Электропитание устройств связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство РФ по связи и информатизации

Колледж телекоммуникаций

Московского технического университета связи и информатики

Контрольная работа

Электропитание устройств связи

Студент Гильмутдинов Руслан Ринатович

шифр СК - 70808

учебная группа № СК-502



1. Задача №1

Начертите схему выпрямителя, указанного для Вашего варианта в таблице №1 и с помощью временных диаграмм поясните принцип её работы.

Рассчитайте заданный выпрямитель по следующим пунктам.

1. Выберите тип кремниевых диодов.

2. Определите действующие значения напряжения и тока во вторичной обмотке трансформатора.

3. Определите коэффициент трансформации силового трансформатора.

4. Определите коэффициент полезного действия (КПД) выпрямителя.

5. Определите коэффициент Кm и частоту пульсации f1 основной (первой) гармоники.

Данные для расчетов приведены в таблице №1.

Таблица №1

№ варианта	Выпрямленное напряжение U0,В	Выпрямленный ток I0,А	Схема выпрямления	Напряжение сети Uc,В	Частота сети fc,Гц	Коэффициент пульсации первой гармоники на нагрузке (на выходе фильтра) Кп вых
5	24	6	Однофазовая двухполупериодная с выводом средней точки трансформатора	220	50	0,005

Широко известный как «двухполупериодный со средней точкой». Предложил в 1901 г. профессор Миткевич В.Ф. В этом выпрямителе две противофазных обмотки создают двухфазный переменный ток со сдвигом между фазами 180 угловых градусов. Двухфазный переменный ток выпрямляется двумя однополупериодными четвертьмостовыми выпрямителями, включенными параллельно и работающими на одну общую нагрузку. Является почти аналогом полномостового выпрямителя Гретца, но имеет почти вдвое большее эквивалентное внутреннее активное сопротивление, вдвое меньше диодов и средний ток через один диод почти вдвое больше, чем в полномостовом. Применялась, когда медь была дешевле диодов.

Рисунок №1

Относительное эквивалентное активное внутреннее сопротивление равно, то есть вдвое больше, чем в однофазном полномостовом, следовательно, больше потери энергии на нагрев меди обмоток трансформатора (или расход меди).

1. Выберем тип кремниевых диодов.

Для выбора типа кремневых диодов необходимо определить обратное напряжение на диоде Uобр и средний прямой ток через диод Iср. Данные для их расчета приведены в таблице №2 учебно-методического указания.

Обратное напряжение на диоде Uобр=3,14U0= 3,14Ч24= 75,3 В.

Среднее значение прямого тока через диод Iср=0,5I0= 0,5Ч6= 3 А.

Тип кремниевого диода выбираем по таблице №3 методического указания, исходя из рассчитанных значений Uобр = 75,3В и Iср = 3А, таким образом, чтобы допустимые значения соответствующих величин для выбранного типа диода превосходили рассчитанные, т.е. максимальное обратное напряжение Uобр.max > Uобр = 75,3 В, а среднее значение допустимого прямого тока Iпр.ср > Iср = 3 А.

Из таблицы выбираем диод КД202В

Uобр.max=100 В, Iпр.ср=5 А, Uпр.ср=1,0 В, Iобр.ср=1,0 мА

2. Определим действующие значение напряжения и тока во вторичной обмотке трансформатора.

Для заданной схемы выпрямления выбираем из табл. №2.

Действующие напряжение вторичной обмотки трансформатора.

U2= 1.11U0= 1.11Ч24= 26,64 В

Действующие значение вторичной обмотки трансформатора.

I2= 0.707I0= 0.707Ч6= 4,24 A

3. Определим коэффициент трансформации силового трансформатора.

Коэффициент определяем по формуле Ктр= U1/U2, где U1 - действующие значение фазного напряжения в первичной обмотки трансформатора, В.

Принимаем U1=Uc= 220 В.

U2 - действующие значение напряжения во вторичной обмотки трансформатора, В.

U2= 26,64 В

Ктр = 220/ 26,64= 8,258

4. Определим КПД выпрямителя.

Для этого определим потери мощности в элементах схемы.

Потери мощности в трансформаторе ?Ртр, Вт:

?Ртр = Ртр (1-зтр)

где Ртр расчетная мощность трансформатора, определяется по данным таблицы №2.

для заданной схемы выпрямителя.

