Предварительная зарядка напряжения линии электропередачи в приложениях высокого напряжения постоянного тока — это предварительный режим, который ограничивает пусковой ток во время процедуры включения питания.
Высоковольтная система с большой емкостной нагрузкой может подвергаться воздействию высокого электрического тока во время первоначального включения. Этот ток, если его не ограничить, может вызвать значительную нагрузку или повреждение компонентов системы. В некоторых случаях активация системы возникает редко, например, в коммерческих энергосистемах. В других системах, например, в транспортных средствах, предварительная зарядка будет происходить при каждом использовании системы несколько раз в день. Предварительная зарядка реализована для увеличения срока службы электронных компонентов и повышения надежности системы высокого напряжения.
Пусковые токи в емкостных компонентах являются ключевой проблемой при нагрузке на компоненты при включении питания. Когда входная мощность постоянного тока подается на емкостную нагрузку, скачок входного напряжения вызывает заряд входного конденсатора. Зарядка конденсатора начинается с пускового тока и заканчивается экспоненциальным спадом до установившегося состояния. Когда величина пускового пика очень велика по сравнению с максимальным номиналом компонентов, следует ожидать напряжения компонента. Известно, что ток в конденсаторе равен : пиковый пусковой ток будет зависеть от емкости C и скорости изменения напряжения ( dV/dT). Пусковой ток будет увеличиваться по мере увеличения значения емкости, а пусковой ток будет увеличиваться по мере увеличения напряжения источника питания. Этот второй параметр имеет первостепенное значение в системах распределения электроэнергии высокого напряжения. По своей природе источники питания высокого напряжения поставляют высокое напряжение в распределительную систему. В этом случае емкостные нагрузки будут подвергаться высоким пусковым токам при включении питания. Необходимо понимать и минимизировать нагрузку на компоненты.
Целью функции предварительной зарядки является ограничение величины пускового тока емкостных нагрузок во время включения питания. Это может занять несколько секунд в зависимости от системы. В целом, системы с более высоким напряжением выигрывают от более длительного времени предварительной зарядки при включении питания.
Рассмотрим пример, когда источник высокого напряжения питает типичный блок управления электроникой, имеющий внутренний источник питания с входной емкостью 11000 мкФ. При питании от источника 28 В пусковой ток в блоке электроники будет приближаться к 31 амперу за 10 миллисекунд. Если ту же самую схему активировать источником 610 В, то пусковой ток приблизится к 670 А за 10 миллисекунд. Разумно не допускать неограниченных пусковых токов от активации системы распределения электроэнергии высокого напряжения в емкостные нагрузки: вместо этого следует контролировать пусковой ток, чтобы избежать нагрузки на компоненты при включении питания.
Функциональным требованием схемы предварительной зарядки высокого напряжения является минимизация пикового тока на выходе источника питания за счет замедления dV / dT входного напряжения питания таким образом, чтобы был создан новый «режим предварительной зарядки». Разумеется, во время режима предварительной зарядки индуктивные нагрузки распределительной системы должны быть отключены. Во время предварительной зарядки напряжение системы будет медленно и контролируемо повышаться, при этом ток включения никогда не превысит максимально допустимый уровень. Когда напряжение в цепи приближается к установившемуся состоянию, функция предварительной зарядки завершается. Нормальная работа схемы предварительной зарядки заключается в прекращении режима предварительной зарядки, когда напряжение цепи достигает 90% или 95% рабочего напряжения. По завершении предварительной зарядки сопротивление предварительной зарядки выключается из цепи питания и возвращается к источнику питания с низким импедансом для нормального режима. Затем последовательно включаются высоковольтные нагрузки.
Простейшей системой ограничения пускового тока, используемой во многих устройствах бытовой электроники, является резистор NTC . В холодном состоянии его высокое сопротивление позволяет небольшому току предварительно зарядить накопительный конденсатор . После прогрева его низкое сопротивление эффективнее пропускает рабочий ток.
Многие активные системы коррекции коэффициента мощности также включают в себя плавный пуск .
Если приведенный выше пример схемы используется со схемой предварительной зарядки, которая ограничивает dV / dT до уровня менее 600 вольт в секунду, то пусковой ток уменьшится с 670 ампер до 7 ампер. Это более «добрый и щадящий» способ активировать систему распределения электроэнергии постоянного тока высокого напряжения.
Основным преимуществом предотвращения нагрузки на компоненты во время включения питания является обеспечение длительного срока службы системы благодаря надежным и долговечным компонентам.
Есть и дополнительные преимущества: предварительная зарядка снижает опасность поражения электрическим током, которая может возникнуть в случае нарушения целостности системы из-за повреждения или сбоя оборудования. Включение высоковольтной системы постоянного тока в результате короткого замыкания или замыкания на землю, а также в случае ничего не подозревающего персонала и его оборудования может иметь нежелательные последствия. Вспышка дуги будет сведена к минимуму, если функция предварительной зарядки замедлит время активации включения высокого напряжения. Медленная предварительная зарядка также снизит напряжение в неисправной цепи, которое накапливается, пока система диагностики активируется. Это позволяет выполнить диагностическое отключение до того, как неисправность будет полностью реализована в худшем случае.
В тех случаях, когда неограниченный пусковой ток достаточно велик, чтобы отключить автоматический выключатель источника , может даже потребоваться медленная предварительная зарядка, чтобы избежать нежелательного отключения.
Предварительная зарядка обычно используется в аккумуляторных батареях электромобилей . Ток двигателя регулируется контроллером , во входной цепи которого используются конденсаторы большой емкости. [1] Такие системы обычно имеют контакторы (сильноточные реле ) для отключения системы в периоды бездействия и для действия в качестве аварийного отключения в случае отказа регулятора тока двигателя в активном состоянии. Без предварительной зарядки высокое напряжение на контакторах и пусковой ток могут вызвать кратковременную дугу , которая приведет к образованию язв на контактах. Предварительная зарядка входных конденсаторов контроллера (обычно до 90–95 процентов от приложенного напряжения батареи) устраняет проблему точечной коррозии. Ток для поддержания заряда настолько мал, что некоторые системы применяют предварительную зарядку всегда, кроме зарядки аккумуляторов, в то время как более сложные системы применяют предварительную зарядку как часть последовательности запуска и откладывают замыкание главного контактора до момента предварительной зарядки. уровень зарядного напряжения определяется как достаточно высокий.
