Ограничение зарядного тока конденсаторной батареи

Известные схемы ограничения зарядного тока конденса­торов или слишком сложные [1], или маломощные [2], или уменьшают КПД установки [3], или, имея в своем составе дополнительные элементы коммутации, требуют определен­ного алгоритма включения устройства.

Предлагаемый вариант ограничителя зарядного тока хотя и не отличается дешевизной и требует подбора элементов при наладке, но очень надежен и допускает даже очень кратковременное пропадание напряжения сети (так называемая «просадка») и защищает аппаратуру от серии «просадок», что является притчей во языцех для силовой электроники.

Источник кратковременного сверхтока для проверки за­щитных устройств показан на фото в начале статьи.

Простой ограничитель зарядного тока

Схема, изображенная на рис.1 состоит из маломощного реле К1, контактора К2, резистора R1, ограничивающего за­рядный ток батареи конденсаторов С1…Сn, величина рези­стора R2 определяет величину тока включения реле К1, а, следовательно, и напряжение, до которого успеют зарядится конденсаторы батареи, перед включением контактора К2, для минимизации броска тока. Резистор R3, подключаемый по­сле срабатывания реле и контактора, уменьшает рабочий ток через реле и уменьшает разницу напряжений срабатывания и отпускания реле.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

С целью уменьшения мощности (и размеров) резисторов R2 и R3 желательно подобрать очень чувствительное реле с минимальным ток срабатывания. Среди реле встречаются эк­земпляры с током срабатывания меньше 5 мА, например, ти­па РЭС-54 с напряжением срабатывания 24 В (рис.4,а) или типа MY4 с напряжением срабатывания 230 В (рис.4,6).

Рис. 4

Используя силовой геркон (так называемый герсикон, рис.5,а), намотав на него несколько тысяч витков тонкого провода (рис.5,б, рис.5,в), можно добиться тока срабатыва­ния меньше 3 мА. Следует напомнить, что обычные (мало­габаритные) герконы не рассчитаны на работу с напряжени­ем питающей сети 230 В / 50 Гц, и использовать их в дан­ных условиях не допустимо.

Рис. 5

Резистор R1 можно заменить малогабаритной лампой на­каливания на напряжение 230 В (например, галогенной, рис.2), предусмотрев пожаробезопасное крепление. В таком случае даже длительное короткое замыкание не вызовет необрати­мых процессов в устройстве, а лампа будет сигнализиро­вать о «форс-мажорных» обстоятельствах. UR1 на рис.2 — это варистор, еще значительней уменьшающий разницу на­пряжения срабатывания и отпускания реле К1. Элементы С1, С2 и L1 на рис.2 — входной помехоподавляющий фильтр.

Если в качестве токоограничительного элемента приме­нить две последовательно включенные лампы (рис.3), то на­дежность схемы увеличится, а температура внутри корпуса (при аварии) — уменьшится. К тому же, в таком случае мож­но использовать дешевые малогабаритные китайские «ква- зигалогенки».

Некоторые «креативные» фирмы, выпускающие трехфаз­ные контакторы, «забывают» устанавливать блок-контакты (автор встречал контакторы фирмы Siemens, на которых да­же не предусмотрено место для «пристегивания» блок-контактных мостиков). В таком случае коммутация дополни­тельного резистора R3 производится дополнительной группой самого реле К1 (рис.2), т.е. К1 должно иметь две группы переключательных контактов (или одну Н.О. группу и одну Н.З. группу контактов). Но в этом случае, при наладке схе­мы, необходимо убедиться в адекватном срабатывании ре­ле при достаточно медленном нарастании напряжения, т.к. возможна ситуация, когда реле будет «строчить», а контак­тор не включится. Спровоцировать (на время наладки) мед­ленное нарастание напряжения можно преднамеренным уве­личением сопротивления R1.

Ограничитель зарядного тока для преобразователей частоты

Для устройств, питающихся от однофазной сети, еще од­ной проблемой является низкое напряжение звена постоян­ного тока — не более 320 В, что недостаточно для питания преобразователей частоты (ПЧ), особенно, если нужно полу­чить выходную частоту ПЧ более 50 Гц. Как известно, чтобы не терять вращающий момент на валу двигателя, вместе с увеличением частоты, требуется линейное увеличение на­пряжения питания двигателя. Для синхронной частоты вра­щения асинхронного двигателя 6000 об./мин (100 Гц), требу­ется линейное напряжение 760 В (для двигателя 3×380 В). Получить подобное напряжение позволяет схема удвоителя сетевого напряжения, изображенная на рис.3. Контролиро­вать с помощью реле нужно, именно, удвоенное выпрямлен­ное напряжение сети, т.к. в противном случае есть опасность «не заметить» сбой электроснабжения или нарушение в схе­ме устройства.

При отсутствии варистора в схеме рис.3 резисторы R1 и R2 должны быть увеличены (в зависимости от чувствитель­ности реле К1) до 100…130 кОм, а R1 желательно сделать составным (для распределения высокого напряжения). В схеме достаточно легко можно организовать любые виды за­щит посредством датчиков (SF1, SF2, SK1), отключающих или закорачивающих реле К1 (рис.3). Стабилитрон VD3 ограни­чивает напряжение на катушке реле К1 и на контактах дат­чиков. Датчики могут быть температурными, токовыми, дав­ления, напряжения и прочее. Замыкающий контакт датчика предпочтительней размыкающему (например, датчику температуры SK1 на рис.3) — в этом случае не нагружается стабилитрон VD3 и последнему не требуется радиатор.

Ограничитель зарядного тока для инверторного блока питания

Если разрабатываемое (или модернизируемое) устройст­во не является преобразователем частоты или сварочным инвертором, а, к примеру, это мощный инверторный блок пи­тания, запускаемый без нагрузки, или с минимальной нагруз­кой (для, допустим, металлообрабатывающего комплекса), то К1 можно запитать от вторичного источника блока пита­ния (рис.6). Во время работы, если кратковременно исчез­нет напряжение сети, то контактор К2 отключится самосто­ятельно, а К1 проконтролирует напряжение батареи конден­саторов косвенно и, в случае, значительного падения напря­жения не позволит К2 включиться до окончания повторного подзаряда батареи.

Рис. 6

Ограничитель зарядного тока с твердотельными контакторами

Используя современную материальную базу электроники, очень перспективными в этой теме выглядят т.н. твердотельные реле и контакторы (SSR, SSC, рис.4,в) — один та­кой элемент может заменить несколько других (рис.7). Кро­ме экономии места и упрощения схемы, эти элементы сами могут несколько ограничивать зарядный ток, т.к. имеют встро­енную функцию коммутации при переходе тока через нуль (Zero Switching). Недостаток таких твердотельных контакто­ров — это падение напряжения на них зависящее от тока нагрузки, зато они имею значительно большую надежность чем электромагнитные контакторы.

Рис. 7

Литература:

1. А. Фролов // Радио. — 2001. — №12. — С.38.
2. А. Зызюк // РадиоАматор. — 2007. — №01. — С.ОЗ.
3. Э. Мурадханян // Радио. — 2004. — №10. — С.35.

Автор: Александр Шуфотинский, г. Кривой Рог
Источник: Электрик №12, 2016