Ртр = 1,34Р0 = 1,34

Р0 - находим по формуле:

Р0= U0I0 = 24Ч6= 144 Вт

Ртр = 1,34Ч144 = 192,9 Вт

?Ртр = Ртр (1-зтр)= 192,9(1-0,85)= 28,93 Вт

Где зтр - КПД трансформатора, для расчетов принимаем равным 1,11.

Потери мощности в диодах ?Рд, Вт:

Для трёхфазной однополупериодной схемы выпрямления (сх. Миткевича) трансформатора потери мощности в диодах рассчитываются по формуле, Вт

?Рд = Uпр.срI0,

где Uпр.ср допустимое прямое напряжение на выбранном диоде, В

(см. таблицу №3 методического указания).

Uпр.ср = 1,0 В

?Рд = Uпр.срI0 = 1,0Ч6=6 Вт

4.3 КПД выпрямителя без учета сглаживающего фильтра и стабилизатора напряжения определяется по формуле



з= Р0/( Р0+?Ртр+?Рд)=144/(144+28,93+6)= 0,804

где Р0= U0I0 = 24Ч6= 144 Вт - активная мощность на нагрузке.

?Ртр - потери мощности в трансформаторе, Вт

?Рд - потери мощности в диодах, Вт.

4. Определите коэффициент Кm и частоту пульсации f1 основной (первой) гармоники.

f1=m fc = 2Ч50 = 100 Гц

где m - фазность выпрямителя (см. табл.№2 мет. пособия) m=2

fc - частота сети (см. таблю№1) fc= 50 Гц

Коэффициент пульсации основной (первой) гармоники на выходе выпрямителя рассчитывается по формуле:

Кп=2/(mІ-1)=2/(2І-1)=0,6

2. Задача №2

Рассчитайте сглаживающий Г-образный LC-фильтр, включенный после выпрямителя, по следующим пунктам.

Определите коэффициент сглаживания q.

1. Определите элементы L и C сглаживающего фильтра.

2. Начертите схему рассчитанного Г- образного LC- фильтра, учитывая количество звеньев в фильтре.

Данные приведены в таблице №1.

Решение.

1. Рассчитаем элемент сглаживания q по формуле:



q= Кп1/ Кп.вых = 0,6/0,005 =120

где Кm - коэффициент пульсации первой гармоники на входе фильтра (на входе выпрямителя);

Кп.вых - коэффициент пульсации первой гармоники на выходе фильтра (на нагрузке), см. таблицу №1.

По рассчитанному значению q выбирается количество звеньев LC- фильтра.

Т.к. q>25 , то применяется двухзвенный LC- фильтр.

Т.к. использование однотипных деталей более экономично, чем разнотипных, то в обоих звеньях двухзвенного фильтра включаются одинаковые элементы L и C.

В этом случае коэффициент сглаживания каждого звена определяется по формуле:

qзв = vq = v120 = 10,95.

2. Определим элементы L и C сглаживающего фильтра.

Одним из условий выбора индуктивности дросселя фильтра является обеспечение индуктивной реакции фильтра на выпрямитель.

Минимально допустимое значение индуктивности дросселя, удовлетворяющее этому условию, определяется по формуле, Гн

Lдр.min = 2U0/((mІ-1) m I0Ч3.14Ч fc) = 2Ч24/((2І-1) Ч2Ч6Ч3,14Ч50) = 0,00849 Гн

Значение ёмкости фильтра определяется по формуле, мкФ



C= 10(qзв+1) / mІLдр.min =10(10,95+1)/(4Ч0,00849) = 3518,846 мкФ

Из таблицы №4 (методического пособия) выбираем номинальную ёмкость конденсатора, исходя из рассчитанного значения ёмкости С и номинального напряжения конденсатора Uном , величина которого должна быть:

Uном>1,2U0= 1.2Ч24 = 28,8 В

По расчетам выбираем конденсаторы с оксидным диэлектриком (таблца№4 методического пособия).

К 50-32А

Номинальное напряжение 40 В

Номинальная емкость 4700 мкФ

Допустимая амплитуда напряжения переменной составляющей на частоте 50 Гц, 1,1…2%

Пересчитываем

Lдр.min ?= Lдр.minЧ(C/Cном) = 0,00849 Ч(3518,846/4700) = 0,00635 Гн

3. Схема Г- образного LC-фильтра. (рис. №3)

Рисунок №2



3. Задача №3

выпрямитель электропитающий трансформатор фильтр

Рассчитайте электропитающую установку ЭПУ 60 по следующим параметрам.

