Однофазная, однополупериодная схема

Однофазную, однополупериодную схему (рисунок 5, а) обычно применяют для выпрямления токов до нескольких десятков миллиампер и в тех случаях, когда не требуется высокой степени сглаживания выпрямленного напряжения. Эта схема характеризу­ется низким коэффициентом использования трансформатора по мощности и большими пульсациями выпрямленного напряжения.

Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу однополупериодного выпрямителя на активную нагрузку с учетом потерь в трансформаторе и вентиле, представлены на рисунок 5,б.

Под действием ЭДС вторичной обмотки e₂ ток в цепи нагрузки i_d может проходить только в течение тех полупериодов, когда анод диода имеет положительный потенциал относительно катода. Диод пропускает ток i_vd в первый полупериод, во второй полупериод, когда потенциал анода становится отрицательным, ток в цепи равен нулю. Выпрямленное напряжение u_d в любой момент времени меньше ЭДС вторичной обмотки e₂, так как часть напряжения теряется на активных сопротивлениях трансформатора и открытого вентиля (учитывается сопротивлением r). Максимальное обратное напряжение на вентиле U_обрmax, как видно из рисунок 5 ,б, достигает амплитудного значения ЭДС вторичной обмотки E_2m.

Рисунок 5-. Однофазная, однополупериодная схема выпрямления (а) и диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б).

Диаграмма первичного тока трансформатора подобна диаграмме вторичного тока, если пренебречь током намагничивания и исключить из него постоянную составляющую I_d, которая в первичную обмотку не трансформируется. В сердечнике трансформатора за счет постоянной составляющей тока вторичной обмотки создается добавочный постоянный магнитный поток, насыщающий сердечник. Это явление называют – вынужденное подмагничивание сердечника трансформатора постоянной составляющей тока, которое является главным недостатком этой схемы. В результате насыщения намагничивающий ток трансформатора возрастает в несколько раз по сравнению с током в нормальном режиме намагничивания сердечника. Возрастание намагничивающего тока обусловливает увеличение сечения провода первичной обмотки, следствием чего являются завышенные размеры трансформатора и габариты выпрямителя в целом.

Двухполупериодная схема со средней точкой (схема Миткевича)

Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средним (нулевым) выводом вторичной обмотки трансформатора (рисунок 6, а) применяют в низковольтных устройствах. Он позволяет уменьшить вдвое число диодов и тем самым понизить потери, но имеет более низкий коэффициент использования трансформатора и, следовательно, большие габариты по сравнению с однофазным мостовым выпрямителем, который рассмотрен ниже. Обратное напряжение на диодах выше в этой схеме, чем в мостовой.

Необходимым элементом данного выпрямителя является трансформатор с двумя вторичными обмотками. Выпрямитель со средней точкой является по существу двухфазным, так как вторичная обмотка трансформатора со средней точкой создает две ЭДС, равные по величине, но противоположные по направлению. Таким образом, схема соединения обмоток такова, что одинаковые по величине напряжения на выводах вторичных обмоток относительно средней точки сдвинуты по фазе на 180º.

Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу двухполупериодного выпрямителя со средним выводом на активную нагрузку с учетом потерь в трансформаторе и вентилях, представлены на рисунок 6,б.

Рисунок6- Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой (а) и диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б).

Вторичные обмотки трансформатора подключены к анодам вентилей VD₁ и VD₂. Напряжения на вторичных обмотках трансформатора w₂₁ и w₂₂ находятся в противофазе. Поэтому диоды схемы VD₁ и VD₂ проводят ток поочередно, каждый в соответствующий полупериод питающего напряжения. В течение первого полупериода положительный потенциал имеет анод диода VD₁ и ток i_vd1 проходит через него, нагрузку и вторичную полуобмотку w₂₁ трансформатора. В течение второго полупериода положительный потенциал имеет анод диода VD₂, ток i_vd2 проходит через него, нагрузку и вторичную полуобмотку w₂₂ трансформатора, причем в цепи нагрузки ток i_d проходит в том же направлении, что и в первый полупериод.

Таким образом, в отличие от простейшего однополупериодного выпрямителя в выпрямителе со средней точкой выпрямленный ток проходит через нагрузку в течение обоих полупериодов переменного тока, но каждая из половин вторичной обмотки трансформатора оказывается нагруженной током только в течение полупериода. В результате встречного направления м.д.с. постоянных составляющих токов вторичных обмоток i₂₁ и i₂₂ в сердечнике трансформатора нет вынужденного подмагничивания.

