Оборудование электропитающей установки и элементы силовой части преобразователя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский технический университет связи и информатики

Контрольная работа

По дисциплине

Электропитание устройств связи

Москва 2011г

Задача № 1

Необходимо произвести расчёт и выбор оборудования ЭПУ, выполненной либо по буферной системе электропитания с вольтодобавочными конверторами, либо по буферной (модульной) системе электропитания без каких-либо устройств регулирования в цепи постоянного тока.

Исходные данные

Допустимые пределы изменения напряжения на зажимах аппаратуры: 48?72В.

Мощность, потребляемая аппаратурой в аварийном режиме работы ЭПУ: 5 кВт.

Падение напряжения в ТРС: 1,3В.

Длительность аварийного режима работы ЭПУ:

.

Допустимое значение напряжения одного аккумулятора в конце разряда: 1,8В

Минимальное значение температуры в помещении, где устанавливаются аккумуляторы

.

Решение

Выбор системы электропитания и определение числа элементов аккумуляторной батареи.

Определяем необходимое число элементов в каждой группе аккумуляторной батареи, обеспечивающее питание аппаратуры в аварийном режиме работы ЭПУ:

, где

- минимально допустимое значение напряжения на входных зажимах оборудования.

- допустимое напряжение в конце разряда для одного элемента (определяется по табл. 1.3 методических указаний).

- падение напряжения в ТРС.

; примем

Определяем максимальное значение напряжения на зажимах аккумуляторной батареи при её заряде в послеаварийном режиме работы ЭПУ:

Так как ,

то ЭПУ должна быть выполнена по буферной системе электропитания без вольтодобавочных конверторов. Для этой системы электропитания число элементов в каждой группе АБ может быть выбрано исходя из условий выполнения неравенств:

;

;

где Uc = 2,23В - значение напряжения содержания для кислотного аккумулятора закрытого типа при температуре электролита, равной 25°С.

Ввиду высокой стоимости аккумуляторов, выбираем значение

Расчёт и выбор ёмкости аккумуляторной батареи.

Определяем номинальное значение напряжения на зажимах АБ (напряжение содержания UАБ ном) для нормального режима работы ЭПУ.

Для ЭПУ с ВДК напряжение на выходе ЭПУ будет меньше на величину падения напряжения на обходном диоде, равном 0,7В

.

Поэтому ВДК обычно настраиваются на стабилизацию напряжения на выходе ЭПУ в аварийном режиме на уровне



Определяем максимальное значение напряжения на зажимах АБ в конце первой ступени заряда.

Определяем мощность, отдаваемую аккумуляторной батареей (одной группой) во время её разряда РАБ, с учётом требуемого температурного коэффициента увеличения ёмкости.

Для ЭПУ без ВДК:

;

Определяем мощность, отдаваемую одним элементом при разряде.

По таблице П 1.2?П1.5 разряда аккумуляторов постоянной мощностью до Uкр определяем требуемую ёмкость аккумулятора, обеспечивающую расчётное значение Pэл= 209 Ватт/элемент, при заданном конечном напряжении Uкр =1,8В и длительности разряда tав= tраз =1час.

Заданным условиям удовлетворяют аккумуляторы типа А706/84 с разрядной мощностью 258 Ватт/элемент и номинальной ёмкостью 84 А/ч.

Расчёт и выбор выпрямительных устройств.

Определяем суммарный выходной ток рабочих выпрямителей Iвып в нормальном режиме работы ЭПУ.

, где

максимальная мощность, потребляемая аппаратурой.

- ток содержания обеих групп аккумуляторной батареи.

, отсюда

Задаёмся величиной зарядного тока аккумуляторной батареи IАБ зар в послеаварийном режиме работы ЭПУ.

Производим выбор типа и числа выпрямителей nВУ в ЭПУ.

Минимальное число выпрямителей типа ВУТ без резервирования в этом случае должно быть не менее:

,

где Iном номинальный ток одного выпрямительного устройства. По таблице П1.3 МУ выбираем выпрямитель типа ВБВ. Требуемым параметрам соответствует выпрямитель ВБВ60/25-3К, работающий на напряжении сети 220 В с КПД=0,92 и cos щ = 0,99. Номинальный ток этого выпрямителя равен Iном= 20А.

