для питания це-
пей железнодорожной сигнализации, автоматики и связи. В условном
обозначении типа аккумуляторов буквы АБ характеризуют назначе-
ние (для автоблокировки), Н — конструкцию пластин (намазные),
число после букв — номинальную емкость (при 24-часовом разряде
для аккумулятора АБН-72 и при 25-часовом разряде для аккумулято-
ра АБН-80).
Аккумулятор АБН-72 (рис. 59) собран в стеклянном сосуде 1 с
эбонитовой крышкой 2, к которой подвешены разноименные блоки
пластин. Блок положительных пластин 6 состоит из трех, а блок от-
рицательных пластин 7 из четырех пластин намазной конструкции.
Пластины изолируются друг от друга тройной сепарацией, состоящей
из слоя фанеры 10, перфорированного и гофрированного винипласта
9 и стекловолокна. Слои сепаратора скреплены П-образным ьиниплас-
товым боковым изолятором 8.
Аккумуляторы АБН-72 зали-
ваются электролитом через от-
верстие, которое закрывается
пробкой S. Пробка снабжается
клапаном 4 для выхода газов.
Промежутки между стенками
сосуда и крышкой заливаются
кислотостойкой мастикой. Вы-
водные зажимы 5 соединяются
с пластинами через полюсные
штыри.
Аккумулятор АБН-80 собран
в полиэтиленовом сосуде, меж-
ду пластинами установлена се-
парация из мицласта и мипо-
ра. Плотность электролита в
3 Зак. 755
Рис. 58. Аккумуляторная свинцовая ба-
тарея 6-СТ-65
65
Рис. 59. Свинцовый аккумулятор АБН-72
аккумуляторах АБН снижают до 1,19— 1,21 г/см3 в летнее время
и увеличивают до 1,3 г/см3 — в зимнее.
Радионакальные аккумуляторные батареи ЗРН-75-УХЛ4 и
ЗРН-115-УХЛ4 применяются для питания аппаратуры связи и при-
боров. В условном обозначении цифра перед буквами указывает чис-
ло последовательно соединенных аккумуляторов в батарее, число
после букв — номинальную емкость при 10-часовом режиме разряда,
буквы PH — назначение батареи (радионакальная), буквы УХ Л —
климатическое исполнение, цифра 4 -- категорию размещения.
§ 26. Установка и монтаж стационарных
свинцовых аккумуляторных батарей
Стационарные аккумуляторы С и СК поступают с заводов в ра-
зобранном виде. Сборку и соединение аккумуляторов в батареи про-
изводят на месте установки, т. е. в аккумуляторных помещениях. Ба-
тареи аккумуляторов устанавливают на открытых деревянных стел-
лажах, которые изготовляют из сосновых пиломатериалов 1-го сорта'
влажностью не более 15 %. Стеллажи состоят из продольных лаг пря-
моугольной формы, врезанных в поперечные брусья или стойки. Для
увеличения прочности стеллажей длина продольных лаг не должна
превышать 6 м. Стеллажи могут быть изготовлены не только из де-
рева, но и из металла. Во всех случаях они должны удовлетворять
требованиям ГОСТ.
По числу рядов аккумуляторов в горизонтальной плоскости стел-
лажи бывают однорядные и двухрядные, а по числу ярусов — одно-
ярусные и двухъярусные. На двухъярусных однорядных и двухряд-
ных стеллажах (рис. 60, а) устанавливают аккумуляторы типов от
СК-1 до СК-5 включительно. Более тяжелые аккумуляторы размеща-
66
ют на одноярусных стеллажах (рис. 60, б). Деревянные стеллажи ус-
танавливают на опорные тумбочки 2 со стеклянными изоляторами L
После сборки стеллажи тщательно шпаклюют и окрашивают электро-
литоупорной краской. Основные размеры стеллажей зависят от типа
устанавливаемых аккумуляторов и определяются по специальной
таблице.
Сосуды аккумуляторов промывают дистиллированной водой, про-
тирают чистой тряпкой и устанавливают на продольные лаги стелла-
жей по составленной схеме. Для изоляции от земли под сосуды кла-
дут изоляторы, имеющие форму усеченного конуса. Большее основа-
ние конуса должно прилегать ко дну сосуда. Для выравнивания со-
суда между его дном и изоляторами прокладывают пластмассовые
шайбы. На края стеклянных сосудов вдоль лаг кладут рейки длиной
2—2,5 м, на них против кромок каждого сосуда помещают деревянные
планки, на которые прокладывают шаблоны положительных и отри-
цательных пластин. После этого устанавливаются пластины. Ушки
пластин должны до отказа входить в вырезы шаблона, а пластины рас-
полагаться параллельно друг другу. После установки пластин между
ними вместо сепараторов временно кладут деревянные палочки из
сухой древесины.
Положительные пластины одного аккумулятора и отрицательные
другого приваривают к свинцовой соединительной полосе. Сварку
производят водородным или пропановым пламенем при помощи горел-
ки. Ушко пластины зачищают до блеска и захватывают паяльными
щипцами так, чтобы скошенные края губок плотно прилегали к боко-
вой поверхности соединительной полосы (рис. 61). При этом образу-
ется ванночка (форма), ограничиваемая губками щипцов 2, ушком
пластины 4 и боковой поверхностью соединительной полосы 7.
Пламенем горелки / оплавляют ушко пластины и сразу же плавят
свинцовый пруток. Расплавленный свинец прутка полностью запол-
Рис. 60. Стеллажи для стационарных аккумуляторов
67
3е
няет ванночку и после остывания соединяет полосу и ушко пластины
в единую форму. После сварки всех пластин с сосудов аккумуляторов
5 снимают деревянные рейки 3 и планки 6, снимают шаблоны. Затем
омметром проверяют отсутствие короткого замыкания между блока-
ми пластин.
Между пластинами устанавливают сепараторы, а на одну из боко-
вых отрицательных пластин — две отжимные пластмассовые пружи-
ны. Затем в сосуды всех аккумуляторов заливают электролит плот-
ностью 1,18 г/см3. Уровень электролита должен быть выше верхних
краев пластин на 10—15 мм. Через 2—4 ч после заливки, когда элек-
тролит пропитает активную массу пластин, свинцовые аккумуляторы
ставят на первый заряд. Он отличается от последующих зарядов осо-
бым режимом, большой продолжительностью и во многом определя-
ет качество и срок работы аккумуляторной батареи. Это объясняется
тем, что при первом заряде происходит формирование пористых слоев
активных веществ: двуокиси свинца РЬО2 на поверхности положи-
тельных пластин и губчатого свинца РЬ в решетках отрицательных
пластин. Поэтому первый заряд называют формировочным. Для за-
ряда используют выпрямители. Положительный полюс батареи под-
ключают к положительному полюсу выпрямителя, а отрицательный
полюс батареи — к отрицательному полюсу выпрямителя.
Первый заряд стационарных аккумуляторов тиков С и СК с поло-
жительными пластинами светлой формировки производят следующим
образом: заряд без перерыва до сообщения батарее 4,5-кратной номи-
нальной емкости, перерыв 1 ч; заряд тем же током до сильного газо-
выделения, перерыв 1 ч; заряд до сильного газовыделения, перерыв
1 ч и т. д. Первый заряд заканчивается тогда, когда батарее будет со-
общена 9-кратная номинальная емкость. Зарядный ток при первом
заряде не должен превышать 7 А на каждую положительную пласти-
ну типа И-1; 10 А — на пластину И-2; 18 А — на пластину И-4.
Во время первого заряда измеряют напряжение, температуру и
плотность электролита каждого аккумулятора. Результаты записы-
вают в протокол формировки. В конце первого заряда напряжение
каждого аккумулятора достигает 2,5—2,75 В, а плотность электро-
лита— 1,2—1,21 г/см3. Причем эти величины остаются без изменения
на протяжении последних 2--3 ч заряда. Если в процессе заряда тем-
пература электролита превышает
4-40 °C, то снижают зарядный ток
на первом этапе заряда (до первого
перерыва) и делают дополнитель-
ные перерывы в последующих эта-
пах заряда. После окончания фор-
мировочного заряда батарею под-
вергают нескольким тренировоч-
ным разряд-зарядам.
Разряд осуществляют током 10-
часового режима до напряжения
1,8 В на один аккумулятор. Прита-
ком первом разряде батарея долж-
Рис. 61. Сварка пластин аккумуля-
торов С и СК
68
на отдавать не менее 70 % номинальной емкости. Последующий (тре-
нировочный) заряд выполяют следующим образом: заряд током, рав-
ным 6 А, на каждую единицу индекса (6N) до напряжения 2,4 В на
один аккумулятор, заряд током 3,6;V до достижения постоянства на-
пряжения не менее 2,5 В и плотности электролита в течение 1 ч. После
проведения трех тренировочных разряд-зарядов батарея приобрета-
ет 100-процентную емкость и вводится в эксплуатацию.
Закрытые стационарные аккумуляторы СН поступают с заводов
в собранном виде. Распакованные аккумуляторы протирают, уста-
навливают на стеллажи и соединяют перемычками в батарею. Пере-
мычки приваривают пламенем водородной или пропановой горелки.
После этого вывинчивают пробки и в сосуды аккумуляторов за-
ливают электролит — водный раствор серной кислоты плотностью
1,18 г/см3. Электролит должен покрывать предохранительный щиток
на 65—60 мм.Через 3—4 ч после заливки электролита смонтированная
батарея включается на первый заряд.
Первый заряд аккумуляторов СН производят током 2 А на каждую
единицу номера. Например, аккумулятор СН-1 заряжают током 2 А,
аккумулятор СН-2 — током 4 А и т. д. Заряд продолжается не менее
55 ч и заканчивается при достижении постоянства напряжения на ак-
кумуляторах и плотности электролита в течение 2 ч. При этом акку-
муляторы должны получить не менее 75 % номинальной емкости. На-
пряжение аккумулятора в конце заряда должно быть не менее 2,55 В.
В процессе заряда необходимо измерять температуру электролита в
контрольных аккумуляторах. В том случае, если она превысит 45 °C,
нужно снизить ток заряда в 2 раза.
После первого заряда аккумуляторную батарею подвергают 4—
5 тренировочным циклам разряд-заряда. Разряд ведут током 10-часо-
вого разряда до напряжения 1,8 В на аккумулятор. Последующий за-
ряд производят током 4—8 А на каждую единицу номера аккумуля-
тора до напряжения 2,3—2,35 В. После этого снижают зарядный ток
в 2 раза и батарею заряжают до тех пор, пока не будет достигнуто по-
стоянство напряжения и плотности электролита в течение последних
2 ч. По окончании последнего тренировочного цикла батарея приоб-
ретает 100-процентную емкость и сдается в эксплуатацию. Плотность
электролита заряженного аккумулятора СН составляет 1,23 г/см3.
Заряженныё аккумуляторы закрывают пробками, снабженными спе-
циальным фильтром, крышку и сосуд протирают ветошью, смочен-
ной 10-процентным раствором нашатырного спирта.
§ 27. Режимы работы аккумуляторных батарей
На предприятиях железнодорожной связи аккумуляторные бата-
реи работают в буферном режиме с постоянным или импульсным под-
зарядом. Ранее применяющийся режим заряд-разряд используется
очень редко в электропитающих установках малой мощности. При
буферном режиме аккумуляторная батарея, полностью заряженная
и обладающая емкостью не ниже номинальной, подключается па-
69
Рис. 62. Схемы включения аккуму-
ляторной батареи при различных ре-
жимах работы
раллельно выпрямительному уст-
ройству ВУ, питающему нагрузку
(рис. *62, а).
Для работы аккумуляторов в
режиме постоянного подзаряда ис-
пользуются стабилизированные
выпрямительные устройства серий
ВУ, ВУК и др. Батарея при этом
постоянно подзаряжается слабым
током, компенсирующим ее само-
разряд, на каждом аккумулято-
ре поддерживается напряжение
2,2 ±0,05 В.
При таком напряжении аккумуляторы полностью заряжены и вы-
полняют две функции: резервного источника постоянного тока, пи-
тающего аппаратуру после выключения выпрямительного устройства,
и элемента фильтра, сглаживающего пульсацию выпрямленного на-
пряжения. Емкость аккумуляторов обеспечивает работу аппаратуры
(без выпрямительных устройств) в течение 1—3 ч.
Для работы аккумуляторов в режиме импульсного подзаряда при-
меняются выпрямительные установки ВУ, которые меняют периоди-
чески значение выпрямленного тока. Если напряжение на каждом
кислотном элементе батареи равно или ниже 2,1 В, то ВУ дает макси-
мальный ток, величина которого больше тока нагрузки. Одна часть
тока ВУ поступает к нагрузке, а другая — заряжает аккумуляторную
батарею, напряжение которой постепенно увеличивается. Когда на-
пряжение на каждом кислотном элементе достигнет 2,2 В, ток ВУ ав-
томатически уменьшается и становится меньше тока нагрузки. Бата-
рея начинает разряжаться до напряжения 2,1 В на каждый элемент.
Затем весь процесс повторяется. Таким образом, каждый элемент ба-
тареи подвергается неглубоким зарядам и разрядам, следующим
друг за другом во все время работы ВУ. В настоящее время режим им-
пульсного подзаряда используется только в электропитающих уст-
ройствах СЦБ.
Буферная работа аккумуляторных батарей в режиме постоянного
подзаряда характеризуется следующими положительными качества-
ми: высокая надежность электропитающей установки, так как полно-
стью заряженная батарея постоянно подключена параллельно нагруз-
ке, высокий к. п. д. электропигающей установки, практически рав-
ный к. п. д. буферного ВУ (0,8—0,9); большой срок службы аккуму-
ляторов (до 20 лет); малая емкость аккумуляторных батарей, обеспе-
чивающая аварийное питание нагрузки в течение 1—3 ч в зависимо-
сти от условий энергоснабжения и системы электропитания.
Режим заряд-разряд характеризуется тем, что аккумуляторная
батарея разделена на две или большее число групп (рис. 62, б). Одна
из этих групп заряжается, а остальные используются для питания на-
грузки.
В простейшем случае батарея состоит из двух групп. Если группа
I аккумуляторов разряжается на нагрузку г, то группа II заряжается
70
или находится в запасе. Через сутки группы меняют местами, т. е.
заряженная группа II подключается к нагрузке, а разряженная груп-
па I — к зарядному выпрямителю В и т. д. Качество питания нагруз-
ки в таком режиме работы аккумуляторных батарей достаточно вы-
соко. В отличие от выпрямителей ток батареи при разряде не содер-
жит гармоник, отрицательно влияющих на качество работы многих
устройств и приборов.
К недостаткам режима заряд-разряд относится: низкий к. п. д.
электропитающей установки (0,3—0,5); значительная емкость и не-
большой срок службы аккумуляторов (4—10 лет); необходимость в
постоянном уходе, вызванная ежедневным зарядом групп аккумуля-
торов. Низкий к. п. д. обусловлен значительными потерями электри-
ческой энергии, поступающей от сети переменного тока через выпря-
митель к группе аккумуляторов, а затем от аккумуляторов к нагруз-
ке. Сокращение срока службы аккумуляторов происходит в резуль-
тате выкрошивания активных масс пластин. Пластины аккумулято-
ров изнашиваются после 800—1000 циклов нормальных заряд-разря-
дов.
§ 28. Основные правила эксплуатации
свинцовых аккумуляторов
Заряд. Существует несколько способов заряда свинцовых акку-
муляторов, отличающихся друг от друга режимом, зарядным током,
конечным напряжением. Наибольшее распространение получили сле-
дующие способы: двухступенчатый и одноступенчатый заряд при по-
стоянном значении тока, заряд плавно убывающим током, односту-
пенчатый заряд при постоянном напряжении, модифицированный за-
ряд при постоянном напряжении. Разработан новый способ заряда
аккумуляторов током переменной полярности. Способ заряда выби-
рают с учетом условий эксплуатации аккумуляторов, допустимой
продолжительности заряда, наличия соответствующих зарядных уст-
ройств.
Двухступенчатый заряд при постоянном значении тока произво-
дится в две ступени. Наибольший зарядный ток аккумуляторов СК
(в амперах) на первой ступени составляет 0,25 их номинальной емко-
сти ЭЛЛ Этот ток можно снизить до 6ЛЛ Заряд таким током ведут до
напряжения 2,4 В на аккумулятор. Затем зарядный ток снижают до
величины 4N и продолжают заряд до конца. Снижение зарядного то-
ка во второй ступени необходимо для того, чтобы избежать слишком
большого газовыделения. которое ведет к порче пластин и излишнему
расходу электрической энергии.
По мере заряда увеличиваются плотность электролита и напряже-
ние кислотного аккумулятора. Конец заряда определяется по следую-
щим признакам: интенсивное выделение газов на пластинах обеих
полярностей; плотность электролита достигает (1,205+0,005) г/см3;
напряжение аккумулятора становится равным 2,7—2,8 В; положи-
тельные пластины становятся темно-коричневыми, а отрицательные —
71
светло-серыми; количество электричества, полученное батареей при
заряде, должно быть примерно в 1,2 раза больше количества электри-
чества, отданного ею при предыдущем разряде. Средняя продолжи-
тельность’ заряда составляет 7—8 ч.
Во избежание коробления пластин аккумуляторов при заряде тем-
пература электролита не должна превышать 40 °C. Если температу-
ра электролита приближается к указанному пределу, следует умень-
шить зарядный ток. Во время заряда, особенно к концу его, должна
работать вентиляция аккумуляторного помещения. Прежде чем от-
ключить батарею от зарядного агрегата, следует проверить, во всех
ли элементах равномерно и одновременно начинается газовыделение.
Отстающие элементы следует дозарядить. Для этого увеличивают
время заряда всей батареи или подключают отстающие элементы к
специальному зарядному выпрямителю временной проводкой. До за-
ряда и после него необходимо измерить плотность электролита в
одном контрольном элементе батареи. Время от времени следует про-
верять плотность электролита всех элементов и выравнивать разницу
добавлением раствора серной кислоты или дистиллированной воды.
Электролит в аккумуляторах должен полностью покрывать пласти-
ны. У аккумуляторов С и СК слой электролита над верхними кромка-
ми пластин должен быть не менее 15 мм.
Одноступенчатый заряд при постоянном
значении тока осуществляется при помощи автоматизирован-
ных выпрямительных устройств типов ВУ и ВУК, которые поддер-
живают неизменным зарядный ток на протяжении всего времени за-
ряда (примерно 12ч). Зарядный ток при этом способе составляет 4ЛС
Допускается уменьшение зарядного тока до 3N и менее. Это снизит
конечное напряжение аккумулятора и интенсивность кипения электро-
лита, но увеличит время полного заряда. Признаки окончания одно-
ступенчатого заряда те же, что и двухступенчатого.
Заряд плавно убывающим током выполняют за-
рядными выпрямительными устройствами с особой внешней характе-
ристикой. По мере заряда их ток автоматически уменьшается, а напря-
жение увеличивается. При этом способе начальный зарядный ток ак-
кумуляторов С и СК составляет 9ЛГ, а конечный — примерно 4N. Ко-
нечное зарядное напряжение аккумулятора 2,7—2,8 В, плотность
электролита (1,2054^0,005) г/см3. Длительность заряда плавно убы-
вающим током составляет 7—8 ч.
Одноступенчатый заряд при постоянном
напряжении производится при помощи зарядных выпрямитель-
ных устройств, которые работают в режиме стабилизации напряжения.
Выпрямленное напряжение поддерживается в пределах 2,2—2,35 В
на аккумулятор. При этих напряжениях в аккумуляторе исключается
кипение электролита на протяжении всего времени заряда. В резуль-
тате уменьшается выпадение активных веществ пластин на дно сосу-
да, увеличивается срок службы аккумуляторов и значительно упро-
щается уход за аккумуляторными батареями. Однако такой заряд
требует длительного времени — в течение нескольких суток. Поэтому
рассматриваемый способ заряда обычно применяют при надежном
72
электроснабжении, когда батареи аккумуляторов являются резерв-
ными источниками питания и включаются на разряд очень редко.
Одноступенчатый заряд при постоянном напряжении находит все
более широкое распространение. При постоянном напряжении 2,3 В
на аккумуляторы С и СК начальный ток заряда достигает значения
36N. По мере заряда этот ток автоматически снижается до значения
(0,03-4-0,V)N. Установлено, что основную часть израсходованной ем-
кости (около 80 %) батарея получает в первые 10 ч заряда. Для пере-
дачи остальной емкости затрачивается значительно больше времени
(до нескольких суток). Одноступенчатый заряд при постоянном напря-
жении заканчивается, если зарядный ток и плотность электролита
не будут изменяться в течение последних 10 ч заряда.
Модифицированный заряд при постоянном
напряжении осуществляется в две ступени. На первой ступени
заряда поддерживается постоянный ток, а на второй — напряжение.
Аккумуляторы С и СК заряжаются постоянным током, непревышаю-
щим 9/V. Напряжение аккумуляторов на первой ступени заряда по-
степенно увеличивается до 2,2—2,35 В. После этого выпрямительное
устройство переводится в режим стабилизации напряжения. Заряд
продолжается при неизменном напряжении 2,2—2,35 В на аккуму-
лятор и плавно убывающем токе. Окончание заряда определяется по
тем же признакам, что и в предыдущем случае: постоянном значении
зарядного тока и плотности электролита в последние часы заряда.
Модифицированный заряд может производиться без отключения бата-
реи от шин нагрузки.
Разряд. Аккумуляторы можно разряжать токами различного зна-
чения. Чем больше разрядный ток, тем меньше время разряда и ем-
кость аккумуляторов.
Номинальную емкость стационарные аккумуляторы отдают при
10-часовом режиме разряда. Максимально допустимый разрядный ток
аккумуляторов типа С соответствует 2-часовому режиму разряда.
Аккумуляторы СК можно разряжать также токами 1—0,25-часовых
режимов разряда. По мере разряда аккумулятора уменьшаются его
напряжение и плотность электролита.
Окончание разряда характеризуется следующими признаками:
напряжение одного аккумулятора типа С становится равным 1,8 В,
а типа СК — 1,75 В; плотность электролита понижается до 1,15—
1,17 г/см3; положительные пластины становятся бурыми, а отрицатель-
ные — темно-серыми; емкость, полученная от аккумулятора, соответ-
ствует данному режиму разряда. Разряженные аккумуляторы следу-
ет поставить на заряд не позднее чем через 24 ч с момента окончания
разряда.
При эксплуатации аккумуляторных батарей в режимах непрерыв-
ного или импульсного подзаряда ежегодно проводят контрольные
разряды. При контрольных разрядах батарею разряжают током 10-
часового разряда до напряжения 1,8 В на один аккумулятор, а за-
тем заряжают до достижения постоянного напряжения и нормальной
плотности электролита. Если при контрольном разряде полученная
73
от батареи емкость окажется меньше номинальной, то производят
дополнительный заряд батареи с перезарядом.
Перезаряд. При нормальных зарядах аккумуляторов некоторая
часть сернокислого свинца PbSO4 не восстанавливается, превращаясь
в твердое крупнокристаллическое вещество. В результате этого пла-
стины аккумуляторов постепенно сульфатируются. Для предохранения
пластин от сульфатации производят перезаряд аккумуляторных бата-
рей следующим образом. Батарею разряжают до напряжения 1,8 В
на каждый элемент, а затем заряжают до кипения током, равным 0,1
номинальной емкости, делают перерыв 1 ч; продолжают заряд тем же
током до кипения электролита, перерыв 1 ч; батарею заряжают тем же
током до кипения и т. д. Перезаряд заканчивается тогда, когда бата-
рея, включенная на заряд после часового перерыва, сразу начинает
кипеть.
Хранение бездействующей батареи. Если аккумуляторная бата-
рея выключена из работы не более чем на два месяца, ее следует пред-
варительно зарядить с перезарядом. При длительном хранении че-
рез каждые два месяца батарею разряжают нормальным током, а за-
тем заряжают. Перед включением в работу батарею заряжают с пере-
зарядом.
Общие правила эксплуатации. Во время эксплуатации на наруж-
ных частях аккумуляторов и стеллажах осаждается пыль, капельки
кислоты и влаги. Это вызывает порчу стеллажей, окисление проводов
и загрязнение электролита, а также снижает сопротивление изоляции
батарей относительно земли и увеличивает утечку тока. Поэтому ак-
кумуляторы и стеллажи необходимо содержать в чистоте, своевременно
удалять окислы, образующиеся на соединениях аккумуляторов, смазы-
вать очищенные места техническим вазелином и следить за целостью
кислотоупорной окраски стеллажей и проводов.
В аккумуляторном помещении не должно быть искрящих контактов.
Нельзя входить в аккумуляторную с открытым огнем. При невыпол-
нении этих условий может произойти взрыв выделяющихся из акку-
муляторов газов. Лица, обслуживающие аккумуляторы, должны иметь
резиновые перчатки, фартук, галоши. Для нейтрализации серной кис-
лоты в случае ее попадания на кожу или одежду в аккумуляторной
должен быть 10-процентный раствор соды или нашатырного спирта.
Техническая документация. Для каждой аккумуляторной установ-
ки необходимо иметь батарейный и аккумуляторный журналы. В ба-
тарейный журнал записывают данные о заряде и разряде батарей (зна-
чение тока, напряжение, плотность и температура электролита), о
расходе материалов на обслуживание батареи (дистиллированной во-
ды, кислоты), о замеченных неисправностях батареи.
В аккумуляторном журнале на каждый элемент отводят графу
или страницу. В журнале записывают результаты измерения плот-
ности электролита и напряжения отдельных аккумуляторов, по-
вреждения и произведенные ремонты. Для удобства ведения журналов
все аккумуляторы батарей нумеруют. Первый номер присваивается
аккумулятору с положительной выводной клеммой.
74
§ 29. Возможные неисправности свинцовых аккумуляторов
и способы их устранения
Сульфатация пластин. В процессе разряда аккумуляторов актив-
ные вещества положительных и отрицательных пластин РЬО2 и РЬ
переходят в сульфат свинца PbSO4. При правильной эксплуатации
аккумуляторов сульфат свинца имеет мелкокристаллическое строе-
ние и во время заряда легко переходит в РЬО2 и РЬ. В ряде случаев
сульфат свинца частично или полностью может превратиться в круп-
нокристаллическое трудно разложимое вещество, которое не восста-
навливается при нормальном заряде. Этот процесс называется суль-
фатацией пластин.
Сульфатацию пластин можно обнаружить по следующим призна-
кам: положительные пластины становятся светло-коричневыми, а от-
рицательные покрываются белыми пятнами, активная масса отрица-
тельных пластин становится жесткой и выпучивается из ячеек,
уменьшается емкость аккумуляторов. В результате снижения емкости
сульфатированные аккумуляторы начинают кипеть раньше других
при заряде и быстро разряжаются при разряде, плотность электроли-
та становится меньше нормальной величины.
Причинами сульфатации пластин являются: разряд аккумулято-
ра ниже 1,8—1,75 В или недопустимо большим током, длительное
хранение батареи в разряженном состоянии, неправильное подключе-
ние батареи к источнику зарядного тока, многократный недозаряд
аккумуляторов, нерегулярное проведение перезарядов, низкий уро-
вень электролита, заливка электролитом большой плотности, загряз-
нение электролита, внутреннее короткое замыкание пластин.
Для устранения сульфатации пластин применяют длительный за-
ряд аккумуляторов малыми токами, заряд аккумуляторов в дистил-
лированной воде, глубокие разряды аккумуляторов малыми токами.
Первый способ применяется при незначительной и незапущен-
ной сульфатации пластин и заключается в следующем. Сначала за-
сульфатированные аккумуляторы доливают дистиллированной водой
(несколько выше нормального уровня) и заряжают нормальным то-
ком до кипения. После этого делают перерыв 20—30 мин и снова
включают на заряд, уменьшив зарядный ток в 10 раз. При начавшем-
ся сильном газовыделении заряд прекращают и делают перерыв на
20—30 мин. Такой заряд уменьшенным током с перерывами ведут до
тех пор, пока аккумуляторы, включенные на заряд после перерыва,
сразу же начинают закипать. После этого восстанавливают до нормы
плотность электролита и аккумуляторы пускают в эксплуатацию.
Второй способ используется при глубокой, но незапущенной суль-
фатации пластин. Засульфатированные аккумуляторы разряжают до
напряжения 1,8 В на каждый элемент, выливают из сосудов электро-
лит и заменяют его дистиллированной или подкисленной водой плот-
ностью 1,05 г/см3. Через час после заливки аккумуляторы начинают
заряжать таким током, чтобы напряжение на зажимах каждого эле-
мента не превышало 2,3 В. В процессе заряда сульфат свинца
75
PbSO4 будет переходить в РЮ2 и РЬ. В результате этого будет уве-
личиваться плотность электролита. При плотности электролита 1,1—
1,12 г/см3 ток уменьшают до 1/5 нормального зарядного тока. Когда
плотность электролита перестанет увеличиваться и начнется бурное
газовыделение, заряд прекращают. После заряда аккумуляторы раз-
ряжают током, численно равным 1/50 их номинальной емкости, до ко-
нечного допустимого напряжения. Такие циклы заряда-разряда про-
водят несколько раз, пока не восстановится емкость аккумулятора.
После этого плотность электролита доводят до нормы и батарею
пускают в эксплуатацию.
Третий способ позволяет устранить сильную и запущенную суль-
фатацию пластин. Для восстановления емкости засульфатированные
аккумуляторы заряжают с перезарядом током нормального значения.
Затем аккумуляторы разряжают слабым током, равным 1/50 их но-
минальной емкости, до конечного напряжения 1,8—1,75 В. Глу-
бокий разряд малыми токами способствует постепенному растворению
твердого сульфата, который покрывает пластины сверху и препятствует
прониканию электролита к внутренним слоям активных масс.
Такие циклы заряда-разряда повторяют 7—8 раз, пока полностью не
восстановится емкость аккумуляторов.
Короткое замыкание пластин. Причинами короткого замыкания
могут быть: выпавшая активная масса, которая, оседая на дно сосуда,
соединяет кромки пластин; искривление положительных пластин до
соприкосновения с отрицательными, износ и разрушение сепара-
торов; попадание в аккумуляторы посторонних металлических пред-
метов.
При заряде аккумуляторов с такими повреждениями, основная
часть зарядного тока проходит по токопроводящему соединению, ми-
нуя электролит. Поэтому аккумуляторы, имеющие внутреннее корот-
кое замыкание, плохо заряжаются, так как у них понижено напряже-
ние и меньше плотность электролита. После отключения источника за-
рядного тока из-за непрерывного разряда напряжение поврежденно-
го аккумулятора быстро снижается. Короткое замыкание вызывает
глубокую сульфатацию пластин. Место короткого замыкания в ак-
кумуляторах со стеклянными сосудами можно определить при тща-
тельном их осмотре с переносной лампой.
Для определения места короткого замыкания в аккумуляторах
с непрозрачными сосудами пользуются компасом. Поврежденные ак-
кумуляторы создают магнитное поле. Поэтому стрелка компаса при
поднесении его к поврежденному аккумулятору отклонится от обыч-
ного направления. Место короткого замыкания необходимо быстро
устранить, выпавшую активную массу удалить со дна сосуда деревян-
ной или эбонитовой палочкой с тупым концом.
Поврежденные сепараторы заменяют новыми. При искривлении
положительных пластин поврежденный элемент выключают из бата-
реи. Покоробившиеся пластины вынимают из сосуда и осторожно пра-
вят под прессом между двумя деревянными досками. После длительной
эксплуатации аккумулятора покоробившиеся пластины выпрямить
76
нельзя, их следует заменить новыми. Отремонтированный аккумуля-
тор заряжают.
Коробление положительных пластин и оползание активной мас-
сы. Коробление положительных пластин вызывается неравномерным
разрядом и зарядом различных участков пластин, повышением тем-
пературы электролита выше допустимого значения. Обычно коробле-
ние происходит при больших зарядных токах, коротких замыканиях,
перезарядах. Искривленные положительные пластины давят на сосед-
ние отрицательные, разрушают сепараторы. В результате в акку-
муляторе может возникнуть короткое замыкание.
Оползание активной массы положительных пластин заключается
в том, что от пластин отпадают мельчайшие кристаллы двуокиси свин-
ца. При неправильной эксплуатации этот процесс является главной
причиной преждевременного выхода из сгроя свинцового аккумулято-
ра. Установлено, что срок службы активной массы положительных
пластин зависит главным образом от условий разряда: плотности и
температуры электролита, плотности разрядного тока. Например,
уменьшение плотности электролита с 1,2 до 1,1 г/см3 увеличивает срок
службы активной массы в 8—10 раз; уменьшение плотности разряд-
ного тока в 3 раза увеличивает срок службы активной массы пример-
но на 50 %.
Загрязнение электролита. Срок службы аккумуляторных батарей
в значительной степени зависит от качества электролита. Если для
приготовления электролита ошибочно использовать не аккумулятор-
ную, а техническую серную кислоту, имеющую значительное коли-
чество примесей, то пластины свинцовых аккумуляторов разрушаются
уже после первого разряда. Поэтому серная кислота для приготовле-
ния электролита по содержанию в ней примесей должна удовлетворять
требованиям ГОСТа. Примеси благородных металлов, меди, железа,
мышьяка, сурьмы и висмута способствуют увеличению самораз-
ряда аккумуляторов. Присутствие марганца увеличивает внутреннее
сопротивление и уменьшает емкость аккумулятора. Примеси уксус-
ной, соляной и азотной кислот разрушают пластины. Загрязненный
электролит следует немедленно заменить новым. Периодическая про-
верка электролита производится в химической лаборатории.
§ 30. Щелочные аккумуляторы
Устройство. Щелочные аккумуляторы по сравнению со свинцовы-
ми имеют меньшую отдачу по энергии и емкости, меньшее среднее раз-
рядное напряжение и большее изменение напряжения при разряде.
Однако благодаря высокой механической прочности и сравнительно
небольшой массе щелочные аккумуляторы используются в качестве
переносных и временных источников электропитания некоторых уст-
ройств железнодорожной связи.
Наибольшее применение нашли щелочные ламельные, никель-
железные (НЖ) и никель-кадмиевые (НК) аккумуляторы емкостью до
100 А-ч. Для электропитания различной переносной аппаратуры
77
Рис. 63. Устройство никель-кадмие-
вого щелочного аккумулятора:
/ — активная масса; 2 — распорные эбо-
нитовые палочки; 3 — ламель; 4 — положи-
тельные пластины; 5 — положительный по-
люсный вывод; 6 — вентиляционная проб-
ка; 7 — отрицательный полюсный вывод;
8 — крышка; 9 — корпус; 10 — отрицатель-
ные пластины; 11 — эбонитовая пластина
средств связи, радиоприемников и т. д. широко используются герме-
тические дисковые и цилиндрические аккумуляторы.
Никель-железный аккумулятор смонтирован в стальном никели-
рованном корпусе, на верхней крышке которого размещены полюсные
выводы от положительных^ и отрицательных пластин и отверстие для
заливки электролита, закрываемое пробкой. В аккумуляторах ем-
костью до 100 А-ч предусмотрены вентильные пробки, через которые
выходят газы, но не выпивается электролит при опрокидывании кор-
пуса. Разноименные пластины изолированы эбонитовыми палочками.
Пластины аккумулятора состоят из стальных перфорированных
ламелей (оболочек), внутри которых заключена активная масса. Для
повышения электропроводности в
активную массу добавляют графит
или никель. Одноименные пласти-
ны образуют блоки, которые сое-
диняются с полюсными выводами.
Устройство никель-кадмиевого ще-
лочного аккумулятора показано
на рис. 63. По конструкции элект-
родов НК аккумуляторы делятся
на ламельные и безламельные. В
безламельных аккумуляторах ак-
тивные массы наносятся (намазыва-
ются или впрессовываются) на
пластины непосредственно. Бла-
годаря этому уменьшается внут-
реннее сопротивление, увеличи-
ваются удельные значения емкости
и энергии аккумулятора. Однако
срок службы безламельных акку-
муляторов примерно в 4 раза мень-
ше, чем ламельных.
В аккумуляторах типа НЖ
число отрицательных пластин на
одну больше, чем положительных
(рис. 64, а). Крайние отрицатель-
ные пластины касаются корпуса,
положительные пластины с торцов
изолируются от корпуса листовым
эбонитом. В аккумуляторах типа
НК крайними пластинами являют-
ся положительные пластины
(рис. 64, 6), вследствие чего
корпус сообщается с положитель-
ным полюсным выводом. Актив-
ной массой положительных пла-
стин аккумуляторов НЖ и НК
является гидрат окиси никеля
Ni (ОН)3.
ных и отрицательных электродов в
аккумуляторах НЖ и НК
78
Активная масса отрицательных
пластин у аккумуляторов НЖ со-
стоит из электрохимически актив-
ного железного порошка Fe, а
аккумуляторов НК — из смеси
кадмия, железа и их окислов.
Электролитом служит водный рас-
твор едкого натра NaOH или ед-
кого кали КОН плотностью 1,19—
1,21 г/см3 с добавкой 20 г едкого
лития на 1 л электролита, увели-
чивающего в 2—2,5 раза срок
службы щелочных аккумулято-
ров.
При разрядке аккумуляторов
НЖ активная масса положительных
пластин превращается в гидрат за-
киси никеля Ni (ОН)2, а активная Рис. 65. Щелочная аккумуляторная
масса отрицательных пластин—в батарея 5-НЖ-45
гидрат закиси железа Fe (ОН)2.
На образование этих веществ не затрачивается едкий натр, поэтому
плотность электролита во время разряда остается постоянной.
При заряде щелочного аккумулятора пластины восстанавливаются
до первоначального химического состава. Щелочные аккумуляторы вы-
пускают на различную емкость. Из отдельных элементов составляют
батареи, помещенные в деревянные ящики или металлические карка-
сы. Батарея 5-НЖ-45 (рис. 65) состоит из пяти аккумуляторов / ем-
костью 45 А-ч, соединенных последовательно с помощью соедините-
лей 2. Батарея размещается в деревянном ящике 3.
Основные характеристики. Э. д. с. заряженного щелочного акку-
мулятора НЖ— 1,5 В, а аккумулятора НК — 1,4 В. При разряде
э. д. с. снижается до 1,3 В. Напряжение щелочных аккумуляторов не
является постоянным. В процессе разряда оно быстро падает до
1,3 В, а затем медленно—до напряжения 1,15 В, при котором обычно
прекращают разряд. Дальнейший разряд нецелесообразен, так как на-
пряжение быстро падает и становится недостаточным для нормальной
работы приемника энергии. Среднее напряжение аккумулятора при
разряде принимается равным 1,25 В. При заряде напряжение акку-
мулятора быстро увеличивается с 1,15 до 1,6 В, а затем медленно по-
вышается до 1,8 В.
В отличие от кислотных щелочные аккумуляторы могут отдать
полную емкость при различных режимах разряда. Для этого щелоч-
ные аккумуляторы следует разряжать до различного конечного на-
пряжения. Чем больше разрядный ток, тем меньше конечное напря-
жение, при котором аккумулятор отдает полную емкость. Например,
при 8-часовом режиме разряда аккумулятор отдает номинальную ем-
кость, если конечное напряжение 1,1 В, а при 5-часовом режиме раз-
ряда — если конечное напряжение 0,8 В. Большое изменение напря-
жения щелочных аккумуляторов требует установки специальных уст-
79
ройств, стабилизирующих напряжение электропитающей установки.
Особенно большие перепады напряжения возникают в буферном ре-
жиме эксплуатации щелочных аккумуляторов. При непрерывном под-
заряде на каждом аккухмуляторе поддерживается напряжение 1,6 В,
что намного превышает среднее разрядное напряжение 1,25 В. Поэто-
му на предприятиях связи щелочные аккумуляторы эксплуатируются
в режиме заряд-разряд.
Внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов приблизи-
тельно в 2 раза больше, чем свинцовых аккумуляторов такой же ем-
кости. Вследствие этого они менее чувствительны к коротким замы-
каниям, но имеют более низкий к. п. д.
Щелочные никель-железные аккумуляторы подвержены значитель-
ному саморазряду. Так, за 30 суток хранения при температуре элек-
тролита +20 °C эти аккумуляторы теряют от 30 до 50 % номиналь-
ной емкости, а при температуре электролита +40 °C — всю емкость.
Саморазряд никель-кадмиевых аккумуляторов в 2- 2,5 раза мень-
ше, чем никель-железных. Отдача у щелочных аккумуляторов мень-
ше, чем у кислотных, и составляет 0,65 по емкости и 0,5 по энергии.
Основные правила ухода. Аккумуляторы ЫЖ и НК выпускаются
без электролита. Для заливки применяется водный раствор едкого
натра или едкого кали плотностью 1,19—1,21 г/см3.
Электролит приготовляют в стальном или керамическом сосуде.
Не следует разводить электролит в стеклянных сосудах. От большого
количества тепла стекло может лопнуть. В сосуд наливают дистилли-
рованную воду, а затем осторожно бросают небольшие кусочки твер-
дой щелочки. Раствор электролита все время перемешивают стеклян-
ной или эбонитовой палочкой. На каждый литр готового раствора ед-
кого натра добавляют 10 г моногидрата едкого лития. В электролит с
едким кали добавляют 20 г моногидрата едкого лития на каждый литр
раствора. Охлажденный электролит заливают в новые аккумуляторы на
8—10 мм выше верхних краев пластин. Через 2 ч после заливки но-
вые аккумуляторы ставят на заряд. Первый заряд производят нормаль-
ным током, численно равным 0,25QH, в течение 12 ч. После этого ба-
тарею разряжают до напряжения 1 В на каждый элемент током 8-ча-
сового режима. Гарантированную заводом номинальную емкость ак-
кумуляторы приобретают после трех-четырех таких заряд-разрядов.
Очередной заряд производят током, равным 0,25QH, в течение
6 ч. Окончание заряда определяется тем, что напряжение на каждом
элементе становится равным 1,75—1,8 В и наступает интенсивное ки-
пение электролита во всех элементах.
Во время первого и очередного зарядов нужно следить за тем,
чтобы температура электролита не превышала +40 °C. Если темпера-
тура электролита приближается к +40 °C, следует уменьшить заряд-
ный ток. Батареи щелочных аккумуляторов заряжают при выверну-
тых пробках во всех элементах. Пробки ввертывают не ранее чем через
12 ч после окончания заряда.
Разряд и хранение. Щелочные аккумуляторы можно разряжать до
конечного напряжения 1,15—1 В при нормальном разряде и до 0,6 В
при ускоренном разряде.
80
Никель-железные аккумуляторы хранят от месяца до года с элек-
тролитом в полузаряженном состоянии. Для более длительного хра-
нения аккумуляторы разряжают нормальным током до напряжения
1 В, выливают электролит и плотно закрывают пробками. Все неок-
рашенные металлические части аккумуляторов покрывают густым
слоем технического вазелина. После длительного хранения аккуму-
ляторы приводят в действие так же, как новые.
^Металлические сосуды аккумуляторов, стеллажи, батарейные ящи-
ки должны содержаться в чистоте и быть сухими. С понижением уров-
ня электролита в аккумуляторы следует доливать дистиллированную
воду. Для предохранения электролита от воздействия на него угле-
кислоты воздуха поверх электролита следует наливать тонкий слой
вазелинового масла, а наливные отверстия закрывать пробками. Ще-
лочные и кислотные аккумуляторы должны находиться в различных
помещениях. Для ухода за этими аккумуляторами нельзя применять
одни и те же принадлежности (ареометры, воронки, груши, резиновые
перчатки).