Мостовая схема (схема Греца)

Однофазная мостовая схема (рисунок 7 , а) характеризуется высоким коэффициентом использования трансформатора по мощности и поэтому может быть рекомендована для использования в устройствах повышенной мощности при выходных напряжениях от десятков до сотен вольт; пульсации такие же, как в предыдущей схеме. По сути, работа мостовой схемы в течение каждого полупериода ничем не отличается от схемы со средней точкой трансформатора, только здесь пропускает ток не один вентиль, а два вентиля, соединенных последовательно, и для каждого полупериода используются не отдельные половины вторичной обмотки, а одна обмотка, что повышает эффективность использования трансформатора. Достоинства – меньшее обратное напряжение на диодах в 2 раза, меньшие габариты, выше коэффициент использования трансформатора, чем в схеме со средней точкой. Недостаток – на диодах падение напряжения в 2 раза больше.

Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу однофазного мостового выпрямителя на активную нагрузку с учетом потерь в трансформаторе и вентилях, представлены на рисунок 7, б. Выходное напряжение u_d при чисто активной нагрузке, как и в схеме с выводом средней точки трансформатора, имеет вид однополярных полуволн напряжения u₂ (рисунок 7, б). Это получается в результате поочередного отпирания диодов VD₁, VD₄ и VD₂, VD₃. Диоды VD₁ и VD₄ открыты при полуволне напряжения u₂ положительной полярности (показана на рисунок 8, а без скобок), обеспечивая связь вторичной обмотки трансформатора с нагрузкой и создавая на ней напряжение u_d той же полярности, что и напряжение u₂. На полуволне напряжения u₂ отрицательной полярности открыты диоды VD₂ и VD₃, подключающие напряжение u₂ к нагрузке с той же полярностью, что и на предыдущем интервале.

Рисунок 7- Однофазная мостовая схема выпрямления (схема Греца) (а) и диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б).

Содержание отчета:

1. Ответы на поставленные вопросы

2. Схемы согласно варианта

3. Вывод.

Практическая работа №3

Тема:Исследование работы устройств электропитания ЭЦ

Цель работы: Ознакомиться с работой системы электропитания крупных станций. Научиться определять количество панелей питания устанавливаемых на станцию.

Ход работы:

1.Ознакомиться с принципом работы различных видов панелей питания.

2.Согласно варианта определить состав питающей установки для крупной станции.

3.Зарисовать структурную схему питающей установки электропитания крупных станций.

4.Перечислить панели питания, устанавливаемые на крупных станциях и описать их назначение.

5. Сделать вывод по выполненной работе.

Исходные данные для выполнения практической работы:

Вариант	Число стрелок ЭЦ	Тип рельсовой цепи
		РЦ25-5С
		РЦ25-10
		РЦ25-11
		РЦ25-12
		РЦ25-12
		РЦ25-11
		РЦ25-10
		РЦ25-5С
		РЦ25-5С
		РЦ25-10
		РЦ25-11
		РЦ25-12
		РЦ25-12
		РЦ25-11
		РЦ25-10
		РЦ25-5С
		РЦ25-5С
		РЦ25-10
		РЦ25-11
		РЦ25-12
		РЦ25-12
		РЦ25-11
		РЦ25-10
		РЦ25-5С
		РЦ25-5С
		РЦ25-10
		РЦ25-11
		РЦ25-12
		РЦ25-12
		РЦ25-11

Рисунок 8- Структурная схема установки электропитания поста ЭЦ крупных станций

Таблица 4- Комплектация устройств электропитающих щитовых установок в зависимости от числа централизованных стрелок на станции.