Тогда ; .

Число резервных выпрямителей ВБВ должно быть выбрано исходя из условия:

, откуда

Определение числа обходных диодов

Для повышения надёжности подачи электрической энергии к технологическому оборудованию в ЭПУ с ВДК параллельно выходу ВДК устанавливаются обходные диоды ОД. В качестве ОД применяются мощные низкочастотные диоды, например типа Д-143-1000-4-1,55, устанавливаемые на радиаторы охлаждения. Каждый такой прибор способен обеспечить ток в 250А. Требуемое количество диодов определяется по формуле:

; , примем

Структурная схема ЭПУ



В нормальном режиме при наличии на фазных проводах L сетевого напряжения 380В переменный ток через включенные автоматические выключатели А1?А3 поступает на входы выпрямительных устройств ВУТ-67/125. С выходов основных ВУТ №1?№2 выпрямленный ток напряжением 62,44В поступает на входы находящихся в ждущем режиме ВДК. Поскольку ВДК в ждущем режиме закрыты, ток потечёт через обходной диод ОД. С учётом падения напряжения на ОД, на выходе ЭПУ, к которому подключено технологическое оборудование через предохранители Пр напряжение будет равно 61,74В. По другой ветви выходное напряжение ВУТ №1?№3 через включенные автоматические выключатели А8?А9 подаётся на минусовые клеммы аккумуляторных батарей АБ, чем обеспечивает протекание тока содержания АБ.

В аварийном режиме, когда сетевое напряжение отсутствует, энергия, накопленная аккумуляторными батареями через включенные А8?А9 и обходной диод ОД по шине Ш1 подается потребителям до тех пор, пока напряжение не упадёт до уровня 59В. В этот момент открываются вольтодобавочные конверторы, которые поддерживают постоянным напряжение на выходе ЭПУ на уровне 59В до конца разряда АБ.

В послеаварийном режиме при появлении сетевого напряжения ток, потребляемый от ВУТ, резко возрастает, т.к. помимо питания оборудования он расходуется и на заряд аккумуляторных батарей. При этом в случае выхода из строя одного из основных ВУТ, автоматическими выключателями А5?А6 к минусовым клеммам аккумуляторных батарей подключается резервный ВУТ №3, который позволяет обеспечить необходимый ток заряда аккумуляторов.

При необходимости проведения контрольного разряда АБ устанавливаются перемычки П1,П2. В этом случае разряд аккумуляторов происходит через включенный А7 по шине Ш3 через блок разрядных резисторов БРР, ограничивающих ток разряда.

электропитающая установка силовая часть преобразователь

Задача № 2

Исходные данные

Необходимо произвести расчёт и выбор элементов силовой части однотактного преобразователя с обратным включением диода. Преобразователь работает в режиме широтно-импульсного управления на заданной частоте.

Выходное напряжение преобразователя Uвых = 5 В;

Частота работы преобразователя f = 25 кГц;

Максимальное значение выходного тока Iвых макс = 5 А;

Минимальное значение выходного тока Iвых.мин = 1 А;

Амплитуда пульсаций выходного напряжения Uвых.м = 0,05 В;

Нестабильность выходного напряжения при изменении входного напряжения д = 2 %;

Решение

Определим напряжения, действующие на входе преобразователя.

Максимальное значение напряжения на входе преобразователя, как это видно из решения Задачи № 1, составляет:

Минимальное значение напряжения на входе преобразователя, как это видно из решения Задачи № 1, составляет:

Алгоритм расчёта ОПМ.

Рис.2

Задаёмся максимальным значением относительной длительности включенного состояния транзистора

.

Определяем требуемое значение коэффициента трансформации трансформатора Т1 n21. Для этого зададимся падением напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки трансформатора Т1:

,

,

а так же зададимся падением напряжения на активном сопротивлении вторичной обмотки трансформатора Т1:

;

Падение напряжения на транзисторе в режиме насыщения

обычно находиться в пределах: 0,7?1,5В, примем

Падение напряжения на открытом диоде VD1 примем равным

Значение коэффициента трансформации определяем по формуле:

;

.