§ 31. Щелочные противоэлементы
В буферном режиме работы аккумуляторных батарей напряжение
на каждом кислотном элементе повышается до 2,1—2,2 В. В результа-
те этого напряжение аккумуляторной батареи становится больше до-
пустимого. Для понижения напряжения, подводимого к аппаратуре
связи, могут использоваться противоэлементы. Противоэлементы ПЭ
(рис. 66) включают последовательно с нагрузкой так, чтобы их
э. д. с. была направлена навстоечу э. д. с. батареи Б. Напряжение
электропитающей установки в этом случае
уСТ -~Uq — ^пэ ,
где £/б — напряжение на зажимах батареи;
£7ПЭ — напряжение включенных противоэлементов.
В случае прекращения работы буфер-
ного выпрямителя В напряжение акку-
муляторной батарей резко падает и про-
тивоэлементы ПЭ должны быть немедлен-
но выключены (замкнуты выключателем
К). В противном случае напряжение на
нагрузке будет меньше допустимого зна-
чения. Если вместо противоэлементов ус-
тановить реостат, напряжение электропи-
тающей установки (7уст (7б — [7Р.
С изменением тока нагрузки будет изме-
няться падение напряжения /гр на реоста-
те, а следовательно, и напряжение на
нагрузке. В этих же условиях напряже-
ние на противоэлементах изменится зна-
Рис. 66. Схема включения
противоэлементов
81
Рис. 67. Кривая зависимости на-
пряжения щелочного противоэле-
мента от плотности тока
чительно меньше, чем на рео-
стате.
По устройству щелочные проти-
воэлементы похожи на щелочные
аккумуляторы и отличаются от по-
следних главным образом конструк-
цией пластин. Пластины противо-
элемента для уменьшения емкости
изготавливаются из гладкой листо-
вой стали без активной массы.
Включенный щелочной проти-
воэлемент в зависимости от плот-
ности тока имеет напряжение 1,7—
2,0 В (рис. 67). Среднее напряжение
одного щелочного противоэлемента принимается равным 1,8 В. Ще-
лочные противоэлементы обладают большой рабочей плотностью тока
(до 5 А/дм2) и ничтожной емкостью (0,6—0,8 А-ч/дм2). Это позволяет
выключать их из цепи нагрузки наиболее простым способом — ко-
ротким замыканием (см. рис. 66) контакта /С, основная цепь при этом
не разрывается.
Противоэлементы обычно монтируют в вытяжных шкафах, которые
устанавливаются в одном помещении с выпрямительными установ-
ками. Тип противоэлемента выбирают по току максимальной нагруз-
ки. Практика показала, что щелочные противоэлементы обладают ря-
дом существенных недостатков. В работающем противоэлементе не-
прерывно выделяются газы — водород и кислород, вследствие чего
установка становится взрывоопасной и требует устройства специаль-
ной вентиляции. Кипение электролита усложняет эксплуатацию ще-
лочных противоэлементов, так как возникает необходимость часто их
осматривать, вытирать наружные части от осаждающейся на них пыли,
щелочи, влаги, доливать электролит.
Поэтому за последнее время в электропитающих установках связи
противоэлементы заменяют кремниевыми вентилями. Вольт-ампер-
Рис. 68. Вольт-амперная ха-
рактеристика кремниевых вен-
тилей и схема их включения
при замене противоэлементов
82
ная характеристика кремниевых вентилей (рис. 68, а) аналогична
вольт-амперной характеристике противоэлементов.
При изменении прямого тока от до /2 падение напряжения на
них At/в изменяется мало.
Поэтому напряжение электропитающей установки при включенных
кремниевых вентилях (рис. 68, б) мало зависит от тока нагрузки.
§ 32. Аккумуляторные помещения
Общие требования. Выделяемые аккумуляторами во время их
работы газы и мельчайшие капельки электролита смешиваются с ок-
ружающим воздухом и оказывают вредное влияние на здоровье людей
и электротехническую аппаратуру. Поэтому аккумуляторы устанавли-
вают в специально оборудованном закрытом помещении — аккуму-
ляторной. Обычно аккумуляторную размещают в подвале или первом
этаже здания рядом с выпрямительным помещением. Чтобы ограни-
чить распространение вредных газов из аккумуляторной в смеж-
ные помещения, при входе в аккумуляторное помещение делают там-
бур с двумя дверями, открывающимися наружу.
Пол аккумуляторного помещения должен быть строго горизонталь-
ным и рассчитанным по своей прочности на нагрузку, создаваемую ус-
тановленными аккумуляторными батареями. Для защиты от действия
электролита его покрывают двумя слоями асфальта или одним слоем
асфальта и сверху метлахскими плитками. Если пол сделан из асфаль-
та, то тумбочки стеллажей устанавливают на укрепленные в асфальте
метлахские плитки.
Стены аккумуляторного помещения покрывают штукатуркой и ок-
рашивают электролитоупорной эмалевой краской. Для предохране-
ния аккумуляторов от нагревания прямыми солнечными лучами
оконные стекла делают матовыми или покрывают их тонким слоем
светлой краски. Высота аккумуляторного помещения должна быть
не менее 3 м, а площадь зависит от количества, размеров и расположе-
ния стеллажей с батареями. Рядом с аккумуляторной отводят комнату
площадью не менее 6 м2 для хранения кислоты (или щелочи), дистил-
лированной воды, запасных частей и принадлежностей для приготов-
ления электролита. Здесь устанавливают водопроводный кран для
промывки аккумуляторов и вспомогательного оборудования для них.
В домах связи предусматривается отдельное помещение для установ-
ки дистиллятора.
Размещение оборудования в аккумуляторном помещении (рис. 69).
Стеллажи устанавливают так, чтобы был обеспечен свободный доступ
к каждому аккумулятору для его осмотра, доливки электролита или
воды и для работы по текущему ремонту. Поэтому вдоль стен аккуму-
ляторного помещения можно размещать только однорядные стеллажи.
Ширина проходов между продольными сторонами стеллажей должна
быть не менее 1 м, между стеллажом и стеной, а также торцевой сто-
роной одного стеллажа и продольной стороной другого — 0,8 м.
83
Щелочные и кислотные аккумуляторы располагают в разных ак-
кумуляторных помещениях.
Вентиляция, отопление, освещение. Для удаления выделяющих-
ся из аккумуляторов водорода и кислорода, образующих взрывоопас-
ную смесь (гремучий газ), а также захватываемых этими газами мель-
чайших частичек электролита в аккумуляторном помещении устраи-
вают приточно-вытяжную вентиляцию, обеспечивающую пяти-десяти-
кратный обмен воздуха в час в зависимости от числа и типа установ-
ленных аккумуляторов. Работа вентиляции аккумуляторного помеще-
ния увязывается с работой зарядных выпрямительных устройств.
Чтобы уменьшить испарение электролита во время заряда и буфер-
ной работы, открытые стационарные аккумуляторы сверху накрывают
стеклянными пластинками; при этом увлекаемые газами капельки
электролита оседают на нижней стороне таких пластинок и стекают
обратно в сосуд. Кроме того, стекло предохраняет аккумуляторы от
пыли.
Приток воздуха в аккумуляторную создается специальной венти-
ляционной установкой, которая размещается в отдельном закрытом
помещении, называемой вентиляционной камерой. Здесь устанавли-
вают вентилятор, подогреватели воздуха и воздушные фильтры.
Поток всасываемого снаружи здания воздуха очищается от пыли,
в зимнее время подогревается и направляется в аккумуляторную по
металлическим или шлакобетонным коробам с приточными отверстия-
ми на высоте 1,5 м от пола. Вытяжные короба должны иметь по не-
сколько отверстий в верхней части помещения для удаления скапли-
вающегося вверху более легкого газа — водорода и в нижней части на
высоте 0,5 м от пола для удаления скапливающегося внизу более тя-
желого газа — кислорода и испарений электролита. Вытяжные
короба выводят не менее чем на 1 м выше конька крыши. Для при-
нудительной вытяжки воздуха на чердаке здания устанавливают вы-
тяжной вентилятор. Все части этого вентилятора, соприкасающиеся с
Рис. 69. Примерный план размеще-
ния оборудования в аккумулятор-
ном помещении
84
всасываемым из аккумуляторной
воздухом, окрашивают электроли-
тоупорной краской и периодичес-
ки осматривают.
В аккумуляторном помещении
должна поддерживаться температу-
ра не менее -|-15 и не более ф-35 °C.
Отопление может быть централь-
ным или печным. В последнем слу-
чае топки печей выносят из акку-
муляторного помещения.
Искусственное освещение акку-
муляторногопомещения должно
обеспечивать освещенность не ме-
нее 40 лк. Во избежание взрыва
газа применяют газонепроницае-
мые и взрывобезопасные светильни-
ки, а выключатели и штепсельные
розетки для переносных ламп устанавливают перед входом в акку-
муляторное помещение.
Электропроводка в аккумуляторном помещении должна быть
устойчива к воздействию серной кислоты или щелочи. В большинстве
случаев она выполняется проводами СРГ или ВРГ, которые протяги-
вают в стальных газовых трубах, прокладываемых в полу аккумуля-
торного помещения или по деревянным кронштейнам, укрепленным
на самих стеллажах. Концы труб при выходе из пола для герметиза-
ции заливают гудроном.
Сечение проводов определяется значениями проходящих по ним
токов и допускаемых потерь напряжения в токораспределительных
сетях. При больших поперечных сечениях применяют голые медные
или алюминиевые шины, которые укрепляют на настенных или пото-
лочных кронштейнах с изоляторами. Ввод шин из аккумуляторной в
выпрямительное помещение осуществляют при помощи проходных
досок. Шины и кронштейны окрашивают электролитоупорной крас-
кой.
85
Глава VII
СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
§ 33. Общие сведения
Электрическая энергия от электростанций всегда поступает в фор-
ме переменного тока, а для питания устройств связи, как правило,
требуется постоянный ток, поэтому во всех электропитающих установ-
ках очень широко используются преобразователи переменного тока
в постоянный — выпрямительные устройства или выпрямители.
Выпрямительное устройство состоит из трех основных частей
(рис. 70): трансформатора Тр для преобразования напряжения пере-
менного тока в напряжение, необходимое для питания устройств свя-
зи, а также для отделения заземленной схемы электропитающей уста-
новки от питающей сети переменного тока; выпрямительной схемы В,
состоящей из вентилей, пропускающих электрический ток только в
одном направлении; сглаживающего фильтра Ф для сглаживания
пульсаций выпрямленного тока.
Напряжение питающей сети переменного тока подводится к
первичной обмотке I трансформатора Тр, который в маломощных вы-
прямителях делается однофазным, а в более мощных — трехфазным.
Во вторичной обмотке II трансформатора индуктируется такое пере-
менное напряжение ц2, которое необходимо для получения требуемого
выпрямленного напряжения uq на нагрузке г.
Благодаря односторонней проводимости вентилей выпрямитель-
ной схемы В на ее выходе возникает выпрямительное пульсирующее
напряжение ц0. Сглаживающий фильтр Ф значительно уменьшает
пульсации выпрямленного напряжения. Часто для поддержания по-
стоянства выпрямленного напряжения в схему включают допол-
нительно стабилизатор напряжения переменного тока (перед транс-
форматором) или постоянного тока (перед нагрузкой) или оба стаби-
лизатора одновременно.
В современных электропитающих установках связи применяются
следующие схемы выпрямления переменного тока: однофазная одно-
полупериодная, однофазная двухполупериодная (схема Миткевича);
однофазная мостовая, трехфазная однополупериодная (или трехфаз-
ная нулевая), трехфазная мостовая (схема Ларионова).
Выбор той или иной схемы определяется свойствами вентилей и
условиями работы выпрямителя. Схемы выпрямления однофазного
тока используются при небольших мощностях выпрямительных уст-
ройств (примерно до 1 кВт). Они дают неравномерную нагрузку на
сеть трехфазного переменного тока и требуют дорогостоящих фильтров.
86
При мощностях более 1 кВт обычно применяются трехфазные схемы.
Выпрямительные устройства в этом случае равномерно нагружают
трехфазную сеть, имеют меньшую величину пульсации выпрямлен-
ного напряжения.
Чтобы рассчитать выпрямительное устройство, необходимо знать
параметры всех его элементов. Заданными всегда являются параметры
нагрузки: среднее значение выпрямленного напряжения (постоянная
составляющая) t/0; среднее значение выпрямленного тока /0; величина
допустимой пульсации выпрямленного напряжения, которая опреде-
ляется допустимым коэффициентом пульсации Кп.
Выпрямленное пульсирующее напряжение можно представить как
сумму постоянной составляющей и ряда переменных напряжений
(гармоник) с разными амплитудами, частотами и начальными фаза-
ми. Из переменных составляющих наибольшую амплитуду имеет со-
ставляющая наименьшей (основной) частоты. Отношение амплитуды
Ulm основной гармоники к постоянной составляющей (70 выпрямлен-
ного напряжения называют коэффициентом пульсации, т. е. Кп =
= и1т!и^. Чем меньше коэффициент пульсации, тем больше форма
выпрямленного напряжения приближается к прямой линии.
По известным параметрам нагрузки, а также по напряжению U±
и частоте сети f для каждой схемы можно определить параметры вен-
тилей и трансформатора.
Параметрами вентиля являются максимальные значения прямого
тока Ilim, обратного напряжения (70бр и рабочей температуры. По
этим параметрам подбирается подходящий тип вентиля. Промышлен-
ность выпускает селеновые, германиевые и кремниевые силовые вен-
тили, а также управляемые кремниевые вентили — тиристоры.
Селеновые вентили на алюминиевой основе выпускаются в виде
выпрямительных столбиков, собранных из элементов квадратной
формы по определенной схеме выпрямления. На одной изолированной
шпильке с помощью выводов и перемычек могут быть получены как
отдельные плечи выпрямителя, так и законченные выпрямительные
схемы.
В зависимости от значения допустимого обратного напряжения
(20—45 В) селеновые вентили делятся на шесть классов. Максималь-
ный прямой ток зависит от активной площади выпрямительного эле-
мента и в среднем равен 25 мА/см2.
Германиевые вентили по сравнению с селеновыми имеют меньшие
габариты и массу, большой срок службы (десятки тысяч часов), до-
Рис. 70. Функциональная схема выпрямительного устройства
87
пускают обратные напряжения до нескольких сотен вольт, обладают
высоким к. п. д. (до 0,98). Недостатком германиевых вентилей явля-
ется их чувствительность к перегрузкам, повышенной температуре и
обратным напряжениям.
Германиевые диоды серии Д 300, состоящей из шести типов вен-
тилей, характеризуются максимальным прямым током от 1 до 10 А,
максимальным обратным напряжением от 50 до 200 В. Мощные
германиевые вентили типов ВГВ-200, ВГВ-500 и ВГВ-1000 с водяным
охлаждением допускают прямые токи 200, 500 и 1000 А и имеют до-
пустимые обратные напряжения от 50 до 150 В.
Кремниевые вентили (диоды) работоспособны в широком диапазо-
не температур (от —40 до +140 °C), по допустимому обратному на-
пряжению делятся на 14 классов. Кремниевые вентили типов Д203
и Д226 допускают токи от 0,1 до 10 А при предельных обратных на-
пряжениях до 600 В. Кремниевые вентили с воздушным охлаждением
серий В и ВЛ допускают прямой ток до 800 А, а с водяным охлажде-
нием серий ВВ и ВЛВ — до 1250 А. Допустимое обратное напряжение
этих вентилей ограничено пределами 100—1500 В.
Кремниевые управляемые вентили (тиристоры) выпускаются на
предельный ток от 10 до 1000 А. К числу наиболее распространенных
относятся: тиристоры серии Т, тиристоры с лавинной характеристи-
кой.
Конструктивный расчет трансформатора (определение размеров
сердечника, сечения и числа витков обмоток) производят по его пара-
метрам. К ним относятся действующие значения напряжения вторич-
ной обмотки U2 и токов первичной и вторичной обмоток и /2» а так-
же расчетная типовая мощность ST трансформатора.
Рассмотрим работу основных схем выпрямления переменного то-
ка, предполагая вначале, что выпрямитель работает на активную на-
грузку и состоит из идеальных вентилей и трансформатора, в которых
можно пренебречь падениями напряжения, а также обратными тока-
ми вентилей.
§ 34. Однофазные схемы выпрямления
Однополупериодная схема. Первичная обмотка трансформатора
Тр включается в сеть переменного тока (рис. 71, а), а к вторичной об-
мотке через вентиль Д подключается нагрузка г. Если к первичной
обмотке трансформатора подвести переменное напряжение иъ то на
зажимах аи б вторичной обмотки трансформатора возникает перемен-
ное напряжение и2 (рис. 71, б).
Допустим, что при положительном полупериоде напряжения точ-
ка а (см. рис. 71) имеет положительный потенциал относительно точ-
ки б. Сопротивление вентиля за этот полупериод можно принять рав-
ным нулю. В результате этого через вентиль и нагрузку пройдет ток
Ч = = Ч). Выпрямленное напряжение за этот полупериод будет
равно напряжению на второй обмотке трансформатора. За отрицатель-
ный полупериод, когда изменится полярность в точках а и б, сопро-
88
Рис. 71. Однофазная однополупери-
одная схема выпрямления и диа-
граммы напряжений и токов
тивление вентиля можно будет принять равным бесконечности, а об-
ратный ток — равным нулю.
Таким образом, ток во вторичной цепи будет проходить только за
положительный полупериод напряжения. На рис. 71, в представлены
кривые выпрямленного тока iQ и выпрямленного напряжения и0 iQr
при активной нагрузке.
Средним значением выпрямленного тока называется такое значе-
ние постоянного тока, при котором в течение периода через попереч-
ное сечение проводника проходит такое же количество электричества,
что и при выпрямленном токе. Графически среднее значение выпрям-
ленного тока /0 выразится высотой прямоугольника (см. рис. 71, в) с
основанием, равным Т, и площадью, равной площади, ограниченной
кривой тока с осью абсцисс за период.
Для рассматриваемой схемы
где /07П, t/om — максимальные значения тока и напряжения.
При положительном полупериоде сопротивление, а следовательно,
и падение напряжения на вентиле будут равны нулю. Во время от-
рицательного полупериода сопротивление вентиля можно считать
бесконечно большим, а выпрямленный ток iQ и напряжение и0 = iQr —
равными нулю. В результате этого напряжение вторичной обмотки
трансформатора будет приложено к вентилю.
Наибольшее значение обратного напряжения на вентиле будет
равно максимальному значению напряжения вторичной обмотки транс-
форматора
^обр — ^2тп = — •
Для рассматриваемой схемы действующие значения тока и на-
пряжения вторичной обмотки трансформатора /2 = 1>57/0; U2 =
= 2,22[/0.
При синусоидальном токе произведения UJt и U2I2 выражают
полные мощности обмоток. В том случае, когда по обмоткам трансфор-
матора проходят несинусоидальные токи, эти произведения выра-
жают расчетную (типовую) мощность обмоток трансформатора.
Расчетная мощность всего трансформатора, выраженная в вольт-
амперах, условно определяется как полусумма расчетных мощностей
89
обеих обмоток ST = 0,5 (Sx + S2) — 0,5 (U1I1 + (72/2). По расчет-
ной мощности определяют размеры трансформатора. Эта мощность
всегда больше выходной мощности выпрямителя Ро = UqI0.
Отношение Pq^S^ /Ст называется коэффициентом использования
трансформатора. Чем больше коэффициент /Ст, тем лучше используют-
ся обмотки трансформатора и тем меньше его размеры и масса.
При однополупериодном выпрямлении ток и напряжение на на-
грузке один раз за период достигают максимального значения. Следо-
вательно, частота основной гармоники равна частоте переменного на-
пряжения сети, т. е. Д ^50 Гц.
Можно доказать, что амплитуда основной гармоники напряжения
lhm = l,57t/0, следовательно, коэффициент пульсации
Ulm 1,57^0
к‘~— - и. -1’57'
Достоинством однофазной однополупериодной схемы является ее
простота. К недостаткам схемы относятся: большая величина и низ-
кая частота пульсации, что приводит к увеличению размеров и стои-
мости фильтров; плохое использование трансформатора (/(т — 0,324),
что вызывает увеличение его размеров и стоимости; большое обратное
напряжение на вентиле (t/o6p = 3,14t/0); большое максимальное зна-
чение прямого тока через вентиль (1ВП1 = 3,14 /0); намагничивание
сердечника трансформатора постоянной составляющей выпрямлен-
ного тока (вынужденное намагничивание), что приводит к увеличению
сечения провода первичной обмотки и размеров всего трансформатора.
Из-за перечисленных недостатков однофазная однополупериодная
схема применяется лишь в маломощных выпрямительных устройст-
вах, где низкое использование трансформатора оправдывается эконо-
мией, полученной от применения в схеме одного вентиля.
Двухполупериодная схема (рис. 72, а). В схеме используется транс-
форматор Тр, вторичная обмотка которого имеет нулевой вывод 0 (сред-
няя точка). Поэтому схему часто называют схемой с нулевой точкой.
В схеме применены два вентиля Д1 и Д2, аноды которых подключены
90
к концам а и б вторичной обмотки. Между общей точкой К катодов
вентилей и средней точкой вторичной обмотки трансформатора вклю-
чена нагрузка г.
Синусоидальные напряжения u2, и2 вторичной обмотки транс-
форматора всегда равны по величине, но сдвинуты одно относитель-
но другого по фазе на 180° (рис. 72, б). В первый полупериод, когда
точка а (см. рис. 72, а) имеет положительный потенциал, а точка б —
отрицательный, ток проходит отточки а через вентиль Д1 и резистор
г к точке 0. Вентиль Д2 в это время находится под обратным напряже-
нием. Во второй полупериод, когда полярность точек а и б изменит-
ся, ток г0 проходит от точки б через вентиль Д2 и резистор г к точке
О, К вентилю Д1 в это время подводится обратное напряжение. Та-
ким образом, по сопротивлению нагрузки г за оба полупериода пере-
менного напряжения проходит ток в одном и том же направлении.
На рис. 72, в изображены кривые выпрямленного тока i0 и напря-
жения uQ = ior. Общая точка К (см. рис. 72, а) катодов вентилей явля-
ется для нагрузки положительным полюсом, а средняя точка транс-
форматора — отрицательным полюсом.
В двухполупериодной схеме выпрямления в отличие от однофазной
однополулериодной схемы по вторичной обмотке трансформатора 7р ток
проходит в течение обоих полупериодов. При этом токи полуобмоток
имеют противоположное направление. Следовательно, постоянная со-
ставляющая одного тока уравновешивает постоянную составляющую
другого тока и вынужденное намагничивание трансформатора отсутст-
вует. В результате этого по первичной обмотке трансформатора про-
ходит синусоидальный ток iL (рис. 72, г).
Основные соотношения для однофазной двухполупериодной схе-
мы с идеальными вентилями, работающей на активную нагрузку, при-
ведены в табл. 3.
Анализируя эти соотношения, можно отметить следующие преиму-
щества однофазной двухполупериодной схемы перед однополупериод-
ной схемой: размеры и масса трансформатора значительно уменьшают-
ся благодаря лучшему использованию трансформатора и отсутствию
вынужденного намагничивания; амплитудное значение тока через вен-
тиль уменьшается в 2 раза; уменьшаются размеры и масса сглаживаю-
щего фильтра вследствие увеличения частоты основной гармоники и
уменьшения коэффициента пульсации. По величине максимального
обратного напряжения на вентиле обе схемы равноценны.
Однофазную двухполупериодную схему широко применяют в вы-
прямительных устройствах малой мощности для электропитания уси-
лителей, радиоприемников и т. д.
Мостовая схема (рис. 73, а). В схему включают четыре вентиля по
схеме измерительного моста. К одной диагонали моста подводится пе-
ременное напряжение ц2, а к другой диагонали присоединяется на-
грузка г. За первый полупериод, когда точка а имеет положительный
потенциал, а точка б — отрицательный, ток iQ проходит от точки а
через вентиль Д1, резистор г и вентиль ДЗ к точке б. Вентили Д2 и Д4
за этот полупериод находятся под обратным, напряжением. За вто-
рой полупериод, когда полярность точек а и б изменится, ток ц про-
91
ходит от точки б через вентиль Д2, резистор г и вентиль Д4 к точке а.
Вентили Д1 и ДЗ в это время находятся под обратным напряжением.
Таким образом, ток через нагрузку г проходит в одном направлении
за оба полупериода напряжения и2.
Общая точка К катодов вентилей Д1 и Д2 является для нагрузки
положительным полюсом, а общая точка А анодов вентилей ДЗ и Д4 —
отрицательным полюсом.
Ток 12 во вторичной обмотке трансформатора проходит оба полу-
периода и является синусоидальным (рис. 73, б), В нем нет постоян-
ной составляющей и вынужденное намагничивание сердечника транс-
форматора отсутствует. На рис. 73, в представлены кривые выпрям-
ленного тока iQ и напряжения и0 = for. Так как выпрямленный ток в
однофазной мостовой схеме 2 раза за один период достигает своего мак-
симального значения, частота основной гармоники будет в 2 раза
больше частоты сетевого напряжения = 2/ = 100 Гц.
Основные параметры однофазной мостовой схемы для идеальных
вентилей, работающих на активную нагрузку, приведены в табл. 3.
Однофазная мостовая схема имеет ряд преимуществ перед однофазной
двухполупериодной схемой с нулевым выводом: размеры и масса транс-
форматора уменьшаются благодаря лучшему использованию его об-
моток; не требуется специального вывода от средней точки вторичной
Таблица 3
Параметры Соотношение для различных схем выпрямления переменного тока
однофазного трехфазного
Однополу- периодная Двухполу- периодная Мостовая Однополу- периодная Мостовая
Максимальное значение: тока вентиля /в т 3,14/0 1,57/0 1,57/0 1,21/0 1,О45/о
обратного напряжения 3,14С'О 3,144/О 1,57(/0 2,Ш0 1,045(/о
U обр Среднее значение тока вен- — 0,5/0 0,5/0 О,33/о О,33/о
тиля /в Действующее значение: напряжения вторичной об- 2,22(/0 2X1,НЦ, 1,1Ш0 О,855(/о О,43(/о
мотки трансформатора 6^ тока вторичной обмотки /2 1,57/0 0,785/0 1,И/о 1,23Р0 О,58/о О,82/о
Расчетная мощность транс- 3,О9Ро 1,48Р0 1,35Р0 1,045Ро
форматора St Коэффициент использова- 0,324 0,675 0,814 0,741 0,955
ния трансформатора Кт Вынужденное намагничива- Есть Нет Нет Есть Нет
ние Частота основной гармоники 50 100 100 150 300
fi при частоте сети 50 Гц Коэффициент пульсации Кп 1,57 0,67 0,67 0,25 0,057
♦ Для трехфазной однополупериодной и трехфазной мостовой схем U2 — фазное на-
пряжение вторичной обмотки.
92
Рис. 73. Однофазная мостовая схема
выпрямления и диаграммы напряже-
ний и токов
обмотки; напряжение на зажимах вторичной обмотки и обратное на-
пряжение на один вентиль уменьшаются в 2 раза.
К недостаткам однофазной мостовой схемы относятся: необходи-
мость применения четырех вентилей; последовательное включение
двух работающих вентилей (особенно высокоомных), приводящее к
уменьшению выпрямленного напряжения с увеличением тока нагруз-
ки; действующее значение тока вторичной обмотки в ]/2 раз больше
действующего значения тока в схеме с нулевым выводом, что требует
увеличения сечения провода вторичной обмотки на 20 %.
Однофазная мостовая схема с полупроводниковыми вентилями ши-
роко применяется в устройствах железнодорожной связи.
§ 35. Трехфазные схемы выпрямления
Однополупериодная схема выпрямления (рис. 74, а). Первичную
обмотку трансформатора Тр в зависимости от напряжения сети со-
единяют звездой или треугольником, а вторичную для получения ну-
левой точки 0 — всегда звездой.
Начало вторичных обмоток а, b и с соединяют с анодами вентилей
Д/, Д2 и ДЗ. Нагрузка г включается между общей точкой К като-
дов вентилей и нулевой точкой вторичной обмотки трансформатора 0.
На рис. 74, б представлены кривые фазных напряжений &ф1, и$2 и
ифз, которые имеют одинаковую частоту и амплитуду, но сдвинуты од-
но относительно другого на угол 120°.
В промежуток времени 4—/2 (т- е- в течение 1/3 периода) вен-
тиль Д1 находится под наибольшим положительным напряжением.
Это значит, что точка а имеет положительный потенциал относитель-
. но точки 0. Поэтому ток проходит от точки а через вентиль Д1 и рези-
стор г к точке 0. В промежутке времени /2—G наибольшее положи-
тельное напряжение возникает на второй обмотке (фазе) трансформа-
тора, и ток проходит от точки b через вентиль Д2 и резистор г к точ-
ке 0. В промежутке времени /3—/4 ток будет проходить от точки с
(см. рис. 74, а) через вентиль ДЗ и г к точке 0.
Таким образом, вентили Д1, Д2 и ДЗ работают поочередно, каж-
дый в течение 1/3 периода, а их токи через нагрузку проходят всегда в
93
одном направлении — от точки К к нулевой точке 0, Следовательно,
точка является положительным полюсом для нагрузки, а точка
О — отрицательным полюсом.
На рис. 74, в представлены кривые выпрямленного тока iQ и на-
пряжения Uq = ior, из которых видно, что по каждой вторичной об-
мотке ток проходит только в течение положительного полуперио-
да. Постоянная составляющая этого тока вызывает вынужденное
намагничивание сердечника и связанное с этим увеличение тока в
первичных обмотках трансформатора. Так как напряжение на на-
грузке достигает максимального значения 3 раза за один период,
то частота основной гармоники в этой схеме в 3 раза больше частоты
напряжения в сети: Д = 3/ = 150 Гц.
Основные параметры трехфазной однополупериодной схемы вы-
прямления при активной нагрузке приведены в табл. 3.
По сравнению с ранее рассмотренными схемами выпрямления одно-
фазного переменного тока трехфазная однополупериодная схема име-
ет меньший коэффициент пульсации и более высокую частоту пульса-
ции выпрямленного напряжения. В результате этого уменьшаются
размеры и масса сглаживающего фильтра; обеспечивается лучшее ис-
пользование обмоток трансформатора по сравнению с однофазной од-
нополупериодной схемой и схемой со средней точкой; равномерно на-
гружается сеть трех фазного переменного тока.
Основным недостатком трехфазной однополупериодной схемы яв-
ляется вынужденное намагничивание сердечника трансформатора и
связанное с этим увеличение тока первичной обмотки.
Мостовая схема (рис. 75, а) . Схема состоит из трехфазного транс-
форматора, первичные и вторичные обмотки которого можно соеди-
нять звездой и треугольником, и шести вентилей. Катоды вентилей Д1,
Д2 и ДЗ соединяются в общую точку К, которая является положитель-
ным полюсом выпрямительного устройства. Общая точка анодов А
вентилей Д4, Д5 и Д6 является отрицательным полюсом выпрямитель-
ного устройства.
На рис. 75, б представлены кривые фазных напряжений вторичных
обмоток трансформатора: — ф0; ^ф2 Фъ — Фо’, ^фз =
= Фс — ф0. Если потенциал нулевой точки обмоток принять равным
Рис. 74. Трехфазная однополупери-
одная схема выпрямления и диа-
граммы напряжений и токов
94
Рис. 75. Трехфазная мостовая схема
выпрямления и диаграммы напряже-
ний и токов
нулю, то эти кривые будут изображать потенциалы точек а, Ь, с:
^ф1 фа» ^ф2 Фь» ^фЗ Фс*
В течение времени —/2, равного 1/6 периода Т, наибольшим по-
ложительным потенциалом обладает точка а, а наибольшим отрица-
тельным потенциалом — точка в. Поэтому ток в цепи проходит от
точки а через вентиль Д7, сопротивление нагрузки г и вентиль Д5
к точке Ь.
В течение времени t2—13 наибольшим положительным потенциа-
лом по-прежнему обладает точка а, наибольшим отрицательным потен-
циалом — точка с. Поэтому ток проводят диоды Д1 и Д6. Рассуждая
аналогично, можно убедиться в том, что за каждую 1/6 периода через
нагрузку будет проходить ток в одном направлении — от общей точки
катодов диодов Д/, Д2 и ДЗ к анодной точке Д4, Д5 и Д6. Кривые
выпрямленного тока и напряжения uQ = ior представлены на
рис. 75, в. Под каждым импульсом выпрямленного тока указаны но-
мера одновременно работающих вентилей.
По вторичным обмоткам трансформатора токи проходят как в по-
ложительную, так и в отрицательную часть периода. В результате от-
сутствует вынужденное намагничивание сердечника трансформа-
тора. Выпрямленный ток в трехфазной мостовой схеме достигает мак-
симума 6 раз за период. Следовательно, частота основной гармо-
ники выпрямленного напряжения в 6 раз больше частоты сетевого на-
пряжения, т. е. /1 = 6/ = 300 Гц.
Для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения приме-
няют сложную трехфазную мостовую схему (рис. 76, а). Одна группа
вторичных обмоток такой схемы соединена звездой, а другая — тре-
угольником. Благодаря этому выпрямленные напряжения ц01 и ц02
сдвинуты на 30°, а суммарное напряжение и0 имеет меньшую пуль-
сацию с частотой основной гармоники 600 Гц (рис. 76, б). Основные
параметры трехфазной мостовой схемы, работающей на активную на-
грузку, приведены в табл. 3.
95
Рис. 76. Сложная мостовая схема
Трехфазная мостовая схема имеет следующие преимущества перед
трехфазной однополупериодной схемой: лучшее использование об-
моток трансформатора и отсутствие вынужденного намагничивания
сердечника, благодаря чему достигается значительное уменьшение
размеров и массы трансформатора; меньшая величина и более высока^1
частота пульсаций выпрямленного напряжения, что позволяет зна-
чительно уменьшить размеры, массу и стоимость сглаживающего
фильтра.
Основным недостатком схемы является необходимость применения
шести вентилей вместо трех. Кроме того, последовательное включение
двух работающих вентилей (особенно высокоомных) приводит к умень-
шению напряжения с увеличением тока нагрузки. Поэтому в трех-
фазной мостовой схеме обычно используют полупроводниковые
вентили, обладающие небольшим внутренним сопротивлением.
§ 36. Влияние характера нагрузки
на работу выпрямительных схем
В процессе рассмотрения различных схем выпрямления предпола-
галось, что нагрузка имеет только активное сопротивление. Практиче-
ски выпрямительные устройства редко работают на чисто активное со-
противление, так как в большинстве случаев они снабжаются элек-
трическими фильтрами,, содержащими индуктивные и емкостные зве-
нья. Иногда сама нагрузка содержит элементы с индуктивностью
(обмотки реле, дроссели и т. д.). Выпрямительные устройства могут
работать на встречную э. д. с., например при заряде аккумуляторных
батарей. Возможна также работа выпрямительных устройств на сме-
шанную нагрузку, состоящую из активного сопротивления, индуктив-
ности и емкости.
Работа выпрямительного устройства на встречную э. д. с. На
рис. 77, а представлена схема однофазного двухполупериодного вы-
96
Рис. 77. Схема выпрямителя, работающего на встречную э. д. с.
прямителя при питании батареи Б аккумуляторов с э. д. с. Е. Для
регулирования зарядного тока последовательно с батареей включен
реостат R.
Э. д. с. батареи Е направлена противоположно напряжению вы-
прямителя и0. Поэтому ток через диоды схемы может проходить в те
промежутки времени, когда Е. В течение времени t±—(рис. 77, б)
ток проходит от точки а с положительным потенциалом, через диод
Д1, реостат R, батарею Б к точке 0. За второй полупериод, в интерва-
ле /3—когда u(i > Е, ток проходит от точки б через диод Д2, рео-
стат /?, батарею Б к точке 0. Таким образом, токи через диоды Д1 и
Д2 проходят не в течение половины периода, как при активной на-
грузке, а только в течение части полупериода. Длительность прохож-
дения тока через вентили характеризуется углом отсечки 0.
Углом отсечки называется выраженная в угловом измерении по-
ловина времени прохождения тока через диоды. Зарядный ток батареи
имеет прерывистый (импульсный) характер. Мгновенное значение
этого тока
(z/0— E)/R.
С увеличением э. д. с. Е уменьшается длительность работы венти-
лей, т. е. угол отсечки 0. В результате ухудшается использование вен-
тилей по току, возрастают тепловые потери в обмотках трансформа-
тора. Чтобы выпрямленный ток был непрерывным, в цепь нагрузки
включают дроссель.
Работа выпрямленного устройства на нагрузку емкостного харак-
тера. Этот режим имеет место при использовании конденсаторов
в качестве первого элемента сглаживающего фильтра (рис. 78, а).
Напряжение ио на выходе выпрямительного устройства при от-
ключенном конденсаторе С показано на рис. 78, б. Конденсатор,
Рис. 78. Схема выпрямителя, работающего на емкостную нагрузку
4 Зак. 755 97
Рис. 79. Схема выпрямителя, работающего
на индуктивную нагрузку
включенный параллельно нагрузке, находится в заряженном состоя-
нии. Поэтому его влияние на работу выпрямленного устройства ана-
логично встречной э. д. с. Разница заключается в том, что напряже-
ние ис на конденсаторе в процессе его заряда и разряда не остается
постоянным, как это имеет место с батареей аккумуляторов. В интер-
вале времени —/2 напряжение и2 > ис, конденсатор заряжается,
его напряжение ис увеличивается.
Ток iB1, протекающий через вентиль Д1, равен сумме токов заряда
конденсатора ic и тока нагрузки i0. К моменту времени /2 конденса-
тор зарядится до максимального напряжения, равного амплитуде
напряжения вторичной обмотки U2Tni ток fB1 прекратится. После
этого начнется разряд конденсатора через сопротивление нагрузки
R- Интенсивность снижения напряжения ис при разряде зависит от
постоянной времени цепи т = RC. С увеличением т конденсатор раз-г
ряжается медленнее, продолжительность времени /2—увеличивает-
ся. В момент времени t3 открывается вентиль Д2 и конденсатор вновь
заряжается до максимального напряжения. Таким образом, конденса-
тор периодически заряжается, когда напряжение вторичной обмот-
ки трансформатора больше напряжения на конденсаторе, и частично
разряжается на нагрузку 7?, когда напряжение вторичной обмотки
меньше напряжения конденсатора. Выпрямленный ток проходит че-
рез вентиль в виде импульсов в течение части полу периода.
Работа выпрямительного устройства на индуктивную нагрузку.
При индуктивном характере нагрузка имеет активное сопротивление
R и индуктивность L (рис. 79, а). На рис. 79, б изображены кривые
выпрямленного напряжения ио и тока t’6, когда однофазная двухполу-
периодная схема работает только на активное сопротивление. При на-
личии индуктивности режим работы схемы изменяется. Из электро-
техники известно, что изменение тока в цепи с индуктивностью приво-
дит к появлению э. д. с. самоиндукции eL = —L-^-. С возрастанием
тока индуктируемая э. д. с. направлена навстречу току, т. е. препятст-
вует его увеличению. С уменьшением тока э. д. с. самоиндукции
поддерживает ток. Благодаря этому ток в цепи нагрузки с индук-
тивностью (рис. 79, в) не уменьшается до нуля, а изменяется более
плавно. При постоянной индуктивности формы кривых выпрямлен-
ного тока и напряжения одинаковы.
98
§ 37. Регулирование напряжения выпрямителей
Выпрямленное напряжение можно регулировать путем изменения
подводимого к выпрямителю переменного напряжения, включая со-
ответствующие регуляторы. Такое регулирование связано с дополни-
тельными потерями электрической энергии, что снижает общий к. п. д.
выпрямителя.Более экономичным и удобным является регулирование
выпрямленного напряжения изменением параметров вентилей. В
схему выпрямления при этом включают управляемые вентили — ти-
ристоры.
На рис. 80, а представлена однофазная двухполупериодная схема
выпрямления с тиристорами Д1 и Д2. Аноды тиристоров соединены с
выводами вторичной обмотки трансформатора, катоды соединены вме-
сте и служат положительным полюсом для нагрузки. Управляющие
электроды связаны с системой управления СУ, которая формирует син-
хронно с напряжением сети управляющие импульсы напряжения
иу2 и позволяет изменять их фазу относительно фазных напря-
жений «2 и и2 вторичной обмотки трансформатора.
Тиристоры открываются при наличии положительного напряже-
ния на аноде и отпирающего импульса напряжения на управляющем
электроде. На рис. 80, б изображены положительные полупериоды
фазных напряжений и2 и и2. За первый полупериод (интервал t0—t2)
положительное напряжение возникает на аноде первого тиристора
Д1, за второй полу период (интервал t2—/4) — на аноде второго тири-
стора Д2. Отпирающие импульсы напряжения иу1 и иу2 подаются от
системы управления с некоторой задержкой относительно начал поло-
жительных напряжений и2 и и2. Угол задержки а, выраженный в
электрических градусах, называется углом управления.
Рис. 80. Однофазная двухполупериодная схема с тиристорами и диаграммы на-
пряжений и токов
4*
99
В интервале /2—/3 оба тиристора закрыты и напряжение на нагруз-
ке равно нулю. В момент времени от отпирающего импульса
иу1 открывается тиристор Д/, напряжение на нагрузке, скачком воз-
растает, а далее изменяется по кривой фазного напряжения и2. В мо-
мент времени /2 напряжение и2 - 0 и тиристор Д1 закрывает-
ся. В интервале времени t2—t3 оба тиристора закрыты, в момент t3
открывается тиристор Д2 и остается открытым до момента /4. Далее
через интервал времени, соответствующий у* лу а, вновь вступает в ра-
боту тиристор Д1 и т. д. При работе на активную нагрузку кривая вы-
прямленного тока (рис. 80, в) повторяет форму кривой выпрямлен-
ного напряжения /70.
Воздействуя на систему управления СА , можно изменять угол уп-
равления сх, время работы каждого тиристора, а следовательно, и ве-
личину среднего выпрямленного напряжения UQ и тока /0.
Среднее выпрямленное напряжение
jj ,, 1 + cusa
- L'o шах ’
где t/ornax — наибольшее значение выпрямленного напряжения при полностью
открытых (а 0) тиристорах.
При а - 180е --- 0. Таким образом, с изменением угла управ-
ления а от 0 до 180° выпрямленное напряжение (70 меняется от (7тах
до 0. Тиристоры управляемого выпрямителя должны выдерживать не
только обратное, но и прямое напряжение. На рис. 80, г построена
кривая напряжения на тиристоре Д1.
В интервале /0- Д к тиристору приложено прямое напряжение
н11р—по, в интервале —12 тиристор Д/ открыт и падение напряже-
ния на нем равно нулю. В интервале t2—13 к тиристору приложено
обратное напряжение— //о» а в интервале t3—когда открыт ти-
ристор Д2, — полное напряжение вторичной обмотки трансформатора.
Выпрямители с управляемыми вентилями (тиристорами) по срав-
нению с выпрямителями, имеющими специальные ре1уляторы пере-
менного напряжения, имеют меньшие габариты, стоимость, позволяют
плавно регулировать выпрямленное напряжение в широких пределах.
Недостатком регулирования напряжения выпрямителя с управляемы-
ми вентилями является значительное увеличение амплитуды перемен-
ной составляющей и снижение cos <р.
100
Глава VIII
СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ
§ 38. Пульсация выпрямленного напряжения
Выпрямленное напряжение различных схем выпрямления являет-
ся пульсирующим. Величина и характер пульсации зависят от схе-
мы выпрямления, характера нагрузки, формы входного переменно-
го напряжения и других факторов. При неискаженной синусоидаль-
ной форме входного напряжения и активной нагрузке выпрямлен-
ное напряжение можно представить рядом Фурье, первый член ко-
торого выражает постоянную состав/ яющую выпрямленного напря-
жения, а остальные члены — величины напряжений соответствующих
гармоник. '
В табл. 4 приведены частоты и амплитуды пяти гармоник напря-
жения для четырех схем выпрямления. Постоянная составляющая на-
пряжения при этом принята равной 1 В. С увеличением постоянной
составляющей прямо пропорционально возрастают и указанные в
таблице амплитуды гармоник. Из табл. 4 видно, что наибольшую ам-
плитуду имеет первая (основная) гармоника с наименьшей частотой.