Тип панели и наименование оборудования	Тип рельсовой цепи	Число основного оборудования электропитания и зависимости от числа стрелок ЭЦ
Панель выпрямителей:
ПВ-60	-
ПВ-24/220ББ	-
ПВ-24	-	-	-	-
ПРББ	-
Щит выключения питания:
ЩЩВП-73	-
Дизель-генератор:
ДГА-2-24М	-					-	-	-	-	-
ДГА-2-48М	-	-	-	-	-
Силовой трансформатор:
ТС-10/5	-		-	-	-	-	-	2(3)	2(3)
ТС-16/5	-	-			-	-	-	-	-	-
ТС- 25/5	-	-	-	-		-		1(2)	-	-
ТС-40/5	-	-	-	-			-	-
Панель статических преобразователей частоты ПЧ 50/25	РЦ25-5С
РЦ25-10
РЦ25-11
РЦ25-12

Содержание отчета:

1. Ответы на поставленные вопросы;

2. Схемы согласно варианта;

3. Вывод.

Практическая работа №4

Тема: Расчет мощности электропитающего оборудования ЭЦ

Цель работы. Произвести расчет мощности оборудования поста электрической централизации станции

Ход работы:

1. Ознакомиться с принципом работы различных систем питания..

2. Определить комплектацию щитовой установки в соответствии с вариантом.

3. Согласно варианта произвести расчет мощности нагрузки.

4. Сделать вывод по выполненной работе.

По укрупненным показателям определите мощность, потребляемую устройствами электрической централизации станции при безбатарейной системе питания. Число стрелок и светофоров на станции для каждого варианта выбираем согласно варианта. На станции и прилегающих перегонах- электротяга постоянного тока; рельсовые цепи – частотой 50Гц, и с реле типа ДСШ-12.

Исходные данные по вариантам .

Исходные данные	Вариант
Число стрелок на станции
Число светофоров
Число входных светофоров
Исходные данные
Число стрелок на станции
Число светофоров
Число входных светофоров
Исходные данные
Число стрелок на станции
Число светофоров
Число входных светофоров

При расчете мощности переменного тока , потребляемой устройствами электрической централизации участковой станции, следует учесть комплектацию щитовой установки в зависимости от количества централизованных стрелок в соответствии с таблицей 5 .

Однако, необходимо обратить внимание, что задание составлено для РЦ частотой 50Гц и реле типа ДСШ-12 при электротяге постоянного тока.

Рельсовые цепи частотой f - 50 Гц питаются от трансформаторов релейной панели или ТС, следовательно, при расчете нагрузки на трансформаторы релейной панели воспользуйтесь следующими формулами:

Ррп =Рсв+Рм.у +Рт+Ррц +Ркц + Рвс ;

Qрп =Qсв +Qт+Qрц +Qкц + Qвс

Мощности, потребляемые рельсовыми цепями 50 Гц, даны с учетом потерь в питающих трансформаторах.

При расчетах принимаем следующие величины мощности, потребляемые одним светофором: Р_св = 21 Вт; Q_св = 6,8 вар.

На станции, имеющей 100 централизованных стрелок, на маршрутных указателях одновременно может гореть до 28 ламп, имеющей от 100 до 150 стрелок — до 35 ламп и имеющей от 150 до 200 стрелок — до 50 ламп. Мощность каждой лампы 25 Вт.

На станции, имеющей свыше 80 централизованных стрелок, приборы табло потребляют следующие мощности:

Р_т= 1200Вт; Q_t =460 вар.

Потери в трансформаторах каждой релейной панели при загрузке свыше 50% составляют: ∆ Р==180 Вт; ∆ Q =250 вар.

Кроме того, для станции, имеющей 100 стрелок, принимаются следующие величины потребляемой мощности:

устройства связи поста — активная мощность 3270 Вт, реактивная — 2735 вар;

устройства освещения, вентиляции и другие вспомогательные приборы — активная мощность 4150 Вт, реактивная — 1940 вар;

лимит для мастерской—активная мощность 5600 Вт, реактивная — 4200 вар.

Необходимо учесть, что при числе централизованных стрелок на станции от 100 до 150 эти нагрузки соответственно увеличиваются на 20%, а при числе стрелок от 150 до 200—на 50%.

Дополнительные нагрузки на вводную панель от трансляционного усилителя в рабочем режиме, от выпрямителя ЗБВ —220/30 при переводе стрелок, от негарантированного освещения составляют при числе стрелок на станции от 100 до 200: активные — 14000 Вт, реактивные—6000вар.

Для питания устройств СЦБ и связи на постах электрической централизации предусматривается дополнительный резерв мощности, равный 10%.

