دائرة الشحن المسبق واختيار مقاوم الشحن المسبق

تُستخدم مقاومات الطاقة لتحمل واستهلاك كميات كبيرة من الطاقة، وهي مصنوعة من مواد ذات موصلية حرارية عالية لتبريد فعال. وهي مصممة عادةً بحيث تكون مقترنة بمشتت حراري حتى تتمكن من استهلاك كمية كبيرة من الطاقة.

بالنسبة للمقاومات المشحونة مسبقًا، الأنواع الشائعة هي النوعين الموجودين في الشكل أدناه، وكلاهما مقاومات معدنية شائعة مصنوعة من الألومنيوم؛ تنتمي هاتان المقاومتان إلى المقاومات الملفوفة في مقاومات الطاقة.

عادةً ما يتم لف مقاومات جرح الأسلاك على ركيزة عازلة من السيراميك تشبه القضيب أو على ركائز عازلة أخرى. سلك المقاومة عبارة عن مادة سبيكة مثل النيكل والكروم أو النحاس المنغنيز، ويتم توصيل طرفي سلك المقاومة بدبابيس ثابتة. عادة ما يكون سلك المقاومة مطليًا بطلاء غير موصل، ويتم تعبئة المحيط بمواد تغليف مختلفة (مثل تغليف غلاف الألومنيوم). مقاومة اللف لحزمة غلاف الألومنيوم شائعة جدًا في الوقت الحاضر، وقدرتها على تبديد الحرارة قوية جدًا، لذا فهي مناسبة بشكل عام لتطبيقات الطاقة العالية. هناك أيضًا مقاومة لف الحزمة الخزفية المألوفة، ونحن معتادون على تسميتها بمقاومة الأسمنت، ولكن لا يتم استخدام الأولى بشكل متكرر.

مخطط كتلة لدائرة الشحن المسبق

عملية التشغيل:

أولاً، يتم إغلاق الموصل السلبي الرئيسي K، ثم يتم إغلاق موصل الشحن المسبق Kp. عندما يظل فرق الجهد بين طرفي المكثف C والبطارية أقل من 10 فولت (القيمة الموصى بها)، يغلق الموصل الإيجابي الرئيسي K+، وفي النهاية يفتح موصل الشحن المسبق Kp؛ اكتملت عملية التشغيل.

في ظل الظروف العادية، يجب إكمال الشحن المسبق في غضون 300 مللي ثانية إلى 500 مللي ثانية. في مثل هذه الفترة القصيرة من الزمن، لا يمكن لإطار المقاوم أن يمتص الكمية الكبيرة من الحرارة المتولدة عن التيار الذي يمر عبر سلك المقاومة أو جسم المقاوم في الوقت المناسب، لذلك يجب أن يتحمل سلك المقاومة أو جسم المقاوم نفسه معظم طاقة النبض. لذلك، نحتاج أولاً إلى حساب طاقة النبض أثناء بدء التشغيل، ثم تحديد حل المقاوم المناسب.

بالنسبة لنبضة واحدة، يكون حساب الطاقة كما يلي:

إذا كان نبضًا مستمرًا، عندما يكون الفاصل الزمني للنبض قصيرًا جدًا (مثل أقل من 1 ثانية)، تكون نسبة الطاقة المتبددة في التطبيق العملي صغيرة، ويمكننا عمومًا استخدام التراكم الخطي لحساب إجمالي طاقة النبض.

إجمالي الطاقة = طاقة النبضة الفردية × عدد النبضات المتتالية ثم حدد قيمة مقاومة المقاومة المشحونة مسبقًا:

                    

T = R*C * Ln[(Us - U0)/( Us - Ut)]

أين:

T = وقت الشحن المسبق

R = مقاومة الشحن المسبق C = سعة الحمل

Us = جهد حزمة البطارية

U0 = الجهد العالي قبل إغلاق نهاية الحمل (يمكن التعبير عنه بـ 0)

Ut = جهد نهاية الحمل في نهاية الشحن المسبق

بشكل عام، يتم تحديد Ut كـ 90% أو 95% من إجمالي الجهد Us، والذي يعتبر 90%، لذلك يمكن التعبير عن الصيغة على النحو التالي:

تي = ص * ج * Ln10

ثم R = T/(C * Ln10)

بعد ذلك، أعط مثالًا محددًا لمقاومة الشحن المسبق: افترض أن جهد البطارية في السيارة هو Us=400V، وسعة الحمل C=1000uF، ووقت الشحن المطلوب هو 500ms، أي بعد 500ms، يتم شحن المكثف إلى 90%*Us، أي Ut=360V، ثم احسب قيمة المقاومة للمقاومة المشحونة مسبقًا R. وفقًا للصيغة السابقة، يمكنك الحصول مباشرة على R=0.5/(0.001*ln10)=217Ω.

أخيرًا، يتم تحويل شكل موجة الجهد فوق المقاومة إلى موجة مستطيلة، حيث تكون السعة اللحظية مكافئة لدائرة كهربائية قصيرة، وبالتالي Vp=400V؛ ثم قوة الذروة للمقاومة المشحونة مسبقًا = Vp*Vp/R=400*400/217=737W، إذا انخفض معدلها بمقدار 0.5 مرة، فإن قوة ذروة المقاومة الأحادية النبضية المطلوبة هي 737*2=1474W.

ثم احسب زمن الموجة المستطيلة من خلال الصيغة التالية، لأن مجموع الجهد عند طرفي المقاومة والمكثف يساوي Us، وبالتالي فإن الجهد عند طرفي المكثف هو Ut= (1-0.37) Us=0.63*Us، إذن τ

=217*0.001*ln(2.7)=0.216s، عرض النبض المستطيل t1=0.108s.

أخيرًا، وفقًا لعرض النبض الذي تم الحصول عليه وقوة ذروة النبضة الفردية، مقارنة بمنحنى الشركة المصنعة، يمكنك الحكم على ما إذا كان الاختيار معقولًا.