С увеличением частоты гармоник их амплитуды уменьшаются. При
питании аппаратуры проводной связи переменные составляюцлие вы-
прямленного напряжения создают так называемый фон (дополнитель-
ные колебания низкой частоты), который снижает качество связи. По-
Таблица 4
Схема выпрямления Гармоники пульсирующего напряжения
Первая Вторая Третья Четвертая Пятая
Частота, । Гц Ампли- туда, В Частота, Гц Ампли- туда, В Частота, Гц ! Ампли- туда, В Частота, Гц Ампли- туда, В Частота, Гц Ампли- туда, В
Однофазная мо- 100 0,6700 200 0,1330 300 0,0570 400 0,0317 500 0,0202
стовая Трехфазная од- 150 0,2500 300 0,0571 450 0,0250 600 0,0142 750 0,0089
нополупериодная Трехфазная мо- 300 0,0570 600 0,0142 900 0,0062 1200 0,0035 1500 0,0022
стовая Шестифазная двухполупериод- ная 600 0,0142 1200 0,0035 1800 0,0015 2400 0,0009 3000 0,0006
101
этому для аппаратуры связи установлена допустимая пульсация под-
водимого постоянного напряжения. Она выражается в псофомет-
рических или средних квадратичных величинах.
Псофометрические нормы пульсации указываются только для те-
лефонной аппаратуры. Это связано с тем, что уровень помех, возни-
кающих в микротелефонных цепях и воспринимаемых человеком, за-
висит не только от амплитуды, но и от частоты гармоник. Если
амплитуды всех гармоник будут одинаковы, то наибольшее мешающее
влияние окажет гармоника частотой 1000 Гц. Органы слуха челове-
ка наиболее чувствительны к звуковым колебаниям этой частоты. На
других частотах помехи воспринимаются слабее.
'Мешающее влияние гармоники частотой 800 Гц условно принято
за единицу. Относительное влияние гармоник, имеющих другие ча-
стоты, характеризует псофометрический коэффициент ап. Значе-
ние этого коэффициента зависит от частоты гармоники: для 800 Гц
ап = 1, для 1000 Гц ап =- 1,122 и т. д. (табл. 5). Допустим, что выпрям-
ленное напряжение содержит гармоники с частотами f19 f2) f3, ..., Д,
амплитуды гармоник напряжения— (7lzn, U2m, U3m, ..., 6'nm, а со-
ответствующие псофометрические коэффициенты а2, а3, ..., ап.
Чтобы определить значение псофометрического напряжения помех,
следует гармоники разных частот привести к одной частоте 800 Гц.
Для этого амплитуды гармоник разных частот необходимо умножить
на соответствующие псофометрические коэффициенты пересчета.
Действующее значение псофометрического напряжения помех
= 1/0,5 [(f/lm (Uim а2)2 + (U3m а3)2 + ... +(t/nnidn)2].
Допустимое действующее значение псофометрического напряже-
ния для декадно-шаговых и координатных АТС равно 5 мВ, для блоч-
ных релейных АТС, коммутаторов ручных городских и междугородных
телефонных станций — 2,4 мВ. Действующее значение псофометриче-
ского напряжения измеряют псофометром, который подключают к из-
меряемой цепи через бумажный конденсатор.
Пульсация питающего напряжения на входе высокочастотной ап-
паратуры выражается средней квадратичной величиной. Псофоме-
Таблица 5
fn. Гц ап fn- ГЧ . ап | fn-r« ап । fn-r« ап
50 0,0071 450 0,582 900 1,072 1500 0,861
100 0,00891 500 0,661 1000 1,122 1600 0,824
150 0,0355 600 0,794 1100 1,072 1800 0,760
200 0,0891 700 0,902 1200 1,000 1 2000 0,708
300 0,2950 750 0,955 1300 0,955 2500 0,617
400 0,4840 800 1,000 1400 0,905 3000 0,525
102
трические величины в этом случае не позволяют определить уровень
помех, возникающих в телефонных каналах от пульсации питающего
напряжения. Среднее квадратичное значение напряжения пульсации
вычисляют по формуле
^СРКВ = V + +
Для многоканальной высокочастотной аппаратуры установлены
две нормы допустимой пульсации питающего напряжения: первая —
для гармоник с частотами 0—300 Гц и вторая — для гармоник с час-
тотами от 300 Гц и выше. Это вызвано тем, что указанные группы гар-
моник по-разному влияют на работу высокочастотной аппаратуры.
Допустимое среднее квадратичное напряжение пульсации в цепях пи-
тания аппаратуры дальней связи на транзисторах составляет 250 мВ
в полосе частот до 300 Гц и 15 мВ в полосе частот от 300 Гц и выше.
Среднее квадратичное значение напряжения пульсации измеряют
электронным вольтметром с высокоомным входным сопротивлением.
Электронный вольтметр подключают к контролируемой цепи через спе-
циальный фильтр с переключателем. В первом положении переключа-
теля измеряется среднее квадратичное напряжение помех от пер-
вой группы гармоник с частотами до 300 Гц. Во втором положе-
нии переключателя фильтр пропускает к прибору только вторую груп-
пу гармоник-с частотами 300 Гц и более. В этом случае измеряется
среднее квадратичное напряжение помех от второй группы гармоник.
Пульсация напряжения на выходе выпрямителя обычно превышает
установленную норму пульсации для аппаратуры связи. Для снижения
пульсации выпрямленного напряжения применяются сглаживающие
фильтры. Это пассивные четырехполюсники, входные клеммы кото-
рых подключаются к выходу выпрямителя, а выходные — к нагрузке.
Сглаживающий фильтр должен максимально уменьшить перемен-
ные составляющие, сохраняя постоянную составляющую выпрямлен-
ного напряжения. Поэтому в последовательное плечо фильтров вклю-
чают дроссель (катушку со стальным сердечником), имеющий неболь-
шое активное сопротивление гдр и значительную индуктивность £др.
Постоянная составляющая выпрямленного тока беспрепятственно
проходит через дроссель к нагрузке, а переменные составляющие
встречают в дросселе большое индуктивное сопротивление XL =
= 2л/£др и значительно уменьшаются. Чтобы постоянная составляю-
щая выпрямленного тока не намагничивала сердечник дросселя до на-
сыщения, в нем имеется воздушный зазор.
В параллельное плечо фильтров включают конденсаторы или ак-
кумуляторные батареи, которые оказывают небольшое сопротивление
переменным составляющим и не пропускают постоянную составляю-
щую выпрямленного тока. На рис. 81, а представлен так называемый
Г-образный фильтр. Фильтр, состоящий из нескольких Г-образных
фильтров, называется многозвенным (рис. 81, б).
На рис. 81, в и г показаны П-образный фильтр и фильтр с парал-
лельно включенной аккумуляторной батареей Б. Основным пара-
метром, по которому оценивается сглаживающее действие фильтра, яв-
103
ляется коэффициент фильтрации для /?-й
ного напряжения:
гармоники выпрямлен-
„ U пт____Un
Ф U'n ’
где Uпт, Un — амплитудное и действующее значения n-й гармоники напряже-
ния на входе фильтра;
Uпт, Un — амплитудное и действующее значения n-й гармоники напряже-
ния на выходе фильтра.
Часто требуется определить коэффициент фильтрации для первой
(основной) гармоники выпрямленного напряжения. По значению это-
го коэффициента фильтрации и другим данным определяются пара-
метры фильтра (индуктивность дросселя, емкость, конденсатора), про-
изводится конструктивный расчет дросселя.
§ 39. Расчет коэффициента фильтрации
Расчет коэффициента фильтрации для первой гармоники услож-
няется тем, что допустимая пульсация питающего напряжения ап-
паратуры связи выражается в псофометрических и средних квадратич-
ных величинах. Задача заключается в том, чтобы найти коэффициент
фильтрации для первой гармоники, при котором обеспечивается об-
щее снижение псофометрического или среднего квадратичного напря-
жения пульсации до установленной нормы. Допустим, что норма
пульсации напряжения задана псофометрическим значением. Дейст-
вующее псофометрическое напряжение помех на выходе выпрямителя
(на входе фильтра)
^пс = Vo,5 I(t/lw ai)2-h (U2m а2)2 + (изт а3)2 + ... + (Unm an)2].
Если фильтр состоит из одного дросселя, то при постоянном со-
противлении нагрузки коэффициент фильтрации фильтра прямо про-
порционален индуктивному сопротивлению дросселя XL =- 2я/£др,
а при постоянной индуктивности Адр — частоте гармоники /.
104
Коэффициенты фильтрации такого фильтра равны: для первой гар-
моники Кф1; для второй—Кф2= КФ1 Д-; для третьей —/C*3=K41
/1 *11
для п-й — Кфп = Кф1~-,
Коэффициенты фильтрации Кф1, Кф2, /Сфз, ...» Кфп показывают,
во сколько раз амплитуда гармоник на выходе фильтра меньше, чем
на его входе. Поэтому действующее значение псофометрического на-
пряжения помех на выходе фильтра, состоящего из одного дросселя,
Откуда
Кф1 —'
'"11С
Допустимое значение псофометрического напряжения на за-
жимах питаемой аппаратуры определено ГОСТом.
Амплитуды и частоты гармоник напряжения можно определить по
табл. 4. Необходимо отметить, что данные этой таблицы составлены
без учета ряда факторов, дополнительно влияющих на пульсацию вы-
прямленного напряжения. При определении амплитуд гармоник раз-
ной частоты не всегда можно учесть влияние индуктивности, асим-
метрии схемы выпрямителя, нелинейности сглаживающего дросселя
и другие факторы. Все это снижает точность производимых расчетов.
Поэтому при выполнении точных расчетов амплитуды гармоник разной
частоты определяют специальным прибором — анализатором гармоник.
Для Г-образного фильтра (см. рис. 81, а) необходимый коэффи-
циент фильтрации для первой гармоники определяется по формуле
Кф1 “ х
°пс
Пример. Выпрямительное устройство имеет трехфазную схему и предназна-
чено для питания автоматической телефонной станции. Номинальное напряжение
на нагрузке 60 В, допустимое псофометрическое напряжение шума (7пс = 5 мВ.
Фильтр состоит из одного дросселя. Вычислить коэффициент фильтрации для
105
первой гармоники. Амплитуды и частоты гармоник выпрямленного напряже-
ния определить по табл. 4.
1. Пользуясь табл. 4, определим амплитуды первых пяти гармоник вы-
прямленного напряжения с частотами fr =300 Гц; f2 = 600 Гц; f3 = 900 Гц;
f4 = 1200 Гц и /5 = 1500 Гц.
Амплитуды гармоник равны: Ulm = 0,057 • 60 = 3,42 В; t/2m — 0,0142 х
X 60 = 0,852 В; U3m = 0,0062 • 60 = 0,372 В; U4m = 0,0035 • 60 = 0,21 В;
U5m = 0,0022 • 60 = 0,132 В.
2. По табл. 5 находим значение псофометрических коэффициентов. Для
частот А, /2, /3, /*, /5 cq = 0,295; а2 = 0,794; а3 = 1,072; а4 = 1; а5 = 0,861.
3. Определим необходимую величину коэффициента фильтрации для основ-
ной гармоники частотой 300 Гц:
^Ф1 X
^пс
/л г Г/Г7 , /^2ТПа2/1 V ! /^Зтаз/1 \2 ! ( (UПт ап А \21
0,5 ((71та1)2+ ---------- -и---------- + -•- +----------- =
L \ /2 / \ /з / \ in / J
1 1 Л Г /0,852-0,794-300Х2
=--------- 1/ 0,5 (3,42-0,295)2+ ---------------- +
5-Ю-з у L \ 600 /
/0,372-1,072-300\2 / 0,21-ЬЗОО \2 /0,132-0,861 -300\21
+ --------’------ + -------------- + ---------1------ =150.
900 ) \ 1200 ) Ц 1500 /]
При полученном значении коэффициента фильтрации на выходе фильтра
возникает предельно допустимое псофометрическое напряжение шума 5 мВ.
§ 40. Расчет фильтров
Г-образный фильтр. В последовательное плечо Г-образного фильтра
включен дроссель, обладающий активным сопротивлением гдр и ин-
дуктивностью £др, а в параллельное — конденсатор емкостью С
(см. рис. 81, а).
Пульсирующее напряжение на выходе выпрямителя содержит по-
стоянную составляющую и ряд гармоник разной частоты. Сглаживаю-
щее действие фильтра зависит от частоты гармоники. Чем выше ча-
стота, тем меньше амплитуда гармоники на выходе фильтра и лучше
действует фильтр. Поэтому фильтр хуже всего сглаживает основную
гармонику, имеющую наименьшую частоту и наибольшую амплитуду.
По этой гармонике и производят расчет фильтра.
Для дальнейших рассуждений выпрямитель с пульсирующим на-
пряжением заменим двумя генераторами (рис. 82, а), один из которых
имеет строго постоянное напряжение, другой — переменное напряже-
ние с частотой основной гармоники (действующее значение). Вну-
треннее сопротивление этих генераторов примем равным нулю. Дей-
ствующее значение основной гармоники напряжения на входе фильтра
равно (7г, а на выходе фильтра [/[.
Переменной составляющей выпрямленного тока Ц конденсатор С
оказывает значительно меньшее сопротивление ХС\ 2
106
Рис. 82. Эквивалентные схемы фильтров
нагрузка. Поэтому можно считать, что через дроссель и конденсатор С
проходит переменный ток одинакового значения. Пренебрегая малым
сопротивлением дросселя гдр, определим коэффициент фильтрации
для основной гармоники
иг XL1
ф1=и;~ irxci - хС1~ ‘
Обычно коэффициент фильтрации значительно больше единицы и
приближенно можно принять
хы
ЛС1
Эта формула дает возможность по известному коэффициенту филь-
трации определить произведение £ДРС, т. е. Ц^С =-• “Г’
При расчетах индуктивность дросселя выражается в генри, а ем-
кость конденсатора в микрофарадах, поэтому
т ~ 106‘**1 106
дР со? 4л2/2 ’
где — частота основной гармоники выпрямленного напряжения.
После определения величины £дрС выбирают конденсатор, под-
ходящий по напряжению и емкости. Затем вычисляют необходимую ин-
дуктивность £др и производят конструктивный расчет сглаживающего
дросселя.
Емкость С выбирается произвольно, но при всех вариантах ин-
дуктивное сопротивление Хц = 2л/1£др должно быть значительно
больше емкостного сопротивления. Собственная частота фильтра /0 =
= —-== должна быть меньше частоты основной гармоники вы-
прямленного напряжения в 2—3 раза. Этим устраняется возникнове-
ние резонанса на частоте основной гармоники.
Фильтр с параллельно включенной аккумуляторной батареей.
В современных электропитающих установках широко применяют бу-
ферный режим работы аккумуляторных батарей, при этом аккумуля-
торная батарея подключается параллельно выпрямителю (см. рис. 81, г).
107
Если батарея состоит из стационарных аккумуляторов типа С или
СК, то ее сопротивление постоянному току
Гб = 0,0046 n/W,
где п — число последовательно соединенных аккумуляторов в батарее;
N — номер индекса установленных в батареи аккумуляторов;
0,0046 — внутреннее сопротивление аккумуляторов типа С-1 или СК-1 постоян-
ному току.
При расчете фильтров с применением аккумуляторной батареи
следует учитывать сопротивления аккумуляторной батареи и допол-
нительных элементов шлейфа (токопроводящих шин, рубильников,
предохранителей). В ряде случаев производят приближенный расчет,
при котором общее сопротивление дополнительных элементов прини-
мают равным 15 % сопротивления батареи, а реактивные сопротив-
ления шлейфа батарей не учитывают. В этом случае сопротивление
шлейфа батареи переменному току
гб~ = 1,15гб = 1,15 • 0,0046n/W.
Схему фильтра, представленную на рис. 81, г можно заменить эк-
вивалентной схемой, изображенной на рис. 82, б. Переменная состав-
ляющая выпрямленного тока после дросселя почти полностью за-
мыкается через малое внутреннее сопротивление батареи. Пренебре-
гая переменным током, ответвляющимся на сопротивление нагрузки,
коэффициент фильтрации для первой гармоники в рассматриваемой
схеме можно выразить следующим образом:
Ul КУП_+Х1х Г Xh 2л^£др
К*'~77Г" 7^2 ~v 1 + 7Г='
Индуктивность сглаживающего дросселя фильтра
т „ Гб~
ДР 2л/г
Пример. Определить индуктивность дросселя сглаживающего фильтра к вы-
прямителю, собранному по трехфазной мостовой схеме. Буферная аккумулятор-
ная батарея состоит из 12 последовательно соединенных аккумуляторов типа
СК-2. Коэффициент фильтраций для основной гармоники Кф1 ~ 150.
Сопротивление батареи переменному току
l,15-0,0046n 1,15-0,0046-12 Л
=—!------’------------------------= 0,0317 Ом.
° /V 2
Частота основной гармоники для трехфазной мостовой схемы (см. табл. 3)
f± = 300 Гц.
Индуктивность сглаживающего дросселя
|ьо.-ода„!.5.,0..Гн_2.5мГн.
др 2яА 2-3,14.300
По индуктивности и току нагрузки определяют размеры магнитопровода,
число витков и сечение провода обмотки дросселя.
108
Глава IX
РЕГУЛЯТОРЫ И СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ
§ 41. Угольные регуляторы напряжения
Для устойчивой работы аппаратуры связи необходима высокая
стабильность питающего напряжения. Изменение напряжения пита-
ния может произойти в результате изменения напряжения в сети пере-
менного тока или нагрузки. С увеличением нагрузки возрастает ток
и падение напряжения на внутреннем сопротивлении выпрямитель-
ного устройства. В результате этого снижается напряжение на на-
грузке.
Чтобы сохранить напряжение на зажимах аппаратуры в заданных
пределах, используют регуляторы и стабилизаторы напряжения. Ста-
билизаторы напряжения (или тока) в отличие от регуляторов являют-
ся нелинейными системами, меняющими .свое сопротивление с изме-
нением тока.
В электропитающих установках связи применяются: угольные ре-
гуляторы напряжения, стабилизаторы напряжения с дросселями на-
сыщения, феррорезонансные стабилизаторы напряжения, стабилиза-
торы напряжения с кремниевыми сгабилитронами, транзисторные ста-
билизаторы напряжения.
Напряжение на нагрузке регулируется также при помощи противо-
элементов и добавочных аккумуляторов.
Угольный регулятор напряжения (рис. 83) состоит из трех основ-
ных элементов: электромагнита ЭМ, подключенного параллельно на-
грузке г и контролирующего напряжение на ней; угольного реостата
УР, составленного из наложенных одна на другую полых угольных
шайб Ш и включенного последовательно с нагрузкой; подвижного ры-
чага Р, к которому прикреплена тяга Т с коромыслом К, нажимаю-
щим сверху на угольные шайбы.
Если ток в обмотке электромагнита отсутствует, пружина Пр удер-
живает правый конец рычага Р в нижнем положении. В этом случае
шайбы достаточно сильно сжаты, и поэтому сопротивление угольно-
го реостата минимальное. При прохождении тока по обмотке электро-
магнита ЭМ на рычаг Р будет действовать сила притяжения якоря >7.
В результате этого рычаг Р повернется против часовой стрелки, что
уменьшит сжатие угольных шайб и увеличит сопротивление уголь-
ного реостата. Чем больше ток в обмотке электромагнита, тем меньше
сжатие угольных шайб и больше сопротивление угольного реостата
Лур-
109
Рис. 83. Устройство и схема вклю-
чения угольного регулятора напря-
жения
Рис. 84. Схема включения РУН для
регулирования напряжения генерато-
ра переменного тока
Напряжение на нагрузке, включенной последовательно с уголь-
ным реостатом, (7ВЫХ = ^вх — С повышением входного на-
пряжения (7ВХ в первый момент увеличивается и выходное напряжение
Увых- Это вызовет увеличение тока, проходящего по обмотке электро-
магнита, и сопротивления угольного реостата гУР.
Падение напряжения на угольном реостате возрастает, а напря-
жение на выходе регулятора [7ВЫХ достигает приблизительно преж-
него значения. Угольные регуляторы напряжения поддерживают ста-
билизируемое напряжение с точностью ±2,5—3 %, но имеют отно-
сительно низкий к. п. д., значительную инерционность регулирования
напряжения.
Рассмотрим работу регулятора (РУН) при стабилизации напря-
жения генератора переменного тока (рис. 84). Угольный реостат УР
соединен последовательно с обмоткой возбуждения ОВВ возбудителя
генератора, а обмотка электромагнита ЭМ подключена к выходным
зажимам генератора через выпрямитель В и регулируемый добавоч-
ный резистор /р. При номинальном выходном напряжении вся система
автоматического регулирования напряжения находится в равновесии.
Равновесие нарушается с изменением выходного напряжения.
Например, при увеличении выходного напряжения возрастает ток
в обмотке электромагнита ЭМ, а значит и сила притяжения якоря к
сердечнику. В результате увеличится сопротивление угольного рео-
стата, снизятся ток 1овв в обмотке возбуждения возбудителя и его
напряжение. Это приведет к уменьшению тока 1овг в обмотке воз-
буждения генератора, к восстановлению напряжения генератора.
Угольные регуляторы напряжения используются для стабилиза-
ции напряжений в накальных и анодных цепях постоянного тока ап-
паратуры проводной связи. В этом случае они монтируются на спе-
циальных стойках автоматического регулирования напряжения
(САРН). В новой аппаратуре связи вместо угольных регуляторов при-
меняются статические полупроводниковые стабилизаторы, которые
отличаются высокой надежностью, точностью стабилизации и от-
сутствием механических подвижных деталей.
НО
§ 42. Стабилизаторы напряжения
Стабилизаторы напряжения с дросселями насыщения. Автомати-
ческая стабилизация напряжения с дросселями насыщения исполь-
зуется в выпрямительных устройствах типов ВУ, ВУК, ВУЛС и
других, предназначенных для электропитания аппаратуры связи.
Устройство дросселей насыщения ДрН рассмотрено в § 13.
На рис. 85 изображена принципиальная схема стабилизирован-
ного однофазного выпрямителя с дросселем насыщения. Обмотка
переменного тока дросселя включена последовательно с первич-
ной обмоткой силового трансформатора Тр. Обмотка подмаг-
ничивания W- получает постоянный ток /_ от маломощного вы-
прямителя, который входит в состав автоматического устройства АУ.
К автоматическому устройству подводится переменное входное на-
пряжение Uc и постоянное выходное Uo. Напряжение Uc распределя-
ется между обмотками w± и пропорционально их полным сопротив-
лениям. В установившемся режиме выпрямленное напряжение t/0
остается неизменным. С изменением входного напряжения или тока
нагрузки А У автоматически изменит ток подмагничивания /_ дроссе-
ля ДрН таким образом, чтобы восстановить прежнее значение выпрям-
ленного напряжения UQ. Например, с увеличением входного напряже-
ния А У, получив повышенное выпрямленное напряжение умень-
шит ток подмагничивания в обмотке w_ дросселя. В результате уве-
личится полное сопротивление обмотки дросселя, снизится напря-
жение на первичной обмотке ^4 трансформатора Тр, восстановится
выпрямленное напряжение (70.
Дроссельные регуляторы напряжения просты, надежны в работе
и обеспечивают стабилизацию напряжения при значительных мощ-
ностях, к. п. д. их довольно высок, так как они потребляют главным
образом реактивную мощности. Вместе с этим дроссельные регуляторы
напряжения уменьшают коэффициент мощности электропитающей
установки (за счет индуктивности дросселя), несколько искажают фор-
му кривой переменного напряжения.
Промышленность выпускает отдельные стабилизаторы напряжения
с дросселями насыщения. Их обозначают буквами СТС или СОС (ста-
билизаторы трехфазные или однофазные сухие). Входное напряжение
этих стабилизаторов — 220 или 380 В, выходное напряжение — 220
или 380 В, мощность — от 2,5 до 100 кВ-А.
Феррорезонансные стабилизаторы напряжения. Нелинейным эле-
ментом в феррорезонансных стабилизаторах служит резонансный кон-
тур, состоящий из насыщенного дросселя и конденсатора, вклю-
ченных последовательно или параллельно. Рассмотрим одну из рас-
пространенных схем феррорезонасного стабилизатора с параллельным
контуром (рис. 86).
На трехстержневом сердечнике, собранном из пластин трансфор-
маторной стали, размещаются обмотки. Первичная обмотка нахо-
дится на среднем ненасыщенном стержне магнитопровода. Вторичная
обмотка и соединенная с ней последовательно обмотка wc находятся
на правом насыщенном стержне магнитопровода. Магнитное насыщение
111
правого стержня достигается уменьшением его поперечного сечения и
подключением конденсатора С, который вместе с обмотками w2 и wc
образует колебательный контур, настроенный на частоту 50 Гц.
Левый стержень с воздушным зазором выполняет роль магнитного
шунта.
Емкостная обмотка wc, соединяясь последовательно со вторичной
обмоткой w2i увеличивает общую индуктивность колебательного кон-
тура. Это позволяет снизить необходимую емкость конденсатора,
уменьшить габаритные размеры и массу всего стабилизатора напря-
жения. На среднем стержне магнитопровода располагается также ком-
пенсационная обмотка wK с небольшим числом витков, предназначен-
ная для повышения уровня стабилизации напряжения. Нагрузка г-
соединяется последовательно с компенсационной обмоткой wK и под-
ключается ко вторичной обмотке ~w2 стабилизатора напряжения. На-
пряжение компенсационной обмотки Ui{ находится в противофазе со
вторичным напряжением стабилизатора U2. Поэтому напряжение на
входе стабилизатора ивЪ1х =•-- (72 —
Для уяснения принципа работы стабилизатора построим кривые
напряжений (72, UK и (7ВЫХ в зависимости от изменения напряжения
сети (7ВХ (рис. 87). С повышением входного напряжения t/BX возра-
стает магнитный поток среднего стержня Фг Ф2 + Ф3 (см. рис. 86).
С изменением входного напряжения от 0 до с/вх1 основная часть пото-
ка замыкается по правому стержню магнитопровода. На этом участ-
ке напряжение вторичной обмотки U2 быстро возрастает. При даль-
нейшем увеличении входного напряжения (от (7ВХ1 до Uвх2) происхо-
дит перераспределение магнитных потоков по стержням магнитопро-
вода. Так как в правом стержне наступает насыщение, то магнитный
поток в нем, а следовательно, и индуктируемое напряжение изменяют-
ся незначительно. Наоборот, магнитный поток левого стержня маг-
нитопровода на этом участке быстро увеличивается.
Рис. 85. Схема дроссельного стаби-
лизатора напряжения
Рис. 88. Схема феррорезонального
стабилизатора напряжения
112
Рис. 87. Кривые, поясняющие прин-
цип работы стабилизатора
Рис. 88. Вольт-амперная характери-
стика кремниевого стабилитрона
Из графика видно, что напряжение вторичной обмотки (72 стаби-
лизируется в области насыщения правого стержня магнитопровода,
когда входное напряжение меняется от (7ВХ1 до (7ВХ2. Качество ста-
билизации напряжения повышается за счет компенсационной об-
мотки w*. Напряжение на компенсационной обмотке UK изменяется
пропорционально входному напряжению t/BX и направлено всегда на-
встречу напряжению (72. Сложив ординаты кривых U2 = f ((/БХ) и
(7К — f ((7ВХ) с учетом их знаков, получим кривую выходного напря-
жения стабилизатора ивых = [ ((7ВХ). Эта кривая в области насыще-
ния правого стержня магнитопровода почти параллельна оси абсцисс.
Промышленность выпускает феррорезонансные стабилизаторы ти-
пов С, СН и УСН. Феррорезонансные стабилизаторы напряжения
обеспечивают постоянное напряжение на выходе при сравнительно
широком пределе изменения входного напряжения, надежны в рабо-
те и практически безынерционны. К недостаткам стабилизаторов
этого типа относятся: чувствительность к изменению частоты питаю-
щей сети; относительно низкий к. п. д. (50—70 %); зависимость выход-
ного напряжения от характера и величины нагрузки; искажение фор-
мы кривой напряжения на выходе вследствие насыщения сердечника.
Стабилизаторы напряжения с кремниевыми стабилитронами. Ста-
билитронами называют диоды, применяемые для стабилизации
напряжения. Наибольшее распространение получили кремниевые ста-
билитроны, обладающие большой устойчивостью к тепловому пробою.
Рассмотрим вольт-амперную характеристику кремниевого стабили-
трона (рис. 88). Для стабилизации напряжения обычно используется
участок АВ этой характеристики, когда к стабилитрону подводится
обратное напряжение. При напряжении Ua начинается электриче-
ский пробой /j-n-перехода. Этому напряжению соответствует мини-
мальный ток стабилизации Обратному напряжению Ub соот-
ветствует максимальный ток стабилизации /тах и наибольшая до-
пустимая мощность в стабилитроне Ртах = При напряже-
ниях более Uв мощность, выделяемая в стабилитроне, превышает
установленный предел. В результате электрический пробой переходит
в тепловой и наступает необратимое разрушение р-п-перехода.
113
VfofX
Рис. 89. Схема и характеристика
стабилизатора напряжения с
кремниевым стабилитроном
Таким образом, в области электрического пробоя (на участке АВ
вольт-амперной характеристики) кремниевые стабилитроны не пере-
греваются выше допустимой температуры и не выходят из строя. При-
чем, напряжение пробоя остается почти постоянным в условиях, когда
обратный ток меняется от /т1п до /1пах. Именно это свойство кремние-
вых диодов используется для стабилизации напряжения. На рис. 89, а
приведена схема простейшего стабилизатора напряжения с кремние-
вым стабилитроном.
Стабилизатор состоит из кремниевого стабилитрона Д и резисто-
ра 7?0, включенных последовательно. Нагрузка сопротивлением
включается параллельно стабилитрону. На рис. 89, б представлена
характеристика, выражающая зависимость выходного напряжения
Uвых стабилизатора от входного напряжения t/BX. При напряжении
^Bxmin начинается электрический пробой р-я-перехода стабилитрона
Д- На выходе стабилизатора устанавливается напряжение i/Bbixmxn-
С увеличением входного напряжения от (7ВХгп1п Д° ^вхтах возра-
стает ток кремниевого стабилитрона от /гп1п до /тах- Выходное на-
пряжение при этом меняется незначительно от £/Выхш1п Д° Uвых max-
Номинальное входное напряжение (/вхпом соответствует точке 5,
расположенной на середине рабочего участка АВ характеристики ста-
билитрона. Изменению входного напряжения Л(7ВХ I7BXmax—
^вх ном будет соответствовать незначительное изменение выход-
ного напряжения А£7Вых ~ ^7вых шах ^выхном’
Сопротивление резистора 7?0 выбирается с таким расчетом, чтобы
при напряжении t7BX тах ток кремниевого стабилитрона не превышал
заданный предел, за которым происходит тепловой пробой и порча
стабилитрона. Промышленность выпускает кремниевые стабилитроны
на напряжения от 3,7 до 100 В.
Для увеличения стабилизированного напряжения стабилитроны
включают последовательно. Параллельное соединение стабилитронов
не применяется, так как невозможно подобрать стабилитроны с со-
вершенно одинаковыми вольт-амперными характеристиками. По-
этому при параллельном включении работает только один стабилитрон,
у которого электрический пробой наступает раньше. Необходимо от-
метить, что кривая вольт-амперной характеристики кремниевого дио-
да имеет резкий излом при прямом напряжении 1—1,5 В. Поэтому
кремниевые диоды можно использовать для стабилизации малых на-
114
2 г ха
5 7 К СI I ।
Ъ1ксз Т’
SZ кеч-
&------1—------
Рис. 91. Мостовая схема стабилиза-
тора напряжения
Рис. 90. Схема стабилизатора с ком-
пенсацией температурного коэффици-
ента напряжения
пряжений. В этом случае их включают в прямом направлении по
аналогичным схемам.
Падение напряжения на кремниевом стабилитроне зависит от тем-
пературы окружающей среды. С увеличением температуры обратное
падение напряжения увеличивается, а прямое — уменьшается. Сле-
довательно, кремниевые стабилитроны, включенные в обратном на-
правлении, обладают положительным температурным коэффициентом
напряжения (ТКН), а те же стабилитроны, включенные в прямом на-
правлении— отрицательным температурным коэффициентом напряже-
ния.
Чтобы исключить температурные изменения выходного напряжения
стабилизатора, в его схему включают несколько кремниевых стабили-
тронов. Одна их часть включается в/)братном направлении и имеет по-
ложительный ТКН, а другая часть — в прямом направлении и
имеет отрицательный ТКН. Для полной компенсации положительного
ТКН одного стабилитрона необходимо включать последовательно не-
сколько стабилитронов в прямом направлении, обладающих отрица-
тельным ТКН (рис. 90).
Кроме простейших схем стабилизаторов напряжения с кремние-
выми стабилитронами, применяются и более сложные схемы. В мо-
стовую схему стабилизатора напряжения (рис. 91) входят со-
противления резисторов Rl, R2, R3 и кремниевый стабилитрон КС.
Входное напряжение подается на одну диагональ моста, стабилизи-
рованное напряжение снимаемся с другой
диагонали. Выходное напряжение стабили-
затора
^вых = ^/(с Urs,
где U^c— напряжение на кремниевом стабилит-
роне;
— напряжение на резисторе.
Из графиков напряжений [Дх, UR3 и
^вых (рис. 92) видно, что выходное напря-
жение стабилизатора остается практически
Рис. 92. Графики напря-
жений в мостовой схеме
стабилизатора
115
постоянным при изменении входного напряжения от до
U вх шах*
Коэффициент стабилизации мостовой схемы значительно выше,
чем простейшей схемы (см. рис. 89).
Кремниевые стабилитроны используют не только для непосред-
ственной стабилизации напряжений различных источников питания.
В ряде случаев они применяются для получения опорного (т. е. опре-
деленного, неизменного) напряжения. Поэтому кремниевые стабили-
троны называют также опорными диодами.
§ 43. Транзисторные стабилизаторы напряжения
Функциональная схема транзисторного стабилизатора (рис. 93)
состоит из управляющего элемента УЭ, усилителя постоянного тока
УПТ и исполнительного элемента ИЭ. Управляющий элемент УЭ
включается параллельно нагрузке и имеет схему сравнения. Здесь
сравниваются напряжение я{/вых (fl— коэффициент деления выход-
ного напряжения) с опорным (эталонным) напряжением £/эт. Напря-
жение на выходе управляющего элемента равно разности этих напря-
жений, т. е. а(7ВЬ1Х — <7ЭТ.
Усилитель постоянного тока УПТ предназначен для повышения
чувствительности стабилизатора. Он усиливает разностное напряже-
ние, которое воздействует на Исполнительный элемент схемы ИЭ.
В результате изменяется сопротивление исполнительного элемента,
включенное последовательно с сопротивлением нагрузки /?н. Сопро-
тивление исполнительного элемента автоматически увеличивается с
возрастанием входного напряжения или сопротивления и умень-
шается при снижении входного напряжения или уменьшении соп-
ротивления нагрузки 7?н. Благодаря этому поддерживается Практи-
чески постоянным выходное напряжение стабилизатора как при ко-
лебании входного напряжения, так и при изменении тока нагрузки.
В простейшем транзисторном стабилизаторе напряжения (рис. 94, а)
в качестве управляющего элемента используется мост, состоящий из
резисторов Rl, R2y R3 и кремниевого стабилитрона Д. К диагонали
моста аб приложено выходное напряжение стабилизатора (7ВЫХ, а к
Рис. 93. Функциональная схема тран-
зисторного стабилизатора напряже-
ния
диагонали вг присоединен участок
эмиттер — база транзистора Т2.
Транзистор Т2 выполняет роль
усилителя постоянного тока, а
транзистор Т1 — исполнительного
элемента стабилизатора. Сопро-
тивление участка эмиттер — кол-
лектор исполнительного транзис-
тора Т1 включено последователь-
но в цепь нагрузки RH. Резистор
R4 включен в цепь коллектора
транзистора Т2. Поэтому с изме-
нением тока коллектора транзис-
116
< тора Т2 будут изменяться падение напряжения на резисторе R4 и
потенциал базы транзистора Т1 относительно его коллектора и
1 эмиттера.
* Напряжение между точками виг моста управляющего элемента
I’ £^ВГ==^2 UЭТ’
где U2 = aUBblx — падение напряжения на сопротивлении резистора R2t про-
порциональное выходному напряжению стабилизатора 1/вых‘>
(7Эт — опорное (эталонное) падение напряжения на кремниевом ста-
билитроне, которое практически не меняется при работе ста-
билизатора.
Рассмотрим процесс стабилизации при уменьшении входного на-
пряжения (7ВХ. Выходное напряжение (7ВЫХ стабилизатора при этом
сначала снизится. В результате уменьшатся падение напряжения
U2 я£7Вых и напряжение ивг на участке эмиттер—база транзистора
Т2.
Уменьшение напряжения Ue2 снизит ток в цепи коллектора тран-
зистора Т2, в результате чего уменьшаются падение напряжения на
резисторе R4 и потенциал базы исполнительного транзистора Т1 от-
носительно коллектора. Разность потенциалов между эмиттером и ба-
зой транзистора Т1 увеличивается. В результате уменьшится со-
противление участка эмиттер—коллектор этого транзистора, а напря-
жение на нагрузке /?н восстановится примерно до номинального зна-
чения.
С увеличением входного напряжения t/BX напряжение Ues, ток
коллектора транзистора Т2 и падение напряжения на резисторе R4
увеличатся, а напряжение между эмиттером и базой транзистора Т1
уменьшится. В результате сопротивление участка эмиттер—коллек-
тор транзистора Т1 увеличится, а напряжение на нагрузке умень-
шится, приближаясь к своему номинальному значению. Аналогичным
Рис. 94. Схема транзисторных стабилизаторов напряжения
117
образом стабилизируется выходное напряжение с изменением сопро-
тивления нагрузки 7?н.
Транзисторные стабилизаторы напряжения, выполненные по рас-
сматриваемой схеме, имеют невысокую точность стабилизации напря-
жения и малую выходную мощность.
Усовершенствованная схема транзисторного стабилизатора на-
пряжения (рис. 94, б) от рассмотренной выше схемы отличается сле-
дующим. Для повышения стабильности эталонного напряжения (7ЭТ
последовательно с кремниевым стабилитроном Д1 включен германие-
вый диод ГД. При этом положительный температурный коэффициент
напряжения кремниевого стабилитрона компенсируется отрицатель-
ным температурным коэффициентом германиевого диода.
Усилитель постоянного тока имеет два каскада (транзисторы Т4
и ТЗ). Благодаря этому увеличивается коэффициент усиления усили-
теля, повышается чувствительность стабилизатора напряжения. Уси-
литель постоянного тока получает повышенное стабилизированное
напряжение от дополнительного источника напряжения [/доб. Ста-
билизированное напряжение возникает на кремниевом стабилитроне
Д2, в цепь которого включено ограничительное сопротивление RO.
Такое питание улучшает работу усилителя постоянного тока и ка-
чество стабилизации напряжения.
Для повышения мощности исполнительный элемент схемы состав-
лен из двух параллельно включенных транзисторов Т1 и Т2. Рези-
сторы R5 и R6 включены в цепи эмиттеров для равномерного распре-
деления токов между этими транзисторами. Базы транзисторов Т1
и Т2 соединяются с эмиттером транзистора ТЗ.
§ 44. Компенсационные стабилизаторы
постоянного напряжения
с импульсным регулированием
Функциональная схема силовой цепи стабилизатора постоянного
напряжения с импульсным регулированием приведена на рис. 95. Ре-
гулирующим элементом в рассматриваемых стабилизаторах напря-
жения является транзистор, работающий в импульсном режиме. На
рис. 95 он показан в виде ключа Кл, который периодически замы-
кается, подключая к источнику постоянного напряжения [/вх нагруз-
ку Rn через сглаживающий фильтр L-C. На входе фильтра включен
вентиль Д. При замкнутом состоянии ключа на вход фильтра подают-
ся импульсы напряжения длительностью tY (рис. 96). Амплитуда им-
пульсов равна значению входного напряжения стабилизатора (7ВХ.
Интервал времени /2 между соседними импульсами соответствует ра-
зомкнутому состоянию ключа Кл. Период следования импульсов
Т - tx + t2.
Отношение длительности импульсов к периоду их следования на-
зывается коэффициентом заполнения -= tjT.
118
Рис. 95. Функциональная схема си-
ловой цепи импульсного стабилиза-
тора постоянного напряжения типа
ПН
Рис. 96. Графики напряжения на
входе сглаживающего фильтра в им-
пульсном стабилизаторе типа ПН
фильтре нет падения напряжения,
В идеальном сглаживающем
среднее значение напряжения на выходе фильтра, т. е. на выходе
стабилизатора
^вых = —у-к=А'з^вх.
Так как коэффициент заполнения Л3 < 1, то среднее значение вы-
ходного напряжения в рассматриваемой схеме (см. рис. 95) меньше
входного напряжения. Такие стабилизаторы называются понижаю-
щими типа (ПН). Постоянство выходного напряжения в импульсных
стабилизаторах обеспечивается соответствующим изменением коэф-
фициента заполнения. С увеличением входного напряжения коэффи-
циент заполнения уменьшается, а с уменьшением входного напря-
жения — увеличивается.
Коэффициент сглаживания пульсаций Г-образного фильтра возра-
стает с уменьшением периода следования импульсов Т по срав-
нению с периодом собственных
колебаний L--C контура. Рассмот-
рим графики изменений во време-
ни напряжения и токов в сило-
вой цепи импульсного стабилиза-
тора типа ПН.
В замкнутом состоянии клю-
ча на вход фильтра подается на-
пряжение {/вхф (рис. 97, а) и в
реакторе L возникает ток iL
(рис. 97, б). Быстрому увеличению
этого тока препятствует э. д. с.
самоиндукции реактора вь ==
-----L—Поэтому в интервале
Рис. 97. Графики напряжения и то-
ков в силовой цепи импульсного ста-
билизатора типа ПН
времени ток iL плавно увели-
чивается от значения IL min до
значения /ьтах- После размыка-
119
ния ключа э. д. с. самоиндукции
реактора меняет направление.
Благодаря этому открывается вен-
тиль Д и энергия реактора посту-
пает в нагрузку 7?п. Ток реакто-
ра при этом снижается до значе-
ния /bruin*
Режим работы импульсного ста-
билизатора, при котором ток ре-
актора не снижается до нуля, на-
зывается режимом непрерывного
тока реактора. Такой режим улуч-
Рис. 98. Функциональная схема си-
ловой цепи импульсного стабилиза-
тора постоянного напряжения типа
ПВ
шает сглаживание пульсации на-
пряжения на выходе стабилизатора и возникает в том случае, если
индуктивность реактора больше критического значения LKp, при ко-
тором ток реактора снижается до нуля. График тока при индуктив-
ности реактора L = Лкр на рис. 97, б показан штриховой линией.
В интервале времени tx конденсатор С заряжается и его напряже-
ние Uc увеличивается (рис. 97, в). В интервале /2, когда ключ разом-
кнут, конденсатор С сначала заряжается при eL > Uc, затем разря-
жается при еь < Uc- Вентиль Д закрыт под действием обратного на-
пряжения (7ВХ в интервале времени tx и открыт в интервале времени
t2. График тока вентиля 1^ показан на рис. 97, г.
