Конструкция и принцип действия первичного ХИТ

Принцип действия первичного химического источника тока рассмот­рим на примере гальванического элемента Якоби—Даниэля (рис. 2.1), состоящего из медного электрода 3, погруженного в раствор медного купороса CuSO₄, и цинкового электрода 1, погруженного в раствор цинкового купороса ZnSO₄. Электролиты, заливаемые в стеклянный сосуд, соприкасаются друг с другом, но не смешиваются, так как разде­лены пористой перегородкой 2.

При погружении цинкового электрода в раствор электролита поло­жительные ионы металла смещаются в приэлектродное пространство. Положительные ионы электролита осаждаются на поверхности электрода. Число положительных ионов, отданных цинковым электро­дом в приэлектродное прост­ранство, будет превышать число положительных ионов, поступивших на его поверх­ность из электролита. На электроде образуются сво­бодные электроны, и он заря­жается отрицательно. В ре­зультате образуется заряжен-ный слой, обладающий определенной разностью потенциалов, называемый электродным потенциалом. Если в раствор электролита погрузить медный электрод то будет происходить аналогичный процесс. Однако медный электрод отдает в приэлектродное пространство меньше положительных ионов, чем их осаждается на поверхности из электролита. Электрод заряжается положительно, и создается электродный потенциал ф₊

При замыкании внешней цепи свободные электроны с отрицатель­ного электрода перемещаются к положительному электроду и, соединяясь с ионами меди, образуют нейтральные молекулы. Происходит процесс восстановления меди. Отрицательные ионы кислотного остатка от положительного электрода через электролит перемещаются к отрицатель­ному электроду, где, соединяясь с ионами цинка, образуют цинковый купорос. На поверхности положительного электрода будут осаждаться новые ионы меди и будет происходить их нейтрализация. В результате электрохимических процессов образуются дополнительные молекулы цинкового купороса и уменьшается число молекул медного купороса. Плотность электролита у отрицательного электрода увеличивается, а у положительного уменьшается.

Щелочные аккумуляторы. Электрические параметры и характеристики

Эектродвижущая сила у заря­женных никель-железных аккумуляторов 1,5 В, у разряженных 1,3 В, а у НК-аккумуляторов соответственно 1,4 и 1,27 В. Напряжение аккумуляторов в конце заряда U ₃ - 1,8 В. При нормаль­ном разряде напряжение снижается до U = 1,0 В, при кратковременном режиме до U = 0,5 В. Среднее напряжение разряда t/ = 1,27 В.

Емкость аккумуляторов определяется размером и числом пластин и мало зависит от тока разряда и температуры электролита. Для щелочных аккумуляторов отдача по емкости Г|_с = 0,65, отдача по энергии r \ _w = 0,5.

Внутреннее сопротивление заряженного аккумулятора, Ом, г_вн = = 0,35/С_н, а разряженного аккумулятора г_вн = (1,5...2)0,35/С_н.

Саморазряд щелочных аккумуляторов за 30 суток хранения при температуре 20°С составляет 30—50 % номинальной емкости.

Щелочные аккумуляторы, за исключением герметичных никель-кадмиевых, поставляются с завода-изготовителя сухими, без электролита, который заливают перед зарядкой. Первичный заряд аккумуляторов осуществляется в течение 12 ч током Э₃ = CJA, а эксплуатационный заряд таким же током—в течение 6 ч. Номинальный разряд аккумулятора длится 8 ч. По основным электрическим характеристикам (Е, U, r_BH, т|) щелочные аккумуляторы уступают кислотно-свинцовым, но допускают большие разрядные токи, менее чувствительны к короткому замыканию, обладают более высокой механической прочностью.

 

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЭПУ

Структурная схема установки электропитания МРЦ вы­полняется на основе произведенных расчетов и комплектации ее питающими панелями выбранного типа.

Структурная схема показывается в однониточном изобра­жении, за исключением цепей включения преобразователей частоты на панели ПП25-ЭЦК. Проводность цепей межпа­нельных соединений и нагрузок обозначается на схеме числом штрихов на них.

При разработке структурной схемы следует учесть, что на участках с электротягой постоянного тока во избежание подмагничивания блуждающими токами преобразователей частоты 50/25 Гц панели ПП25-ЭЦК изолируются от земли (сети переменного тока) трансформатором типа ТСЗ. Транс­форматор ТСЗ (см. рис. 1) подключается к вводной панели взамен нагрузки устройств связи, которые в этом случае включаются на трансформатор ТСЗ через отдельный авто­матический выключатель АВ.

На панелях ПП25-ЭЦК показывается схема включения путевых и местных преобразователей с учетом их фазировки, соответствующей условиям задания.

Известно, что для нормальной работы фазочувствитель-ных рельсовых цепей необходимо, чтобы путевые и местные преобразователи частоты были жестко сфазированы между собой.

Поскольку частота 25 Гц в два раза меньше частоты 50 Гц, то при синфазном включении параметрических дели­телей частоты в сеть переменного тока фаза возбуждаемых в них колебаний относительно частоты 50 Гц может с одина ковой вероятностью принять значения 0° или 180°, т. е. 25 Гц в путевых и местных преобразователях относительно друг друга могут оказаться либо в фазе, либо в противофазе. Чтобы обеспечить жесткую фазировку путевых и местных ПЧ 50/25, на панелях ПП25-ЭЦК все преобразователи снаб­жены фазирующими устройствами ФУ с соответствующими фазирующими реле.