1. Рассчитайте ток аварийного разряда аккумуляторной батареи 60В, состоящей из свинцово-кислотных необслуживаемых в течение всего срока службы аккумуляторов серии OPzV.

2. Определите тип и количество аккумуляторов в батарее. Расшифруйте условное обозначение выбранных аккумуляторов. Рассчитайте тип пластин выбранного аккумулятора.

3. Выберете тип и количество выпрямительных устройств типа ВУТ для ЭПУ-60.

4. Рассчитайте энергетические параметры выпрямительно-аккумуляторной установки.

Данные для расчёта приведены в таблице №2.

Таблица №2

№ варианта	Ток, потребляемый аппаратурой Iап,А	Мощность аварийного освещения Рав.осв, кВТ	Расчетное время разряда одной группы аккумуляторной батареи tp, ч	Конечное разрядное напряжение одного аккумулятора Uкр,В	Напряжение сети трёхфазного переменного тока Uс,В
5	250	1,2	0,5	1,8	220

Решение.

1. Расчет тока аварийного разряда аккумуляторной батареи - 60 В

при отсутствии напряжения сети переменного тока производиться по формуле, А

Iав = Iап + Iав.осв

Где Iап - ток, потребляемой аппаратурой, А

Iав.осв - ток аварийного освещения, А

Iав.осв = Рав.осв/60,

где Iав.осв - мощность аварийного освещения.

Рав.осв = 1,2 кВт = 1200 Вт

Iав.осв = 1200/60 = 20 А.

Iав = 250+20 = 270 А - ток аварийного разряда аккумуляторной батареи.

2. Выбор типа аккумулятора.

Выбор типа аккумулятора производиться по таблице № 6 методического указания , в зависимости от рассчитанного тока аварийного разряда Iав = 270 А, а также времени разряда одной группы аккумуляторной батареи tp и конечного разрядного напряжения аккумулятора Uкр.

2.1. При выборе аккумулятора следует соблюдать условие:

Iраз ? Iав = 270 А

Время разряда батареи tp = 0,5 ч, конечное разрядное напряжение одного аккумулятора Uкр = 1,8 В.

Тогда, согласно таблице № 6 (метод. указ) ближайшее большее значение тока разряда Iразр = 143 А, что соответствует аккумулятору типа 7OPzV490

В этом коде первое число соответствует количеству 7 положительных пластин (электродов), буквенное обозначение расшифровываются как «стационарные необслуживаемые аккумуляторы с трубчатыми положительными пластинами», последнее число показывает номинальную емкость С10 аккумулятора в Ач (емкость при 10-тичасовом разряде номинальным током).



Тип пластины рассчитывается по формуле:

Спласт = С10 / n = 270 / 7 = 38 Ач (стандартное значение).

Количество элементов в аккумуляторной батарее определяется по формуле:

n_A = (U_min+?U_пр) / U_кр,

где U_min - наименьшее допустимое значение на входе питаемого оборудования, равное 58 В.

?U_пр - допустимые потери напряжения в токораспределительной проводке и коммутационно-защитной аппаратуре, равные 2,4 В.

Uкр - конечное разрядное напряжение одного аккумулятора (см. тал.№2) Uкр = 1,8В

n_A= (U_min+?U_пр) / U_кр = (58+2,4) / 1,8 = 33,555

В типовых схемах автоматизированных ЭПУ батареи секционируются, т.е. делятся на основные и дополнительные элементы.

Количество элементов в основной группе аккумуляторной батареи определяется по формуле:

n_осн = (U_min + U_max + ?U_нп) / 2U_нп

Где U_max - наибольшее допустимое напряжение на зажимах питаемой аппаратуры, принимается равным 66 В;

U_нп - напряжение на одном элементе аккумуляторной батареи в режиме непрерывного подзаряда, равное 2,25 В



n_осн = (U_min + U_max + ?U_нп) / 2U_нп = (58+66+2,25) / (2Ч2,25) = 28,05

Количество элементов в дополнительной группе аккумуляторной батареи определятся по формуле, (значения округляем до целого числа)

n_доп = n_A - n_осн = 34-28 = 6

3. Выбор выпрямительных устройств.

По нормам технологического проектирования число рабочих выпрямительных устройств (ВУТ), работающих параллельно в буферной электропитающей установке, не должно превышать четырёх.