Рассмотрим функциональную схему силовой цепи повышающего
импульсного стабилизатора постоянного напряжения (типа ПВ), ко-
торая представлена на рис. 98. При замыкании ключа Кл на реакторе
возникает напряжение, равное входному напряжению Uвх. Ток ре-
актора ic возрастает, в магнитном поле реактора запасается энергия.
Вентиль Д в этот интервал времени закрыт, так как к нему приложено
обратное напряжение. Напряжение на нагрузке /?н равно напряжению
на конденсаторе С. Э. д. с. самоиндукции реактора в этот промежуток
равна входному напряжению и имеет полярность, указанную на
рис. 98 без скобок.
При размыкании ключа Кл ток реактора Zl и магнитный поток в
его сердечнике уменьшаются, в обмотке реактора возникает э. д. с.,
препятствующая уменьшению тока. Полярность э.д. с. самоиндукции
реактора в интервале /2 на рис. 98 показана в скобках. При этом вход-
ное напряжение (7ВХ складывается с э. д. с. самоиндукции реактора
еь. Под действием суммарного напряжения открывается вентиль Д,
заряжается конденсатор С. Таким образом, напряжение на нагрузке
становится больше входного напряжения стабилизатора. В импульс-
ном стабилизаторе типа ПВ напряжение на выходе
U ВЫХ — Unx . is *
1 —Дз
В схемах силовых цепей стабилизаторов типов ПН и ПВ в каче-
стве ключа Кл используются транзисторы, работающие в режимах
насыщения и отсечки. Сопротивление перехода коллектор—эмиттер
120
таких транзисторов в состоянии насыщения мало (для мощных крем-
ниевых транзисторов 0,1—0,25 Ом), а в состоянии отсечки велико и до-
стигает 105—106 Ом.
Для управления транзистором в импульсном режиме его работы
используется цепь обратной связи, назначение которой состоит в из-
менении длительности импульсов или пауз между ними в целях ком-
пенсации отклонений выходного напряжения стабилизатора от его
номинального значения.
Как можно видеть из приведенного выше описания принципа дей-
ствия компенсационного импульсного стабилизатора напряжения,
этот стабилизатор допускает изменение номинального значения вы-
ходного напряжения по сравнению со входным напряжением. Это зна-
чит, что такой стабилизатор можно использовать и как прибор, пре-
образующий постоянное напряжение в цепях питания различных
-- устройств связи. Такие приборы (конверторы) описаны ниже.
Глава X
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
НАПРЯЖЕНИЯ И РОДА ТОКА
§ 45. Преобразователи постоянного тока
В современных электропитающих установках устройств связи
широко используются полупроводниковые приборы, которые преоб-
разуют постоянный ток одного напряжения в постоянный ток другого
напряжения, а также постоянный ток в переменный. Преобразователи
первого типа получили название конверторов, а осуществляемый
ими процесс преобразования электрической энергии — конвертиро-
вания. Преобразователи второго типа называются инверторами, а вы-
полняемое ими преобразование электрической энергии — инвертиро-
ванием. Полупроводниковые преобразователи обоих типов позволяют
питать новые устройства связи от существующих электропитающих
установок и в некоторых случаях более рационально осуществлять
резервирование электропитания. Так, полупроводниковые преобра-
зователи постоянного тока позволяют питать от одного базового ис-
точника тока (обычно с напряжением 24 В) большое число различных
устройств связи, требующих для своей работы отдельных источников
постоянного тока с разными напряжениями.
Полупроводниковые преобразователи, будучи полностью стати-
ческими устройствами с небольшими габаритными размерами, очень
надежны в работе и почти не нуждаются в обслуживании. Они прак-
тически мгновенно включаются в работу и имеют высокий к. п. д.,
а также большой срок службы.
Транзисторные преобразователи. В транзисторном преобразова-
теле постоянного тока (рис. 99) источник тока —аккумуляторная бата-
рея Б питает транзисторный генератор Г, вырабатывающий перемен-
ный ток частотой 350—400 Гц. Трансформатор Тр повышает напряже-
ние генератора до необходимого значения. Далее переменный ток ге-
нератора выпрямляется выпрямительной схемой ВС на полупровод-
никовых вентилях и полученный после выпрямления пульсирующий
ток сглаживается фильтром Ф. В результате на выходе преобразова-
теля получается постоянный ток при требуемом напряжении (т. е.
преобразователь является своеобразным трансформатором постоян-
ного тока).
В последнее время частоты генераторов Г здесь и в последующих
схемах полупроводниковых преобразователей постоянного тока иног-
да повышают до десятков килогерц, что дает возможность уменьшить
габариты трансформаторов, а также снизить параметры емкостей и
индуктивностей фильтров.
122
Описанная функциональная
схема может получить различные
практические выполнения, но наи-
большее распространение получила
принципиальная схема полупровод-
никового Транзисторного Преобра- Рис. 99. Функциональная схема по-
ЗОВателя С самовозбуждением (рис. лупроводникового преобразователя
100, а). Двухтактный блокинг-
генератбр собран на транзисторах Т1 и Т2У включенных по схеме с
общим эмиттером. Эмиттер и коллекторы транзисторов включены на
две половины обмотки II трансформатора Tpl, а базы — на две по-
ловины обмотки /. Как и во всяком электронном генераторе, в этой
схеме генерация обеспечивается за счет положительной обратной
связи между цепями коллекторов и баз, осуществляемой через обмот-
ки / и II трансформатора Тр1. Оба транзистора работают в режиме
переключения, т. е. они поочередно открываются, переходя в состоя-
ние насыщения, и закрываются. Делитель напряжения R1—R2
обеспечивает запуск преобразователя в момент включения питания,
так как со средней точки его подается минус на базы транзистора.
Конденсатор С1 сглаживает пики напряжения, которые могут возни-
кать в периоды переключения транзисторов. Индуктируемый в обмот-
ке III переменный ток выпрямляется однофазной мостовой выпря-
Рис. 100. Схемы двухтактных транзисторных
дением
преобразователей с самовозбуж-
123
мительной схемой ВС и получаемый пульсирующий ток сглаживает-
ся фильтром, состоящим из дросселя Др и конденсаторов С2 и СЗ.
В преобразователях с самовозбуждением частота и форма кривой
переменного напряжения, а также выходное напряжение зависят от
изменения нагрузки, подключенной к выходным зажимам, так как
при этом меняется режим работы генератора. Вследствие этого преоб-
разователи с самовозбуждением применяются только при небольших
мощностях нагрузки (примерно до 50 Вт) или при постоянной нагруз-
ке.
Для работы на переменную нагрузку мощностью более 50 Вт ис-
пользуется транзисторный преобразователь, собранный по схеме с.
задающим генератором (рис. 100, б). Генератор, собранный по схеме
с самовозбуждением, выполняет роль задающего генератора, с выхо-
да которого напряжение переменного тока подается на вход усилите-
ля мощности. Сам генератор рассчитывается на небольшую мощность,
достаточную только для того, чтобы обеспечить нормальную работу
усилителя. Этот усилитель мощности двухтактного типа состоит из
транзисторов ТЗ и Т4, включенных по двухтактной схеме с общей
базой, и выходного трансформатора Тр2. В усилителе мощности так
же, как в генераторе, транзисторы работают в режиме переключения,
т. е. они пропускают ток поочередно — в то время как один открыт и
находится в состоянии насыщения, другой закрыт, затем наоборот
и т. д. Ток, усиленный усилителем, выпрямляется и сглаживается
фильтром, как и в предыдущей схеме.
Тиристорные преобразователи. В состав тиристорного преобразо-
вателя (рис. 101, а) входят: управляющий генератор (мультивибратор)
М, тиристоры Д1 и Д2, так называемый коммутирующий конденсатор
С, дроссель Др, дифференциальный трансформатор Тр, выпрямитель-
ная схема ВС и фильтр Ф. Первичная обмотка трансформатора разде-
лена на две равные части.
Мультивибратор М генерирует и подает на управляющие электро-
ды тиристоров Д1 и Д2 кратковременные импульсы противоположной
полярности. В первую половину периода тока мультивибратора на
тиристоре Д1 будет плюс, а на Д2 — минус. Во вторую половину пе-
риода полярности изменяются. При получении плюсового управляю-
щего импульса Д1 открывается и через него протекает сумма токов
ix в верхней полуобмотке I трансформатора и iC\ заряда конденсато-
ра С. Ток ц индуктирует в нижней полуобмотке II э. д. с., равную
э. д. с. в обмотке /, но противоположную по знаку. В результате кон-
денсатор С заряжается до напряжения, равного удвоенному напря-
жению источника питания, т. е. до Uc
Когда следующий управляющий импульс открывает тиристор Д2,
к тиристору Д1 прикладывается обратное анодное напряжение 2(7б.
Разрядный ток коммутирующего конденсатора С, направленный на-
встречу прямому току тиристора Д1, прекращает его и запирает
этот тиристор. Управляющие свойства тиристора Д1 восстанавли-
ваются, и он может быть включен снова только повторным управляю-
щим импульсом. Ток через открывшийся теперь тиристор Д2 опреде-
ляется током /2 в полуобмотке II и током iC2 в конденсаторе С, кото-
124
Рис. 101. Схемы двухтактного тиристорного преобразователя
рый начинает перезаряжаться до напряжения Uc = 2(7б с противо-
положной полярностью.
Далее вновь открывается тиристор Д1 и процесс повторяется.
В результате периодического изменения токов в полуобмотках
/ и И в обмотке III наводится переменный ток, который далее выпрям-
ляется выпрямительной схемой ВС и сглаживается фильтром Ф.
Таким образом, на выходе преобразователя создается постоянный ток
при напряжении (7Н. Дроссель Др ограничивает ток батареи в те
очень короткие промежутки времени, когда оба тиристора открыты
одновременно.
Применяются также тиристорные преобразователи, собранные по
мостовой схеме (рис. 101, б). На этой схеме для упрощения не показа-
ны мультивибратор и провода, соединяющие его с тиристорами, а вы-
воды управляющих электродов тиристоров обозначены кружками.
Работа схемы проходит следующим образом. Вначале управляющие
импульсы от мультивибратора поступают одновременно на тиристоры
Д1 и Д4. Тиристоры открываются и через них протекает ток в обмот-
ку I трансформатора Тр. Кроме того, коммутирующий конденсатор
CI зарядится до напряжения источника тока Б. Через половину пе-
риода мультивибратор пошлет управляющие импульсы на тиристоры
Д2 и ДЗ и они открываются, но в этот момент положительные потен-
циалы на аноде и катоде тиристора Д1, создаваемые совместным дей-
ствием батареи Б и конденсатора С/, сравниваются и он закроется.
Аналогично сравняются отрицательные потенциалы на аноде и ка-
тоде тиристора Д4 и этот тиристор также закроется. Через половину
периода тока мультивибратора снова откроются тиристоры Д1 и Д4
125
и закроются тиристоры Д2 и ДЗ. Такая схема включения пар тиристо-
ров будет происходить все время работы преобразователя. При этом
через обмотку / трансформатора Тр будут проходить импульсы тока
противоположных направлений, которые будут индуктировать пере-
менный ток в обмотке II. Этот переменный ток выпрямляется выпря-
мительной схемой ВС и сглаживается фильтром (Др2, С2 и СЗ).
Полупроводниковые преобразователи постоянного тока часто допол-
няются стабилизаторами выходного напряжения.
Наряду с описанными выше конверторами относительно больших
мощностей, на практике получают также применение конверторы не-
большой мощности, действие которых основывается на принципе ра-
боты компенсационных импульсных стабилизаторов напряжения
(см. § 54).
§ 46. Инверторьв
Термин «инвертор» в переводе означает преобразователь, однако
на практике это название применяют только к относительно мощ-
ным статическим преобразователям постоянного тока в переменный.
Подобные преобразователи получают в последнее время широкое
распространение для резервирования электропитания устройств связи.
Во всех рассмотренных выше преобразователях постоянного тока
их левые части по сути дела и являются инверторами, так как пре-
образуют постоянный ток в переменный. Однако в этих преобразова-
телях полученный переменный ток сейчас же вновь преобразуется в
постоянный, вследствие чего к форме его кривой и в особенности к
частоте особо высоких требований не предъявляется. Кроме того, и
мощности таких преобразователей обычно бывают невысоки. Если же
возникает необходимость в получении переменного тока относи-
тельно большой мощности со стабильной частотой 50 Гц и формой кри-
вой, близкой к синусоидальной, то схему инвертора приходится ус-
Рис. 102. Структурная схема инвертора
126
ложнять, дополняя ее различными корректирующими, стабилизирую-
щими и защитными приборами.
Простейшая структурная схема инвертора, служащего для преоб-
разования постоянного тока аккумуляторной батареи Б в однофазный
переменный ток 220 В, 50 Гц показана на рис. 102. Хорошо стабили-
зированный по частоте мультивибратор М создает управляющие им-
пульсы, которые усиливаются усилителями Ус1 и Ус2 и подаются
попеременно на управляющие электроды мощных тиристоров Д1 и Д2.
В первую половину периода открывается тиристор Д1, вследствие че-
го ток батареи проходит через обмотки 1 и 2 трансформатора Тр. Во
вторую половину периода тиристор Д1 закрывается, а тиристор Д2
открывается, вследствие чего ток батареи проходит через обмотки 3
и 4 трансформатора Тр. При этом во вторичной обмотке 5 трансфор-
матора Тр индуктируется переменный ток частотой 50 Гц. Напряже-
ние на выходных зажимах инвертора стабилизируется при помощи
феррорезонансного стабилизатора ФРС. Коммутирующий конденса-
тор С1 и коммутирующий дроссель Др1 способствуют переключениям
тиристоров в моменты подачи управляющих импульсов (см. § 45).
Диоды ДЗ и Д6, включенные последовательно с тиристорами Д1 и
Д2, также способствуют надежной коммутации тиристоров. Диоды
Д4 и Д5 обеспечивают возврат реактивной энергии индуктивной на-
грузки и коммутирующего дросселя Др1 в питающий источник тока
и тем самым повышают к. п. д. всей установки.
При работе мощного инвертора возникает много переменных
составляющих с различными частотами не только на его выходе, но
и в постоянном токе питания, получаемом инвертором от батареи Б.
Поскольку от этой батареи обычно получают питание и некоторые уст-
ройства телефонной связи, проникновение переменных составляющих
тока инвертора в батарею, а через нее и в цепи питания устройств
связи нежелательно. Поэтому в цепи питания инвертора от батареи Б
включается защитный фильтр, состоящий из дросселя Др2 и конден-
сатора С2.
Обычно в состав инверторных установок входят также не показан-
ные на рисунке приборы, обеспечивающие автоматическое включение
и выключение установок в зависимости от возникающей в процессе
эксплуатации потребности.
Глава XI
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ
ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ УСТРОЙСТВ ПРОВОДНОЙ СВЯЗИ
§ 47. Источники электрической энергии
В процессе работы всякая аппаратура связи нуждается в питании
электрической энергией для приведения в действие имеющихся
в аппаратуре реле, электромагнитных механизмов, электронных и*
сигнальных ламп, полупроводниковых приборов, микрофонов и дру-
гих устройств. Определенные виды аппаратуры связи требуют для
своей работы постоянный или переменный ток при разных напряже-
ниях и частотах. Вследствие этого для организации питания различ-
ной аппаратуры в узлах связи устраивают специальные электропи-
тающие установки, которые сами получают электрическую энергию в
форме однофазного или трехфазного переменного тока с частотой
50 Гц и напряжением 220 '380 В от местных сетей электроснабжения и
преобразуют ее в различные постоянные и переменные токи с такими
напряжениями и частотами, которые требуются для питания аппара-
туры связи в данных узлах. Мощности электропитающих установок
должны соответствовать потребностям питаемых устройств связи.
В электропитающих установках сетевой переменный ток (50 Гц)
преобразуется в токи, необходимые для питания устройств связи с
помощью преобразователей различных видов. Наиболее распростра-
ненным видом подобного преобразователя является выпрямитель пере-
менного тока (см. § 33). Кроме того, все чаще используются преобразо-
ватели постоянного тока (см. §45).
Напряжения на выходах преобразователей в процессе их работы
обычно не остаются постоянными, а изменяются с течением времени
в зависимости от колебаний напряжения питающих сетей и токов на-
грузки преобразователей. Кроме того, при работе всякого преобразо-
вателя переменного тока в постоянный (выпрямителя) на его выходных
зажимах создаются пульсации напряжения, накладывающиеся на
постоянную составляющую выпрямленного напряжения (см. §38).
Частоты этих пульсаций и в особенности их высших гармоник нахо-
дятся в пределах спектров тональных и высоких частот, исполь-
зуемых для передачи информации в каналах связи. Вследствие этого
колебания и пульсации напряжений источников питания могли бы
значительно ухудшить качество передачи по каналам связи. Поэтому
для обеспечения хорошего качества передачи в аппаратуре связи ко-
лебания напряжений и пульсаций не должны превышать установлен-
ных предельно допустимых значений.
128
В последнее время принято условно разделять все устройства
F электропитания узла связи на две части. Местную сеть эпергоснаб-
< жения переменного тока, трансформаторные подстанции и подхо-
( дящие от них к узлу связи линии передачи электрической энергии
(фидеры) называют первичными средствами (источниками) электропи-
тания. Все устройства преобразования, коммутации и распределения
электроэнергии внутри узла связи, а также аккумуляторные батареи
называют вторичными средствами (источниками) электропитания.
Однако современные узлы транспортной связи нуждаются в элек- '
трической энергии не только для электропитания устройств связи, но
* и для освещения помещений с техническим оборудованием, приведения
в действие различных электродвигателей, автоматизации, нагрева-
тельных приборов и т. д. Совокупность всех электротехнических
устройств, обеспечивающих названные выше виды потребления элек-
троэнергии, называется электроустановкой (ЭУ) узла связи.
В состав ЭУ входят: выделенные трансформаторные подстанции
(ТП) при больших узлах связи (если электроснабжение не произво-
дится от каких-либо общих ТП местной энергосистемы), фидеры элек-
троснабжения от ТП, сети постоянного и аварийного освещения, элек-
тродвигатели различного назначения, электронагреватели, все уст-
ройства электропитающей установки (ЭПУ) устройств связи и, нако-
нец, резервные дизельные электростанции (ДЭС). Такие электростан-
ции состоят из двигателей внутреннего сгорания (дизелей) и
синхронных генераторов трехфазного тока. Они позволяют, во-первых,
продолжать работу узлов связи при случайных длительных перерывах
электроснабжения от местных сетей и, во-вторых, значительно
сократить резервную емкость имеющихся в этих узлах аккумулятор-
ных батарей (при условии обеспечения возможности быстрого запуска
электростанций и включения их в работу).
Электроустановки узлов связи железнодорожного транспорта,
так же как и все вообще электротехнические устройства в нашей стра-
не, должны соответствовать утвержденным Правилам устройства
электроустановок (ПУЭ).
§ 48. Классификация электропитающих установок
в зависимости от условий электроснабжения
Устройства электрической связи играют очень важную роль в де-
ле обеспечения эффективной и бесперебойной работы железных дорог.
Однако работа самих устройств связи зависит в первую очередь от на-
дежности снабжения их электроэнергией. Вследствие этого требова-
ния, предъявляемые к электропитающим установкам устройств про-
водной связи в отношении надежности их действия, очень вы-
соки.
В соответствии с классификацией ПУЭ все электроприемники,
•1. е. устройства, потребляющие электроэнергию, подразделяются
в зависимости от требований к надежности электроснабжения на три
категории. При этом из состава электроприемников первой (высшей)
г> Зак. 755 129
категории выделяется особая группа потребителей, предъявляющих
особо важные требования к надежности электроснабжения.
К этой особой группе относятся все узлы связи при МПС и управ-
лениях дорог, устройства магистральной связи железнодорожного
транспорта, соединяющие МПС с управлениями дорог, и устройст-
ва связи, обеспечивающие бесперебойное движение поездов. Все ос-
тальные устройства транспортной связи относятся к первой кате-
гории.
В условиях железнодорожного транспорта возникает также необ-
ходимость обеспечения электроэнергией устройств связи и других тех-
нических сооружений, а также бытовых нужд железнодорожников на
небольших линейных станциях, расположенных вдоль железных дорог,
часто на значительных расстояниях от населенных пунктов, имеющих
сети энергоснабжения. Для этой цели на железных дорогах теперь все
чаще устраивают специальные трехфазные линии электропередачи от-
носительно малой мощности. На электрифицированных дорогах огра-
ничиваются подвеской отдельных трехфазных цепей (цепи продоль-
ного электроснабжения) прямо на опорах контактных сетей. Все эти
специальные железнодорожные линии электропередачи и цепи про-
дольного электроснабжения также могут быть использованы для пи-
тания устройств связи в качестве основных или резервных источ-
ников электроэнергии.
§ 49. Способы электропитания устройств
Условия электроснабжения в пунктах расположения устройств
транспортной проводной связи значительно влияют на организацию
электропитания этих устройств. Вследствие этого существуют два ос-
новных способа питания устройств проводной связи, характеризуемых
различными условиями совместной работы трех основных компонентов
всяких электропитающих установок: выпрямительных агрегатов, ак-
кумуляторных батарей и резервных электростанций.
1. Питание от выпрямительных агрегатов и аккумуляторных бата-
рей по способу постоянной (круглосуточной) буферной работы. Этот
способ характеризуется хорошей стабильностью напряжений питания,
высоким к. п. д. и позволяет резко сократить требуемую емкость
аккумуляторных батарей. Большим достоинством его является
также возможность полной автоматизации действия электропитаю-
щей установки, позволяющей значительно сократить потребность в
обслуживающем персонале. Однако для применения этого способа вы-
прямительные агрегаты, участвующие в буферной работе, должны быть
снабжены надежными и точно работающими автоматическими регуля-
торами напряжения.
Благодаря своим положительным качествам данный способ явля-
ется основным способом питания устройств проводной связи желез-
нодорожного транспорта.
Разновидностью первого способа является способ питания с от-
деленной батареей, при котором электропитающая установка так
130
же, как и при буферном питании, включает в себя рабочий выпрями-
тель и аккумуляторную батарею на то же напряжение. Питание
устройств связи в обычное время осуществляется только от рабочего
выпрямителя. Батарея же не присоединена к нагрузке и лишь посто-
янно подзаряжается от отдельного маломощного подзарядного выпря-
мителя, сохраняя в себе полный запас электрической энергии. С пре-
кращением работы выпрямителей батарея автоматически подключается
к нагрузке и продолжает ее питание. Необходимо отметить, что ак-
кумуляторные батареи играют важную роль в работе электро-
питающих установок, так как по электрическим характеристикам и
надежности действия являются лучшими источниками постоянно-
го тока для питания устройств связи. Они обладают очень малым вну-
тренним сопротивлением, имеют достаточно стабильное напряжение,
совершенно лишенное всяких пульсаций, и позволяют легко обеспе-
чить бесперебойное электропитание устройств связи в пунктах с не-
надежным электроснабжением.
Наряду с достоинствами аккумуляторные батареи обладают и
рядом существенных эксплуатационных недостатков, связанных глав-
ным образом с применением в них едких кислот или щелочей, затруд-
няющих эксплуатационное обслуживание батарей. Аккумуляторные
батареи требуют выделения для них отдельных изолированных поме-
щений со специальной вентиляцией и квалифицированного обслужи-
вания.
Чтобы использовать большие преимущества аккумуляторных ба-
тарей и в то же время несколько ограничить их недостатки, элек-
тропитающие установки для устройств связи проектируют так, чтобы
по возможности снизить число аккумуляторных батарей и уменьшить
их емкости. В некоторых случаях аккумуляторные батареи могут быть
вовсе исключены из электропитающих установок (см. второй способ).
2. Непосредственное питание устройств связи от сети перемен-
ного тока при помощи выпрямителей без использования аккумуля-
торных батарей (способ безаккумуляторного или безбатарейного пи-
тания). Этот прогрессивный способ применяется только для тех
устройств связи, для которых может быть допущен кратковременный
перерыв действия хотя бы на период запуска резервной электростан-
ции. Он может применяться при условии очень надежного электро-
снабжения узла связи по двум отдельным фидерам от независимых
источников электроэнергии, причем переключение с основного фиде-
ра на резервный производится специальным коммутационным уст-
ройством АВР (автоматическое включение резерва). При этом спо-
собе различные виды аппаратуры связи могут получать питание как
от индивидуальных маломощных выпрямителей, так и от крупных ста-
билизированных выпрямительных устройств большой мощности.
Некоторые устройства связи, выпускаемые промышленностью, до-
полняются специальными блоками питания, допускающими пита-
ние этих устройств непосредственно от сети переменного тока. В связи
с широкой электрификацией нашей страны и повышением надежности
энергоснабжения всех ее областей способ безаккумуляторного пита-
Б* 131
ния аппаратуры связи будет находить все большее распространение
в хозяйстве связи железнодорожного транспорта.
3. Комбинированный способ питания. Железнодорожные узлы
связи обычно насыщены различной аппаратурой, предъявляющей не-
одинаковые требования к источникам питания. Большие потребители
электроэнергии, например линейно-аппаратные залы, всегда получают
буферное питание от мощных источников тока с напряжением 24 В.
Обычно в каждом железнодорожном узле связи такой источник тока
имеется. В то же время многочисленные небольшие потребители, ра-
ботающие при разных напряжениях, могут получать безаккумуля-
торное питание от соответствующих выпрямителей. В случае же пре-
кращения подачи электроэнергии эти потребители могут переходить
на питание от полупроводниковых преобразователей постоянного то-
ка, работающих от общей аккумуляторной батареи 24 В.
§ 50. Организация буферного электропитания
Буферное электропитание является основным и наиболее рацио-
нальным способом электропитания устройств проводной связи. При
этом способе аккумуляторная батарея присоединяется к питаемой цепи
параллельно с выпрямительным устройством, является резервным ис-
точником тока, мгновенно принимающим на себя питание устройств
связи при всяком перерыве работы выпрямителя, и служит элементом
фильтра, эффективно сглаживающего пульсации тока выпрямителя.
Однако применение буферного способа вызывает некоторые усложнения
в схеме электропитающей установки, обусловленные тем, что напря-
жение аккумуляторной батареи очень изменяется при случайном пре-
кращении буферной работы в момент перерыва подачи электрической
энергии из питающей сети переменного тока и последующем глубоком
разряде батареи до минимального допустимого напряжения.
Так, среднее напряжение кислотной аккумуляторной батареи при
буферной работе составляет 2,2п В (и — число аккумуляторов в ба-
тарее). С прекращением подачи переменного тока из сети напряже-
ние батареи быстро снижается до 2и В, т. е. на 9,1 %. При последую-
щем же разряде батареи током, например, одночасового режима на-
пряжение батареи постепенно снизится до 1,75/? В, т. е. на 20,5 %. При
использовании для буферной работы щелочных аккумуляторных бата-
рей снижение напряжения в аналогичных условиях будет еще боль-
ше, что и ограничивает применение щелочных аккумуляторов в хо-
зяйстве проводной связи. В то же время современные устройства про-
водной связи совершенно не допускают таких больших изменений
напряжений питающих источников тока (допустимые нормы колеба-
ний этих напряжений указаны ниже для конкретных устройств свя-
зи).
Поэтому в буферных электропитающих установках для устройств
проводной связи приходится применять различные способы компенса-
ции изменений напряжения аккумуляторных батарей, вызванных из-
менениями режимов их работы. К таким способам относятся: погашение
132
г
Рис. 103. Способы включения противоэлементов и вентилей
излишнего напряжения батарей при помощи противоэлементов; об-
ходное включение противоэлементов; погашение излишнего напря-
жения батарей нелинейными сопротивлениями; питание устройств
связи от выпрямителя с нормально отключенной резервной аккуму-
ляторной батареей; повышение напряжения батареи при ее разряде
путем подключения в цепь питания дополнительных аккумуляторов.
Рассмотрим эти способы.
Применение противоэлементов. При этом способе регулирования
напряжения (рис. 103, а) число аккумуляторов в батарее Б рассчиты-
вается так, чтобы наименьшее напряжение батареи при ее полном раз-
ряде {7Н)1и с учетом падения напряжения во всех соединительных
проводах, а также коммутационных и защитных приборах было
бы достаточно для питания соответствующих устройств связи УС,
Тогда напряжение батареи при нормальной буферной работе (7буф
будет выше требуемого напряжения (7. Для погашения лишнего на-
пряжения [7буф — U в цепь питания устройств включается необхо-
димое число т щелочных противоэлементов ПЭ, на каждом из ко-
торых теряется напряжение около 2 В
tn •--- 0,5 (t/буф ^7) •
В электропитающих установках с небольшими напряжениями (на-
пример, 24 В) обычно используется только одна группа противо-
элементов. При больших напряжениях (60 В и выше) целесообразно
все включаемые противоэлементы разделить на две группы.
В момент перерыва подачи электроэнергии из сети переменного
тока буферная работа батареи Б прекращается и батарея начинает раз-
ряжаться, а ее напряжение сначала быстро, а потом постепенно по-
нижается. Для компенсации этого снижения напряжения сначала вы-
ключается замыканием накоротко одна группа противоэлементов, а
через некоторое время, определяемое падением напряжения разря-
жающей батареи, — другая группа. Шунтирование противоэлементов
обычно осуществляется контакторами /С, управляемыми при посредст-
ве реле напряжения (вольтметрового реле) ВР. На рис. 103, а—в кон-
133
такты, коммутирующие батареи, противоэлементы и вентили по-
казаны в положении выключенных электромагнитов контакторов
(т. е. при прекращении работы питающих выпрямителей).
Необходимо иметь в виду, что каждый работающий в схеме противо-
элемент расходует на себя электроэнергию, количество которой опре-
деляется по формуле
W = UM,
где U — напряжение на зажимах противоэлемента, В;
/ — ток, проходящий через противоэлемент. А;
t — время работы, ч.
Эта энергия затрачивается на химическое разложение электролита
и безвозвратно теряется вместе с уходящими из противоэлемента га-
зами (водородом и кислородом). Смесь этих газов взрывоопасна, по-
этому во время действия противоэлементов необходимо включать вен-
тиляцию.
Обходное включение противоэлементов. В электропитающих уста-
новках большой мощности, выполненных по схеме рис. 103, а, потеря
энергии в противоэлементах может быть значительной, поэтому способ
регулирования напряжения батареи противоэлементами может быть
недостаточно экономичным. Для повышения экономичности противо-
элементов может применяться так называемая обходная схема их вклю-
чения (см. рис. 103, б), по которой питание устройств связи УС про-
изводится непосредственно от выпрямителя В/, создающего на за-
жимах УС нормальное напряжение питания U. При этом небольшой
маломощный выпрямитель В2 подзаряжает аккумуляторную батарею,
поддерживая на зажимах каждого аккумулятора напряжение 2,2 В.
Поскольку буферное напряжение батареи [/буф выше напряжения U
на зажимах УС, последовательно с батареей включается группа про-
тивоэлементов ПЭ. Напряжение выпрямителя В2 регулируется та-
ким образом, чтобы этот выпрямитель отдавал в нагрузку УС неболь-
шой ток, который, проходя через противоэлементы, создает на них па-
дение напряжения Сбуф — U.
При нормальной работе схемы выпрямитель В1 питает устройства
связи УС, а батарея Б вместе с противоэлементами ПЭ остается под-
ключенной к цепи питания и вследствие этого способствует сглажи-
ванию пульсаций тока выпрямителя. Однако последовательное вклю-
чение противоэлементов несколько увеличивает сопротивление цепи
батареи и уменьшает эффект сглаживания по сравнению со схемой
включения, приведенной на рис. 103, а. Зато, поскольку в цепи основ-
ного выпрямителя В1 никаких противоэлементов не имеется, схема,
приведенная на рис. 103, б, с энергетической стороны выгоднее схе-
мы рис. 103, а.
При перерыве энергоснабжения оба выпрямителя прекращают свою
работу, отчего батарея Б примет на себя питание устройств связи УС.
Напряжение на зажимах УС на короткое время снизится и вольтмет-
ровое реле ВР разомкнет цепь обмотки контактора (на схеме не пока-
зана). Контактор отключится и зашунтирует противоэлементы, после
чего питание УС будет осуществляться от одной батареи.
134
Погашение излишнего напряжения батарей нелинейными сопро-
тивлениями. Противоэлементы, применяемые для погашения излиш-
него напряжения батареи, обладают хорошими электрическими ха-
рактеристиками, так как активное сопротивление их невелико, а на-
пряжение на зажимах мало зависит от проходящего через них тока.
Однако они очень неудобны с эксплуатационной стороны, поскольку
в них используются едкие щелочные растворы и их приходится уста-
навливать вне аккумуляторных помещений в специальных закрытых
шкафах с отдельной вентиляцией. К тому же выделяемые из них газы
взрывоопасны. Поэтому вместо щелочных противоэлементов теперь ча-
сто применяют простые и удобные в эксплуатации нелинейные со-
противления, вольт-амперные характеристики которых близки к
вольт-амперным характеристикам щелочных противоэлементов. В ка-
честве таких нелинейных сопротивлений удобно использовать различ-
ные типы полупроводниковых вентилей (диодов), включаемых в цепь
питания устройств связи в проводящем направлении (см. рис. 103, в);
возможно применение селеновых, германиевых и кремниевых венти-
лей. Наиболее удобными для указанной цели оказались силовые крем-
ниевые вентили.
Мощные кремниевые вентили обычно рассчитываются на работу
с принудительным воздушным или водяным охлаждением. Устраи-
вать такое охлаждение в электропитающих установках для устройств
связи нецелесообразно, так как это усложнит и удорожит их, затруд-
нит обслуживание и снизит надежность работы. Поэтому вместо про-
тивоэлементов применяют кремниевые вентили, рассчитанные на ра-
боту в условиях естественного воздушного охлаждения с металличе-
скими радиаторами, но при этом вентили выбирают на ток, в 3—4 раза
превышающий максимальный рабочий ток электропитающей установки.
Блоки полупроводниковых вентилей, предназначенные для погаше-
ния излишнего напряжения, должны составляться из вентилей, со-
единенных параллельно для пропускания всего тока электропитаю-
щей установки / и последовательно для достижения требуемого паде-
ния напряжения Д[/. Параллельного соединения вентилей можно из-
бежать, применяя вентили достаточно большой мощности. При от-
сутствии же вентилей большой мощности число параллельно соеди-
няемых кремниевых вентилей /?пар определяется из соотношения
^пар — 3/ / (0,9/в),
где /в — максимальный допускаемый ток вентиля, А;
3 — коэффициент, определяющий возможность работы кремниевых вен-
тилей без принудительного охлаждения;
0,9 — коэффициент, вводимый для учета неравномерного распределения на-
грузки между параллельно соединенными вентилями.
Число последовательно соединяемых кремниевых вентилей /ипосл
определяется из выражения
^посл — /0,6,
где 0,6 — среднее падение напряжения на одном кремниевом вентиле, В.
Питание устройств связи от выпрямителя с отделенной (нормально
отключенной) аккумуляторной батареей. Выпрямитель В1 (рис. 104, а),
135
снабженный сглаживающим фильтром и стабилизатором выходного на-
пряжения, питает устройства связи УС. Маломощный выпрямитель
В2 постоянно подзаряжает батарею В, которая в результате этого на-
ходится в полностью заряженном состоянии. Контактор, подключен-
ный обмоткой К к сети переменного тока, притягивает якорь и дер-
жит контакт к в разомкнутом состоянии вследствии чего батарея Б
в нормальных условиях отключена от нагрузки. При случайном
перерыве подачи электроэнергии из сети переменного тока оба вып-
рямителя прекращают свою работу, а контактор отпускает якорь.
Контакт к замыкается, и батарея Б подключается к устройствам свя-
зи УС.
Преимущество этой схемы питания по сравнению с предыду-
щими схемами заключается в том, что батарея Б подключается к на-
грузке только после прекращения подзаряда со стороны выпрямителя
В 2 и поэтому она не имеет излишка напряжения, вызванного этим
подзарядом.
Это значительно сокращает изменение напряжения батареи при
разряде и упрощает процесс регулирования напряжения. Если напря-
жение батареи Б невелико, то можно обойтись без противоэлементов
или, в крайнем случае, обойтись одной группой противоэлементов
вместо двух.
В то же время данной схеме присущи следующие недостатки:
1) отключенная от схемы питания устройств связи батарея Б уже
не участвует в сглаживании пульсации выпрямителя В/, что влечет за
собой необходимость усиления, а следовательно, и усложнения сгла-
живающего фильтра этого выпрямителя; 2) имеют место кратковре-
менные перерывы подачи питающего тока, обусловленные временем
срабатывания контактора, подключающего батарею к питаемым уст-
ройствам связи.
Для ускорения подключения батареи можно применить схему,
изображенную на рис. 104, б. В этой схеме батарея Б подключается к
питаемым устройствам связи мощным быстродействующим тиристором
Рис. 104. Способы компенсации снижения напряжения буферной батареи
136
Д. который в нормальных условиях находится в запертом состоянии,
а в момент прекращения подачи электроэнергии открывается, получая
управляющий импульс из электронного устройства управления тири-
стором У УТ.
Время срабатывания тиристора не превышает нескольких де-
сятков микросекунд. За это время питаемые устройства будут полу-
чать электроэнергию, запасенную в конденсаторах и индуктивностях
сглаживающего фильтра выпрямителя, вследствие чего перерыва
подачи тока не будет вовсе. Однако при максимальной нагрузке во
внутреннем сопротивлении тиристора происходит падение напряже-
ния около 0,8 В. Чтобы прекратить излишнюю потерю напряжения
после открывания тиристора, он шунтируется контактом к специаль-
ного контактора и отключается. Контактор, так же как и в предыдущей
схеме, подключен обмоткой К к сети переменного тока и срабатывает
через несколько десятков миллисекунд.
Повышение напряжения батареи включением дополнительных ак-
кумуляторов. В нормальных условиях основной выпрямитель В1
(рис. 104, в) питает устройства связи УС совместно с основной буфер-
ной аккумуляторной батареей ОБ. Число аккумуляторов в батарее
ОБ рассчитано таким образом, чтобы ее напряжение при работе в бу-
ферном режиме соответствовало бы номинальному значению напря-
жения питания УС. Небольшой выпрямитель В2 без сглаживающего
фильтра непрерывно подзаряжает добавочную аккумуляторную ба-
тарею ДБ для того, чтобы она всегда находилась в полностью заря-
женном состоянии. Добавочная батарея составляется из нескольких
аккумуляторов того же типа, что и основная батарея.
При перерыве подачи электрической энергии из сети перемен.него
тока работа выпрямителей прекращается, основная батарея ОБ на-
чинает разряжаться и ее напряжение снижается. В это время вольт-
метровое реле ВР срабатывает и приводит в действие контактор, кото-
рый контактами к и к! подключает к основной батарее ОБ добавочную
батарею ДБ, вследствие чего напряжение питания вновь повышается
до требуемого значения. Диод Д, рассчитанный на максимальный ток
нагрузки, предотвращает перерыв подачи тока питания в момент пере-
ключения контактов к и к1.
Если включение одной группы батареи ДБ окажется недостаточно
для компенсации падения напряжения батареи при ее глубоком раз-
ряде, то можно добавить еще одну группу ДБ, предусмотрев для ее
подзаряда отдельный маломощный выпрямитель. Вторая группа долж-
на подключаться к основной батарее в первой группе после подключе-
ния первой группы.
Данная схема электропитания обладает существенными преиму-
ществами по сравнению со схемами, описанными выше. Отсутствие
противоэлементов и нелинейных сопротивлений в цепи питания уст-
ройств связи повышает ее экономичность. В то же время аккуму-
ляторная батарея, будучи всегда подключенной к зажимам выпрями-
теля, способствует сглаживанию пульсаций выпрямленного тока. Эти
преимущества особенно сильно проявляются в электропитающих ус-
тановках большой мощности.
137
Указанные выше способы лишь частично применяются в элек-
тропитающих установках для устройств связи железнодорожного
транспорта. Однако все они могут быть использованы при разработ-
ках новых электропитающих установок.
§ 51. Способы подключения
буферной аккумуляторной батареи к выпрямителю
Буферная батарея является важнейшим элементом сглаживающе-
го фильтра. Однако эффективность ее действия в отношении сглажива-
ния пульсаций выпрямленного тока в большой степени зависит от
способа соединения с питающим выпрямителем и питаемыми устройст-
вами связи. Хорошее сглаживание пульсаций имеет особо важное зна-
чение для устройств телефонной связи, так как пульсации питающего
тока создают в телефонных аппаратах шумы, мешающие проведению
переговоров.
В простейшей схеме подключения буферной батареи Б к выпря-
мителю В (рис. 105, а) один из проводов цепи питания соединен с зем-
лей, как это обычно имеет место в устройствах связи. Сглаживающий
фильтр образуется в этом случае из дросселя Др и батареи Б. Постоян-
ная составляющая тока выпрямителя (ток питания устройств связи)
свободно проходит через дроссель и поступает в питаемые устройства,
ответвляясь в аккумуляторную батарею для ее подзаряда. Перемен-
ные же составляющие значительно ослабляются фильтром и не при-
чиняют вреда питаемым устройствам. Действие фильтра тем больше,
чем выше реактивное сопротивление дросселя и чем меньше сопротив-
Рис. 105. Способы подключения буферной батареи к выпрямителю
138
ление цепи батареи для переменных составляющих выпрямленного
тока.
В общую цепь батареи входят провода, соединяющие батарею Б
с выпрямителем В, плавкий предохранитель Пр и рубильник (разъе-
динитель) Р. Если учесть, что сопротивление аккумуляторной батареи
измеряется сотыми, а иногда и тысячными долями ома, то легко по-
нять, что эти дополнительные устройства значительно увеличивают
сопротивление цепи батареи и ухудшают ее шунтирующее действие для
вредных переменных составляющих выпрямленного тока.
Чтобы устранить вредное действие дополнительных элементов цепи
батареи, применяют четырехпроводную схему подключения батареи
(рис. 105, б). В этой схеме дополнительные элементы, повышающие со-
противления, перенесены из цепи батареи в главную цепь питания уст-
ройств связи, для чего число их удвоено. В схеме предусмотрены
два плавких предохранителя llpl и Пр2 для защиты батареи от корот-
кого замыкания с обеих сторон и рубильники Р1 и Р2 для отключения
батареи.
От батареи отходят две пары проводов: одна соединяет бата-
рею с выпрямителем, а другая — с питаемыми устройствами. Поэтому
сопротивление цепи собственно батареи, лишенной всех дополнитель-
ных элементов, сведено к минимуму, отчего шунтирующий эффект
ее для переменных составляющих тока выпрямителя возрастает.
Четырех проводи а я схема включения батареи — лучшая для сгла-
живания пульсаций тока выпрямителя, но на практике она неудобна
тем, что от батареи к коммутационным устройствам необходимо протя-
гивать две пары проводов. Поэтому обычно пользуются упрощенной
четырехпроводной схемой (рис. 105, в), отличающейся от предыдущей
только тем, что в ней батарея соединяется с коммутационной схемой
двумя проводами. Эти провода должны иметь такое сечение, чтобы па-
дение напряжения в них не превышало 10—15 % внутреннего паде-
ния напряжения в батарее. В этом случае данная схема почти не от-
личается по своим качествам от схемы, изображенной на рис. 105, б,
но значительно проще ее.
§ 52. Коммутация в электропитающих установках
В процессе эксплуатации электропитающих установок возникает
необходимость в периодических включениях и выключениях отдельных
электротехнических устройств, а также в их взаимных переключениях
для образования различных схем питания, изменения режимов ра-
боты оборудования, замены действующих устройств резервными и
включения контрольных и измерительных приборов. Общая совокуп-
ность всех таких включений, выключений и переключений называется
коммутацией оборудования.
Коммутация выполняется на практике при помощи специальных
приборов. Если эти приборы приводятся в действие руками людей,
обслуживающих электропитающие установки, то имеет место ручная
коммутация. Если же коммутационные приборы действуют самостоя-
139
тельно в зависимости от их регулировки и заранее установленной про-
граммы их работы, то коммутация будет автоматической.