Таблица 5

Панели	Количество панелей при числе стрелок
30-80	81-100	101-140	141-160	161-180	181-200
ПВ-60
ПВ-24/220ББ или ПВ-24/220Б
ПВ-24	-	-
ПРББ или ПРБ
ППЗ-50/25

Таблица 6

Нагрузки	Измеритель	Потребляемая мощность
Вт	Вар	В*А
Выпрямитель батарейной 220В, 3А, стрелочный	Пост ЭЦ
Потери в трансформаторах релейной панели 11Р 4ТР при загрузке: 50% Свыше 50%	Пост ЭЦ Пост ЭЦ

1- На станции свыше 80 стрелок применяются схемы , ограничивающие ток подсветки и нагрузка принимается 1200Вт.

2- Учитывается при определении номинальной мощности ДГА

Таблица 7

Нагрузка	Измеритель	Потребляемая мощность
Вт	вар	ВА
Лампочки табло	стрелка		-	-
Контрольная цепь стрелочных электроприводов	стрелка			6,4
Обогрев контактов автопереключателя	стрелка
Лампы светофоров	Светофор		-	-
Маршрутные указатели на станции:
До 140 стрелок	Пост ЭЦ		-	-
Свыше 140 стрелок	Пост ЭЦ		-	-
Рельсовые цепи:
Тепловозная тяга ( С РЕЛЕ дсш-12)	Рельсовая цепь		22,5
Электротяга постоянного тока ( с реле ДСШ-12)	Рельсовая цепь
Электротяга переменного тока ( 25 Гц с реле ДСШ -13)	Рельсовая цепь		8,2
Релейные шкафы входного светофора	Шкаф
Местное управление на станции свыше 80 стрелок	Пост ЭЦ
Выпрямители контрольной батареи 24 В, 30А на станции:
До 40 стрелок ( один выпрямитель)	Пост ЭЦ
40-100 стрелок (два выпрямителя)	Пост ЭЦ
100-120 стрелок ( два выпрямителя)	Пост ЭЦ
120-140 стрелок ( два выпрямителя )	Пост ЭЦ
140-180 стрелок ( два выпрямителя )	Пост ЭЦ
180-200 ( два выпрямителя )	Пост ЭЦ
Выпрямитель безбатарейный 220В, 30 А стрелочный:
При холостом ходе	Пост ЭЦ
При переводе стрелок на станции:
До 80 стрелок	Пост ЭЦ
Свыше 80 стрелок	Пост ЭЦ

Пример производства расчета

Исходные данные:

Число стрелок на станции
Число светофоров
Число входных светофоров

Расчет:

Рельсовые цепи потребляют мощности

Потери в преобразователях частоты при нагрузке свыше 50%, КПД=0,55 и составляют:

С учетом потерь в преобразователях:

Трансформатор от указанных свойств рассчитывается следующим образом:

Потери в трансформаторе при указанной нагрузке составляют: ;

Потребляемая мощность с учетом потерь в трансформаторе:

Мощности потребляемые светофорами:

На маршрутных указателях одновременно может гореть до 28 ламп мощностью 25Вт каждая. Р_му=28*25=700Вт

Приборы табло потребляют Р_т=1200Вт; Q_т=460вар

Нагрузка на трансформаторы релейной панели составляет:

Р_рп=Р_св+Р_му+Р_т=1911+700+1200=3811Вт

Q_hg=Q_св+Q_т=476+460=936вар

Потери в трансформаторах релейной панели Р=180Вт; Q=250вар

Общая нагрузка приборов релейной панели с учетом потерь в трансформаторах:

Р_о.рп=3811+180=3991Вт; Q_о.ри=936+250=1186вар

Содержание отчета:

1. Ответы на поставленные вопросы

2. Схемы согласно варианта

3. Вывод

Практическая работа №5

Тема: Расчет нагрузки на трансформатор типа ОМ

Цель работы. Ознакомиться с работой и произвести расчет нагрузки на трансформатор типа Ом.

Ход работы:

1. Ознакомиться с принципом работы различных систем питания..

3. Согласно варианта произвести расчет нагрузки.

4. Сделать вывод по выполненной работе.

Вопросы.

Произвести расчет рабочей и контрольной батарей для питания устройств МРЦ крупной станции, согласно варианта.

На станции установлены электроприводы с электродвигателями типа

МСП-0,25 напряжением 160В,

расчетный ток электродвигателя 2,4 А, t пер= 2.1°С, Iп=1,5 А; Iз = 0,03А; Iи = 0,035 А.

