مدار پیش شارژ و انتخاب مقاومت پیش شارژ

مقاومت‌های قدرت برای تحمل و مصرف انرژی زیاد استفاده می‌شوند و از موادی با هدایت حرارتی بالا برای خنک‌سازی کارآمد ساخته می‌شوند. آنها معمولاً طوری طراحی می شوند که به یک هیت سینک متصل شوند تا بتوانند مقدار زیادی انرژی مصرف کنند.

برای مقاومت های از پیش شارژ شده، دو نوع متداول در شکل زیر، هر دو مقاومت پوسته آلومینیومی فلزی رایج هستند. این دو مقاومت به مقاومت های سیم پیچی در مقاومت های قدرتی تعلق دارند.

مقاومت های سیم پیچ معمولاً روی یک بستر عایق سرامیکی میله مانند یا سایر بسترهای عایق پیچیده می شوند. سیم مقاومت یک ماده آلیاژی مانند نیکل کروم یا مس منگنز است و دو سر سیم مقاومتی با پین های ثابت به هم متصل می شوند. سیم مقاومت معمولاً با رنگ غیر رسانا پوشانده می شود و اطراف آن با مواد بسته بندی مختلف (مانند بسته بندی پوسته آلومینیومی) بسته بندی می شود. مقاومت سیم پیچ بسته بندی پوسته آلومینیومی در حال حاضر بسیار رایج است و توانایی اتلاف حرارت آن بسیار قوی است، بنابراین به طور کلی برای کاربردهای با قدرت بالا مناسب است. همچنین یک مقاومت سیم پیچ بسته سرامیکی آشنا وجود دارد، ما بیشتر به آن مقاومت سیمانی می گوییم، اما اولی اغلب استفاده نمی شود.

بلوک دیاگرام مدار پیش شارژ

فرآیند روشن شدن:

ابتدا کنتاکتور منفی اصلی K بسته می شود سپس کنتاکتور پیش شارژ Kp بسته می شود. هنگامی که اختلاف ولتاژ بین دو سر خازن C و باتری <10 ولت باقی می ماند (مقدار توصیه شده)، کنتاکتور مثبت اصلی K+ بسته می شود و در نهایت کنتاکتور پیش شارژ Kp باز می شود. فرآیند روشن شدن کامل شده است.

در شرایط عادی، لازم است پیش شارژ ظرف 300 تا 500 میلی ثانیه تکمیل شود. در چنین مدت زمان کوتاهی، مقدار زیادی گرمای تولید شده توسط جریان عبوری از سیم مقاومت یا بدنه مقاومت نمی تواند به موقع توسط چارچوب مقاومت جذب شود، بنابراین خود سیم مقاومت یا بدنه مقاومت باید بیشتر انرژی پالس را تحمل کند. بنابراین، ابتدا باید انرژی پالس را در هنگام راه اندازی محاسبه کنیم و سپس یک راه حل مقاومت مناسب را انتخاب کنیم.

برای یک پالس واحد، محاسبه انرژی به شرح زیر است:

اگر یک پالس پیوسته باشد، زمانی که فاصله زمانی پالس بسیار کوتاه است (مانند کمتر از 1 ثانیه)، نسبت انرژی تلف شده در کاربرد عملی کم است، به طور کلی می‌توانیم از انباشت خطی برای محاسبه انرژی کل پالس استفاده کنیم.

انرژی کل = انرژی تک پالس x تعداد پالس های متوالی و سپس مقدار مقاومت مقاومت از پیش شارژ شده را تعیین کنید:

                    

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

کجا:

T = زمان پیش شارژ

R= مقاومت پیش شارژ C= ظرفیت بار

ما = ولتاژ بسته باتری

U0 = ولتاژ قبل از پایان بار بسته ولتاژ بالا (می توان به صورت 0 بیان کرد)

Ut= ولتاژ پایان بار در پایان پیش شارژ

به طور کلی، Ut به عنوان 90٪ یا 95٪ از کل ولتاژ Us انتخاب می شود که 90٪ در نظر گرفته می شود، بنابراین فرمول را می توان به صورت زیر بیان کرد:

T = R * C * Ln10

سپس R = T/(C * Ln10)

در مرحله بعد، مثال خاصی از مقاومت پیش شارژ بیاورید: فرض کنید در خودرو، ولتاژ باتری Us=400V، ظرفیت بار C=1000uF، زمان شارژ مورد نیاز 500 میلی‌ثانیه است، یعنی بعد از 500 میلی‌ثانیه، خازن تا 90 درصد شارژ می‌شود*، پس از آن مقدار مقاومت 60 ولت را محاسبه می‌کنیم. R. طبق فرمول قبلی می توانید مستقیماً R=0.5/(0.001*ln10)=217Ω را دریافت کنید.

در نهایت، شکل موج ولتاژ بالای مقاومت به یک موج مستطیلی تبدیل می‌شود، که در آن ظرفیت خازنی آنی معادل یک اتصال کوتاه است، بنابراین Vp=400V. سپس اوج قدرت مقاومت از پیش شارژ شده =Vp*Vp/R=400*400/217=737W، اگر طبق 0.5 بار کاهش یابد، توان پیک تک پالس مقاومت مورد نیاز 737*2=1474W است.

سپس از طریق فرمول زیر زمان موج مستطیل شکل را محاسبه کنید زیرا مجموع ولتاژ دو سر مقاومت و خازن برابر با Us است بنابراین ولتاژ دو سر خازن Ut= (1-0.37) Us=0.63*Us پس τ

=217*0.001*ln(2.7)=0.216s، عرض پالس مستطیلی t1=0.108s.

در نهایت، با توجه به عرض پالس به دست آمده و توان پیک تک پالس، در مقایسه با منحنی سازنده، می توانید قضاوت کنید که آیا انتخاب معقول است یا خیر.