Все коммутационные приборы конструируют таким образом, что-
бы они могли без вреда для своего устройства и электропитающей уста-
новки в целом выдерживать рабочие напряжения, токи и мощности,
на которые они рассчитаны. Кроме того, к ним предъявляется перво-
степенное по своей важности требование обеспечения полной безопас-
ности обслуживающего персонала. Это требование вытекает из того,
что обслуживающий электротехнические устройства персонал в про-
цессе работы прикасается только к рукояткам коммутационных, конт-
рольных и регулирующих приборов. Поэтому рукоятки таких приборов
должны быть надежно изолированы и полностью исключать возмож-
ность прикосновения людей к неизолированным токоведущим частям.
Коммутация внутри электропитающих установок разделяется на
две части: коммутацию в основных цепях питания, рассчитанных на
большие мощности, и коммутацию в цепях управления, контроля и сиг-
нализации, где проходят относительно слабые токи.
В соответствии с этим разделением в первом случае применяются
мощные коммутационные приборы, выполненные на большие напря-
жения и токи. Важной отличительной особенностью таких коммута-
ционных приборов является то, что замыкание и размыкание цепей
с током в них всегда осуществляется очень быстро, совершенно не-
зависимо от быстроты воздействия на них руки человека. Такое вклю-
чение и выключение предотвращает сильное искрение и образование
дуги между коммутируемыми силовыми контактами. Во втором слу-
чае для коммутации применяются коммутационные приборы относи-
тельно малой мощности. Рассмотрим основные виды коммутационных
приборов.
Пакетные выключатели и переключатели представляют собой
мощные закрытые выключатели или переключатели с большими
поворотными рукоятками из изолирующих материалов для коммута-
ции токов в несколько десятков или сотен ампер. Каждый такой при-
бор содержит набор (пакет) коммутационных элементов для выклю-
чения или переключения одного провода (полюса). В зависимости от
числа элементов, входящих в пакет, составляются выключатели и
переключатели на различные коммутационные схемы и число проводов
(одно-, двух-, трех- и многополюсные).
Контакторы основаны на принципе мощного электромагнитного
реле. Сильный электромагнит при замыкании цепи его обмотки при-
тягивает якорь, который производит замыкания и размыкания ряда
контактов.Часть этих контактов предназначена для коммутации токов
порядка десятков, сотен или тысяч ампер в силовых цепях. Другая
часть (так называемые блок-контакты) предназначена для цепей сиг-
нализации и автоматизации, а также для блокировки контактора, т. е.
для удерживания его якоря в притянутом положении после кратковре-
менного замыкания цепи его обмотки.
Цепь обмотки электромагнита может замыкаться и размыкаться
вручную специальными кнопками или автоматически контактами спе-
140
В0
Г циальных датчиков, входящих в системы автоматического управле-
> ния различными техническими устройствами.
В состав контакторов обычно входят защитные приборы, которые
выключают контакторы, когда токи, проходящие по коммутируемым
цепям, по разным причинам превышают максимально допустимые для
них значения. Защитные приборы делаются электромагнитными (для
мгновенного действия) или термическими (для действия с определен-
ной выдержкой времени, но обеспечивающими мгновенный процесс
выключения). Благодаря этому контакторы являются по существу
комбинированными коммутационными и защитными приборами, очень
удобными для сооружения сложных электромеханических устройств
автоматики и телемеханики. Благодаря своему конструктивному ис-
полнению на металлических платах они удобно размещаются на сте-
нах, металлических щитах и панелях, а также внутри электротехниче-
ских устройств шкафного типа (например, выпрямителей).
Для автоматического управления контакторами часто применяют-
ся реле напряжения (вольтметровые реле), которые включаются па-
раллельно в те цепи электропитания, где напряжение должно поддер-
живаться в определенных пределах: При выходе напряжения за
эти пределы реле напряжения замыкают или размыкают (в зависи-
мости от схемы управления) свои контакты, которые управляют
работой регулирующих приборов, возвращающих изменившееся на-
пряжение в заданные для него пределы. Такие реле имеют очень боль-
шое значение в системах автоматического регулирования, так как имен-
но они фиксируют соответствие действительных характеристик ре-
гулируемых устройств задаваемым для них значениям Вначале дей-
ствие их основывалось на электромагнитных принципах, а теперь они
заменяются более совершенными электронными устройствами конт-
роля напряжения типа УКН.
Для удобства монтажа электропитающих установок отдельные ком-
мутационные приборы часто собираются в комплектные коммутацион-
ные устройства, выполняющие определенные функции внутри электро-
питающей установки. Большие коммутационные устройства выпус-
кают в виде металлических шкафов или щитов, устанавливаемых на
полу. Небольшие наборы коммутационных приборов представляют со-
бой панели или так называемые контакторные сборки, укрепляемые
на стенах.
Чтобы провести ремонтные работы внутри подобных сложных ком-
мутационных комплектов, необходимо полностью отключать от них
все обычно соединенные с ними источники тока (т. е. снять напряже-
ния со всех элементов внутренней схемы). Для этой цели в данных ком-
плектах могут применяться так называемые ремонтные разъедините-
ли, т. е. обыкновенные рубильники на один или несколько полюсов.
В коммутационных комплектах используются два типа предохра-
нителей, защищающих отдельные цепи при коротких замыканиях и
перегрузках — плавкие и автоматические. Рабочим элементом при
дохранителя первого типа является плавкая вставка, рассчитанная
на определенный! ток. Если, например, на вставке имеется обозна-
чение «10 А», то это значит, что вставка допускает прохождение тока
141
в защищаемой цепи до 10 А. При большем токе вставка перегорает тем
скорее, чем больше превышение тока над номинальным значением.
Быстродействие плавких предохранителей невелико, что не всегда
позволяет применять их, особенно в схемах, где используются полу-
проводниковые приборы.
Автоматический предохранитель (автомат) представляет собой
выключатель (тумблер), приводный рычажок которого при включении
цепи сжимает пружину, зацепляемую во включенном положении спе-
циальным упором на якоре электромагнита. Если ток в цепи превы-
сит предельное значение, то электромагнит притянет якорь и рас-
цепит упор пружины, которая почти мгновенно возвратит автомат в
выключенное положение. Такие автоматы очень удобны своим бы-
стродействием, а также тем, что при них не нужно заменять плавкие
вставки. Для включения выключившегося автомата нужно только на-
жать на приводной рычажок.
142
Глава XII
ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УЗЛОВ СВЯЗИ
§ 53. Общие положения
Наиболее крупные устройства проводной связи железнодорож-
ного транспорта обычно располагают при административных цент-
рах управления (МПС, управления и отделения дорог, крупные желез-
нодорожные станции и т. д.). Здесь эти устройства образуют в своей
совокупности узлы связи различной величины и назначения, в кото-
рые входят: местная и междугородная телефонные станции, линейно-
аппаратный зал (ЛАЗ), телеграфная станция, аппаратные связи пере-
дачи данных и многочисленные установки избирательной связи. По-
скольку все устройства связи располагают вблизи друг от друга и ча-
сто в одном здании, то для них устраивается общая электропитающая
установка. В целях ее упрощения устройства электропитания, пред-
назначенные для различных устройств связи и создающие одинако-
вые выходные напряжения, по возможности объединяют друг с дру-
гом.
Помимо основного назначения указанной общей электропитающей
установки — питания устройств связи, на нее возлагается еще важ-
ная дополнительная функция — аварийное освещение важнейших
производственных помещений узла связи. Аварийное освещение пре-
дусматривается на случай возможного прекращения подачи электри-
ческой энергии в вечернее и ночное время и должно обеспечивать не
менее 20 % норм обычного производственного освещения. Аварийное
освещение устраивается при помощи таких же светильников, как и
обычное рабочее освещение, и действует вместе с ним от сети перемен-
ного тока (с использованием в случае необходимости переходных транс-
форматоров). При прекращении подачи переменного тока аварийные
светильники автоматически подключаются к одной из аккумулятор-
ных батарей, вследствие чего освещение рабочих помещений узла
связи не прекращается полностью, а лишь сокращается.
В состав объединенной электропитающей установки узла связи
(рис. 106) входят: щит переменного тока ЩПТ, выпрямительные уст-
ройства ВУ1 и ВУ2, аккумуляторные батареи А Б и противоэлементы
ПЭ или добавочные аккумуляторы ДА. Каждый комплект выпрями-
тельных устройств и соответствующих аккумуляторных батарей слу-
жит для питания определенного устройства связи (например, теле-
фонной станции, ЛАЗа и т. п.).
Коммутация всех цепей переменного тока и распределение элек-
трической энергии по всем потребителям узла связи осуществляются
143
Рис. 106. Структурная схема электропитающей установки узла связи
на щите переменного тока ЩПТ, к которому электрическая энергия
подводится от ближайших трансформаторных подстанций по двум трех-
фазным кабелям (фидерам) Фид1 и Фис)2. Наличие двух фидеров от
различных подстанций повышает надежность электроснабжения. При
перерыве электроснабжения по обоим фидерам электроэнергия можег
подаваться от небольшой собственной резервной электростанции узла
связи РЭС, управляемой автоматическим запускающим устройством 1.
На щите переменного тока устанавливаются также контрольные изме-
рительные приборы и устройства защиты цепей переменного тока от
перегрузки.
Устройства связи УС! и УС2 и т. д. питаются от выпрямительных
устройств ВУ1, ВУ2 и т. д., работающих совместно с аккумуляторны-
ми батареями АБ, переключаемыми при помощи батарейных коммута-
ционных щитков 2. Напряжение батареи при переходе ее в режим раз-
ряда регулируется при помощи противоэлементов ПЭ или добавочных
аккумуляторов ДА, коммутируемых при помощи щитков 3. По от-
дельным цепям происходит питание от [ДПТ осветительной сети узла
связи Осе, а также устройств безаккумуляторного питания БП. К щи-
ту ЩПТ подключается также заземление узла связи 3. Питающие
напряжения на зажимах устройств связи УС поддерживаются в допу-
стимых пределах при помощи стабилизирующих устройств Ст.
Описанная структурная схема может несколько видоизменяться
в зависимости от местных условий и упрощаться для электропитаю-
щих установок небольших размеров.
На железнодорожных станциях устройства связи иногда полно-
стью или частично располагаются на постах электрической централи-
зации (ЭЦ), где для них устраиваются отдельные электропитающие ус-
тановки. Резервирование электроснабжения для питания устройств
СЦБ и связи производится в таких случаях от общей резервной ди-
зельной электростанции. В процессе своего развития электропи-
тающие установки все более автоматизируются с целью сокращения
количества обслуживающего персонала и повышения экономичности
устройств связи.
144
§ 54. Основная схема электропитающей установки
для устройств связи
В Выпрямительные устройства для питания устройств связи обычно
ж' приспособлены для образования определенных, законченных схем элек-
1/ тропитающих установок, обеспечивающих обслуживающему персона-
ж лу удобства их эксплуатации. В узлах связи железнодорожного транс-
Ж порта наиболее часто используется схема, изображенная на рис. 107.
В состав электропитающей установки, выполненной по этой схеме,
С входят два зарядно-буферных выпрямителя В1 и В2 и две одинаковых
группы аккумуляторной батареи Б1 и Б2. Выключатели /(7 и К2 слу-
жат для подключения выпрямителей к сети переменного тока и пред-
X ставляют собой пакетные выключатели или контакторы. Если мощ-
ь ность выпрямителей на стороне постоянного тока не превышает 1 кВт,
i то выпрямители выполняются по однофазной выпрямительной схеме
t и выключатели 7\/ и К2 делают двухполюсными. При большей мощно-
С сти выпрямители выполняют по трехфазной схеме, а выключатели де-
лаются трехполюсными.
Описываемая схема электропитающей установки позволяет вклю-
чить любой выпрямитель на буферную работу с любой группой ак-
/ кумуляторной батареи. В то же время другой выпрямитель может за-
и ряжать вторую группу батареи или же эти устройства могут оставать-
ся в резерве отключенными. Если обе группы аккумуляторной батареи
г полностью заряжены, то они обе могут участвовать в буферной работе.
В нормальных условиях питание устройств связи производится имен-
но таким образом, т. е. один из выпрямителей осуществляет буферное
питание вместе с обеими группами аккумуляторной батареи, соединен-
ными параллельно. Для этой цели работающий выпрямитель и обе
группы батареи подключают выключателями КЗ—К8 к питаемому
устройству связи. Второй выпрямитель остается в резерве и может быть
использован для замены первого в случае его неисправности. В опи-
сываемой схеме группы аккумуляторной батареи подключаются
к выпрямителям и устройствам связи по способу, указанному на
рис. 105, в.
Обычно один из полюсов электропитающей установки узла связи
заземляется (на рис. 107 показано заземление положительного полю-
са, как это имеет место в электропитающих установках для телефон-
ных станций). Такое заземление одного из полюсов позволяет значи-
тельно упростить схему установки и дает возможность осуществлять
коммутацию (переключения) выпрямителей и батарей только на одном
полюсе (для схемы, изображенной на рис. 107 — на минусе). Второй же
полюс каждого выпрямителя и каждой группы батареи, присоединен-
ный постоянно к общей земляной шине, в переключениях не нужда-
ется. Кроме того, вдвое сокращается число предохранителей, так как
на проводах (шинах), соединенных с заземленными полюсами, предо-
хранители не устанавливаются.
Сокращение числа коммутационных элементов наряду с упроще-
нием и удешевлением конструкции электропитающей установки име-
ет большое значение и в эксплуатации, так как снижает вредные по-
145
тери напряжения в предохранителях и контактах, а также повышает
надежность действия электропитающей установки в целом. Такое сни-
жение потерь напряжения особенно важно при тех относительно не-
высоких напряжениях, которые используются для питания телефон-
ных станций (24 или 60 В), и больших мощностях.
В схеме предусмотрено включение в цепь питания устройств связи
одной или двух групп щелочных противоэлементов ПЭ1 и ПЭ2. Эти
противоэлементы включают во время нормальной буферной работы
батареи, когда напряжение ее чрезмерно велико для питаемых уст-
ройств связи. Противоэлементы снижают напряжение батареи на ве-
личину их обшей противо-э. д. с., сложенной с падением напряжения во
внутреннем сопротивлении. С прекращением буферной работы, выз-
ванным прекращением подачи электроэнергии из питающей сети, ба-
тарея переходит в режим разряда и ее напряжение сразу же несколько
снижается. Для компенсации этого первоначального снижения после
прекращения подачи электроэнергии специальный контактор кон-
тактом К9 автоматически шунтирует первую группу противоэлемен-
тов ПЭ1.
Дальнейшее снижение напряжения батареи в процессе ее разряда
происходит постепенно и, когда это напряжение достигнет мини-
мально допустимого значения, контактом К10 контактор выключит
вторую группу противоэлементов. Такой способ регулирования на-
пряжения батареи при ее разряде соответствует рис. 103, а, однако,
заменив противоэлементы полупроводниковыми вентилями, в данной
схеме можно применить и способ регулирования напряжения, показан-
ный на рис. 103, в.
Если прекратится подача электроэнергии из сети переменного тока,
то прекратится и буферная работа, и батарея будет разряжаться, про-
должая бесперебойное питание устройств связи. После возобновления
146
подачи электроэнергии возобновится и прерванная буферная работа.
Но при этом необходимо восстановить полный запас электроэнергии в
обеих разряженных (частично или полностью) группах батареи. На
первый взгляд это можно было бы сделать или отключив обе группы
от нагрузки и подключив их на заряд, или зарядив обе группы в то
время, когда они остаются подключенными к питаемым устройствам.
На самом же деле оба эти способа на практике оказываются очень не-
удобными. Отключить обе группы батареи от цепи питания устройств
связи нежелательно, так как питание от одного лишь зарядно-буферно-
го выпрямителя (без параллельно включенной аккумуляторной бата-
реи) приводит к увеличению пульсаций тока преобразователя. Заряд
батареи с одновременным питанием устройств связи на практике про-
изводить трудно из-за того, что во время заряда напряжение батареи
значительно возрастает и намного превышает максимальные допусти-
мые значения напряжений питания. Вследствие этого обе разряжен-
ные группы лучше заряжать, отделив их поочередно от выпрямителя
питающего устройства связи и подключив их к резервному выпрями-
телю. Именно для этой цели батарея и должна состоять из двух оди-
наковых групп и в электропитающей установке должны быть два оди-
наковых зарядно-буферных выпрямителя.
В электропитающих установках, находящихся в особо хороших
условиях электроснабжения от местной сети переменного тока, при
наличии двух выпрямителей В1 и В2, работающих в режиме непрерыв-
ного подзаряда, одну из групп батареи (например, Б2) можно исклю-
чить, так как необходимое резервирование подачи питающего тока
(в описанных благоприятных условиях крайне редкое) может быть до-
стигнуто и с одной группой Б1. Поскольку же исключенная группа Б2
служила не только резервным средством, но и элементом сглаживающе-
го фильтра, то вместо нее нужно включить такой конденсатор, реактив-
ное сопротивление которого было бы равно внутреннему сопротивле-
нию заменяемой группы гб.
Емкость такого конденсатора (в микрофарадах) может быть опре-
делена по формуле
С = 106/ (2л/гб),
где f — частота первой гармоники выпрямительной схемы (100 Гц при однофаз-
ной, 300 Гц при трехфазной и 600 Гц при шестифазной мостовой схеме).
Величина гб складывается из сопротивления батареи, всех контак-
тов в ее цепи и проводов, соединяющих ее с батарейным щитком.
При отсутствии в электропитающей установке одной группы бата-
реи Б2 процесс эксплуатации установки изменяется следующим об-
разом. В нормальных условиях устройства связи получают питание
от одного из выпрямителей, работающего в буферном режиме с имею-
щейся группой аккумуляторной батареи. Если подача электроэнергии
из сети переменного тока на время прекратится, то батарея будет про-
должать питание и частично или полностью разрядится. При возобнов-
лении подачи электроэнергии следует отключить батарею от буферного
^выпрямителя, который теперь примет питание на себя, и включить ее
147
на заряд от другого выпрямителя. К питающему выпрямителю нужно
подключить сглаживающий конденсатор для снижения пульсаций вы-
прямленного тока. После окончания заряда аккумуляторная батарея
вновь переключается на буферную работу.
Емкость каждой группы аккумуляторной батареи должна быть до-
статочна для питания соответствующих устройств связи при разряде
в течение 1 ч, а в случаях особо хорошего электроснабжения — 0,5 ч.
При одногруппных батареях емкость должна всегда обеспечивать
работу в течение 1 ч. Описанная выше основная схема электропитающей
установки (см. рис. 107) может несколько изменяться и дополняться
в зависимости от местных условий ее применения. Чаще всего возни-
кает необходимость увеличения ее мощности, для чего можно увеличи-
вать число используемых в ней выпрямительных устройств, соединяя
их на параллельную работу. Для регулирования напряжения акку-
муляторной батареи при ее аварийном разряде можно вместо противо-
элементов применять добавочные аккумуляторы (см. рис. 104, в).
Основная схема электропитающей установки включает в себя не-
которые ценные в эксплуатации элементы автоматизации, к числу
которых следует прежде всего отнести стабилизацию напряжения вы-
прямительных устройств, а также возможность автоматической ком-
мутации противоэлементов (при наличии соответствующего оборудо-
вания, описываемого ниже). Однако такая степень автоматизации все
же является ограниченной и недостаточно эффективной в смысле сни-
жения эксплуатационных расходов. В дальнейшем будут описаны уст-
ройства, обеспечивающие более полную автоматизацию действия элек-
тропитающей установки и входящей в ее состав резервной электростан-
ции.
§ 55. Выпрямительные устройства серии ВУ
Основная схема электропитающей установки (см. рис. 107) положе-
на в основу целого ряда специальных выпрямительных установок для
питания устройств проводной связи. Все эти установки выпускаются
сериями, включающими в,себя наборы электропитающих установок
на различные мощности. С течением времени они подвергались многим
усовершенствованиям, вследствие чего их номенклатурные обозначе-
ния изменялись, хотя назначение оставалось прежним. В хроноло-
гическом порядке выпускались серии ВСК, ВСС, ВУ, ВУК, ВУЛ и
ВУТ.
Каждая электропитающая установка представляет собой полный
комплект коммутационного и преобразовательного оборудования,
необходимого для организации питания какого-либо устройства свя-
зи (например, телефонной станции) со всеми необходимыми контроль-
ными, измерительными и защитными приборами. Описываемые элек-
тропитающие установки выполняются на основе последних достиже-
ний науки и техники и с успехом применяются для питания устройств
связи железнодорожного транспорта. Здесь будут описаны лишь по-
следние и наиболее совершенные серии ВУ, ВУК, ВУЛ и ВУТ.
Рис. 108. Структурная
схема выпрямительно-
го устройства серии ВУ
Электропитающие установки (выпрями-
тельные устройства) серии ВУ конструктив-
но разделяются на пять групп, имеющих
типовые мощности по постоянному току 1,
2, 4, 9 и 16 кВт. В свою очередь каждая
группа включает в себя четыре типа устано-
вок, отличающихся своими номинальными
выпрямленными напряжениями: 24, 60, 120
и 220 В.
Все установки серии ВУ разделяются на
буферные (Б) и зарядно-буферные (ЗБ). Пер-
вые служат только для проведения буферной
работы с аккумуляторными батареями в ре-
жиме непрерывного подзаряда. Вторые могут
проводить буферную работу или заряжать
аккумуляторные батареи нормальными за-
рядными периодами (т. е. в течение 8—10 ч).
Буферные установки работают только в ре-
жиме стабилизации выпрямленного напряже-
ния, а зарядно-буферные могут работать в
режиме стабилизации напряжения или в ре-
жиме стабилизации зарядного тока.
Выпрямительные устройства с максимальным напряжением 36 В
и номинальным 24 В служат для питания ручных междугородных те-
лефонных станций (МТС) и линейно-аппаратных залов (ЛАЗ); с мак-
симальным напряжением 93 В и номинальным 66 В — для питания
автоматических телефонных станций (АТС); с напряжениями соответ-
ственно 170 и 140 В — для питания телеграфных станций; с напряже-
ниями соответственно 320 и 265 В — для питания анодных цепей тех
ЛАЗов, в которых еще сохранилась аппаратура дальней связи на элек-
тронных лампах.
Например, для питания автоматической телефонной станции (АТС)
при напряжении 60 В и максимальном токе 140 А используется
выпрямительное устройство типа ВУ-66/140.
Все выпрямительные устройства серии ВУ присоединяются к трех-
фазным сетям переменного тока с напряжениями 127/220 и 220/380 В
при частоте 50 Гц. Допустимые пределы изменения напряжений в
питающих сетях переменного тока составляют 85—110 % номинального
значения, а частоты — от 48 до 52 Гц. В дробных обозначениях на-
пряжений трехфазных сетей, например, 220/380 В числитель пока-
зывает значение фазного, а знаменатель — междуфазного напря-
жения.
Структурная схема выпрямительного устройства серии ВУ, выпол-
ненная в однолинейном изображении, показана на рис. 108. Трех-
фазный ток от шин переменного тока ШПТ проходит через контакты
ремонтного разъединителя РР и контактора Л7, дроссель насыщения
ДН, трансформаторы тока ТрТ1 и ТрТ2, в силовой трансформатор
СТр и выпрямительную схему ВС. Выпрямленный ток поступает через
сглаживающий фильтр Ф, амперметр А и контакты контактора К2
149
и ремонтного разъединителя РР на выходные зажимы (+ и —).
Ремонтный разъединитель РР, выполненный в виде четырехполюс-
ного рубильника, служит для отключения всей внутренней схемы вы-
прямительного устройства от шин переменного тока с одной стороны и
от буферной аккумуляторной батареи — с другой при необходимости
исправления повреждений внутри самого устройства. Буферная ак-
кумуляторная батарея подключается к выходу ВУ. Контакторы Д7
и К2 необходимы для оперативного включения и выключения выпря-
мительного устройства путем нажатия кнопок на передней стороне
панели, а также для коммутации при автоматическом действии этих
устройств в специальных схемах.
Управляющий дроссель насыщения предназначен для стабилиза-
ции напряжения выпрямительного устройства при буферной работе
(переключатель П в верхнем положении) или для стабилизации тока
при заряде батареи (переключатель П в нижнем положении). В слу-
чае повреждения устройств автоматического регулирования этот дрос-
сель допускает также ручное управление установкой. В дросселе на-
сыщения имеются три основные обмотки переменного тока, включен-
ные последовательно с соответствующими фазовыми обмотками сило-
вого трансформатора СТр, и три обмотки подмагничивания, управляю-
щие напряжением и током выпрямителя при помощи устройств стаби-
лизации напряжения УСН и тока УСТ. Обмотки ДИ на схеме не
показаны.
Трансформатор тока ТрТ1, подключенный к УСТ, используется
для автоматической стабилизации выпрямленного тока при за-
ряде батареи. Трансформатор тока ТрТ2, подключенный к защитной
аппаратуре 3, служит для защиты всего выпрямительного устройства
от перегрузки и коротких замыканий.
Для снижения пульсаций выпрямленного напряжения в силовом
трансформаторе и применяемых селеновых или кремниевых вентилях
создается 12-фазная выпрямительная схема ВС, при которой за один
период (0,02 с) создается 12 пульсаций выпрямленного тока.
Каждая группа аккумуляторной батареи подключается к выпря-
мительному устройству и питаемым устройствам связи при помощи
батарейного щитка БЩ, на котором смонтированы предохранители и
рубильники и на котором фактически осуществляется схема включения
батареи, изображенная на рис. 105, в. Упрощенная схема щитка БЩ
показана на рис. 107 внутри штриховых прямоугольников.
§ 56. Коммутация противоэлементов
Напряжение аккумуляторной батареи при ее разряде в электропи-
тающей установке, собранной по схеме, изображенной на рис. 107,
регулируется при помощи двух групп щелочных противоэлементов.
Противоэлементы включаются в схему установки и коммутируются на
специальном щитке, называемом контакторной сборкой щелочных
противоэлементов (КСЩП). Такой щиток автоматически выключает
150
Таблиц а 6
Характеристика КСЩП-4 КСЩП-5-60 КСЩП-5-120
Номинальное напряжение 24 60 120
электропитающей установки, В Напряжение срабатывания вольтметрового реле, В: 1-го 26,4 64 128
2-го — 60 120
Напряжение отпускания вольтметрового реле, В: 1-го 25,2 60 122
2-го — 58 116
(шунтирует) одну или две группы противоэлементов (или полупровод
никовых вентилей), когда напряжение батареи при ее разряде падает
ниже допустимого предела, и включает их, когда напряжение батареи
поднимается.
Для выпрямительных устройств серий ВУ и ВУК выпускаются
три типа контакторных сборок КСЩП (табл. 6). Устройство КСЩП-4
применяется совместно с ВУ, рассчитанными на номинальное напряже-
ние 2-1 В. Оно включает в себя коммутационное оборудование на одну
группу противоэлементов или полупроводниковых вентилей. Уст-
ройство КСЩП-5-60 применяется совместно с ВУ на напряжение 60 В
Рис. 109. Принципиальные схемы
контакторных сборок
151
и имеет коммутационное оборудование на две группы противоэлемен-
тов, устройство КСЩП-5-120 — совместно с ВУ на напряжение 120 В
и имеет коммутационное оборудование на две группы противоэлемен-
тов. Все устройства КСЩП рассчитаны на ток питания до 800 А.
В состав устройства КСЩП-4 входит электронное вольтметровое
реле ВР (рис. 109, а), которое срабатывает и замыкает контакт ер
при напряжении аккумуляторной батареи (7ср = 26,4 В и отпускает
якорь (размыкает контакт) при напряжении с/отп 25,2 В. Контакт
ер замыкает цепь реле Р, которое срабатывает и контактом р включает
цепь контактора К. Контактор притягивает якорь и, размыкая нор-
мально замкнутый контакт к, снимает шунт с группы противоэлемен-
тов ПЭ, тем самым включая их в цепь батареи.
Рис. ПО. Общий вид выпрямительного устройства серии ВУ мощностью 9 кВт:
/ — измерительные приборы; 2 — панель сигнальных предохранителей; 3 — стабилизатор; 4~
панель конденсаторов; 5 — панель реле; 6 — контактор переменного тока; 7 — контактор по-
стоянного тока; 8 —- четырех полюсный ремонтный разъединитель; 9 — транзитный разъем;
10 — рабочий разъем; 11 — дроссель стабилизирующего устройства; 12 — дроссель фильтра;
13 — силовой трансформатор; 14 — рама выпрямительных элементов
152
После прекращения работы выпрямителя В батарея начинает раз-
ряжаться и ее напряжение падает. Когда оно снизится до (/отп ~
~ 25,2 В, реле ВР разомкнет контакт ер, отчего последовательно от-
пустят якоря реле Р и контактор /С Последний замкнет контакт я и за-
шунтирует группу противоэлементов, выключив их тем самым из цепи.
Принципиальная схема устройств КСЩП-5 (рис. 109, б) аналогич-
на схеме КСЩП-4, но имеет два комплекта реле и два контактора для
выключения двух групп противоэлементов или полупроводниковых
вентилей. Напряжения срабатывания и отпускания вольтметровых
реле указаны в табл. 6.
Таким образом, все оборудование электропитающей установки с
выпрямительными устройствами ВУ состоит из двух шкафов, двух
батарейных щитков и одной контакторной сборки КСЩП, размещаемых
в выпрямительном помещении. Однако для повышения мощности вы-
прямительных устройств два-три таких устройства можно соединять
параллельно. В аккумуляторном помещении размещается одна или
две группы аккумуляторных батарей. Щелочные противоэлементы и
применяемые вместо них вентили устанавливаются в выпрямительном
помещении (противоэлементы — в специальных шкафах, снабженных
вентиляцией). Конструктивно выпрямительные устройства серии ВУ и
им подобные выполняются в виде металлических шкафов (рис. 110)
и могут устанавливаться непосредственно у стен помещения.
В электропитающих установках с выпрямительными устройствами
ВУ особо большой мощности, редко употребляемыми на железнодо-
рожнОхМ транспорте, напряжения аккумуляторной батареи при ее
разряде регулируются путем подключения к батарее добавочных ак-
кумуляторов по схеме рис. 104, е. Для этой цели применяются спе-
циальные сборки коммутации добавочных аккумуляторов типов ПНВ,
БНВ и др.
§ 57. Выпрямительные устройства серий ВУК,
ВУЛ и ВУТ
Новые выпрямительные устройства серии ВУК отличаются от вы-
пускавшихся ранее устройств серии ВУ тем, что, во-первых, вместо
селеновых в них применены кремниевые вентили, что позволило по-
высить надежность их действия и к. п. д., а также снизить габарит-
ные размеры, и, во-вторых, в них усовершенствованы схемы автомати-
ческого регулирования и защиты, в результате чего устройства ВУК
допускают более широкие возможности автоматизации их работы в
электропитающих установках.
Выпрямительные устройства серии ВУК выпускаются на номи-
нальные мощности 2, 4, 9, 16 и 40 кВт. Последний номинал мощности
используется лишь в выпрямительных устройствах типа ВУК-67/600,
предназначенных для питания АТС. Он в 2,5 раза превышает макси-
мальную мощность всех выпускавшихся ранее выпрямительных уст-
ройств подобного рода, что позволяет использовать устройство
ВУК-67/600 для питания АТС больших мощностей. Для обеспечения
153
такой большой выходной мощности ВУК-67/600 изготовляется не в
одном шкафу, как все прочие ВУ, а в двух шкафах. В силовом шкафу
монтируется мощная выпрямительная схема, а в коммутационном —
все остальные элементы выпрямительного устройства. Основные
электрические характеристики ВУК приведены в табл. 7, а габарит-
ные размеры и масса — в табл. 8.
Выпрямительные устройства серии ВУК подобно устройствам
ВУ разделяются на буферные (Б) и зарядно-буферные (ЗБ). Напомним,
что последние могут проводить буферную работу или заряжать ак-
кумуляторную батарею током нормального зарядного режима (т. е.
в течение 6—8 ч до напряжения 2,7 В на аккумулятор). Однако бу-
ферные устройства серии ВУК также могут осуществлять заряд ба-
тареи, но в особом двухступенчатом режиме, который заключается в
следующем. Сначала разряженная батарея заряжается током 6—8-ча-
сового зарядного режима до напряжения 2,3—2,35 В на каждый акку-
мулятор (выпрямитель работает в режиме стабилизации тока). Затем
выпрямитель переводится в режим стабилизации напряжения 2,3—
2,35 В на один аккумулятор и ток заряда постепенно снижается. Эта
вторая ступень заряда поддерживается в течение нескольких суток,
после чего батарея переключается на обычную буферную работу.
Такой способ заряда аккумуляторных батарей очень удобен в экс-
плуатационных условиях.
Наряду с этим промышленностью выпускается специальное вы-
прямительное устройство типа ВУК-8/300, предназначенное для за-
ряда батарей из двух или трех аккумуляторов в электропитающих
Таблица 7
Тип Номинальная мощ- ность, кВт Характеристика Предел устанавли- ваемого стабилизи- руемого напряже- ния, в Максимальное вы- прямленное напря- жение, В Максимальный выпрямленный ток, А Пределы изменения тока нагрузки, % максимального значения К.п.д cos (р
нижний верх- ний
вук-36/60 2 ЗБ 26 31 36 60 10—100 0,71 0,68
ВУК-90/25 2 ЗБ 58 66 90 25 5—100 0,75 0,7
ВУК-170/13 2 ЗБ 116 132 170 13 5—100 0,77 0,68
ВУК-320/7 2 ЗБ 220 260 320 7 10—100 0,77 0,7
ВУК-36/130 4 ЗБ 26 31 36 130 10—100 0,72 0,7
ВУК-67/70 4 Б 58 67 67 70 5-100 0,77 0,68
ВУК-140/35 4 Б 116 140 140 35 5—100 0,82 0,68
ВУК-320/14 4 ЗБ 220 260 320 14 5—100 0,82 0,72
ВУК-36/260 9 ЗБ 24 31 36 260 10—100 0,73 0,7
ВУК-67/140 9 Б 58 67 67 140 5—100 0,8 0,7
ВУК-140/66 9 Б 116 140 140 66 5—100 0,82 0,7
ВУК-320/30 9 ЗБ 220 260 320 30 10—100 0,82 0,7
ВУК-67/260 16 Б 58 67 67 260 5—100 0,82 0,7
ВУК-265/60 16 Б 220 265 265 60 10—100 0,82 0,72
ВУК-67/600 40 Б 58 67 67 600 5—100 0,82 0,7
154
Таблиц а 8
Номинальная мощность ВУК. кВт Высота Ширина | Глубина Масса, кг
мм
2 2250 450 700 290
4 2250' 550 700 450
9 2250 800 700 700
16 2250 800 700 950
40 2250* 750* 800* 700*
(2250)** (1100)** (800)** (1100)**
* Размеры и масса коммутационного шкафа.
** Размеры и масса силового шкафа.
установках с устройством автоматической коммутации аккумулятор-
ных батарей АКАБ.
Пульсации выпрямленного напряжения в устройствах серии ВУК
уменьшены и доведены до норм даже и в том случае, когда эти устройст-
ва работают без буферных аккумуляторных батарей, что дает возмож-
ность применять эти устройства в безаккумуляторных электропитаю-
щих установках (конечно, при достаточно надежном электроснабже-
нии узлов связи). Однако стремление к развитию безаккумуляторного
питания устройств проводной связи привело к созданию специальных
выпрямительных устройств серии ВУЛ.
Выпрямительные устройства серии ВУЛ работают по так назы-
ваемой двух лучевой системе, резко повышающей надежность подачи
питающего тока к устройствам связи в периоды временных прекраще-
ний действия сетей электроснабжения. .Это повышение надежности
достигается тем, что каждая электропитающая установка ВУЛС
(рис. 111) составляется из двух одинаковых выпрямительных устройств
серии ВУЛ и отдельного шкафа ШФ, в котором смонтирован сглажи-
вающий фильтр, позволяющий осуществить питание устройств связи
без буферной батареи. Со стороны переменного тока каждый ВУЛ
подключается к отдельному фидеру, т. е. к отдельному трехфазному
питающему кабелю, соединяюще-
му электропитающую установку с
одной из трансформаторных под-
станций данного города. Со сторо-
ны же постоянного тока оба ВУЛ
соединяются параллельно и в нор-
мальном режиме каждый работает
через общий сглаживающий фильтр,
отдавая лишь половину необходи-
мого питающего тока.
В случае же прекращения подачи
тока по одному из фидеров или пов-
реждения одного из ВУЛ последний
К 1-му источнику Ко 2-му источнику
электроснабжения электроснабжения
•К питаемым устройствам
связи
Рис. 111. Схема комплекта ВУЛС
для работы по двухлучевой системе
автоматически отключается, а вто-
рой ВУЛ принимает на себя всю
нагрузку без перерыва питания.
155
При этом он нагружается не более чем на 100 % своей номинальной
мощности. После восстановления подачи переменного тока из отклю-
чившегося ранее фидера отключенный ВУЛ автоматически включается
на работу и вся нагрузка снова распределяется между двумя ВУЛ по-
ровну.
Электрические характеристики выпрямительных устройств серии
ВУЛ приведены в табл. 9. Габаритные размеры: ВУЛ-60/260—
2650 X 700 X 2250 мм, остальных ВУЛ — 550 X 700 X 2250 мм;
шкафов фильтров всех типов — 550 X 400 X 2000 мм.
Разработка устройств ВУЛС была крупным шагом в деле внедре-
ния безаккумуляторного питания узлов связи, но одновременно она
создала и новую сложную проблему. При всяких быстрых, скачко-
образных изменениях тока выпрямительного устройства, вызван-
ных, например, отключением выпрямителя от питающей сети или сня-
тием части нагрузки в цепи питания (например, при перегорании предо-
хранителя), в индуктивностях сглаживающего фильтра возникает
кратковременная э. д. с. импульсного характера, складывающаяся
с выходным напряжением. При наличии буферной аккумуляторной
батареи кратковременное перенапряжение погашается ею, так как со-
противление батарей крайне мало. Если же батарея отсутствует, то
напряжение на питаемых устройствах повышается на 30—50 %, а в
отдельных случаях и более. Этому в большей степени способствует и
увеличение индуктивностей фильтра, необходимое для компенсации
отсутствия батареи как главного элемента сглаживающего фильтра.
Описанная проблема стала особенно острой, когда в узлах связи
появилась аппаратура на полупроводниковых элементах и интеграль-
ных схемах. В этой аппаратуре даже кратковременные большие пере-
напряжения выводят из строя полупроводниковые элементы. В мо-
дернизированных выпрямительных устройствах типа ВУЛС-3 введены
специальные тиристорные приставки, уменьшающие коммутацион-
ные перенапряжения на зажимах питаемых устройств связи до вели-
Т а б л и ц а 9
Сторона выпрямленного тока Сторона переменного тока
к Предел X
с го К устанавли- ваемого о к а> н
Тип о к £со стабилизи- руемого на- пряжения, в 1 = р S * Xs Ток, А И X К.п.д. cos (р
го го °W о
X S X S X С <У нижний верх- ний р * с ГО . — о X S' о
X £ X ч х £
ВУЛ-24/130-2 24 23 26,4 130 2,4 8,7 4,3 0,70 0,75
21 20,8 22 130 2,4 8,3 3,9 0,67 0,72
БУЛ-24/260-2 24 23 26,4 260 2,4 17,6 9,3 0,70 0,85
ВУЛ -60/140-2 21 20,8 22 260 2.4 17,0 8,4 0,65 0,75
ВУЛ-60/260-2 60 59 64 140 5 26 12,3 0,70 0,72
ВУЛ-220/14-2 60 59 64 260 5 49 23,6 0,73 0,73
208 203 213 14 15 8,4 4,0 0,70 0,72
156
чины, не превышающей 20 % но-
минального значения. Схема такой
приставки, располагаемой в шкафу
ШФ, а также способ ее подключения
к сглаживающему фильтру показа-
ны на рис. 112 (L7, L2 и С/, С2—
индуктивности и емкости сглажи-
вающего фильтра ВУЛС-3, Т—ти-
ристор, Д — диод, Тр — трансфор-
матор с обмотками I и //, СУ—
схема управления тиристора, УС—
питаемые устройства связи).
Работа схемы заключается в том,
что при резком изменении тока
I в индуктивности L2 возникает
Рис. 112. Подключение тиристорной
приставки к сглаживающему фильт-
ру ВУЛС-3
э. д. с., обусловливающая импульс
тока в обмотке / трансформатора и диоде Д. В обмотке II индуктиру-
ется импульс тока, воздействующий на схему СУ. Последняя включает
тиристор 7, который шунтирует накоротко обе индуктивности фильтра,
отчего импульс перенапряжения, возникший в обеих индуктивностях,
замыкается в них самих.
Электрические характеристики ВУЛС-3 не отличаются от соответ-
ствующих характеристик ВУЛС-2.
Во всех описанных выше выпрямительных устройствах серий ВСС,
ВУ, ВУК и ВУЛС напряжение или ток на выходе регулируется при
помощи дросселей насыщения. Такой способ регулирования обла-
дает многими достоинствами, которые и обусловили его широкое рас-
пространение в электропитающих установках. Теперь выпускаются
новые выпрямительные устройства серии В УТ с тиристорными венти-
лями, в которых используется еще более прогрессивный, чисто элек-
тронный способ регулирования выходных параметров, основанный на
непосредственном воздействии управляющих импульсов на тиристоры,
входящие в состав выпрямительной схемы. При этом способе достига-
ется еще большая точность регулирования, повышается к. п. д. элек-
тропитающей установки и, кроме того, что особенно важно, из схемы
полностью исключаются громоздкие дроссели насыщения. Благодаря
этому достигается большая экономия обмоточной меди и трансформа-
торной стали, а также уменьшаются габариты и масса выпрямительных
устройств.
Схема устройства ВУТ (рис. 113) содержит следующие составные
части: силовая часть (трансформаторы тока /, силовой трансформатор
2, тиристорная выпрямительная схема 3 и сглаживающий фильтр 4)\
система управления тиристорами (трансформаторы питания и синхрони-
зации 5, блок питания 6, задающий генератор 7, усилитель постоянного
тока S, фазосдвигающие устройства 9 и 10 и распределитель импульсов
//); блок автоматики, защиты, сигнализации и параллельной работы
(трансформатор автоматики 12, вспомогательный выпрямительный
мост 13 и элементы автоматики, защиты, сигнализации и обеспечения
параллельной работы 14).
157
[Гдтоматика, защит cl, сигнализация, параллельная —!
Рис. 113. Структурная схема выпрямительного устройства типа ВУТ
/У нагрузке
В трехфазной мостовой выпрямительной схеме, применяемой в
устройствах ВУТ (рис. 114), имеется шесть тиристоров управляемых
специальной электронной схемой. При положительном потенциале на
аноде тиристора по отношению к катоду открыть тиристор можно в
любой момент, посылая на управляющий электрод кратковременный
положительный импульс. На рис. 114,6 показано включение тири-
сторов в моменты времени, соответствующие точкам пересечения фаз-
ных э. д. с., т. е. когда задержка вступления очередного тиристора в
работу отсутствует, а также в моменты времени и т. Д- при за-
держке включения тиристора на угол а (угол управления или регули-
рования). С увеличением угла а среднее значение выпрямленного на-
пряжения Ua уменьшается и, таким образом изменяя угол а, можно
регулировать величину Ua. Электрические характеристики устройств
серии ВУТ приведены в табл. 10. Все выпрямительные устройства
Рис. 114. Упрощенная тиристорная выпрямительная схема установок серии
ВУТ:
а —схема; б — диаграмма напряжений при а=0°; в —диаграмма напряжений при а=60°
158
Таблица 10
Обозначение выпрямитель- ных устройств Номиналь- ное напря- жение, В Мощность, кВт Обозначение выпрямитель- ных устройств Номиналь- ное напря- жение, В Мощность, кВт
В УТ-31/60 24 2 ВУТ-67/60 60 4
ВУТ-31/125 24 4 ВУТ-67/125 60 8,5
ВУТ-31/250 24 8 ВУТ-67/250 60 17
ВУТ-31/500 24 16 ВУТ-67/600 60 40
ВУТ-90/25 60 4
ВУТ делаются буферными (Б). Исключением является лишь зарядно-
буферное (ЗБ) устройство ВУТ-90/25.