Исходные данные по вариантам .

Исходные данные ( вариант)
Число стрелок (n)
Число переводов стрелок за 6 ч.(N)
Число нажатий кнопок за 6ч (m)
Число устанавливаемых маршрутов (P)
Число повторителей контрольных реле, одновременно находящихся под током (К)
Время занятия поездом участков приближения и удаления (t),ч	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Число замыкающих реле На станции (n3)
Число повторителей замыкающих реле (nm)
Время работы приборов при нажатии кнопки (tв),с
Число исключающих реле (n)
Ток потребляемый прочими реле (Iu),А	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015	0,015
Число прочих реле (Un),
Ток, потребляемый повторителем контрольного реле (I) А	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02
Ток потребляемый одной лампой табло (Iр),А	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035	0,035
Число контрольных лампочек красного огня входных светофоров (nk)
Число контрольных ламп пригласительного огня входных светофоров (n пр)
Число ламп аварийного освещения (P=25)Вт, U=12 В) (nл)
Число контрольных ламп участков приближения и удаления( nуп)

По заданным данным произвести расчет:

1. Емкость рабочей батареи при батарейной системе питания;

2.Емкость контрольной батареи;

3. Емкость аккумуляторной батареи входного сигнала;

4. Мощность переменного тока, потребляемой устройствами электрической централизации.

Ход работы :

1.Изучить теоритический материал по теме .

2. Определить параметры расчета в соответствии с заданным вариантом.

3. Произвести расчет.

4. Сделать вывод по проделанной работе.

Методика проведения расчета :

Вопросы:

Произвести расчет рабочей и контрольной батарей для питания устройств МРЦ крупной станции, согласно варианта.

На станции установлены электроприводы с электродвигателями типа МСП-0,25 напряжением 160В,

расчетный ток электродвигателя 2,4 А, t пер= 2.1°С, Iп=1,5 А; Iз = 0,03А; Iи = 0,035 А.

Исходные данные:

Число стрелок
Число переводов стрелок за 6 ч.(N)
Число нажатий кнопок за 6ч (m)
Число устанавливаемых маршрутов (P)
Число повторителей контрольных реле, одновременно находящихся под током(К)
Время занятия поездом участков приближения и удаления (t),ч	0,5
Число замыкающих реле на станции (n3)
Число повторителей замыкающих реле (nm)
Время работы приборов при нажатии кнопки (tв),с
Число исключающих реле (n)
Ток потребляемый прочими реле (Iu),А	0,015
Число прочих реле (Un),
Ток, потребляемый повторителем контрольного реле (I) А	0,02
Ток потребляемый одной лампой табло (Iр),А	0,035
Число контрольных лампочек красного огня входных светофоров (nk)
Число контрольных ламп пригласительного огня входных светофоров (n пр)
Число ламп аварийного освещения (P=25)Вт, U=12 В) (nл)
Число контрольных ламп участков приближения и удаления( nуп)

По заданным данным произвести расчет:

1. Емкость рабочей батареи при батарейной системе питания;

2.Емкость контрольной батареи;

3. Емкость аккумуляторной батареи входного сигнала;

4. Мощность переменного тока, потребляемой устройствами электрической централизации.

1. Емкость рабочей батареи при батарейной системе питания:

А

2. Емкость контрольной батареи:

n_n – количество прочих реле (принимается равным 30-40 на каждые 50 стрелок)

130 стрелок, след n_n = 91

А

А

3. Емкость аккумуляторной батареи входного сигнала:

I_лк – ток, потребляемый лампой красного огня (Р=25Вт, U=12В); след I_лк=Р/U=25/12=2,1А

4. Мощность переменного тока, потребляемой устройствами электрической централизации:

Рельсовые цепи потребляют мощности

Потери в преобразователях частоты при нагрузке свыше 50%, КПД=0,55 и составляют:

С учетом потерь в преобразователях:

Трансформатор от указанных свойств рассчитывается следующим образом:

Потери в трансформаторе при указанной нагрузке составляют: ;

Потребляемая мощность с учетом потерь в трансформаторе:

Содержание отчета:

1. Ответы на поставленные вопросы

2. Схемы согласно варианта

3. Вывод.