Согласование вторичных источников питания с электрическими сетями и нагрузкой

Материалы лекции № 2.5.

Согласование вторичных источников питания с электрическими сетями и нагрузкой.

*****

Работа источника на нагрузку. Согласование вторичных источников питания с электрическими сетями. Согласование вторичных источников питания с нагрузкой. Задачи согласования подсистем систем электропитания.

*****

Как следует из названия, у проблемы согласования ИВЭП – две стороны. Первая – согласование ИВЭП с общей шиной, от которой он питается. Вторая – согласование ИВЭП с нагрузкой, обеспечивать нормальную работу которой он обязан во всем диапазоне ее рабочих режимов и состояний.

2.5.1. Работа источника на нагрузку.

В качестве первой, наиболее простой задачи на расчет цепи практический интерес представляет исследование передачи энергии постоянным током (рисунок 2.5.1.а) от источника с постоянным напряжением U₁ через постоянное сопротивление R₀ обоих проводов линии к переменному сопротивлению R₂ нагрузки. Если пренебречь током утечки между проводами линии через несовершенную изоляцию, то ток цепи

                         (2.5.1.)

По мере уменьшения R₂ ток I будет расти от нуля при холостом ходе (R2 = ∞) до максимального значения I_КЗ = U_1/R₀ при коротком замыкании (R2 = 0). В дальнейшем ток I принят за независимую переменную и отложен по оси абсцисс графика (рисунок 2.5.1.).

Напряжение на сопротивлении R₀ линии (часто называемое падением напряжения в линии) равное (U₀ = R₀·I) растет линейно с током, от нуля (холостой ход) до U₁ (короткое замыкание). Напряжение на приемнике

                     (2.5.2.)

при холостом ходе равно U₁; с уменьшением R₂ напряжение U₂ тоже уменьшается до нуля при коротком замыкании. График изменения U₀ и U₂ представляет собой прямую, причем U₂ отсчитывается от оси абсцисс, a U₀ от горизонтали U₁ = const.

Мощность, отдаваемая источником энергии в цепь,

                                                   (2.5.3.)

растет пропорционально току. Мошность. расходуемая в линии (потери),

                                      (2.5.4.)

возрастает пропорционально квадрату тока и при коротком замыкании становится равной мощности источника.

Мощность, потребляемая приемником (полезная мошность),

                          (2.5.5.)

равна нулю при холостом ходе (I = 0) и при коротком замыкании (U₂ = 0). Из исследования Р₂ на максимум

                                       (2.5.6.)

следует, что Р2 имеет максимум при , т. е. при

Следовательно, при равенстве сопротивлений приемника R₂ и линии R₀ полезная мощность получает максимальное значение:

                  (2.5.7.)

Зависимости P₁(I), Р₀(I), и Р₂(I), также приведены на рисунке 2.5.1.

К. п. д. η электропередачи равен отношению полезной мощности к мощности источника:

                                 (2.5.8.)

Он равен нулю при коротком замыкании и изменяется, как и U₂, по линейному закону, стремясь к единице при холостом ходе. При передаче максимальной мощности к. п. д. равен 0,5; при этом напряжение приемника равно половине напряжения источника.

Из рисунка 2.5.1. видно, что мощность Р₂ < Р_2мах может быть передана при двух режимах, отмеченных одним и двумя штрихами, причем в первом режиме к. п. д. и напряжение на приемнике будут больше, а ток - меньше, чем во втором. Следовательно, из всех физически возможных режимов работы технически целесообразными будут режимы в левой части графика до Р_2мах при η = 0,5.

Режим передачи максимальной мощности применяется в маломощных линиях связи, так как там низкий к. п. д. роли не играет.

Передача больших мощностей осуществляется при высоких значениях к. п. д., причем величина оптимального к. п. д., а следовательно потерь, определяется экономическими расчетами. При этом допустимые потери Р₀ выражаются в долях полезной мощности Р₂:

                                                    (2.5.9.)

где коэффициент потерь kравен 2...10%.

При передаче мощности Р₂ на расстояние l (длина проводов 2l) при напряжении U₂ и, следовательно, токе  , эти потери

                               (2.5.10.)

откуда определяется необходимое сечение проводов

                                               (2.5.11.)

Из этого выражения видно преимущество высокого напряжения: при той же передаваемой мощности сечение провода обратно пропорционально квадрату напряжения. Однако с ростом напряжения увеличивается стоимость изоляции линии. На практике применяют тем большее напряжение, чем больше передаваемая мощность Р₂ и дальность передачи l.