Щиты переменного тока. Во всяких сколько-нибудь значительных
по размерам электропитающих установках для устройств проводной
связи возникает потребность в том, чтобы распределить пере-
менный ток, получаемый из питающей сети по разным выпрямитель-
ным устройствам, цепям освещения и всем другим силовым нагрузкам,
коммутировать основной и резервный фидеры электроснабжения, а
также фидер от резервной электростанции, предусматривать защиту
всех фидеров и общий контроль за действие^м всех цепей переменного
тока. Все эти важные функции осуществляются на щитах переменного
тока (см. рис. 106).
Существует несколько типов таких щитов, но для совместной работы
с выпрямительными устройствами типов ВСС, ВУ, ВУК используются
щиты типов ЩПТ и ЩПТА. Эти щиты обеспечивают подвод переменно-
го тока к выпрямительным устройствам, питание переменным током
местных потребителей, общую сигнализацию о повреждениях в элек-
тропитающей установке, а также коммутацию фидеров и цепей аварий-
ного освещения. Щиты ЩПТА, кроме перечисленных функций, осу-
ществляют запуск автоматизированных резервных электростанций.
Щиты выпускаются трех типов: ЩПТ-4/200 и ЩПТА-4/200 — на
ток 200 А, шириной 700 мм и глубиной 700 мм; ЩПТА-600 — на ток
600 А, шириной 1100 мм и глубиной 800 мм. Все щиты выполняются
в виде шкафов одностороннего обслуживания высотой 2250 мм.
Блочная электропитающая установка. Описанные выше выпрями-
тельные устройства серий ВСС, ВУ, ВУК, ВУЛ и ВУТ широко при-
меняются в узлах транспортной связи в тех случаях, когда потреб-
ные мощности на стороне постоянного тока не менее 1—2 кВт. Область их
применения в узлах связи различной мощности значительно расширя-
ется благодаря возможности параллельной работы двух-трех устройств
одного типа. Сходная шкафная конструкция их позволяет оборудо-
вать в больших узлах связи удобные блочные электропитающие уста-
новки, которые представляют собой один или несколько рядов шкафов
ВСС, ВУ, ВУК или ВУЛ, а также щитов переменного тока ЩПТ,
установленных в общем выпрямительном помещении и предназначен-
ных для питания различных устройств связи (например, АТС, МТС,
ЛАЗ и т. п.). Блочная система построения электропитающей установки
допускает постепенное наращивание оборудования электропитания в
159
соответствии с развитием оборудования связи и упрощает его монтаж,
так как многие шины переменного и постоянного тока пропускаются
насквозь через ряды шкафов с оборудованием.
§ 58. Полупроводниковые преобразователи
постоянного тока
Полупроводниковые преобразователи постоянного тока использу-
ются в электропитающих установках для устройств связи, поскольку
позволяют простыми средствами создавать необходимые номинальные
значения питающих напряжений для вновь вводимых устройств связи
без оборудования новых выпрямителей и батарей. Кроме того, они
дают возможность изолировать цепи питания различных устройств
связи от общестанционных цепей питания и от имеющихся на них за-
землений, что в ряде случаев является совершенно необходимым.
В электропитающих установках транспортной связи применяются
полупроводниковые преобразователи, перечисленные в табл. 11.
Каждый из них имеет определенное целевое назначение, не исключаю-
щее возможности использования его и для других целей.
Преобразователи служат для питания аппаратуры связи разными
напряжениями от батареи 24 В. Повышая напряжение питания до
больших значений (например, до 220 или 400 В), они потребляют от
питающей батареи 24 В сравнительно большой ток. Этот ток необхо-
димо учитывать при расчете батареи 24 В. Все преобразователи за-
щищены от перегрузок, помещаются в стальных прямоугольных кор-
пусах размерами 486 X 220 У 270 мм, приспособленных для установ-
ки на стойках аппаратуры ЛАЗа или на специальной стойке СПП-59.
Приборы управления и сигнализации выведены на переднюю панель,
которая поворачивается на шарнирах и закрепляется винтами.
Таблица II
Тип преобразователя Постоянное напряжение Максимальный ток, А
отдаваемый потребляемый от батареи 24 В
на выходе, в
ПА-24/220 220 0,25 3,5
ПИ-24/190 190 0.15
190 0,15 3,5
ПИ-24/70 8X70 8X0,02 3,5
ПТЛ-24/120 4-40, -1-80. + 120 0,7 3,5
—40, —80, — 120 0,7 3,5
ПТМ-24/120 120 1.0 4,0
ПТМ-24/110 НО 2,0 5,0
ПП-24/±60 4-60 0,1 1,5 '
—60 0,1 1.5
ПП-24/± 120—1 4-120 1,0 6,0
—120 1,0 6,0
ПП-24/220— 1 220 1,0 5,0
ПП-24/400—0,5 400 0,5 5,0
160
Первые пять типов преобразователей (см. табл. 11) работают на
транзисторах и их устройство базируется на схеме, изображенной на
рис. 100, а.
Преобразователь ПА-24/220 служит для питания анодных цепей
ламповой аппаратуры связи при напряжении 220 В. В одном корпусе
располагаются два таких преобразователя. От преобразователя
ПИ-24/190 питаются вызывные цепи аппаратуры селекторной связи.
Он имеет две отдельные изолированные друг от друга выходные цепи,
в каждой из которых развивается напряжение 190 В при токе до
150 мА. В одном корпусе размещаются два таких преобразователя.
Преобразователь ПИ-24/70 предназначен для питания цепей управ-
ления, а также цепей центральной батареи приема вызова установок
избирательной связи. Этот комбинированный преобразователь имеет
восемь отдельных выходных цепей постоянного тока, в каждой из ко-
торых развивается регулируемое напряжение до 70 В при токе до
20 мА, а также две отдельные выходные цепи переменного тока, в
каждой из которых создается переменное напряжение 1—2 В при ча-
стоте 400 Гц для цепей тональной сигнализации. В одном корпусе
размещается только один преобразователь.
Преобразователь ПТЛ-24/120 служит для питания линейных те-
леграфных цепей при напряжениях ±40, ±80 и ±120 В. Он имеет
три выходных зажима, средний из которых заземляется, на втором
зажиме можно получать напряжения +40, ±80 и +120 В, а на тре-
тьем —40, —80 и —120 В по отношению к земле. Максимальный ток,
снимаемый с каждого полюса, не должен превышать 0,7 А, а суммар-
ная мощность, снимаемая с обоих полюсов, не должна быть более
70 Вт. На одной панели размещаются два преобразователя.
Преобразователь ПТМ-24/120 предназначен для питания моторных
цепей телеграфных аппаратов. Он развивает напряжение 80 или 120В
и может отдавать ток до 1 А. В одном корпусе размещается один пре-
образователь.
В процессе эксплуатации описанных выше полупроводниковых
преобразователей было установлено, что свойственное им большое внут-
реннее сопротивление определяет чрезмерно большой наклон их вольт-
амперной (нагрузочной) характеристики, приводящий к значительному
снижению выходного напряжения с увеличением нагрузки. Появление
на транспортной сети связи новой аппаратуры передачи данных при-
вело к необходимости разработки более совершенных преобразователей
с уменьшенным внутренним сопротивлением и более стабильным вы-
ходным напряжением. Два типа таких усовершенствованных преоб-
разователей описаны ниже. Так же, как и предыдущие, они предназна-
чены для питания от батареи 24 В и могут включаться на расстоянии
посылкой в цепи их управления постоянного тока 50 мА. Эта возмож-
ность включения только на время работы питаемой аппаратуры при-
водит к экономии электроэнергии.
Тиристорный преобразователь напряжения ПТМ-24/110 использу-
ется для питания электродвигателей телеграфных аппаратов и уста-
новок передачи данных при напряжении 110 В. Он отдает ток до 2 А.
6 Зак. 755 161
В основу его устройства положена схема, изображенная на рис. 101, а.
В одном корпусе размещается один преобразователь.
В тех случаях, когда требуется обеспечить высокую надежность
питания моторных цепей, необходимо использовать два преобразова-
теля описываемого типа. Один из них можно применять как основной
(постоянно работающий), а другой — как резервный. Основной пре-
образователь заменяется резервным автоматически.
Преобразователь ПП-24/±60-0,1 транзисторного типа предназначен
для питания линейных цепей телеграфной аппаратуры, устанавливае-
мой в узлах связи и на низовых станциях железных дорог. Преобра-
зователь может питать одновременно плюсовые и минусовые линей-
ные цепи, создавая постоянное напряжение +60 и —60 В относитель-
но общего среднего зажима, который на телеграфных станциях за-
земляется. Пульсация напряжения на выходе каждой цепи не превы-
шает 0,6 В при частоте 960—1000 Гц. Два преобразователя, располо-
женные в однОаМ корпусе, имеют общую коммутационную часть, поз-
воляющую резервировать один преобразователь другим. В основу
действия этого преобразователя положена схема, изображенная на
рис. 100, б. Некоторые устройства многоканальной связи снабжаются
встроенными в них полупроводниковыми преобразователями, предна-
значенными для специальных целей. Таковы, например, преобразова-
тели напряжения для дистанционного питания аппаратуры ВЧ системы
передачи типа К-60п, а также преобразователи напряжения в аппа-
ратуре типа В-3-3.
При небольшом числе полупроводниковых преобразователей па-
нели, на которых они смонтированы, можно устанавливать непосред-
ственно на тех стойках аппаратуры ЛАЗ, для питания которых эти
преобразователи и предназначаются. Если же в данном узле связи
преобразователей много, то их рекомендуется размещать на специаль-
ной стойке типа СПП-59 шириной 512 мм, высотой 2500 мм и глубиной
324 мм. В верхней ее части расположена вводная панель с вводными
гребенками и клеммами для включения всех входящих проводов, а в
средней части — контрольно-измерительная панель с вольтампер-
метром для контроля напряжений и токов во всех преобразователях,
установленных на стойке.
На остальной части стойки можно разместить до семи панелей с
полупроводниковыми преобразователями разных типов.
§ 59. Комплекты типа КВСП
для безбатарейного питания устройств связи
Описанные выше полупроводниковые преобразователи наряду со
всеми их достоинствами обладают и существенным недостатком, ко-
торый заключается в следующем. При использовании преобразовате-
лей для питания различных устройств связи электрическая энергия, по-
лучаемая от сети переменного тока, подвергается многократным преоб-
разованиям, значительно снижающим общий к. п. д. электропитающей
установки. Сначала переменный ток преобразуется в постоянный с
162
Рис. 115. Структурные схемы электропитающих установок
напряжением 24—30 В, этим током заряжается аккумуляторная
батарея. Затем постоянный ток батареи 24 В преобразуется в постоян-
ный ток более высокого напряжения для питания устройств связи.
При этом полупроводниковые преобразователи потребляют от батареи
довольно большой ток, вследствие чего батарея должна иметь боль-
шую емкость, а заряжающие ее выпрямители — большую мощность.
Для устранения указанного недостатка разработан комбиниро-
ванный способ электропитания устройств связи от выпрямителей и
полупроводниковых преобразователей (рис. 115, а). Основное пита-
ние устройства свази получают от выпрямителя В, который преобра-
зует переменный ток питающей сети в постоянный ток при таком на-
пряжении, которое требуется для питаемых устройств связи. Аккумуля-
торная батарея В, общая для всех преобразователей на станции,
в этом питании не участвует, так как она отключена контактом р реле
Р, Подключенное к сети переменного тока реле Р при наличии напря-
жения в ней притягивает якорь и размыкает контакт р. Выпрямитель
снабжен стабилизатором напряжения, поддерживающим выпрямлен-
ное напряжение в заданных пределах при колебаниях напряжения
питающей сети от 80 до 105 % его номинального значения, и хорошим
сглаживающим фильтром, позволяющим осуществлять питание уст-
ройств связи без аккумуляторной батареи, являющейся в обычных бу-
ферных установках элементом сглаживающего фильтра.
Если электроэнергия из сети переменного тока не подается, то вы-
прямитель В перестает работать, реле Р отпускает якорь и замыкает
контактом р цепи питания полупроводникового преобразователя ПП
от батареи 24 В. Преобразователь рассчитан на то же выходное на-
пряжение, что и выпрямитель В, поэтому он тотчас же возобновит
питание устройств связи. При этом, хотя выходные зажимы выпрями-
теля В остаются подключенными параллельно общей нагрузке, ток
преобразователя ПП не будет ответвляться в выпрямитель, потому
что этому воспрепятствуют диоды выпрямительной схемы.
На рис. 115, б представлен вариант схемы, обеспечивающей двух-
полюсное питание телеграфных установок.
Таким образом, полупроводниковый преобразователь вместе с
аккумуляторной батареей резервируют работу выпрямителя и сети
6* 163
Рис. 116. Общий вид стой-
ки квсп
переменного тока. При совместной работе выпрямителя и преобразо-
вателя достигается значительное повышение общего к.п.д. электро-
питающей установки, потому что в нормальных условиях электропи-
тание осуществляется лишь с однократным преобразованием электри-
ческой энергии в выпрямителе, а полупроводниковый преобразователь
включается очень редко и на к. п. д. практически не влияет.
Полный комплект оборудования получил заводское обозначение
КВСП. Для питания транспортных устройств связи выпускается три
типа комплектов: КВСП± 120/1 для телеграфных установок; КВСП-
220/1 для устройств дальней связи и КВСП-400/0,5 для дистанционного
питания усилительных пунктов на кабельных линиях связи. Каждый
комплект КВСП монтируется на стойке (рис. 116), на которой уста-
навливаются: вводная панель /, заглушка 2, полупроводниковый
преобразователь 3, регулировочные блоки преобразователя 4 и вы-
прямителя 3, контрольная панель 5 и выпрямитель 7.
Комплект типа КВСП+120/1 (см. рис.
115, б), предназначенный для питания
плюсовых и минусовых линейных цепей
телеграфных аппаратов, состоит из стаби-
лизированного выпрямителя ВСП± 120/1
и полупроводникового преобразователя
ПП-24/+120-1. Выпрямитель ВСП± 120/1
состоит из двух одинаковых частей В1 и
В2. Каждая из этих частей может отда-
вать постоянный ток до 1 А при напряже-
нии 60 или 120 В. Переключение на нуж-
ное напряжение осуществляется перепай-
кой отводов на трансформаторе выпря-
мителя.
Полупроводниковый преобразователь
также состоит из двух частей ПП1 и
ПП2, каждая из которых отдает ток до
1 А при напряжениях 60 или 120 В. Пре-
образователь аналогичен описанному вы-
ше преобразователю типа ПТЛ-24/120, но
отличается от последнего более высокой
отдаваемой мощностью. Плюсовые линей-
ные телеграфные цепи нормально питают-
ся от выпрямителя В/, а минусовые — от
выпрямителя В2. С прекращением работы
выпрямителей плюсовые цепи получают
питание от преобразователя ПП1, а ми-
нусовые — от преобразователя ПП2. Спо-
соб переключения этих устройств при по-
мощи реле Р был описан выше.
Комплект типа КВСП-220/1 для пита-
ния анодных цепей аппаратуры многока-
нальной связи состоит из стабилизирован-
ного выпрямителя ВСП-220/1 и полупро-
164
водникового преобразователя ПП-24/220-1. Выпрямитель ВСП-220/1
может отдавать постоянный ток до 1 Л при напряжении 220 или
250 В. Такие же характеристики и у резервирующего полупроводни-
кового преобразователя ПП-24/220-1. Этот преобразователь аналоги-
чен по своей схеме описанному выше преобразователю ПА-24/220, но
отличается от последнего более высокой мощностью.
Комплект типа КВСП-400/0,5 служит для цепей дистанционного
питания аппаратуры связи в тех случаях, когда для этих цепей тре-
буется напряжение выше 250 В и комплекты КВСП-220/1 использо-
вать нельзя. Рассматриваемый комплект состоит из стабилизированного
выпрямителя ВСП-400/0,5 и полупроводникового преобразователя
ПП-24/400-0,5.
Выпрямитель может отдавать постоянный ток до 0,5 А. Выходное
напряжение его может быть установлено путем соответствующих пе-
реключений на трансформаторе равным 250, 290, 330, 370 и 400 В, что
позволяет приспособить комплект для различных целей дистанцион-
ного питания. Полупроводниковый преобразователь может отдавать
ток до 0,5 А при тех же напряжениях, какие развивает выпрямитель.
В нормальных условиях работает выпрямитель, а при повреждениях
его или сети — полупроводниковый преобразователь.
6В Зак. 755
Глава XIII
ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ ТЕЛЕФОННЫХ СТАНЦИЙ
§ 60. Общие сведения
Телефонные станции являются одним из наиболее важных и рас-
пространенных видов устройств транспортной связи, и вопросы ор-
ганизации их электропитания имеют очень большое значение в общей
системе питания устройств связи, поскольку источники питания
телефонных станций все более широко используются и для питания дру-
гих устройств, находящихся в том же узле связи. На транспорте при-
меняются телефонные станции разных типов и различной емкости.
Очень немногочисленные телефонные станции (коммутаторы) системы
МБ имеют небольшие емкости и требуют для своего питания неболь-
шой батареи напряжением 3—4 В, составленной из нескольких су-
хих элементов.
Телефонные станции системы ЦБ ручного обслуживания (мест-
ные и междугородные), а также автоматические телефонные и теле-
графные станции (АТС) требуют для своего питания следующих ис-
точников тока:
1) постоянного тока с номинальным напряжением 24 В (для стан-
ций ручного обслуживания) или 60 В (для АТС). Этот источник ис-
пользуется для приведения в действие коммутационных приборов и
питания микрофонных и сигнальных цепей. Положительный полюс
его всегда заземляется на элктропитающей установке;
2) переменного тока с напряжением 80—100 В и частотой 16—
25 Гц для питания вызывных цепей.
Номинальные напряжения источников постоянного тока для пи-
тания телефонных станций
Рис. 117. Примерный график
потребления тока АТС при уп-
равлении дороги
различных типов, а также максимально
допустимые колебания и пульсации этих
напряжений указаны в табл. 12.
Телефонные станции как потребите-
ли питающих токов отличаются от дру-
гих устройств связи тем, что их нагруз-
ка, т. е. интенсивность проводимых че-
рез них телефонных переговоров, значи-
тельно изменяется в течение суток.
Вследствие этого и ток, потребляемый
станцией, изменяется примерно так, как
показано на рис. 117.
В дневные часы станция потреб-
ляет большой ток, а ночью — малый.
166
Таблица 12
Питаемые телефонные устройства Единица измерения Номиналь- ное напря- жение пи- тания, в Допустимые пределы изменения напряже- ния, в Расход тока в ч. н. н., А
Междугородные теле- 1 комму- 24 21,6—26,4 2,0
фонные коммутаторы М-60 татор
Узел автоматической 1 канал 24 21,6—26,4 0,2
коммутации УАК ДАТС 60 58—64 1,0
АТС декадно-шаговой си- 100 номеров 60 58—64 5,9
стемы
АТСК 100/2000 емкостью:
до 500 номеров 100 номеров 60 54—72 5,0
свыше 500 номеров 100 номеров 60 54—72 4,5
Примечание. Допустимая величина псофометрического напряжения пульсации,
создаваемой источником тока на шинах питания телефонных станций, не должна превы-
шать 2,4 мВ при номинальном напряжении 24 В и 5 мВ при номинальном напряжении
60 В.
Такая неравномерность потребления тока питания затрудняет
расчет общего количества электричества в ампер-часах, потребляемого
станцией в течение суток. Поэтому для выполнения указанного расчета
вводится понятие коэффициента концентрации по току, представляю-
щего собой отношение количества электричества, потребляемого стан-
цией в час наибольшей нагрузки (ч. н. н.), к общему количеству элек-
тричества, потребляемому в сутки. Значение этого коэффициента за-
висит от местных условий, но для подавляющего большинства теле-
фонных станций он близок к 0,1. Вследствие этого количество электри-
чества в ампер-часах, потребляемого станцией в сутки, численно рав-
но току в амперах, потребляемому станцией в ч. н. н., умноженному
на 10.
Неравномерность потребления тока вызывает также значительные
колебания падения напряжения в проводке, соединяющей электро-
питающую установку с телефонной станцией, и тем самым ослабляет
эффективность действия стабилизаторов выходного напряжения, имею-
щихся на современных электропитающих установках. Это падение
напряжения не нормируется, но по технико-экономическим соображе-
ниям для него рекомендуется принимать следующие максимально до-
пустимые значения: 0,5—0,8 В для РТС (МТС) ЦБ и до 1,6 В для АТС
любой системы.
В последних выпусках электропитающих устройств типа ВУЛС
предусмотрена компенсация этого существенного недостатка системы
питания. Здесь допускается стабилизировать напряжение не только на
выходных зажимах выпрямительных устройств, но и непосредственно
на станционной нагрузке. Для этого вход стабилизатора ВУЛС под-
ключается, минуя основную проводку питания, прямо к зажимам
питаемой нагрузки с помощью двух отдельных тонких проводников*
6В*
167
§ 61. Большие телефонные станции
В узлах связи железнодорожного транспорта используются меж-
дугородные телефонные станции (МТС), работающие при напряжении
24 В, и автоматические телефонные станции, работающие при напря-
жении 60 В. Электропитающие установки МТС на 24 В необходимы
для питания других устройств связи данного узла, работающих при
этом же напряжении, и в первую очередь линейно-аппаратного зала,
что требует значительного повышения их мощности.
Для питания больших телефонных станций, потребляющих токи
более 50—60 А, обычно используются электропитающие установки,
собранные по схеме, изображенной на оис. 107, с возможными неболь-
шими изменениями и дополнениями. В этих установках применяются
выпрямительные устройства типов ВСС, ВУ, ВУК, ВУЛ и ВУТ на
рабочее напряжение 24 В (для МТС и ЛАЗов) или 60 В (для АТС).
Поскольку к электропитающим установкам узлов связи предъявля-
ются большие требования в отношении полной автоматизации их дей-
ствия, а схема, приведенная на рис. 107, этим требованиям не вполне
удовлетворяет, то теперь разработаны более совершенные электропи-
тающие установки, отличающиеся высокой степенью автоматизации.
Эти установки предназначены для буферного питания устройств связи
в режиме непрерывного подзаряда с применением при необходимости
добавочных аккумуляторных групп (см. рис. 104, в). Для автоматичес-
кой коммутации этих групп разработаны специальные устройства
типов ПНВ, БНВ и наиболее совершенные из них АКАБ.
Устройства АКАБ (автоматическая коммутация аккумуляторных
батарей) выпускаются на 24 В и 60 В: устройства первого вида АКАБ-
24/500 и АКАБ-24/1500 (соответственно на 500 и 1500 А); устройства
второго типа АКАБ-60/800 и АКАБ-60/1500 (соответственно на 800
и 1500 А).
Наиболее характерным примером автоматизированной электропи-
тающей установки нового типа является описываемая ниже установка
ЭПУ-60 В для питания АТС и других устройств связи при напряжении
60 В с минимальным участием обслуживающего персонала. В состав
этой установки входят следующие устройства (рис. 118).
Основное буферное выпрямительное устройство ВУ1, которое
может состоять из одного, двух или трех соединенных параллельно
выпрямительных устройств типов ВУК или ВУТ, и резервное буфер-
ное выпрямительное устройство ВУ2 с тем же составом.
Зарядные выпрямители ЗВ1 и ЗВ2 типа ВУК-8/300 служат для за-
ряда добавочных групп аккумуляторов. Максимальная выходная мощ-
ность каждого выпрямителя 2,4 кВт, выпрямленный ток 60—300 А.
Устройство ВУК-8/300 обеспечивает возможность установления необ-
ходимого зарядного тока и его стабилизацию с точностью ±15 % при
изменениях напряжения сети в пределах 85—105 % номинального
значения. ВУК-8/300 выполнен в виде шкафа размером 2250 X 550 X
X 700 мм аналогично выпрямительным устройствам типа ВУК мощ-
ностью 4 кВт.
168 .
Выпрямители содержания ВС/ и ВС2 служат для подзаряда до-
бавочных групп аккумуляторов. Каждый из них отдает ток от 0,4 до
10 А при напряжении содержания 4,4 В ± 2 % или 6,6 В ± 2 %.
Основная аккумуляторная батарея ОБ состоит из одной или двух
групп по 28 кислотных аккумуляторов в каждой.
Первая группа добавочных аккумуляторов ДБ/ содержит одну или
две подгруппы по 3 аккумулятора в каждой.
Вторая группа добавочных аккумуляторов ДБ2 состоит из двух
аккумуляторов. Реле и контакторы обеспечивают автоматическую
коммутацию выпрямителей и батарей.
Конструктивно вся электропитающая установка оформляется в
виде ряда одинаковых по высоте шкафов, в число которых входят
шкафы выпрямительных устройств ВУ1, ВУ2, ЗВ1, ЗВ2 и шкаф
АКАБ, в котором размещаются выпрямители ВС/ и ВС2, а также реле,
Рис. 118. Структурная схема электропитающей установки ЭПУ-60 В
169
контакторы и вся коммутационная схема электропитающей установки.
Размеры шкафа АКАБ 2250 х 1300 X 700 мм. На одном конце ряда
устанавливается и шкаф ЩПТ (щит переменного тока). Передняя сто-
рона ряда шкафов образует общий щит управления электро питающей
установки.
В нормальном буферном режиме работы обе группы основной бата-
реи и нагрузка (т. е. питаемые устройства связи) подключены к вы-
прямителям ВУ1. Рубильники В1 и В2 включены, ВЗ и В4 выключены.
Выпрямительное устройство ВУ1 работает в режиме непрерывного
подзаряда и поддерживает на выходных зажимах напряжения 2,2 X
X 28 =• 61,6 В. Основная батарея подзаряжается от ВУ1, а обе до-
бавочные группы — от выпрямителей содержания ВС1 и ВС2. Вы-
прямительное устройство ВУ2отключено на стороне переменного тока.
В схеме имеются три вольтметровых реле РВ1, РВ2 и РВЗ. Первые
два контролируют напряжение на нагрузке (минимальное и макси-
мальное значения). Третье реле контролирует напряжение основной
батареи ОБ. Эти реле являются основными управляющими элементами
всей установки.
При отключении напряжения сети отпускают якоря реле Р1 и Р2
контролирующие напряжение сети на выпрямителях содержания ВС1
и ВС2 и через промежуточные (не показанные на схеме) реле включают
контактор А/, который подключает к батарее ОБ первую группу до-
бавочных аккумуляторов ДБ1. Напряжение на нагрузке увеличивается
на 6 В и на некоторое время входит в норму.
Если в процессе дальнейшего разряда батареи и первой группы
ДБ1 напряжение на нагрузке вновь понизится до 59 В, то отпустит
якорь реле РВ1 и при посредстве транзисторного реле времени, обес-
печивающего задержку порядка 5 с, включит контактор К2. Последний
подключит к батарее ОБ вторую группу добавочных аккумуляторов
ДБ2, вследствие чего напряжение на нагрузке возрастет на 4 В. Кон-
такторы К1 и К2 имеют по одному нормально разомкнутому и одному
нормально замкнутому силовому контакту. В моменты переключения
контактов цепь питания не разрывается благодаря наличию диодов
Д2 и ДЗ.
При появлении напряжения сети выпрямительные устройства ВУ1
и ВУ2 включаются одновременно в режиме стабилизации тока для
питания нагрузки и заряда аккумуляторной батареи (ВУ2 включается
на стороне переменного тока). В процессе заряда напряжение батареи
повышается и, когда оно достигнет 66 В, срабатывает вольтметровое
реле РВ2 и выключает контактор К2. Вторая добавочная группа
ДБ2 отключается от нагрузки и начинает заряжаться от зарядного
выпрямителя ЗВ2, который в это время включается на работу схемой
автоматики. При работе ВУК-8/300 с устройством АКАБ проводится
двухступенчатый режим заряда добавочных батарей. Вначале заряд
проводится током 150—300 А в зависимости от емкости аккумуляторов,
а затем током 60—150 А. Переключение из одного режима в другой
осуществляется автоматически при помощи имеющегося в схеме
ВУК-8/300 вольтметрового реле, настраиваемого на срабатывание
при напряжении 2,4—2,6 В на один аккумулятор.
170
В момент переключения контактора /С2ток заряда батареи проходит
через диод Д4. Если бы этого диода не было, то контактор К2 в мо-
мент коммутации полностью отключал бы батарею от цепи заряда.
Тогда значительный сброс нагрузки выпрямителей, работающих в
режиме стабилизации тока, вызывал бы резкое возрастание напряжения
на нагрузке.
Основная батарея ОБ и первая добавочная группа ДБ1 продол-
жают заряжаться от выпрямительных устройств ВУ1 и ВУ2. Когда
напряжение основной батареи ОБ достигнет 59,5 В, срабатывает вклю-
ченное на ОБ вольтметровое реле РВЗ и отключит через промежуточное
реле контактор Л7. Первая добавочная группа ДБ1 отключится от
нагрузки и начнет заряжаться от зарядного выпрямителя ЗВ1, который
в это время будет включен на работу схемой автоматики. Во время пе-
реключения контактора К1 ток заряда батареи ОБ и добавочной груп-
пы ДБ1 проходит через диод Д1. Выпрямительные устройства ВУ1
и ВУ2 продолжают заряжать батарею ОБ до напряжения 64,4 В
(т. е. 2,3 В на один аккумулятор), после чего срабатывает реле переклю-
чения режимов ведущего ВУК или ВУТ и переводит ВУ1 в режим ста-
билизации напряжения 61,5 В, ВУ2 отключается.
Зарядные выпрямители ЗВ1 и ЗВ2 заряжают первую и вторую до-
бавочные группы ДБ1 и ДБ2 большим током в режиме стабилизации
тока до напряжения 2,3 В на один аккумулятор, а затем при ослаблен-
ном токе — до напряжения 2,35 В, после чего зарядные выпрямители
автоматически отключаются и вместо них включаются выпрямители
содержания.
Таким образом, описанная электропитающая установка работает
без участия обслуживающего персонала и обеспечивает питание под-
ключенных к ней устройств связи даже при периодических перерывах
электроснабжения от сети, если только длительность этих перерывов
не превышает пределов, обусловленных запасом емкости аккумуля-
торной батареи. При наличии же в узле связи резервной электростан-
ции с автоматическим запуском снимается и это ограничение. В уста-
новке ЭПУ 60 В предусмотрена автоматическая передача различных
сигналов, характеризующих работу установки на большие расстояния
в пункт технического обслуживания.
Аналогично описанной выше устроена и автоматизированная
установка ЭПУ 24 В для питания междугородных телефонных станций
и линейно-аппаратных залов при напряжении 24 В. Однако в ней пред-
усмотрена только одна добавочная группа аккумуляторов.
Электропитание электронных и квазиэлектронных АТС характе-
ризуется тем, что к ним необходимо подводить электроэнергию не при
одном постоянном напряжении, а при нескольких пониженных на-
пряжениях 2,4; 5; 12,6 и 24 В. Во избежание большого усложнения
проводки и чрезмерных потерь в распределительных сетях электроэнер-
гия к стативам АТС подводится постоянным током при напряжении
60 В. Необходимые же градации напряжения получают с помощью
преобразователей постоянного напряжения, располагаемых непосред-
ственно на стативах.
171
§ 62. Малые телефонные станции
Условно будем считать малыми все те АТС, которые потребляют токи
питания меньше 30 А, поскольку точного разграничения между поня-
тиями больших и малых телефонных станций провести нельзя. Элек-
тропитание таких АТС поступает от более простых электропитающих
установок, чем для крупных АТС. Однако к ним также предъявляется
непременное требование работы в условиях очень небольшого техни-
ческого обслуживания. Выпускается несколько типов электропитаю-
щих установок, предназначенных для АТС малой емкости.
Выпрямительные устройства типа ВСП. Эти устройства значитель-
но отличаются по своей схеме, принципу действия и способам коммута-
ции от описанных выше устройств типа ВУ, ВУК и ВУТ. Они могут
проводить буферное питание телефонных станций в режиме непрерыв-
ного подзаряда или безаккумуляторное питание. В них применяются
стабилизаторы напряжения, основанные на следующем принципе.
Напряжение от питающей сети (рис. 119) подается на трансформа-
тор Тр и выпрямительную схему ВС через стабилизирующее устройст-
во СУ, управляемое блоком автоматического регулирования БАР.
Если выходное напряжение выпрямителя Uвых соответствует номи-
нальному значению, то стабилизирующее устройство не влияет на
цепь первичной обмотки трансформатора Тр. Если же выходное на-
пряжение UВых выпрямителя понизится на А (7, то эта величина будет
определена в блоке автоматического регулирования сравнением вы-
ходного напряжения с эталонным напряжением, создаваемым полу-
проводниковым стабилизатором Э.
Далее блок автоматического регулирования воздействует на ста-
билизирующее устройство так, что последнее добавит к переменному
напряжению сети такую дополнительную величину, при которой вы-
ходное напряжение поднимается до своего номинального значения.
Добавляемая величина будет совпадать по фазе с питающим напряже-
“ эдное напряжение выпрямителя повысить на
At/, то блок автоматического регулирования,
определив степень этого повышения, воздей-
ствует на стабилизирующее устройство таким
образом, что данное устройство добавит к
напряжению сети некоторое напряжение в
противофазе к основному напряжению. Вслед-
ствие этого напряжение на выходе выпрями-
тельного устройства снова понизится до свое-
го номинального значения.
Буферное питание различных устройств
связи от выпрямительных устройств типа
ВСП осуществляется без противоэлементов.
Аккумуляторная батарея имеет небольшую
дополнительную секцию, которая непрерыв-
но подзаряжается от небольшого вспомога-
тельного выпрямителя в комплекте ВСП. Эта
секция автоматически включается после-
нием. Ьсли теперь
Рис. 119. Структурная
схема выпрямительно-
го устройства ВСП
172
Таблица 13
Тип Выпрямлен- ное напря- жение, В Максимальный выпрямленный ток, А Число фаз пе- ременного тока Мощность, кВ-А Высота Шири- на Глуби- на Масса, кг
номиналь- ное макси- мальное мм
ВСП-24/10 26,4 36 10 1 0,74 400 486 272 53
ВСП-24/30 26,4 36 30 1 2,21 2000 400 350 155
ВСП-60/6А 64,0 88 6 1 1,03 2000 400 350 130
ВСП-60/20 64,0- 88 20 1 3,05 2000 400 350 155
ВСП-60/60 64.0 88 60 3 8,5 2000 800 350 480
довательно с основной батареей при понижении напряжения последней,
вызванном прекращением буферного питания. Выпускается пять ти-
пов описываемых выпрямительных устройств (табл. 13).
Любые два выпрямительных устройства типа ВСП, рассчитанные
на одно выпрямленное напряжение, могут быть включены на парал-
лельную работу, что расширяет область их возможного применения.
При этом обеспечивается автоматическое распределение нагрузки
между обоими выпрямителями.
Выпрямительные устройства ВСП сами по себе представляют лишь
стабилизированные источники постоянного тока. Чтобы из этих уст-
ройств создать законченные электропитающие установки для телефон-
ных станций, к ним нужно добавить коммутационные устройства (КУ),
которые позволяли бы соединять между собой выпрямители и группы
аккумуляторных батарей в различных сочетаниях для проведения бу-
ферной работы и заряда. Выпускаются следующие комплекты выпрями-
тельных и коммутационных устройств для образования электропитаю-
щих установок различных типов и мощностей.
Комплект СВСП-24/10, представляющий собой стойку, на которой
смонтированы два выпрямителя ВСП-24/10 и коммутационное устрой-
ство, может отдавать ток до 10 А при номинальном напряжении 24 В.
Один из выпрямителей служит для питания соответствующей нагрузки,
а второй остается в резерве или может быть использован для заряда од-
ной из групп аккумуляторной батареи.
Комплект СВСП-24/20 — стойка, на которой смонтированы три вы-
прямителя ВСП-24/10 и коммутационное устройство, — может от-
давать ток до 20 А. В данном комплекте два выпрямителя могут рабо-
тать параллельно для питания нагрузки, а третий выпрямитель оста-
ется в резерве или используется для заряда одной группы батареи.
Комплект из двух выпрямительных устройств ВСП-24/30 и одного
коммутационного устройства КУ-24/60, состоящий из трех отдельных
шкафов, может отдавать ток до 30 А при номинальном напряжении
24 В. Один из этих выпрямителей питает нагрузку, а другой находится
в резерве.
Комплект из трех ВСП-24/30 и одного КУ-24/60 (четыре отдельных
шкафа) отдает ток до 60 А. Здесь два выпрямителя, соединенные па-
173
раллельно, питают нагрузку, а третий находится в резерве или исполь-
зуется для заряда одной группы батареи. Все комплекты с выходным
напряжением 24 В служат для питания ручных телефонных станций
и линейно-аппаратных залов.
Комплект СВСП-60/6, представляющий собой шкаф, в котором раз-
мещены выпрямительное устройство ВСП-60/6А и коммутационное
устройство, предназначается для питания небольших АТС и телеграф-
ной аппаратуры; может отдавать ток до 6 А при напряжении 60 В.
Комплект из двух ВСП-60/20 и одного КУ-60/40 (три шкафа) слу-
жит для питания АТС и отдает ток до 20 А при напряжении 60 В.
Один выпрямитель действующий, а другой — зарядный (резервный).
Комплект из трех ВСП-60/20 и одного КУ-60/40 (четыре шкафа) имеет
то же назначение, но отдает ток до 40 А. Два выпрямителя работают
параллельно, а третий является зарядным (резервным). Комплект из
двух выпрямительных устройств ВСП-60/60 и одного коммутационного
устройства КУ-60/120 (три шкафа) предназначен также для питания
АТС, отдает ток до 60 А при напряжении 60 В. Один выпрямитель
действующий, а другой — резервный. Комплект из трех шкафов
ВСП-60/60 и одного шкафа КУ-60/120 служит для той же цели, но от-
даваемый им ток достигает 120 А. Два выпрямителя работают парал-
лельно, а третий остается в резерве.
Коммутационные устройства КУ выпускаются на разные мощности,
но все они имеют примерно одинаковую схему (рис. 120). К одному
КУ можно подключить от одного до трех выпрямительных устройств
типа ВСП и одну или две аккумуляторные батареи. Каждое выпрями-
тельное устройство состоит из двух выпрямителей — основного (ОВ1,
ОВ2, ОВЗ) для буферной работы и добавочного (ДВ1, ДВ2, ДВЗ) для
Рис. 120. Схема коммутационного устройства КУ
174
постоянного подзаряда добавочной группы аккумуляторной батареи.
Выпрямитель ОВЗ может быть также использован для заряда любой
группы аккумуляторной батареи. Каждая группа батареи состоит в
свою очередь из двух частей: основной (ОБ1 и ОБ2) и добавочной (ДБ1
и ДБ2). Основная батарея служит для буферного питания нагрузки.
Добавочная батарея в обычных условиях не принимает участия в
этом питании и лишь подзаряжается от добавочного выпрямителя.
Работа электропитающей установки проходит следующим образом.
В нормальных условиях один из выпрямительных комплектов ДВ1—
ОВ1 или ДВ2—ОВ2 включается на работу выключателями пакетного
типа В со стороны постоянного и переменного тока. В случае необхо-
димости можно включить оба комплекта сразу для увеличения отда-
ваемого выпрямителями тока. К выпрямителям подключается один
из батарейных комплектов ДБ1—ОБ1 или ДБ2—ОБ2 или же эти ком-
плекты включаются оба. Для этого пакетные переключатели ПП1 и
ПП2 переводятся в положение «Буфер» и включаются батарейные вы-
ключатели ВБ1 и ВБ2. Контакт контактора К находится в правом по-
ложении, вследствие чего нагрузка подключается к основной батарее.
Выпрямительный комплект ДВЗ—ОВЗ может быть использован
для резервирования одного из действующих комплектов (переключа-
тель ППЗ переводится в положение «Буфер») или для заряда одного из
батарейных комплектов (ППЗ — в положение «Заряд»). При случай-
ном перерыве подачи электроэнергии буферная работа прекращается
и работающая батарея начинает разряжаться, питая нагрузку. Когда
ее напряжение снизится, релейная схема (на рис. 120 не показана)
переключит контактор в левое положение, отчего к основной батарее
подключится без перерыва тока добавочная батарея и напряжение
возрастет до нормы.
При достаточно надежном электроснабжении в описываемой элек-
тропитающей установке допускается применять лишь один комплект
аккумуляторных батарей (например, ДБ1—ОБ1\ заменяя батарею
ОБ2 соответствующим конденсатором.
Благодаря оптимальному подбору выходных напряжений и мощ-
ностей, а также небольшим габаритам оборудования, описанная выше
серия выпрямительных устройств типа ВСП позволяет легко органи-
зовать электропитание большинства телефонных станций и линейно-
аппаратных залов железнодорожного транспорта, а также устройств
оперативно-технологической связи на постах электрической централи-
зации (ЭЦ) внутри железнодорожных станций.
Электропитающая выпрямительная установка ЭВУ-60/25 (рис. 121).
Эта установка предназначается для питания АТС емкостью 300—500
номеров. Установка работает следующим образом
Когда есть напряжение в питающей сети, рабочий выпрямитель
ВБ-60/25 питает АТС. Аккумуляторная батарея отключена от нагрузки
и непрерывно подзаряжается выпрямителем ПЗВ-75/1,6. При выключе-
нии напряжения сети все выпрямители прекращают свою работу, а
имеющаяся в схеме система электронного управления открывает тирис-
тор Т и тем самым подключает батарею Б к нагрузке. Длительность
перерыва питания не превышает 5 мс.
175
После восстановления напряжения в питающей сети, рабочий вы-
прямитель ВБ принимает на себя питание нагрузки, а аккумулятор-
ная батарея Б отключается от нагрузки и переходит в режим заряда
от соединенных последовательно выпрямителей резервного РВБ-60/25
и вольтодобавочного ВДВ-24/25. Когда же в процессе заряда напряже-
ние батареи достигнет 80 В, электронная схема автоматически переклю-
чит батарею на подзарядный выпрямитель ПЗВ-75/1,6 для ее постоянно-
го подзаряда при напряжении 2,2—2,25 В на один аккумулятор.
Установка подключается к однофазной сети переменного тока с но-
минальным напряжением 220 В. Рабочий и резервный выпрямитель
обеспечивают стабилизацию выпрямленного напряжения в пределах
58—64 В при изменениях напряжения сети от 187 до 231 В, частоты
от 49,5 до 50,5 Гц и нагрузки от 5 до 100 % максимальной. Пульсация
выпрямленного напряжения при всех режимах работы не превышает
5 мВ.
Установка ЭПУ-60/25 может применяться для питания АТС средней
величины, расположенных отдельно от основных узлов связи в каких-
нибудь учреждениях или промышленных предприятиях. В связи с
этим ее аккумуляторная батарея может быть составлена из 31—32
кислотных или 50 щелочных аккумуляторов. Последние гораздо более
удобны для размещения в закрытых ящиках с вытяжными трубами без
специальных аккумуляторных помещений. Однако необходимо иметь
в виду, что наименьшее напряжение питания АТС 58 В может быть со-
хранено при разряде каждого щелочного аккумулятора не более чем
до напряжения 1,16 В, при этом емкость щелочной аккумуляторной
батареи используется далеко не полностью.