Все рабочие выпрямительные устройства должны иметь 100% резерв, однако, при параллельной работе нескольких одинаковых выпрямительных устройств разрешается устанавливать одно резервное выпрямительное устройство.

Для ЭПУ - 60В следует выбрать из таблицы №7 (мет. указание) ВУТ с максимальным выпрямительным напряжением 67В исходя из условия:

КвуI0 > Iап, отсюда Кву > Iап /I0

Где Кву - число параллельно включенных ВУТ, входящих в рабочий комплект;

I0 - максимально выпрямленный ток одного ВУТ, А;

Iап - ток потребляемый аппаратурой, Iап = 250 А;

Кву > 250 /I0.

При этом следует выбирать ВУТ с меньшим значением I0, предусматривая их параллельную работу, но не более четырёх в параллель. Только в том случае, когда четыре параллельно включенные ВУТ не обеспечивают нужную величину тока нагрузки, нужно переходить на следующий тип выпрямительного устройства с большим значением выпрямленного тока.

К выбранному комплекту рабочих ВУТ добавляют одно резервное того же типа, которое используется также для заряда аккумуляторной батареи.

Для выбранного типа ВУТ необходимо выписать из таблицы №7 (мет. указания) для дальнейших расчетов КПД ( з ) и коэффициент мощности cosц

Выбираем ВУТ 67/125 с з=0,85 , cosц=0,70 и принимаем Кву = 3 > 250/125 = 2.

К выбранному комплекту рабочих ВУТ добавляем одно резервное того же типа, которое используется также для заряда аккумуляторной батареи.

4. Расчет энергетических параметров выпрямительно-аккумуляторной установки.

Активная мощность, потребляемая установкой от сети, с учетом КПД выбранного типа выпрямительного устройства, рассчитывается по формуле, кВт

P=Pн/з,

где Pн - мощность потребляемая аппаратурой при наличии сети переменного тока, кВт

Pн = IапЧ60 = 250Ч60 = 15000 Вт = 15 кВт

з - КПД выбранного типа ВУТ.

P=Pн/з = 15/ 0,85 = 17,64 кВт

Полная мощность, потребляемая установкой от сети переменного тока, рассчитывается по формуле, ВА



S= P/cosц,

где cosц - коэффициент мощности выбранного типа ВУТ

S= 17,64/0,70 = 25,210 кВА.

4.3 Ток, потребляемый выпрямительно-аккумуляторной установкой от сети, рассчитывается по формуле, А

I = S/ Uл,

где Uл- линейное напряжение сети, В.

Для расчетов принимают Uл = Uс=220 В.

I= 25210/ Ч 220 = А

По расчётному значению тока выберем щит - ЩПТА 4/200 на ток 200 А.

4. Задача №4

1. Начертите электрическую функциональную схему ЭПУ-60В по данным, полученным в задаче №3.

2. Поясните, как осуществляется бесперебойное питание аппаратуры от ЭПУ-60В, при пропадании напряжения сети переменного тока, т.е. в аварийном режиме.



Рисунок №3

На рисунке №3 представлена электрическая функциональная схема ЭПУ - 60В с секционированной аккумуляторной батареей. Такая схема применяется при токах от 150А до 1500 А. В данном случае ток 250А.

При отключении напряжения сети (аварийный режим) напряжение на входе выпрямителей отсутствует, и нагрузка получает питание от основных элементов аккумуляторной батареи GBосн. По мере разряда напряжение на GBосн. Начинает уменьшаться. При понижении напряжения до заданного уровня отпускает реле в цепях автоматики и включает питание контактора К1 который размыкает контакты (8-7) и замыкает контакты (7-9) , подключая первою группу дополнительных элементов GB1 последовательно с основными элементами батареи GBосн. к нагрузке.

Если в процессе продолжающегося разряда батареи её напряжение понизится до минимально допустимого, то устройство контроля УКН1 через промежуточное реле включит контактор К2. Последний, разрывает контакты (8 -7) и замыкает контакты (7 - 9), подключая последовательно к аккумуляторной батарее вторую группу дополнительных элементов GB2. Напряжение на нагрузке увеличивается. Диоды VD2 и VD4 обеспечивают безразрывность коммутации во время переключения контакторов К1 и К2.



Список используемой литературы

1. Бушуев В.М. Электропитание устройств связи. - М.: Радио и связь, 1986 г.

2. Учебно-методическое пособие. Электропитание устройств связи. Москва 2005

Размещено на Allbest.ru