На выходах преобразователей фазирующие устройства обеспечивают получение напряжений 25 Гц, совпадающих по фазе, если в сеть переменного тока преобразователи вклю­чаются синфазно, и напряжений, сдвинутых друг относитель­но друга на 90°, если они включаются в сеть противофазно. На участках с электротягой постоянного тока фазочувст-вительные рельсовые цепи рассчитаны на синфазное питание их путевых трансформаторов и местных элементов реле. По­этому путевые и местные преобразователи в этих случаях должны быть включены в сеть переменного тока синфазно. На участках с автономной и электротягой переменного тока используются фазочувствительные рельсовые цепи, рас­считанные на питание их от сдвинутых друг относительно друга напряжений по фазе на 90°. Поэтому путевые и мест­ные преобразователи на таких участках должны быть вклю­чены в сеть переменного тока противофазно.

 

Напряжения местных элементов путевых реле являются опорными по отношению к напряжениям путевых элементов.

Поэтому выходные напряжения местных преобразователей должны совпадать между собой по фазе, для чего на каждой панели они всегда включаются синфазно.

Первый местный преобразователь на панели принимается в качестве ведущего преобразователя, по отношению к кото­рому фазируются все остальные местные и путевые преоб­разователи. Поэтому на преобразователе 1П фазирующее устройство ФУ может не устанавливаться.

Преобразователи частоты ПЧ 50/25, как известно, рабо­тают с использованием лишь одного полупериода перемен­ного тока 50 Гц, второй полупериод запирается вентилем. Поэтому по вторичной обмотке силового трансформатора, от которого питаются преобразователи, протекает постоянная составляющая тока, которая подмагничивает сердечник, сни­жает использование трансформатора и вызывает дополнитель­ные потери энергии.

Подмагиичивающий ток ие превышает допустимого значе­ния (12 А) на панели, где местные и все путевые преобразо­ватели включены противофазно. При синфазном же включе­нии преобразователей панели для непревышения допустимого тока подмагничивания местные преобразователи настраиваются на работу лишь с четырьмя путевыми преобразовате­лями. Остальные два путевых преобразователя, если отсут­ствуют на станции рельсовые цепи, требующие сдвига напря­жений по фазе на 90°, работают в холостом режиме и вклю­ченные в сеть противофазно с местными преобразователями используются лишь для уменьшения тока подмагничивания.

В случае установки на станции двух или более панелей последние включаются противофазно друг относительно дру­га для уменьшения подмагничивания сердечника.

Однако при противофазном включении панелей рельсовые цепи, питаемые от них, не защищаются от опасного влияния друг на друга на границе раздела при сходе изолирующих стыков. В связи с этим предусматривается стыкование рель­совых цепей на границе районов питания только питающими трансформаторами. Синфазное же включение панелей не требует такого размещения трансформаторов. Поэтому в тех случаях, когда необходима установка двух панелей, но общее число преобразователей, создающих подмагничивание, не превышает четырех, разрешается синфазное включение этих панелей. Неиспользуемые преобразователи в этих случаях должны быть отключены от сети.

При трех панелях третья панель подключается синфазно к любой из первых двух, включенных противофазно.

При синфазном включении панелей фазировка преобра­зователей второй (дополнительной) панели осуществляется от первого местного преобразователя основной панели. Мест­ный преобразователь 1П дополнительной панели в таком слу­чае фазируется при помощи своего фазирующего устройства 1ФУ.

При противофазном включении двух панелей их фази­рующие устройства питаются от своих местных преобразо­вателей 1П, 2П

В качестве примера на рис. 1 показаны противофазное и синфазное включения местных и путевых преобразователей на панелях. Включение панелей между собой показано про­тивофазным. Их синфазное включение на рис. 1 отражено пунктиром.

 

ПЧ 50-25

Преобразование тока промышленной час­тоты 50 Гц в ток частотой 25 Гц осуществ­ляется параметрическими преобразовате­лями частоты. Принцип параметрического преобразования частоты основан на том, что принудительное изменение какого-либо параметра колебательного контура (Z. или С) вызывает в нем колебания с часто­той, в определенное число раз отличаю­щееся от той, с которой изменяется пара­метр. Если потери в контуре будут компен­сироваться за счет внешнего источника

энергии, то эти колебания будут незатухающими. Схема контура (рис.1) со­стоит из дросселя L, конденсатора С, резистора R и источника тока Е. Если параметры одного из элементов контура, например, емкость конденсатора С (рис.2) периодически изменять по косинусоидальному закону, то ток в конту­ре будет изменяться по синусоидальному закону с частотой, в два раза меньшей частоты тока внешнего источника пита­ния. Изменять индуктивность дросселя проще, для этого достаточно изменять

ток подмагничивания его сердечника, вследствие чего будут изменяться его магнитная проницаемость и соответ­ственно индуктивность.

Преобразователь  частоты (ПЧ) состоит из магнитопровода (рис.3), выполненного в виде двух П - образных или кольцеобразных сер­дечников с тремя обмотками. На средних стержнях сердечников раз­мещена контурная обмотка W_K ин­дуктивность которой совместно с емкостью конденсатора С_к образует колебательный контур с резонансной частотой 25 Гц. На крайних стержнях сердечников размещены обмотки подмагничивания W _П1 и W _П2, соеди­ненные так, что при прохождении по ним переменного тока создаваемые в средних стержнях магнитные потоки Ф_П1 и Ф_П2 направлены встречно и в обмотке W_K не индуцируется пере­менный ток.

Обмотки W_П1 и W_П2 подклю­чены к сети переменного тока 50 Гц через диод VD, который обеспечива­ет однополупериодное выпрямление, постоянная составляющая выпрям­ленного тока вызывает вынужденное намагничивание сердечников.