Вся электропитающая установка выполнена в виде шкафа высотой
2250, шириной 1000 и глубиной 500 мм, который можно устанавли-
вать у стены.
Электропитание выделенных объектов связи. Благодаря интенсив-
ному развитию транспортной телефонной и оперативно-технологичес-
кой связи на железнодорожных станциях теперь устанавливается мно-
го АТС и коммутаторов стрелочной и станционной диспетчерской свя-
зи. Эти устройства часто бывают территориально отделены от общих
комплексов оборудования местных узлов связи. Для питания таких
выделенных объектов выпускаются небольшие специализированные
электропитающие установки, отличающиеся простотой устройства и
небольшими габаритами, например, устройства ВБ-60, ВТ-61/5 и
другие, предназначенные для буферного питания в режиме непрерыв-
ного подзаряда и для безаккумуляторного питания. В зависимости от
местных условий электроснабжения и назначения небольшие электро-
питающие установки могут устраиваться по описанным выше общим
принципам (например, иметь резервные выпрямители и батарейные
группы) или же, напротив, быть предельно упрощенными. По схеме,
приведенной на рис. 122, телефонная станция получает питание от
одного стабилизированного выпрямителя на 24 или 60 В и одной груп-
пы аккумуляторной батареи на то же напряжение.
Поскольку такая электропитающая установка имеет только один
выпрямитель и одну группу аккумуляторной батареи, эксплуатация
176
Рис. 121. Структурная схема электропитаю-
щей установки ЭВУ-60/25
Рис. 122. Упрощенная
схема питания малой
телефонной станции
ее несколько отличается от эксплуатации более сложных установок.
Малая мощность выпрямителя не позволяет производить нормальный
заряд батареи, поэтому батарею перед подключением к выпрямителю
нужно в другом месте зарядить от какого-нибудь мощного выпрями-
теля, затем перенести и подключить к данному выпрямителю (батарея
составляется из переносных аккумуляторов, что позволяет ей иметь
меньшие габариты).
При временном перерыве электроснабжения батарея переходит
в режим разряда и продолжает без перерыва питать телефонную стан-
цию, расходуя запасенную в ней электрическую энергию. После вос-
становления подачи электроэнергии выпрямитель снова принимает
на себя питание станции и одновременно начинает подзаряжать бата-
рею слабым током. Таким способом запас емкости ее может быть вос-
становлен в течение нескольких дней на 70—80 %, что в практике пи-
тания небольших установок связи второстепенного значения можно
считать достаточным. Таким образом, электропитающая установка ра-
ботает автоматически без постоянного наблюдения со стороны обслужи-
вающего персонала и нуждается только в периодическом осмотре.
В этой установке не предусмотрена возможность контрольных за-
рядов-разрядов аккумуляторной батареи, так как длительный опыт
эксплуатации аналогичных выпрямительных устройств показал, что
вызываемое этим усложнение и удорожание небольших электропи-
тающих установок нецелесообразно.
В тех случаях, когда небольшие АТС размещаются в жилых до-
мах и обслуживают квартирных абонентов, при достаточно надежном
электроснабжении допускается питание АТС подавать прямо от ста-
билизированных выпрямителей с необходимыми сглаживающими
фильтрами без использования резервных аккумуляторных батарей
(рис. 123, а). Обычно в таких установках предусматривается сигна-
лизация (на ближайшую обслуживаемую АТС) о прекращении подачи
электроэнергии из местной сети переменного тока.
177
Рис. 123. Виды электропитающих установок с выпрямителем ВБ-60
Выпрямительные устройства типа ВБ-60. В состав электропитаю-
щей установки для буферного или безаккумуляторного питания АТС
при напряжении 60 В могут входить одно или два выпрямительных
устройства типа ВБ-60 и специальное коммутационное устройство
БАЗ (блок автоматики и заряда), а также одна группа аккумулятор-
ной батареи на 60 В. Выпрямительные устройства ВБ-60 выпускаются
на токи 5 А (ВБ-60/5), 10 А (ВБ-60/10) и 15 А (ВБ-60/15) при псофо-
метрическом напряжении пульсации не выше 5 мВ. Перечисленные
устройства позволяют компоновать на местах электропитающие уста-
новки различной степени сложности в зависимости от существующей
потребности и местных условий электроснабжения. Так, для питания
малых АТС емкостью до 100 номеров в условиях надежного электро-
снабжения можно использовать один выпрямитель ВБ-60 без батареи
(см. рис. 123, а) или с буферной аккумуляторной батареей А Б
(рис. 123, б).
Для питания АТС емкостью до 500 номеров можно создать более
совершенную электропитающую установку, включающую в себя два
выпрямителя В Б-60 (действующий и резервный), одну группу ак-
кумуляторной батареи А Б и коммутационное устройство Б АЗ
(рис. 123, в).
В состав выпрямительного устройства входят (рис. 124): ферроре-
зонансный стабилизатор напряжения ФРС. состоящий из двух транс-
форматоров Тр1 и Тр2. выпрямительный мост ВМ и сглаживающий
фильтр из дросселей Др1 и Др2 и конденсаторов С1 и С2, шунтирован-
ных резисторами /?с1 и /?с2. В трансформаторе Тр1 сердечник насы-
щенный, а в Тр2—ненасыщенный. Вторичная обмотка w2 транс-
форматора Тр2 соединяется с промежуточным отводом от вторичной
обмотки w2 трансформатора Тр1. При такой схеме соединения вторич-
ных обмоток к трехфазной мостовой выпрямительной схеме ВМ под-
водится совокупность трех переменных токов со сдвигом фаз, близким
к 120°, как это имеет место в трехфазном переменном токе. Таким об-
разом, феррорезонансный стабилизатор стабилизирует напряжение
на входе выпрямительной схемы и одновременно преобразует одно-
фазный ток питающей сети в трехфазный, способствуя тем самым эф-
фективному сглаживанию пульсаций выпрямленного тока.
Сглаживающий фильтр выпрямителя снижает пульсацию на вы-
ходе до 3—5 мВ даже при работе выпрямителя без буферной батареи.
178
Резисторы /?с1 и /?с2 предотвращают возникновение перенапряжений
на конденсаторах фильтра при включении выпрямителя без нагрузки.
Балластный резистор 7?б подключается к выпрямителю для того, чтобы
ток нагрузки не снижался менее 5 % номинального значения и напря-
жение выпрямителя не поднималось бы выше допустимого предела.
Работа выпрямителя контролируется вольтметром V и амперметром
А.
Блок автоматики и заряда (БАЗ), используемый в электропитающей
установке по схеме рис. 123, в, объединяет два выпрямителя и батарею
в одну единую установку, в которой один из выпрямителей питает
АТС, а другой остается в резерве. Аккумуляторная батарея также оста-
ется в резерве и непрерывно подзаряжается от специального подза-
рядного выпрямителя ПЗВ, находящегося внутри БАЗ. В случае
прекращения подачи переменного тока АТС питается от аккумулятор-
ной батареи, которая при этом частично или полностью разряжается.
После возобновления подачи переменного тока рабочий выпрямитель
снова начинает питать АТС, а батарея автоматически включается на
заряд от резервного выпрямителя, последовательно с которым включа-
ется имеющийся внутри БАЗ вольтодобавочный выпрямитель. После
окончания заряда батарея снова включается на непрерывный подза-
ряд слабым током от ПЗВ.
Конструктивно выпрямители ВБ-60 и БАЗ оформляются в виде ме-
таллических ящиков, которые можно устанавливать друг на друга
(рис. 125). Для этой цели в нижней части каждого блока имеются четыре
Рис. 124. Схема выпрямительного
устройства ВБ-60
179*
трубчатых выступа, входящих в углубления, расположенные в верхней
части блока. На передние стороны блоков выведены все рукоятки
управления. Блоки легко соединяются друг с другом при помощи сое-
динительных кабелей и штепсельных разъемов. Такая электропитаю-
щая установка очень компактна и легко монтируется на месте ее рабо-
ты. Она может размещаться непосредственно рядом со стативами пи-
таемой АТС.
Разрабатываются новые усовершенствованные устройства ВБ-60
с улучшенными электрическими характеристиками. В них широко ис-
пользуются электронные контрольные и регулирующие элементы.
Выпрямительное устройство типа ВТ-61/5. Это устройство (блок)
предназначено для непосредственного безаккумуляторного питания
учрежденческих и домовых координатных телефонных подстанций
емкостью до 100 номеров. Оно подключается к однофазной сети пе-
ременного тока с номинальным напряжением 220 В. Номинальное зна-
чение выпрямленного напряжения 61 В, а максимальный выпрямлен-
ный ток 5 А. Схема устройства аналогична схеме ВБ-60 (см. рис. 124).
Псофометрическое значение напряжения пульсации не более 5 мВ.
Устройство имеет конструкцию настольного типа с размерами: высота
385, ширина 570 и глубина 292 мм.
Разрабатывается усовершенствованный вариант данного устройства,
в котором будет использована электроника в целях контроля и управ-
ления.
§ 63. Источники переменного тока
для питания вызывных
и сигнальных цепей телефонных станций
Каждая телефонная станция должна иметь источник переменного
тока напряжением 80—100 В и частотой 25—50 Гц для посылки ин-
дукторного вызова, а также источник переменного тока напряжением
около 5 В и частотой 450 Гц для различных видов акустической сигна-
лизации (сигналы «Набор номера», «Занято», «Посылка вызова» и т. д.).
На небольших телефонных станциях для посылки вызова используют-
ся ручные индукторы коммутаторов, токовращатель и трансформаторы,
понижающие напряжение сети до 80—100 В, а для акустической сиг-
нализации — зуммеры, установленные внутри коммутаторов. На АТС
в качестве источников вызывных и сигнальных токов применяются
так называемые сигнальные машины — умформеры или одноякорные
преобразователи, питаемые от сети переменного тока или от станцион-
ной батареи.
На якоре преобразователя имеются самостоятельные обмотки, в
которых вырабатываются вызывной и сигнальные токи. Специальные
контактные группы на оси машины при своих периодических замы-
каниях и размыканиях создают характерные для АТС прерывистые
сигналы. Эти контактные группы управляются кулачками, насаженны-
ми на вал, связанный через редуктор с валом машины.
180
Рис. 126. Схема автоматизированного вызывного устройства типа АВУ-60
В последнее время заводы, выпускающие АТС, начали снабжать их
сигнально-вызывными статическими устройствами СВУС, обеспечи-
вающими питаемые станции всеми необходимыми для их работы вы-
зывными и сигнальными токами. Эти устройства работают на полупро-
водниковых элементах и не имеют движущихся частей, что значительно
повышает надежность их действия.
Автоматизированное вызывное устройство типа АВУ-60. На желез-
нодорожных станциях установлено много различных коммутаторов
оперативно-технологической связи, с которых часто приходится посы-
лать индукторный вызов сразу на большую группу телефонных ап-
паратов, а также на мощные наружные сигнальные приборы—ревуны.
Для таких коммутаторов выпускаются специальные автоматизирован-
ные вызывные устройства повышенной мощности АВУ-60 (рис, 126).
В этих устройствах источником вызывного переменного тока является
местная сеть переменного тока с напряжением 120 или 220 В или ба-
тарея коммутатора с напряжением 12 или 24 В.
В нормальных условиях вызывные цепи получают питание от
сети переменного тока. Реле Р притягивает якорь и контактами р1,2
и р4,5 подключает вызывные цепи к трансформатору Tpl. С прекра-
щением подачи тока из сети реле Р отпускает якорь и контактами
р7,8 включает питание на инвертор, а контактами р2,3—р5,6 переклю-
чает вызывные цепи на питание от инвертора. В контактах р9,10 за-
мыкается цепь сигнальной лампы СЛ.
АВУ-60 обеспечивает одновременную посылку индукторного вызо-
ва при напряжении 100 В на 10 телефонных аппаратов или три ревуна.
При работе устройства от батареи расход тока составляет 1 А. Устрой-
ство приспособлено для установки на стене: его габаритные размеры
100 X 390 X 197 мм, масса 6,5 кг.
181
§ 64. Питание аппаратуры ВЧ систем передачи
для соединительных каналов
На современных автоматических телефонных станциях устанавли-
вается каналообразующая аппаратура ВЧ систем передачи типов КРР-
30, КРР-М и «Кама» для образования больших пучков соединительных
каналов между АТС. Работа этой аппаратуры должна быть столь же
бесперебойной, как и работа самих АТС. Аппаратура ВЧ получает
непосредственное питание от сети переменного тока, напряжение кото-
рой должно поддерживаться в пределах 220 В ±3 %.
Для поддержания необходимой стабильности напряжения каждый
комплект аппаратуры «Кама» включается в сеть через феррорезонанс-
ный стабилизатор напряжения типа С-0,9, рассчитанный на мощность
0,9 кВ • А. Резервирование питания аппаратуры ВЧ получает в дан-
ном случае исключительно большое значение, потому что перерыв
подачи переменного тока сразу прекращает действие сотен (а на боль-
ших АТС и тысяч) соединительных телефонных каналов ВЧ. Вслед-
ствие этого для резервирования питания аппаратуры ВЧ применяются
автоматизированные дизель-генераторные установки ДГА или тири-
сторные ИТ-220Л 5.
Автоматизированные дизель-генераторные установки обычно ис-
пользуются для резервирования электроснабжения всего узла связи в
целом.
Время их включения на работу зависит от принятого способа ав-
томатизации и обычно достигает нескольких минут. Тиристорный ин-
вертор ИТ-220/15 применяется только для резервирования электроснаб-
жения аппаратуры «Кама» и преобразует ток батареи АТС 60 В в
переменный ток до 15 А при напряжении 220 В. Мощность его доста-
точна для питания четырех комплектов аппаратуры «Кама», а время
срабатывания так же, как и время возвращения аппаратуры ВЧ к
питанию от сети, не превышает 0,5 с.
Рис. 127. Резервирование питания аппаратуры ВЧ АТС переменным током при
помощи инвертора
182
Инверторная резервирующая установка (рис. 127) включает ин-
вертор ИТ-220/15, четыре феррорезонансных стабилизатора С-0,9 и
группу контакторов для переключения питания аппаратуры ВЧ с се-
ти переменного тока на инвертор и обратно (на рис. 127 условно пока-
зан один контактор). При нормальной работе сети переменного тока
? обмотка электромагнита контактора К находится под током. Электро-
магнит притягивает якорь и контактами к1 и к2 подключает аппарату-
ру ВЧ через стабилизаторы С-0,9 к сети переменного тока.
При пропадании напряжения в сети электромагнит контактора от-
пускает якорь. Контакты к1 и к2 переключают аппаратуру ВЧ на вы-
ходные зажимы инвертора, а контакт кЗ запускает инвертор, подклю-
чая к нему батарею АТС АБ. После появления напряжения в сети ап-
паратура ВЧ снова подключается к сети, а инвертор прекращает свою
работу.
Глава XIV
ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ ТЕЛЕГРАФНЫХ СТАНЦИЙ
§ 65. Общие сведения
Телеграфные станции входят в состав узлов связи при МПС, уп-
равлениях и отделениях дорог и на крупных железнодорожных стан-
циях. На малых станциях и на различных производственных предприя-
тиях устанавливаются отдельные телеграфные аппараты. Телеграфные
устройства нуждаются в питании линейных, моторных и местных цепей,
а также полупроводниковых приборов. Все эти цепи требуют для своей
работы источников постоянного тока с различными напряжениями.
Автоматические телеграфные станции требуют таких же источников
питания, как и автоматические телефонные станции.
По мере развития на железнодорожном транспорте вычислительной
техники и автоматизированных систем управления, источники питания
телеграфных устройств используются и для питания аппаратуры свя-
зи передачи данных.
Поскольку телеграфные аппараты работают по однопроводным
линейным цепям, источники питания линейных цепей должны иметь
«землю» на одном полюсе. Некоторые телеграфные аппараты работают
токами двух направлений. Для питания таких аппаратов требуются
два источника постоянного тока: у одного из них заземляется положи-
тельный полюс, а у другого — отрицательный.
В качестве общего источника тока для линейных цепей всех теле-
графных аппаратов, установленных на данной телеграфной станции,
чаще всего используется общая аккумуляторная батарея (рис. 128)
с заземленной средней точкой. Напряжение этой батареи должно со-
ставлять +60 и —60 В по отношению к земле. В последнее время в
связи с использованием каналов тонального телеграфирования вместо
линейных проводов вводится также линейная батарея напряжением
±20 В.
Для питания местных цепей телеграфных аппаратов применяется
источник постоянного тока напряжением 60 В. Для моторных цепей те-
леграфных аппаратов требуется источник постоянного тока с номиналь-
ным напряжением 120 В. Некоторые современные телеграфные ап-
параты имеют электродвигатели переменного тока или универсальные
электродвигатели, допускающие питание от постоянного и переменного
токов. Питание электродвигателей телеграфных аппаратов от источ-
ников постоянного тока (например, аккумуляторных батарей) позволя-
ет обеспечить бесперебойную работу этих аппаратов при перерывах
подачи переменного тока, что имеет очень большое значение для маги-
184
стральных и важнейших дорожных телеграф-
ных связей.
Питание моторных цепей переменным то-
ком не обеспечивает полной бесперебойности
работы телеграфных аппаратов, но зато от-
личается большой простотой схемных и кон-
структивных решений. Поэтому телеграфные
аппараты с моторным приводом на важнейших
телеграфных станциях обычно питают от ак-
кумуляторных батарей, а отдельные телеграф-*
ные аппараты на железнодорожных стан-
60 В
-60В
60 В
60В
Рис. 128. Схема линей-
ной телеграфной бата-
реи
циях и в различных транспортных предприятиях могут получать
питание от сетей переменного тока напряжением 127 или 220 В.
Применение на узлах связи автоматизированных резервных элек-
тростанций, быстро включающихся на работу при перерывах работы
сетей переменного тока, способствует использованию в узлах связи
оборудования, получающего полное питание от сетей переменного то-
ка и, в частности, электродвигателей телеграфных аппаратов.
Установки тонального телеграфирования, работающие на полупро-
водниковых элементах по существу относятся к аппаратуре дальней
связи и часто размещаются в помещении ЛАЗа, поэтому они получают
питание от общих источников тока питания ЛАЗа. Небольшие установ-
ки тонального телеграфирования могут устанавливаться и на неболь-
ших телеграфных станциях и вообще в тех местах, где возникает по-
требность в создании узкополосных телеграфных каналов. В этом слу-
чае источники питания должны располагаться вблизи от них.
Допустимые колебания и пульсации напряжений источников по-
стоянного тока, питающих различные телеграфные цепи, указаны в
табл. 14. Такие же характеристики для телеграфной аппаратуры, при-
способленной к питанию от переменного тока или к универсальному
питанию, приведены в табл. 15.
Таблица 14
Питаемые устройства Номинальное напряжение, В Допускаемые колебания напряжения, В Действующие значения до- пускаемой пульсации напряжения, В
Линейные телеграфные цепи ±20 18—22 0,2
±60 54—66 0,6
Местные телеграфные цепи 60 58—66 0,6
Коммутационная аппарату- 60 58—66 0,6
ра телеграфных станций Аппаратура тонального теле- 24 21,6—26,4 0,24
графа на транзисторах Электродвигатели телеграф- 120 103—129 3
ных аппаратов
Примечание. Разница между одинаковыми линейными напряжениями разной
полярности (« + » и «—») не должна превышать 3%.
7 Зак. 755
185
Таблица 15
Питаемая аппаратура Постоянный ток Переменный ток
Номиналь- ное напря- жение, В Пределы изменения ♦ напряже- ния, в Потреб- ляемая мощность, Вт Номин аль- ное на- пряжение, В Пределы изменения напряже- ния, В Потреб- ля емая мощ ность, В-А
Электродвигате- ли телеграфных аппаратов 120 108—132 75-150 127 114—134 100—200
ТТ-17ПЗ 24 21,6—26,4 150 127/220 114 — 134 198—232 200 200
ТТ-48 24 21,6—26,4 300 220 198—232 400
ТТ-12 24 21,6—26,4 НО 220 198—232 115
ЧВТ-2 — — — 220 198—232 350
ЧВТ-11 — — — 220 198—232 350
В системе связи передачи данных на железнодорожных станциях
устанавливаются так называемые абонентские пункты (АП). По нор-
мативам ЕАСС и единой серии ЭВМ абонентские пункты питаются от
сети переменного тока 220 В с допустимой нестабильностью, не превы-
шающей + 10 и —15 %.
В состав аппаратуры АП включаются блоки питания, создающие
напряжения постоянного тока +5; +12,6 и —12,6 В по отношению
к земле.
§ 66. Электропитающие установки
для телеграфных станций
Небольшие телеграфные станции. Телеграфные станции железно-
дорожного транспорта в зависимости от величины требуют различного
по своей сложности и мощности оборудования электропитания. В про-
стейшем случае телеграфная станция может состоять всего лишь из
одного—трех стартстопных телеграфных аппаратов, установленных
в разных пунктах на небольшой железнодорожной станции (например,
для передачи информации о подходе поездов). Тогда для питания ли-
нейных и местных цепей аппаратов можно использовать полупроводни-
ковые преобразователи типов ПТЛ-24/120 и ПП-24/±60-0,1, работаю-
щие от батареи с напряжением 24 В. Такие батареи имеются почти на
всех железнодорожных станциях и служат для питания местных теле-
фонных станций, диспетчерских коммутаторов и комплектов аппарату-
ры станционной связи (КАСС).
Моторные цепи можно питать от полупроводниковых преобразовате-
лей ПТМ-24/120 и ПТМ-24/110, а также от сети переменного тока.
Универсальные электродвигатели стартстопных телеграфных аппара-
тов могут работать от постоянного и переменного токов (см. табл. 15).
Если на станции имеются 4—8 телеграфных аппаратов, то для их
питания можно использовать комплекты КВСП± 120/1, нагружая
186
на каждый комплект лишь такое число цепей питания, которое соот-
ветствует его выходной мощности. При питании телеграфных аппаратов
от полупроводниковых преобразователей и комплектов КВСП значе-
ния линейных напряжений, необходимых для работы телеграфных
аппаратов, подбирают путем переключений, выполняемых в схемах
преобразователей.
В эксплуатационном отношении питание небольших телеграфных
установок от комплектов КВСП очень удобно и выгодно, так как элек-
тропитающая установка получается очень простой и надежной. Од-
нако возможность питания большого числа телеграфных аппаратов от
комплектов КВСП ограничивается тем, что эти комплекты при перехо-
де в аварийный режим потребляют большой ток от питающей их батареи
24 В, что требует значительного увеличения ее емкости. Поэтому при
расчете батареи 24 В, а также и заряжающих ее выпрямителей необ-
ходимо принимать во внимание добавочную нагрузку, создаваемую
всеми преобразователями.
Большие телеграфные станции. Электропитающие установки (ЭПУ)
больших телеграфных станций можно составить из типовых выпрями-
тельных устройств (например, ВУ, ВУК и др.) на номинальные напря-
жения 24, 60 и 120 В с необходимыми резервными выпрямительными
и коммутационными устройствами, а также аккумуляторными батарея-
ми. Режимы питания обусловливаются надежностью действия местных
сетей электроснабжения. ЭПУ состоит из щита переменного тока ЩПТ
(рис. 129) и четырех установок ЭПУ на 24, 4-60, —60 и 120 В, собран-
ных по схеме, приведенной па рис. 107 и обеспечивающих питание всех
цепей телеграфной станции.
Следует иметь в виду, что телеграфные станции в узлах связи же-
лезнодорожного транспорта обычно располагаются вместе с другими
устройствами связи, имеющими свои ЭПУ с такими же номинальными
напряжениями. В этих случаях напряжение 24 В для телеграфной стан-
ции целесообразно получать от общих ЭПУ для МТС и ЛАЗов.
Напряжение —60 В (при заземленном плюсе) можно получать от
ЭПУ АТС. Для получения напряжений -j-60 и 120 В сооружают спе-
циализированные ЭПУ, поскольку эти напряжения необходимы только
для телеграфных станций. Таким образом, схема ЭПУ, приведенная на
рис. 129, может быть упрощена.
Рис. 129. Структурная схема ЭПУ большой телеграфной станции
187
7*
§ 67. Аппаратура тонального телеграфа
и телеграфные коммутационные станции
Для работы аппаратуры тонального телеграфирования требуются
следующие источники постоянного тока: напряжением 24 В — для
питания электронных и сигнальных устройств; напряжением +60 В
(с заземленным минусом) и —60 В (с заземленным плюсом) — для
питания линейных цепей. Некоторые установки тонального телеграфи-
рования снабжаются специальными блоками питания, допускающими
полное питание от сетей переменного тока. Установки тонального теле-
графирования располагаются в помещениях телеграфных станций или
в ЛАЗах, в соответствии с чем и источники их питания относятся к
телеграфу или ЛАЗу.
При установке аппаратуры тонального телеграфирования в узлах
связи дорог в качестве первого источника тока (24 В) используется со-
ответствующий источник тока ЛАЗ— МТС. В качестве источника тока
для питания линейных цепей при напряжениях +60 В следует предус-
матривать комплект КВСП + 120/1, переключив его на напряжение
60 В. Этот комплект может отдавать ток до 1 А. В тех случаях, когда
такого тока будет недостаточно, можно применять две установки типа
ВСП-60/6: одну—для положительного полюса (с заземлением отри-
цательного), другую — для отрицательного полюса (с заземлением по-
ложительного). Эти установки должны работать с буферными аккуму-
ляторными батареями и лишь в условиях надежного электроснабжения
могут работать по безаккумуляторному способу. На больших телеграф-
ных станциях необходимые напряжения можно получить от телеграф-
ной электропитающей установки.
Автоматические коммутационные станции для абонентского теле-
графа (АТА) и прямых соединений телеграфной связи (АПС) требуют
для своего питания переменный ток напряжением 220 В, а также по-
стоянный ток напряжением +60 В (с заземленным минусом) и —60 В
(с заземленным плюсом). Небольшие АТА и АПС могут получать это
питание от местных телеграфных станций. Электропитающие установки
больших коммутационных станций выполняются по специальным про-
ектам.
188
Глава XV
ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ ДАЛЬНЕЙ СВЯЗИ
§ 68. Линейно-аппаратные залы
Аппаратура проводной дальней связи состоит из оконечных стан-
ций и промежуточных усилительных пунктов (УП). Оконечные стан-
ции устанавливаются в узлах связи, в ЛАЗах вместе с соответствующей
коммутационной и контрольной аппаратурой. Усилительные пункты
равномерно размещаются вдоль линий связи. Число их зависит от
типа аппаратуры связи.
Аппаратура дальней проводной связи, благодаря которой организу-
ются существующие виды электрической связи на расстояниях в не-
сколько сотен и тысяч километров, включает в свой состав большое
число оконечных, переприемных, ретрансляционных и усилительных
пунктов, причем рабочее состояние каждого из этих пунктов оказы-
вает решающее влияние на качество связи в целом. Поэтому электри-
ческие характеристики аппаратуры связи должны сохраняться неиз-
менно нормальными в течение всего времени эксплуатации данной ап-
паратуры, что требует высокой надежности и стабильности напряжений
источников тока, питающих аппаратуру дальней связи.
Для электропитания аппаратуры ЛАЗа требуются: источники по-
стоянного тока с номинальным напряжением 24 В (положительный по-
люс этого источника заземляется) и переменного тока для посылки ин-
дукторного вызова с напряжением 80—100 В и частотой 16—25 Гц.
Для анодных цепей аппаратуры с электронными лампами применяется
источник постоянного тока с напряжением 220 В. Однако теперь,
когда все электронные лампы в аппаратуре дальней связи заменены
транзисторами, эта аппаратура выпускается только на напряжение
24 В, и анодные источники питания на напряжение 220 В остались
лишь в небольшом числе старых ЛАЗов.
Многие небольшие установки дальней связи снабжаются специаль-
ными блоками или панелями питания от сети переменного тока, поз-
воляющими питать эти установки по безаккумуляторному способу при
условии надежного электроснабжения.
Для ЛАЗа используются те же типовые электропитающие установки
с номинальным напряжением 24 В, что и для питания ручных телефон-
ных станций. В ЛАЗах малой и средней величины устанавливаются
выпрямительные устройства типов ВСП-24/10, ВСП-24/20 и ВСП-24/30
(см. рис. 119 и 120). Здесь можно предусматривать одну или две группы
аккумуляторной батареи 24 В в зависимости от надежности электро-
189
снабжения. Если используется одна группа, вместо второй группы
включается конденсатор, емкость которого определяется расчетом.
ЛАЗы большой величины питаются от выпрямительных устройств
серий ВУ, ВУК и ВУТ на напряжение 36 В, включенных по схеме,
приведенной на рис. 107. В этом случае также можно применять одну
или две группы аккумуляторной батареи в соответствии со степенью
надежности электроснабжения. Отсутствующая группа батареи заме-
няется конденсатором. Можно допустить безаккумуляторное питание
ЛАЗа при помощи выпрямительных устройств серии ВУЛС по схеме
рис. 111.
Если ЛАЗ расположен недалеко от местной и междугородной теле-
фонных станций, как это часто имеет место в узлах связи, то для ЛАЗа
и телефонных станций используется общий источник питания с напря-
жением 24 В.
Напряжение основного источника тока, питающего ручные теле-
фонные станции (РТС) и ЛАЗы, поддерживается в пределах 21,6—
26,4 В. Такие колебания напряжения вполне допустимы для РТС, но
для современной электронной аппаратуры дальней связи допускаются
лишь более ограниченные колебания напряжения в пределах ±3 %.
Раньше такая жесткая стабилизация напряжения достигалась путем
установки в ЛАЗе специальных стоек автоматического регулирования
напряжения САРН, содержащих угольные регуляторы напряжения
РУН, которые включались последовательно в цепи питания аппарату-
ры связи. При этом напряжение в цепи накала электронных ламп ес-
тественно снижалось за счет падения напряжения в РУН и поддержи-
валось в пределах 20,6—21,8 В. Теперь же стабилизацию напряжения
питания аппаратуры связи в пределах ±3 % намечается осуществлять
с помощью электронных стабилизаторов, входящих в состав самой
аппаратуры дальней связи.
Введение такой электронной стабилизации напряжения повышает
качество электропитания и обеспечивает бесперебойность работы тран-
зисторной аппаратуры дальней связи. По мере внедрения данного спо-
соба стабилизации напряжения будет отпадать необходимость в при-
менении стоек САРН.
§ 69. Способы дистанционного питания
аппаратуры дальней связи
При дистанционном питании (ДП) аппаратуры дальней связи обык-
новенные электропитающие установки, вырабатывающие электро-
энергию для питания устройств связи, монтируют только на оконечных
станциях, а также на некоторых усилительных пунктах с постоянным
дежурством обслуживающего персонала и называемых поэтому обслу-
живаемыми или опорными усилительными пунктами (ОУП). Все осталь-
ные УП не имеют электропитающих установок и обслуживающего пер-
сонала и называются поэтому необслуживаемыми усилительными
пунктами (НУП). Размещенная в них аппаратура связи получает пи-
тание из ОУП по тем же проводам (или кабельным жилам), в которые
190
включена аппаратура ВЧ систем передачи. Участок линии между дву-
мя соседними ОУП, от которого НУП получают питание, называется
секцией дистанционного питания.
Особенно большое распространение ДП получило на кабельных
линиях связи, на которых число НУП при симметричных кабелях в
4—8 раз, а при коаксиальных кабелях в 10—20 раз превышает
число ОУП. На воздушных линиях ДП находит сравнительно ограни-
ченное применение для питания аппаратуры типов В-3-3, ВУС-12 и не-
которых других.
Существуют несколько способов ДП, применяемых при различных
линиях связи и различных видах аппаратуры ВЧ систем передачи.
Все они разделяются по роду тока, используемого для питания НУП
(постоянный и переменный), и по системе цепей для передачи тока
питания («провод—провод» и «провоз—земля»).
Способ ДП на постоянном токе. Такой способ характеризуется тем,
что питающий пункт посылает в линию постоянный ток, который,
пройдя через линейные провода, поступает в питаемую аппаратуру.
Этот способ прост и надежен, но дальность его действия относительно
невелика по следующей причине. Для передачи ДП на большое расстоя-
ние требуется значительно повышать напряжение питающего источни-
ка тока, чтобы компенсировать этим большое падение напряжения в
проводах и соответственно понижать его в пункте, получающем ДП.
Однако такое повышение и понижение напряжения при постоянном то-
ке связано с техническими трудностями и снижением к. п. д. Поэтому
способ ДП на постоянном токе широко применяется только на симме-
тричных кабельных линиях, где напряжение источника ДП не может
быть выше 500—600 В по условиям прочности изоляции кабельных
жил. Этот способ применяется также на воздушных линиях связи, на
которых напряжение не может быть увеличено более 220—250 Б по
условиям техники безопасности.
Способ ДП на переменном токе. Такой способ характеризуется
тем, что питающий пункт посылает в цепь ДП переменный ток часто-
той 50 Гц. Напряжение источника ДП для снижения потерь электро-
энергии в проводах повышается до 1000—2000 В, а в некоторых случаях
(в морских подводных кабелях) и более. На усилительных пунктах
в цепь ДП включаются небольшие выпрямители, которые питают про-
межуточные усилители обоих направлений передачи. Такой способ ДП
позволяет значительно увеличить дальность передачи питающих токов
и число питаемых пунктов. Однако при этом варианте оборудование
питания на передающем и приемных пунктах получается более слож-
ным. Поэтому способ ДП на переменном токе применяется лишь на
коаксиальных кабельных линиях, на которых число НУП между со-
седними ОУП гораздо больше, чем на симметричных кабельных ли-
ниях, и в то же время напряжение, которое может быть допущено по
условиям прочности изоляции кабельных жил, также значительно
больше, чем на симметричных кабелях.
Способ ДП «провод—провод». Источник тока и питаемые установки
дальней связи сети включаются между проводами цепи связи (рис. 130).
Занятие проводов связи для передачи токов питания не ограничивает
191
Рис. 130. Схема ДП по способу «провод—провод»
возможностей использования тех же проводов для организации кана-
лов связи, т. е. токи сигналов связи и токи питания одновременно
проходят по одним и тем же проводам, не мешая друг другу. Чтобы
устройства питания не мешали работе цепи связи, питающая батарея
ПБ включается через реактивные катушки РК1 и РК2. питаемые уст-
ройства ПУ— через фильтр, образованный реактивными катушками
РКЗ, РК4 и конденсатором С.
Положительным качеством способа ДП «провод—провод» является
то, что симметричная двухпроводная цепь, в которой передаются Фоки
питания, хорошо защищена от помех, создаваемых соседними линиями
электропередачи (ЛЭП) и контактной сетью железных дорог. Недо-
статком этого способа является большое сопротивление двух линейных
проводов, создающее значительные вредные потери напряжения в ли-
нии и ограничивающие тем самым дальность ДП.
На современных симметричных кабельных линиях обычно приме-
няются различные модификации способа «провод—провод». Так, боль-
шое распространение имеет схема, представленная на рис. 131. Здесь
в кабельной четверке с линейными трансформаторами ЛТр, обе ос-
новных и фантомная цепи заняты для телефонной связи. Одновре-
менно в этой кабельной четверке создана цепь ДП по способу «провод-
провод», причем первым проводом цепи ДП являются обе кабельные
жилы первой пары, соединенные параллельно, вторым проводом —
обе кабельных жилы второй пары, также соединенные параллельно.
Большим преимуществом этой схемы по сравнению со схемой, приве-
денной на рис. 130, является снижение сопротивления цепи питания
за счет параллельного соединения проводов, а также отсутствие необ-
ходимости включения развязывающих емкостей и индуктивностей в
основные цепи кабельной четверки.
Способ ДП «провод—земля». Источник тока и питаемые установки
включаются между проводом (или группой параллельно соединенных
проводов) и землей (рис. 132). Питающая батарея ПБ подключается
к средней точке линейной обмотки трансформатора Тр1, а питаемые
устройства ПУ — к средней точке линейного трансформатора Тр2.
Здесь ток ДП передается по искусственной (фантомной ) цепи.
Положительным качеством способа ДП «провод—земля» является
малое сопротивление линейной цепи. При одном и том же числе ли-
192
нейных проводов для передачи тока ДП сопротивление линии при спо-
собе «провод—земля» примерно в 4 раза меньше, чем при способе «про-
вод—провод», за счет параллельного соединения линейных проводов
и использования земли в качестве обратного провода.
Однако у этого способа имеются и два существенных недостатка,
выражающихся в большой подверженности однопроводной по прин-
ципу действия цепи ДП электромагнитному и гальваническому влия-
ниям со стороны высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП) и
тяговых сетей (ТС), электрических железных дорог, проходящих вбли-
зи от линий связи. Электромагнитное влияние выражается в том, что
сильные электромагнитные поля, возникающие вокруг ЛЭП и ТС,
индуктируют в однопроводных (т. е. использующих землю в качестве
обратных проводов) цепях связи вредные напряжения и токи. Галь-
ваническое влияние характеризуется тем, что и в тяговых сетях земля
также служит обратным проводом, что приводит к образованию в раз-
личных точках земли больших потенциалов. Потенциалы передаются
заземлениям линий связи и, в частности, заземлениям цепей ДП. В ре-
зультате в таких цепях возбуждаются вредные токи, нарушающие
нормальную работу питаемых устройств связи.
Рассмотрим сначала электромагнитное влияние, при котором в про-
водах, примененных для организации цепей ДП по системе «провод—
земля» индуктируются переменные напряжения с амплитудными зна-
чениями, достигающими сотен вольт. Напряжения (7ИНД (рис. 133) скла-
дываются с постоянными напряжениями источников дистанционного
питания [/дп, в результате чего в цепях ДП образуются пульсирующие
напряжения t/n, которые приносят двойной вред. С одной стороны, они
могут повредить изоляцию линейных устройств и подключенных к про-
водам приборов, а также травмировать обслуживающий персонал
(опасные напряжения). С другой стороны, пульсирующие напряжения
вызывают помехи в той аппаратуре связи, которая получает питание по
данной цепи ДП (мешающие напряжения). Вредное влияние высоко-
вольтных линий передачи электрической энергии на соседние линии
проводной связи имеет очень большое значение для транспортных ли-
ний связи, которые по мере развития электрификации все чаще сбли-
жаются с высоковольтными ЛЭП всех видов.
Ввиду экономической целесообразности применения способа ДП
«провод—земля» даже в условиях сильного влияния соседних ЛЭП
ИЦ // гр
Рис. 131. Реализация схемы ДП «провод—провод» на кабельной четверке
193
1~й провод цепи
-
£
ПЦ
т
Рис. 132. Схема ДП по способу
«провод—земля»
Рис. 133. Сложение индуктирован-
ного напряжения с напряжением ис-
точника тока в цепи ДП
защиты цепи ДП
Рис.
от
194
134. Схема
индуктированного напряжения
I
были разработаны специальные ме-
ры для защиты цепей ДП от влия-
ния внешних электромагнитных
полей. Эти защитные мероприятия
освобождают способ ДП «провод —
земля» от присущего ему недостат-
ка — подверженности влиянию
внешних электромагнитных полей
и в то же время полностью сохра-
няют его существенное преимуще-
ство — экономичность.
Защита цепей ДП основывается
на включении в эти цепи специаль-
ных фильтров НЧ, которые про-
пускают постоянный ток ДП, но
задерживают (ослабляют) пере-
менный юк, индуктированный в
проводах связи внешними элект-
ромагнитными полями. На рис. 134
показана примерная схема вклю-
чения фильтров Ф1 на питающем
(слева) и Ф2 на питаемом (справа)
концах цепи ДП по системе «про-
вод—земля». На питаемом конце
показана схема защитного фильтра,
который может составляться из
полузвеньев или полных звеньев /
или //, взятых в необходимом ко-
личестве.
Полузвено 1 состоит из индук-
тивности L1 и емкости С7; его за-
щитное действие повышается с ча-
стотой, вследствие чего это полу-
звено предотвращает поступление
в питаемые устройства ПУ индук-
тируемого переменного тока с ча-
стотой 50 Гц и всех его высших
гармоник. Полуззено // состоит
из индуктивности L2 и контура
резонанса напряжений С2 — L3,
настроенного на частоту 50 Гц;
оно обладает интенсивным защит-
ным действием только на частоте
50 Гц. Тин и число звеньев защиь
пых фильтров выбираются нс ос-
нове расчета влияния ЛЭП на
линии связи.
Дистанционное питание НУП ор-
ганизуется в соответствии с видом
линии связи и ВЧ системой передачи, применяемой на этой линии. Су-
ществуют три основные схемы включения питаемых НУП в цепи ДП:
параллельная, последовательная и схема, при которой в каждую
отдельную цепь ДП включается полностью или частично нагрузка
только одного НУП.
Параллельная схема (рис. 135, а) используется при ДП коаксиаль-
ных кабелей нормального диаметра. Поскольку эти кабели на транспор-
те не применяются, то данная схема подробно не рассматривается.
Последовательная схема (рис. 135, б) имеет преимущество перед дру-
гими схемами в том, что допускает возможность стабилизации тока ДП
во всех НУП при помощи одного стабилизатора, устанавливаемого
в ОУП. Эта схема широко применяется на кабельных линиях, уплот-
ненных аппаратурой ВЧ систем передачи с полупроводниковыми эле-
ментами (например, К-60п). На симметричных кабельных линиях
связи, уплотненных аппаратурой ВЧ систем передачи с электронными
лампами, например, КВ-12 предусматривается схема, приведенная на
рис. 135, в. Для каждого НУП организуется одна или несколько (в
зависимости от количества аппаратуры ВЧ) отдельных цепей ДП.
На магистральных кабельных линиях, уплотненных аппаратурой
ВЧ систем передачи, цепи ДП должны быть резервированы. Резерви-
рование проводится, во-первых, для того, чтобы избежать нарушения
действия большого числа каналов связи при перерывах подачи ДП
по основным цепям питания, и, во-вторых, для того, чтобы снимать
напряжение ДП с тех усилительных участков кабельных линий, на
которых проводятся профилактические или ремонтные работы, как
этого требуют правила техники безопасности. При снятии напряжения
ДП с какого-нибудь усилительного участка питание НУП переводится
на резервные цепи.
Рис. 135. Схемы включения нагрузок в цепи ДП
195
Направление основного дистанционного питания
—------> Направление резервного дистанционного питания
Рис. 136. Основные способы образования резервных цепей ДП на кабельных
линиях
Резервирование цепей ДП может осуществляться следующими спо
собами:
по другому кабелю с того ОУП, от которого подается и основное
ДП (рис. 136, а). Данный способ применим только на двухкабельных
линиях;
с противоположного ОУП; этот способ называется сквозным резер-
вированием (рис. 136, б)\
от стационарных резервных питающих пунктов (РПП), размещае-
мых примерно в середине между двумя смежными ОУП (рис. 136, в);
в нормальных условиях этот усилительный пункт питается дистанци-
онно, как НУП;
от передвижных станций (ПУС), представляющих собой передвиж-
ные усилительные станции на автомобилях, имеющие в своем составе
небольшие электростанции и устройства ДП (рис. 136, а).
§ 70. Дистанционное питание аппаратуры
дальней связи
на полупроводниковых приборах
Для удобства организации ДП полупроводниковой усилительной
аппаратуры ВЧ различных типов разработана универсальная система
ДП полупроводниковой аппаратуры многоканальной связи постоян-
ным током, которая широко применяется в системах К-60п, К-300,
ИКМ-30 и К-120 на симметричных двухкабельных и малогабаритных
коаксиальных линиях. Система рассчитана на ДП усилителей ВЧ мно-
гоканальной связи и усилителей НЧ служебной связи, а также уст-
ройств телеобслуживания, телеконтроля и телеуправления, размещае-
мых на НУП. При этой системе обеспечивается большая дальность
передачи питающей электроэнергии, бесперебойность ДП при наруше-
нии постороннего энергоснабжения ОУП, защита полупроводниковых
приборов срязи от повреждений и защита цепей ДП от посторонних
196
электромагнитных влияний, а также возможность размещения НУП
в небольших подземных контейнерах, что особенно важно для упро-
щения и удешевления конструкции НУП. Резервные цепи не предус-
матриваются, а резервирование ДП осуществляется от передвижных
резервных установок (см. рис. 136, г) или с соседнего ОУП (см.
рис. 136,6).
Более подробное описание новой универсальной системы ДП при-
водится ниже на конкретном примере питания аппаратуры К-60п,
имеющей большое распространение.
ВЧ система передачи К-60п работает на полупроводниковых эле-
ментах и предназначается главным образом для уплотнения симметрич-
ных кабелей емкостью 4 X 4 X 1,2. По каждому из двух кабелей,
входящих в двухкабельную линию связи, получает питание половина
всех систем связи (рис. 137). Такая схема обеспечивает сохранность
50 % всех каналов, действующих на кабельной линии, в случае пре-
кращения питания по одному из кабелей. В обоих кабелях образуется
восемь цепей ДП в соответствии с числом систем К-бОп, работающих
на восьми парах кабеля 4 X 4 X 1,2.
В каждой цепи получают питание УВЧ одной системы, УНЧ и
необходимые вспомогательные устройства.
Описываемая система ДП предусматривает возможность органи-
зации цепей ДП по способам «провод—провод» и «провод—земля».
На рис. 137 показано включение всех цепей ДП по способу «провод—
земля». При использовании способа «провод—провод» число цепей
ДП и НУП в секции сократится в 2 раза. В этом случае по каждой цепи
будет осуществляться ДП усилителей двух систем и вспомогательных
устройств.
Прохождение токов питания по полусекции ДП, включающей в
себя ОУП и до шести НУП, показано на рис. 138. Здесь схематически
обозначено оборудование ОУП, в котором источник ДП включается в
цепь через стойку дистанционного питания СДП К-бОп и защитное
устройство (фильтр) ЗУ, Источником тока ДП является общая аккуму-
ляторная батарея ОУП со стабилизированным напряжением 21,2 В.
На СДП для каждой цепи ДП имеется отдельный полупроводниковый
преобразователь постоянного тока, повышающий питающее напряже-
Рис. 137. Структурная схема организации ДП НУП К-бОп в полусекции для
одного кабеля емкостью 4X4X1 »2
197
НУПГ
ТрВ.ч.
ТрВ.ч.
>
блок
УВЧ
1-1.31 зу
ОУП
ТрВ.ч.
блок
ДП1 ДП2
УВЧ{------
Питание усили-
телей ибепонога-
тельных устройств
трВ,
ЗУ
д-s
*l 'i Its
УВЧ
Рис. 138. Принципиальная схема цепи ДП НУП К-60п для полусекции
I
Трни\ Чрнч.
-----УВЧ
Питаниеусили-
телей и оспонога-
тельных устройств)
1_L Н
блок блок Hl.’
ДП1 ДП2
ние до (475+24) В. Ток, потребляемый одним преобразователем при
полной нагрузке, равен 8 А. На СДП предусматривается также комму-
тация и защита цепей ДП.
Ток ДП передается по фантомной цепи, включающей в себя все
четыре жилы кабельной четвёрки, соединенные параллельно. Все
устройства первого НУП питаются через блоки ДП1 и ДП2. После
этого ток ДП пропускается через кабельные жилы последующих уси-
лительных участков для питания еще пяти НУП. Защитные устройства
ЗУ служат для защиты однопроводной по принципу действия цепи ДП
от электромагнитных влияний соседних ЛЭП и тяговых сетей перемен-
ного тока (опыт показывает, что в существующей аппаратуре К-60п
данная защита не вполне достаточна). Дроссельные фильтры Д-8 с
частотой среза 8 кГц входят в состав аппаратуры К-бОп.
Блоки ДП1 и ДП2 служат для стабилизации питающего напряже-
ния на зажимах усилителей ВЧ с точностью ±5 % при изменениях
тока ДП в пределах 87—130 % номинального значения (0,2 А) и мгно-
венно защищают аппаратуру НУП от кратковременных перенапряже-
ний, возникающих в переходных режимах. Номинальное выходное на-
пряжение одного блока ДП равно 18 В.
Ниже приводятся характеристики элементов описанной схемы,
необходимые для расчета систем ДП:
Сопротивление постоянному току, Ом:
дросселя фильтра Д-8.....................................0,5
полуобмотки дросселя ЗУ..................................14
линейной полуобмотки трансформатора:
низкой частоты..........................................3
высокой » ....................................2
Общее сопротивление всех станционных устройств при соедине-
нии по способу, Ом:
«провод — земля»:
одного НУП.............................................60
» ОУП................................................30
198
«провод — провод»:
одного НУП ... 120
» ОУП............................................60
Напряжение на обоих блоках ДП одного НУП, В, при способе:
«провод — земля»....................................36
«провод — провод»....................................72
В описываемой системе дистанционное питание используется для
организации телеконтроля, а также для работы усилителей низкой
частоты, применяемых в НУП для служебной связи (на схеме рис. 138
не показаны). Телеконтроль дает возможность техническому персона-
лу оконечной станции быстро определять неисправный НУП.
§ 71. Дистанционное питание
многоканальной аппаратуры связи
Аппаратура КВ-12 на однокабельных линиях. Дистанционное пи-
тание аппаратуры ВЧ систем передачи по однокабельным линиям свя-
зи типа КВ-12 осуществляется постоянным током по индивидуальным
цепям (см. рис. 135, в). Поскольку система КВ-12 однокабельная, то
во избежание нарушения связи при необходимости снять напряжение
с одного из усилительных участков ДП осуществляется по системе
с резервными цепями. Резервирование цепей ДП здесь сквозное, при
котором резервные цепи получают питание с ОУП противоположной
стороны секции. Резервные цепи двусторонние, т. е. каждая резерв-
ная цепь используется поочередно в двух направлениях для резерви-
рования двух НУП.
В одной секции ДП может быть два, три или четыре НУП. Длина
усилительного участка около 27 км и, следовательно, предельная дли-
на секции ДП —135 км. ДП устраивается по способу «провод—земля»,
причем цепи ДП образуются по средним точкам кабельных пар и со-
ставляются из пар и четверок. Схемы построения цепей ДП для секций
с двумя, тремя и четырьмя НУП со сквозным резервированием и дву-
сторонним использованием резервных цепей приведены на рис. 139
(рабочие цепи показаны сплошными, а резервные — штриховыми
линиями). Число поперечных черточек на линиях указывает на число
жил кабеля, использованных на данном участке пени. При двух НУП
в секции (рис. 139, а) по каждой цепи обеспечивается ДП двух усили-
телей ВЧ и одного усилителя НЧ (служебной связи); при трех НУП в
секции (рис. 139, б) — трех усилителей ВЧ и одного усилителя НЧ
и при четырех НУП в секции (рис. 139, в) — четырех усилителей ВЧ
и одного усилителя НЧ.
Аппаратура типа «Кама». Высокочастотная аппаратура «Кама» —
усовершенствованный транзисторный вариант выпускавшейся ранее
ВЧ аппаратуры типа КРР-30'60, работает по местным телефонным ка-
белям, соединяющим городские АТС между собой. Система ДП этой
аппаратуры близка к системе ДП аппаратуры К-60п. Для ДП исполь-
зуются две кабельные пары одного кабеля. В одной секции ДП может
быть включено до 5 НУП (рис. 140). Все цепи питания отдельных НУП
199
соединяются последовательно (см. рис. 135, б). Напряжение на каждом
НУП 44 В, общий для всех НУП ток 0,15 А, максимальная длина уси-
лительного участка 14 км, а предельная длина секции 84 км.
Одна цепь ДП предназначается сразу для двух установок (систем)
«Кама». Оба усилителя ВЧ первой системы (прямого и обратного на-
правлений) обозначены кружками с цифрой /, а усилители второй си-
стемы — кружками с цифрой II. ДП осуществляется по системе «про-
вод-провод», причем цепь ДП подключается к двум кабельным парам
через средние точки линейных трансформаторов. Таким образом, ДП
для сокращения сопротивления его цепи передается в каждую сторону
по двум кабельным жилам, соединенным параллельно, что и отмеча-
ется на рис. 140 двумя косыми штрихами. На каждом НУП ток ДП про-
ходит через плату приема ДП /7/7, обозначенную прямоугольником.
Рис. 139. Схемы цепи ДП аппаратуры КВ-12
200
НУП1
НУП2
НУПЗ
НУПЧ
НУП5
Внутри этой платы происходит стабилизация напряжения при помощи
кремниевых стабилитронов.
Цепь ДП получает питание с обоих концов, т. е. с обеих АТС, на
которых оканчивается кабель. Здесь устанавливается устройство пе-
редачи дистанционного питания УПДП, содержащее полупроводни-
ковые преобразователи, которые преобразуют постоянный ток бата-
реи АТС 60 В в постоянный ток ДП при напряжении 320 В. Каждый
преобразователь питает одну цепь, потребляя от батареи АТС ток 1,5 А.
Левый преобразователь питает усилители ВЧ системы I на НУП1
и НУП2 и системы //на НУП1—НУПЗ. Правый преобразователь
питает усилители ВЧ системы / на НУПЗ—НУП5 и системы II на
НУП4 и НУП5.
Аппаратура В-12-3 для воздушных линий. Дистанционное питание
ВЧ системы передачи В-12 3 используется преимущественно для вспо-
могательных усилительных станций (ВУС), включаемых для компенса-
ции повышенного затухания цепей связи при плохих метеорологичес-
ких условиях. ДП ВУС осуществляется с соседних оконечных или уси-
лительных станций по системе «провод—земля» (рис. 141).
При наличии между питающими пунктами лишь одного ВУС
(рис. 141, а) питание промежуточных усилителей обоих направлений
УС нормально осуществляется от левого питающего пункта 0УП1.
Реле Р возбуждается и переключает контакт р в левое положение, от-
чего в УС поступает ток ДП. При перерыве подачи тока ДП от 0УП1
реле Р отпускает якорь и контакт р перебрасывается в правое положе-
ние. Теперь УС получает питание от местного стабилизиро-
ванного выпрямителя В, работающего от сети переменного тока
220 В.
В этой схеме можно сделать сквозное резервирование от противо-
положного питающего пункта 0УП2, для чего следует перевести руч-
ной переключатель П из правого положения в левое.
Если между питающими пунктами имеются две ВУС (рис. 141, б)
первая станция питается от ОУПЦ а вторая — от ОУП2.
Резервирование в этом случае может быть предусмотрено лишь от
местных стабилизированных выпрямителей В.
201
Рис. 141. Схемы цепей ДП аппаратуры В-12-3
На питающих пунктах ток ДП, равный 0,36 А при напряжении до
250 В, получают от полупроводниковых преобразователей, которые
работают от станционной батареи 24 В, питающей оконечные станции
и ОУП В-12-3. Они потребляют от батареи ток 4,2 А.
§ 72. Защита цепей ДП по системе «провод—земля»
от гальванического влияния
Цепи ДП по системе «провод-земля» на воздушных и кабельных
линиях связи подвержены гальваническому влиянию со стороны ЛЭП
и тяговых сетей электрических железных дорог, работающих на
постоянном токе. Это влияние выражается в том, что между заземле-
ниями ОУП и НУП возникают значительные разности потенциалов,
обусловливающие появление в цепях ДП постоянных токов, постепенно
или скачкообразно изменяющих значение и полярность и тем самым
влияющих на ток ДП.
Для защиты от этого влияния в цепь ДП включается специальный
полупроводниковый компенсатор посторонних э. д. с. типа ПК-70/0,3-2,
который поддерживает неизменное значение тока ДП при значительных
изменениях разности потенциалов между заземлениями цепи ДП.
Компенсатор размещается на специальной плате и выполняется в виде
отдельных блоков, которые могут включаться в цепь ДП последователь-
но в количестве от одного до четырех. Каждый блок может компенси-
ровать изменение посторонней э. д. с. в пределах ±18 В. Четыре
блока могут компенсировать э. д. с. ±72 В. Поскольку в описывае-
мом компенсаторе происходит добавочное падение напряжения, то
источник ДП должен его пополнить, для чего напряжение этого ис-
точника соответственно повышается.
202
ОУП Линии НУП
Рис. 142. Схема включения компенсатора ПК-70/0,3-2 в цепь ДП
Максимальный ток, который может пропустить компенсатор, со-
ставляет 0,3 А. Ток ДП проходит через резистор R1 (рис. 142) и тран-
зистор Т1 и поступает в линию. Между заземлениями А и Б возникает
вредная разность потенциалов ± обусловленная гальваническим
влиянием земляных токов. Если эта разность увеличится и направление
ее будет совпадать с направлением э. д. с. источника ДП, то ток в цепи
ДП также возрастет. При этом увеличится падение напряжения на
резисторе 7?/, что приведет к возрастанию отрицательного смещения
на транзисторе ТЗ и тока через него.
Транзистор ТЗ является усилителем для составного транзистора
Т1—Т2, вследствие чего смещение на составном транзисторе умень-
шится. От этого сопротивление составного транзистора возрастет, и
увеличение тока ДП будет ограниченно. Если разность Д£ уменьшит-
ся, то работа схемы будет проходить в обратном порядке. Таким об-
разом, описываемый компенсатор работает как стабилизатор тока ДП,
в котором транзисторы Т1 и Т2 выполняют роль автоматически регу-
лируемых переменных резисторов.
Заземляющие устройства в цепях ДП постоянным током по системе
«провод—земля» подвергаются постепенной коррозии, так как они
представляют собой электроды в своеобразной протяженной электро-
литической ванне, образованной влажной почвой. Хотя плотность то-
ка ДП на заземлителях ОУП и НУП очень мала и процесс коррозии
протекает медленно, все же заземления необходимо периодически про-
верять и в случае увеличения их сопротивлений подновлять, добавляя
к ним новые заземляющие элементы.
§ 73. Расчет цепей дистанционного питания
Рассмотрим способы расчета цепей ДП на постоянном токе, так как
лишь такая система ДП применяется на линиях связи железных дорог.
При расчете можно вычислить напряжение источника тока ДП в
203
вольтах, необходимое для обеспечения питания всех НУП при заданной
схеме, или определить число НУП, которые можно включить в цепь
ДП при заданном напряжении источника тока.
Схема, при которой в цепь ДП включается только один НУП
(см. рис. 135, в). Структура цепи ДП на усилительных участках и
сопротивление станционных устройств на различных НУП неодина-
ковы. Отличаются по своей структуре и цепи ДП разных НУП. Прак-
тически же напряжение Uo определяется для той цепи ДП, которая
имеет наибольшее сопротивление, и принимается затем для всех
остальных. В те цепи, где это напряжение слишком велико, включа-
ются необходимые добавочные резисторы.
Расчет требуемого напряжения UOi которое нужно подавать с ОУП
в цепь ДП для обеспечения питания /г-го НУП, производится по
формуле
#0 4~ Г Л И ~Ь + . . . + j 4" (₽Н1 “1 • ^Н2 4~ • • • “t” ₽нп) 4“
\ Pl р2 Рп / J
+ ^п + А^з* (1)
где гл — километрическое сопротивление одного физического провода (жи-
лы), входящего в цепь ДП, Ом;
р и т — соответственно число параллельно и последовательно соединенных
проводов линии связи в цепи ДП на усилительном участке;
I — средняя длина усилительного участка, км;
п — число НУП, дистанционно питаемых по одной цепи;
7?н — сопротивление станционных устройств одного НУП в цепи ДП, Ом;
7?о — сопротивление станционных устройств ОУП в цепи ДП, Ом;
/о — ток ДП, А;
Un — напряжение на выходе n-го НУП, В;
_Д£/3 — суммарное падение напряжения в заземлениях ОУП и НУП. При
передаче ДП по способу «провод—провод» At/a 0.
Индексы при т, р и 7?п соответствуют номеру НУП, для которого
берутся эти величины. Падение напряжения на заземлителе от общего
тока ДП принимается: на ОУП — не более 12 В; на НУП — не более
12 В при грунтах с удельным сопротивлением до 100 Ом • м и не более
36 В при грунтах с удельным сопротивлением более 100 Ом • м.
Схема последовательного включения нагрузок НУП в цепь ДП
(см. рис. 135, б). Структура цепи ДП на участках линии и сопротивле-
ние станционных устройств на различных НУП одинаковы. Кроме того,
при наличии на кабельной линии нескольких цепей ДП эти цепи оди-
наковы по своей структуре. Сопротивления линейных цепей в совре-
менной полупроводниковой аппаратуре уплотнения разнятся незна-
чительно потому, что контейнеры с НУП зарывают в землю на одина-
ковых расстояниях друг от друга. При ламповой аппаратуре уплот-
нения, устанавливаемой в специально построенных зданиях на желез-
нодорожных станциях, в расчет можно принять среднее значение. По-
этому расчет напряжения источника ДП делается одинаковым для
всех цепей.
Напряжение источника тока ДП
г / т \1
Uо ~ 1о I п I гл / -J- j н 4” з» (^)
L \ Р !\
где Un — напряжение на полезной нагрузке НУП, В.
204
При последовательной схеме включения нагрузок НУП ток на всех
участках цепи ДП одинаков. Равны между собой и напряжения на
каждом НУП.
Этот прогрессивный и эффективный способ дистанционного питания
устройств многоканальной связи применяется все более широко для
всех вновь разрабатываемых ВЧ систем передачи независимо от их
мощности и дальности действия.
§ 74. Электропитание промежуточных
пунктов цепей избирательной связи
Промежуточные пункты (аппараты) цепей избирательной (напри-
мер, поездной диспетчерской) связи устанавливаются на всех железно-
дорожных станциях и приспосабливаются для питания от местных
батарей, состоящих из 3—4 сухих гальванических элементов емко-
стью 100—150 А • ч. Поскольку таких аппаратов на транспорте очень
много, а элементы приходится заменять новыми часто, то общее по-
требление элементов и связанные с ним эксплуатационные расходы
значительны.
Для сокращения этих расходов конструкторское бюро Главного
управления сигнализации и связи МПС разработало универсальное
электропитающее устройство промпунктов избирательной связи УП-6
(рис. 143), которое устанавливается на станциях, где имеется сеть пе-
ременного тока с напряжением 120 или 220 В, и дополняется резервной
батареей из 3—4 сухих элементов. Оно содержит выпрямитель В
со сглаживающим фильтром Ф, развивающий на выходе постоянное
напряжение 6 В при максимальном токе нагрузки до 200 мА. При
нормальной работе устройства реле Р находится под током и контак-
тами pl, р2 подключает цепь питания промпункта к выпрямителю В.
С прекращением подачи тока из сети реле Р отпускает якорь и цепь
питания промпункта переключается на батарею Б. После возобновле-
ния подачи тока из сети реле Р вновь притягивает якорь и переклю-
чает питание на выпрямитель.
Транзисторный генератор Г создает переменный ток с частотой
800 Гц и служит для посылки сигнала контроля вызова. Цепь его пи-
тания замыкается внутри пром-
пункта ПТВ. При питании старых
промпунктов селекторной связи,
требующих для себя лишь 4,5 В,
шунт сопротивления снимается.
Несмотря на применение резерв
ных батарей, новые питающие уст-
ройства обеспечивают значитель-
ную экономию сухих элементов,
так как резервные батареи исполь-
зуются редко и ненадолго.
Рис. 143. Функциональная схема
электропитающего устройства УП-6
205
Глава XVI
ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ПОМЕЩЕНИЯ И РЕЗЕРВИРОВАНИЕ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УЗЛОВ СВЯЗИ
§ 75. Оборудование выпрямительных помещений
Все технические устройства, составляющие электропитающую уста-
новку узла связи, обычно размещают в двух помещениях. В аккумуля-
торном помещении устанавливают стеллажи с аккумуляторными бата-
реями, а в выпрямительном помещении — выпрямительные устройства
и щиты управления и коммутации (щиты переменного тока ЩПТ,
батарейные щитки БЩ, контакторные сборки щелочных противоэле-
ментов КСЩП, щитки заземлений ит. п.). Часто к этим двум помеще-
ниям добавляют помещение для резервной электростанции.
Оборудование внутри выпрямительного помещения располагают так,
чтобы обеспечить удобства его обслуживания и безопасность работы
обслуживающего персонала. При размещении зарядно-буферных
выпрямительных устройств необходимо стремиться к сокращению
длин проводов, соединяющих наиболее мощные агрегаты с аккумуля-
торными батареями и питаемыми устройствами, так как это позволит
уменьшить сопротивление проводов и колебания напряжения на пи-
таемых устройствах связи при изменениях нагрузки. По этой же при-
чине выпрямительные помещения следует располагать рядом с акку-
муляторными или возможно ближе к ним.
Кроме того, выпрямительное помещение должно быть расположено
возможно ближе к тем устройствам связи, которые потребляют от
него наибольшие мощности (обычно крупные АТС и ЛАЗы). Выпрями-
тельные помещения должны быть сухими, светлыми и защищенными от
взрывоопасных и вредных газов. Высота их должна быть не менее
3 м. Проводку в выпрямительном помещении выполняют при помощи
металлических воздушных желобов (кабельростов).
В небольших узлах связи в тех случаях, когда в состав электропи-
тающей установки входят лишь выпрямительные устройства небольшой
мощности, отдельные выпрямительные помещения можно вообще не
устраивать, а размещать выпрямительные устройства в аппаратных
залах (например, в ЛАЗе).
Во многих электропитающих установках некоторые точки соеди-
няют с землей, т. е. заземляют. Кроме электрической схемы, в ЭПУ
всегда заземляют стативы, щиты, шкафы выпрямительных устройств и
все металлические части, к которым обслуживающий персонал может
прикасаться во время работы. Для этого делается заземляющее уст-
ройство, состоящее из заземлителя и заземляющих проводников.
206
Заземлителем называется один или несколько металлических про-
водников любой формы (трубы, стержни, пластины и т. п.), зарывае-
мые в землю и осуществляющие непосредственный контакт с ней.
Заземляющие проводники соединяют заземлитель со всем заземляе-
мым оборудованием в помещениях узла связи.
Заземляющее устройство, как и всякий другой элемент электри-
ческой цепи, обладает электрическим сопротивлением, величина кото-
рого нормируется ГОСТ 464—79. В соответствии с этим стандартом в
узлах связи применяются четыре вида заземлений: рабочее — для
использования земли в качестве одного из проводов электрической це-
пи; защитное—для соединения с землей молниеотводов, оболочек
кабелей, цистерн НУП, а также металлических частей электротех-
нического оборудования, которые не находятся под напряжением, но
могут оказаться под ним при повреждении изоляции проводов, и слу-
жащее для защиты обслуживающего персонала от опасных напряже-
ний; линейно-защитное — для соединения с землей металлических
оболочек кабелей на их трассах и молниеотводов на воздушных линиях
связи; измерительное — для контрольных измерений сопротивлений
рабочего и защитного заземлений.
Рабочее и защитное заземляющие устройства в узлах связи могут
быть объединены в общее рабоче-защитное устройство. Поэтому в уз-
лах связи обычно делается объединенное рабоче-защитное и два изме-
рительных заземляющих устройства (для возможности электрических
измерений каждого из них). Заземляющие проводники от них выводят-
ся в выпрямительное помещение, где для них устраивается специаль-
ный контрольный щиток с тремя клеммами и пакетными выключате-
лями.
От этого щитка заземляющие проводники расходятся по всем тех-
ническим помещениям узлов связи.
§ 76. Принципы резервирования электроснабжения
узлов связи переменным током
Быстрое развитие и непрерывное увеличение интенсивности работы
современных устройств связи предъявляют все более жесткие требова-
ния к стабильности напряжения и непрерывности подачи электроэнер-
гии к электропитающим установкам узлов связи. Это ставит ряд слож-
ных технических проблем, разрешение которых может быть основано
лишь на использовании новых организационно-технических принци-
пов, обеспечивающих в большей или меньшей мере требуемые надеж-
ность и бесперебойность электроснабжения. Наиболее надежным сред-
ством обеспечения этих факторов является установка в узлах связи
небольших резервных электростанций, которые могут запускаться на
время перерыва подачи электроэнергии от действующих сетей элек-
троснабжения и питать узлы связи переменным током. Такие резерв-
ные электростанции оказываются выгодными и потому, что они позво-
ляют резко сократить потребные емкости аккумуляторных батарей и
207
мощности зарядно-буферных агрегатов. Необходимость в резервных
электростанциях возрастает также вследствие быстрого увеличения в
узлах связи аппаратуры, получающей питание непосредственно от
сети переменного тока.
Резервная электростанция в основном состоит из двигателя внутрен-
него сгорания и электрического генератора переменного тока, разме-
щенных на общей фундаментной плите. Валы обеих машин соединяются
друг с другом эластичной муфтой. В качестве двигателей обычно исполь-
зуются дизели, для запуска которых при помощи электрических стар-
теров требуется время порядка нескольких минут. В этой продолжи-
тельности периода запуска кроется главная проблема резервирования
электроснабжения, потому что в зависимости от состава оборудова-
ния узла связи такая длительность запуска может быть приемлемой
или недопустимо большой. Многие устройства связи (в частности,
аппаратура передачи данных) для достижения высокой достоверности
передачи требуют полной надежности электроснабжения. Поэтому в
настоящее время разработаны и постепенно внедряются новые способы
повышения бесперебойности подачи переменного тока к электропитаю-
щим установкам.
Одним из этих способов является частичная или полная автоматиза-
ция резервных электростанций, которая позволяет сократить время за-
пуска дизель-электрического агрегата до 20—30 с и в то же время со-
кращает потребность в квалифицированном обслуживающем персонале.
Для дальнейшего сокращения продолжительности возможного пе-
рерыва питания в период запуска дизель-электрического агрегата раз-
работаны различные виды устройств автоматического включения ре-
зерва (АВР), действие которых основывается на автоматическом пере-
ключении электропитающей установки с основного фидера переменного
тока на резервный. При наличии устройств АВР перерывы в подаче
электроэнергии могут быть сокращены до 0,6—0,7 с. Для такого спо-
соба резервирования нужно иметь в распоряжении два независимых
фидера электроснабжения от местной энергосистемы.
Чтобы полностью исключить какие бы то ни было перерывы подачи
переменного тока, созданы так называемые устройства гарантирован-
ного питания (УГП). Эти устройства включаются в работу практически
мгновенно и действуют до того момента, пока резервная электростан-
ция примет на себя все питание узла связи переменным током. Дей-
ствие УГП основывается на использовании запаса энергии в аккуму-
ляторных батареях или вращающихся маховиках.
Для транспортных узлов связи применяют резервные электростан-
ции мощностью от 6 до 60 кВ • А. Обычно они размещаются в отдель-
ном помещении в подвале здания, где располагается узел связи, или
в отдельном небольшом одноэтажном здании вблизи этого узла. Агре-
гат резервной электростанции устанавливается на прочном бетонном
фундаменте, изолированном от стен здания. Выхлопная труба должна
быть выведена наружу.
Рекомендуется применять дизель-генераторные агрегаты типов
ДГА-12М, ДГА-24М, ДГА-48М и ДГА-72М соответственно на 12,
24, 48 и 72 кВ • А. Кроме этих агрегатов, в помещении резервной
208
электростанции размещает-
ся различная аппаратура
для обслуживания станции
и автоматизации ее рабо-
ты, а .также распредели-
тельный щит с приборами
для управления электри-
ческими цепями.
Примерное расположе-
ние оборудования в поме-
щении резервной электро-
станции типа ДГА-12М для
узла связи средней величи-
ны показано на рис. 144,
где 1 — умывальник; 2 —
стеллаж со стартерной ак-
кумуляторной батареей;
3 — зарядный выпрями-
тель; 4—кабельные трубы;
5— панель с температур-
ными датчиками; 6 — вьь
вод электрокабеля; 7—
глушитель; 8 — маслоот-
4800
Рис. 144. Размещение оборудования резерв -
ной электростанции ДГА-12М
стойник; 9 — щит управления; 10 — генератор; 11—дизель; 12 —
бак для топлива; 13— ручной насос; 14 — приямок; 15—бак для
воды; 16 — насос с электродвигателем для топлива; 17 — бак для
масла; 18 — ввод топливных труб.
Автоматизированный агрегат резервной электростанции может за-
пускаться стартером при помощи системы телеуправления в моменты
прекращения подачи электроэнергии из основной сети. Для сокраще-
ния продолжительности пуска предусматривается предварительный
подогрев электроподогревателем воды и масла в двигателе. Если пуск
с первого раза не состоялся, то он повторяется до четырех раз с опре-
деленными интервалами. Нагрузка к агрегату подключается лишь пос-
ле того, как напряжение и частота вращения двигателя достигнут
установленных значений.
Во время работы агрегата напряжение его стабилизируется с точ-
ностью ±2 % при изменении нагрузки на агрегат в пределах от 20 до
100 %. Агрегат останавливается при восстановлении нормального
энергоснабжения или при нарушении его нормальной работы из-за
повреждения или перегрузки.
§ 77. Устройства автоматического включения резерва
и гарантированного питания
Устройство автоматического включения резерва АВР представляет
собой несложную коммутационную схему, состоящую из контакторов
К (рис. 145), автоматически переключающих всю электропитающую
установку узла связи ЭПУ с основного фидера переменного тока
209
Фид.1 на резервный фидер Фид/2 при пропадании или недопустимом
снижении напряжения в основном фидере. Контакторы быстро сраба-
тывают под воздействием управляющей группы реле Р. При восстанов-
лении напряжения в первом фидере ЭПУ снова переключается на него.
Описанное резервирующее устройство отличается большой просто-
той и надежностью действия, однако применение его на практике воз-
можно лишь в тех случаях, когда к ЭПУ подводятся два независимых
фидера электроснабжения. Учитывая, что электроснабжение в нашей
стране повсюду осуществляется от единых энергосистем, в которых все
электростанции работают параллельно на общие кольцевые сети, тер-
мин «независимые фидеры» следует понимать в том смысле, что они
подходят к ЭПУ узла связи от разных трансформаторных подстанций.
Резервирование электроснабжения при помощи устройств АВР
сопровождается кратковременным перерывом подачи электроэнергии
(примерно 0,6 с) во время переключения мощных контакторов, но
зато запуск резервной электростанции не требуется.
Схема резервирования электропитания всего узла связи в целом по
рис. 145 может быть рационально совмещена с использованием в элек-
тропитающей установке узла выпрямительных устройств типа ВУЛС
(§ 57), обеспечивающих питание присоединенных к ним устройств
связи без всяких перерывов.
Устройства гарантированного питания УГП обеспечивают полную
бесперебойность электроснабжения устройств связи. Однако они
рассчитываются лишь на непродолжительное время работы до запуска
резервной электростанции. Применяются УГП на основе электрических
машин с аккумуляторными батареями или инерционным маховиком.
Простейшее УГП с аккумуляторной батареей (рис. 146, а) представляет
собой агрегат из трех электрических машин, валы которых соединены
муфтами. При нормальной работе асинхронный двигатель АД, полу-
<Рид.1
РиМ
Рис. 145. Принцип дей-
ствия устройства АВР
чая через контактор к! переменный ток из сети, вращает две другие ма-
шины. Синхронный генератор СГ вырабатывает трехфазный ток, ко-
торый поступает в электропитающую установку ЭПУ. При пропадании
напряжения в сети размыкается контактор к1 и замыкается контактор
кЗ. Ток аккумуляторной батареи А Б поступает в двигатель постоянного
тока ДПТ, который продолжает вращать СГ.
Таким образом, электроснабжение ЭПУ не
прекращается. Однако сравнительно неболь-
шой запас энергии в аккумуляторной батарее
не может обеспечить надолго электроснабже-
ние всего узла связи. Поэтому сейчас же пос-
ле начала использования аккумуляторной
батареи необходимо пустить в ход резервную
электростанцию РЭС и перевести на нее элек-
троснабжение узла связи через контактор к2.
Простейшее УГП с инерционным махо-
виком (рис. 146, б) имеет в своем составе
синхронный двигатель-генератор СДГ, на
валу которого укреплен маховик М с боль-
шим моментом инерции. При нормальной
210
кАБ
Рис. 146. Кинематическая схема устройства гарантированного питания
работе переменный ток из сети поступает через контактор к1 в
ЭПУ и одновременно в синхронный двигатель-генератор СДГ, кото-
рый работает в режиме синхронного двигателя и вращает маховик М.
При пропадании напряжения в сети маховик продолжает вращать ма-
шину, которая в этом случае начинает работать синхронным генера-
тором и продолжает питание ЭПУ переменным током вплоть до запуска
резервной электростанции РЭС.
Необходимо заметить, что на рис. 146, aw б показаны только прин-
ципы действия УГП и исключены все необходимые автоматические уст-
ройства, управляющие коммутацией и устанавливающие режимы ра-
боты всех устройств. В будущем намечается также широко использо-
вать в качестве устройств гарантированного питания узлов связи мощ-
ные инверторные установки, получающие энергию от аккумуляторных
батарей. Такие стационарные установки будут иметь преимущества
по сравнению с машинными агрегатами в отношении габаритов и на-
дежности их действия.
§ 78. Общие понятия о надежности
Надежность действия устройств электропитания имеет первосте-
пенное значение, поскольку от нее в первую очередь зависит беспере-
бойность работы питаемых устройств транспортной связи. Поэтому
она является одним из важнейших эксплуатационных показателей
работы современных узлов связи.
Под надежностью понимается способность технических устройств
выполнять свои функции и сохранять заданные характеристики в
определенных условиях их эксплуатации. Утрата этой способности на-
зывается отказом устройства.
Различают внезапные (или полные) и постепенные (или допусковыё)
отказы. При внезапном отказе устройство электропитания утрачивает
свою способность выполнять заданные функции. При постепенном
отказе происходит сравнительно медленное изменение характеристик
устройства, в результате чего один или несколько показателей выхо-
дят за допустимые пределы, хотя устройство и продолжает функцио-
нировать. Таким образом, одно из основных свойств надежности — это
безотказность в работе, т. е. сохранение работоспособности в течение
некоторого времени без вынужденных перерывов. Это время называ-
ется наработкой на отказ.
211
Отказ — это событие случайное, появление которого нельзя пред-
сказать в какое-либо время. Можно лишь говорить о вероятности по-
явления отказа. Поэтому количественные характеристики носят веро-
ятностный характер.
Всякое устройство электропитания состоит из многих связанных в
единое целое компонентов (функциональных узлов, блоков, отдельных
конструктивных элементов), каждый из которых имеет свои характе-
ристики надежности. В большинстве случаев полные отказы отдельных
узлов, блоков и элементов приводят к отказу устройства электропита-
ния в целом. Поэтому сложные многокомпонентные устройства электро-
питания могут иметь низкую надежность, несмотря на высокую надеж-
ность отдельных компонентов. Вследствие этого для обеспечения
достаточной надежности всякого устройства электропитания в целом
необходимо использовать при его изготовлении высоконадежные ком-
поненты, т. е. полупроводниковые элементы, трансформаторы и функ-
циональные узлы в виде сборок и микросхем.
Надежность отдельных компонентов, а следовательно, и созданных
из них устройств значительно зависит от электрических режимов и
условий эксплуатации. Интенсивность отказов растет с увеличением
электрической и тепловой нагрузки, повышением или понижением ок-
ружающей температуры по сравнению с нормальной, повышением
влажности, механических нагрузок и т. п. Поэтому одним из средств
повышения надежности является выбор таких режимов работы эле-
ментов, при которыд интенсивности отказов снижаются. В частности,
целесообразно устанавливать рабочие токи и напряжения ниже но-
минальных значений.
Одним из наиболее эффективных средств повышения надежности
электропитающих установок является резервирование их составных
частей (главным образом выпрямителей и групп аккумуляторных бата-
рей). Однако эффективность резервирования как средства повышения
надежности будет реальной лишь в том случае, если резервирующие
устройства регулярно проверяются в условиях эксплуатации.
Наряду с безотказностью надежность характеризуется также такими
свойствами, как сохраняемость, ремонтопригодность и долговечность.
Сохраняемостью называется свойство изделия сохранять работо-
способность в течение и после срока хранения и транспортировки.
Ремонтопригодностью называется приспособленность изделия к
предупреждению, обнаружению и устранению отказов. Иначе говоря,
ремонтопригодность характеризует устройство с точки зрения удобства
и легкости выполнения его ремонта, а также быстроты ликвидации
возникающих в нем повреждений.
Долговечность характеризует сохранение работоспособности до
наступления предельного состояния с необходимыми перерывами для
обслуживания и ремонта. Рассматривая приведенные выше характе-
ристики надежности, можно заметить, что все они определяются
условиями конструирования и производства аппаратуры на заводах.
Тем не менее, в процессе эксплуатации аппаратуры можно улучшить
эти характеристики за счет квалифицированного обслуживания и
использования рациональных режимов работы.
212
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение............................................................ 3
Глава I
Электрические генераторы постоянного тока
§ 1. Принцип работы генератора....................... 5
§ 2. Основные части машины постоянного тока... 8
§ 3. Реакция якоря................... 10
§ 4. Коммутация тока................................12
§ 5. Классификация генераторов постоянного тока по способу возбужде-
ния ...............................................................13
Г л а в а 11
Электродвигатели постоянного тока
§ 6. Общие теоретические сведения.................................18
§ 7. Классификация электродвигателей постоянного тока по способу
возбуждения........................................................20
§ 8. Потери и к. п. д. машин постоянного тока.....................24
Глава III
Общие сведения от трансформаторах
§ 9. Принцип действия и устройство однофазного трансформатора . . 25
§ 10. Трехфазный трансформатор.....................................28
§ 11. Режимы работы и к. п. д. трансформатора......................31
§ 12. Автотрансформаторы........ ................................34
§ 13. Дроссели насыщения...........................................35
Г л а в а IV
Асинхронные электродвигатели и синхронные генераторы
§ 14. Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым
ротором.......................................................37
§ 15. Однофазный асинхронный электродвигатель.....................41
§ 16. Синхронные генераторы.......................................42
Глава V
Гальванические элементы
§ 17. Теоретические основы.........................................45
§ 18. Марганцово-цинковые и воздушно-марганцово-цинковые элементы 47
§ 19. Топливные элементы...........................................48
213
Глава VI
Аккумуляторы
§ 20. Принцип действия свинцового аккумулятора..................50
§21. Э. д. с., напряжение и емкость свинцового аккумулятора .... 52
§ 22. Отдача и саморазряд свинцового аккумулятора...............56
§ 23. Электролит свинцовых аккумуляторов........................57
§ 24. Стационарные свинцовые аккумуляторы.......................60
§ 25. Переносные свинцовые аккумуляторы и батареи...............64
§ 26. Установка и монтаж стационарных свинцовых аккумуляторных
батарей.........................................................66
§ 27. Режимы работы аккумуляторных батарей......................69
§ 28. Основные правила эксплуатации свинцовых аккумуляторов ... 71
§ 29. Возможные неисправности свинцовых аккумуляторов и способы их
устранения......................................................75
§ 30. Щелочные аккумуляторы.....................................77
§31. Щелочные противоэлементы..................................81
§ 32. Аккумуляторные помещения..................................83
Глава VII
Схемы выпрямления переменного тока
§ 33. Общие сведения............................................86
§ 34. Однофазные схемы выпрямления..............................88
§ 35. Трехфазные схемы выпрямления..............................93
§ 36. Влияние характера нагрузки на работу выпрямительных схем . . 96
§ 37. Регулирование напряжения выпрямителей.....................99
Глава VIII
Сглаживающие фильтры
§ 38. Пульсация выпрямленного напряжения.......................101
§ 39. Расчет коэффициента фильтрации...........................104
§ 40. Расчет фильтров..........................................106
Глава IX
Регуляторы и стабилизаторы напряжения
§41. Угольные регуляторы напряжения...........................109
§42. Стабилизаторы напряжения.................................111
§43. Транзисторные стабилизаторы напряжения...................116
§ 44. Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения с им-
пульсным регулированием ...................................... 118
Глава X
Полупроводниковые преобразователи напряжения и рода тока
§ 45. Преобразователи постоянного тока.........................122
§ 46. Инверторы................................................126
Глава XI
Общие принципы организации электропитания
устройств проводной связи
§ 47. Источники электрической энергии..........................128
§ 48. Классификация электропитающих установок в зависимости от усло-
вий электроснабжения...........................................129
§ 49. Способы электропитания устройств....................130
§ 50. Организация буферного электропитания ................... 132
214
§51. Способы подключения буферной аккумуляторной батареи к выпря-
мителю .........................................................138
§ 52. Коммутация б электропитающих установках...................139
Глава XII
Электропитание узлов связи
§ 53. Общие положения.......................................... 143
§ 54. Основная схема электропитающей установки для устройств связи 145
§ 55. Выпрямительные устройства серии ВУ........................148
§ 56. Коммутация противоэлементов...............................150
§ 57. Выпрямительные устройства серий ВУК, ВУЛ и ВУТ .... 153
§ 58. Полупроводниковые преобразователи постоянного тока ... . 160
§ 59. Комплекты типа КВСП для безбатарейного питания устройств связи 162
Глава XIII
Электропитание телефонных станций
§ 60. Общие сведения...........................................166
§ 61. Большие телефонные станции................................168
§62. Малые телефонные станции..................................172
§ 63. Источники переменного тока для питания вызывных и сигнальных
цепей телефонных станций..................................180
§ 64. Питание аппаратуры ВЧ систем передачи для соединительных ка-
налов ....................................................182
Глава XIV
Электропитание телеграфных станций
§65. Общие сведения............................................184
§ 66. Электропитающие установки для телеграфных станций.........186
§ 67. Аппаратура тонального телеграфа и телеграфные коммутационные
станции..........................................................188 ч
Глава XV
Электропитание устройств дальней связи
§ 68. Линейно-аппаратные залы...................................189
§ 69. Способы дистанционного питания аппаратуры дальней связи . . 190
§ 70. Дистанционное питание аппаратуры дальней связи на полупроводни-
ковых приборах..................................................196
§71. Дистанционное питание многоканальной аппаратуры связи . . . 199
§ 72. Защита цепей ДП по системе «провод—земля» от гальванического
влияния.........................................................202
§ 73. Расчет цепей дистанционного питания ..................... 203
§ 74. Электропитание промежуточных пунктов цепей избирательной связи 205
Глава XVI
Выпрямительные помещения и резервирование
электроснабжения узлов связи
§ 75. Оборудование выпрямительных помещений.....................206
§ 76. Принципы резервирования электроснабжения узлов связи пере-
менным током....................................................207
§ 77. Устройства автоматического включения резерва и гарантированного
питания.........................................................209
§78. Общие понятия о надежности...............................211
215
Алексей Бернардович Фельдман,
Леонид Александрович Частоедов
ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ СВЯЗИ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Переплет художника Е Н. Волкова
Технический редактор Н. И. Первова
Корректор В. А. Луценко
ИВ № 2932
Сдано в набор 01.04.85. Подписано в печать 26.11.85. Т-14604.
Формат 60X90*/i6- Бумага офсетная № 2. Гарнитура литературная Офсетная печать
Усл. печ. л. 13,5. УсУ кр.-отт. 13.76. Уч.-изд. л. 15,49. Тираж 11000 экз. Заказ 755.
Цена 65 кон. Изд. № 1-1-2/6 № 2474
Ордена «Знак Почета» издательство «ТРАНСПОРТ», 103064. Москва, Басманный туп., 6а
Московская типография № 4 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли,
129041, Москва, Б. Переяславская, 4G