Определяем минимальное и номинальное значения относительной длительности включённого состояния транзистора VT.

;

.

;

.

Произведём выбор типа и материала магнитопровода для трансформатора Т1.

Наибольшее применение находят Ш образные, разрезные магнитопроводы, выполненные из никель-марганцевых ферритов.

Алгоритм расчёта трансформатора.

Определяем критическое значение индуктивности первичной обмотки L1кр трансформатора Т1, обеспечивающее работу преобразователя в режиме безразрывных токов.

;

.

Зададимся индуктивностью первичной обмотки

;

Определяем максимальные действующие значения токов первичной I1 и вторичной I2 обмоток трансформатора Т1.

;

;

.

Определяем необходимое значение произведения поперечного сечения стержня на поперечное сечение окна магнитопровода Sст• Sок.

;

где Кок= 0,25 - коэффициент заполнения окна магнитопровода медью;

j - удельная плотность тока в обмотках трансформатора А/м2;

з= 0,85 - коэффициент полезного действия преобразователя;

ДВ - циклическое приращение магнитной индукции, при 25 кГц, ДВ = 0,1Тл;

Значение j можно определить по габаритной мощности трансформатора РГ;

;

;

,

по таблице 2.3 МУ находим j=6•106 А/м2

;

По вычисленному значению Sст • Sок с помощью таблицы П 2.1 приложений выбираем магнитопровод:

Ш12х15 из феррита марки 3000НМС с размерами: L=42 мм; l0=12 мм; l=30 мм; B=15 мм; Н=21 мм; h=15 мм; Sст•Sок=3,7см4; Sст=1,8 см2; Lср=97 мм; Sок=2,06 см2



Определяем число витков первичной W1 и вторичной W2 обмоток трансформатора Т1:

;

;

Определяем поперечное сечение провода первичной q1 и вторичной q2 обмоток трансформатора:

;

;

.

По табл.П2.2 приложения МУ выбираем ближайшее большее значение стандартного провода:

для первичной обмотки - провод ПЭВ-1 сечением 0,2043 мм2, диаметр провода без изоляции 0,59 мм, диаметр провода с изоляцией 0,56 мм.

для вторичной обмотки - провод ПБД сечением 0,9852 мм2, диаметр провода без изоляции 1,12мм, диаметр провода с изоляцией 1,41 мм.

Проверим выполнение условия:

;

;

условие выполняется, значит размер магнитопровода трансформатора выбран верно.

Определим величину немагнитного зазора в магнитопроводе дз:

, где м0=4р •10 -7- магнитная постоянная (Гн/м).

Расчёт и выбор выходного конденсатора преобразователя.

Требуемое значение выходной ёмкости определяем по формуле:

;

.

Допустимое рабочее напряжение определяем из расчёта:

;

По МУ таблица П2.3 выбираем конденсатор:

К50-29 номинальной ёмкостью

с номинальным напряжением

Расчет и выбор транзистора.

Определяем максимальное значение тока коллектора Iк1макс (тока стока Iс1макс) транзистора VT1:

;

.

Определяем максимальное значение напряжения, приложенного к закрытому транзистору Uкэ.макс (Uси.макс):

; .

Для частот преобразования энергии f ?25кГц следует применять полевые транзисторы.

По вычисленным значениям Iк1макс и Uкэ.макс, а так же заданной частоте преобразования f из справочника или табл. П2.4 …П2.5 выбираем транзистор так, чтобы его предельные эксплуатационные параметры удовлетворяли неравенствам:

;

;

;

По заданным параметрам подходит биполярный транзистор 2Т866А, у которого

;;;

;;; .

Определяем максимальное значение мощности Рк, рассеиваемой транзистором:



где Кнас=1,25-коэффициент насыщения биполярного транзистора

Проверяем выполнение условия по мощности при температуре окружающей среды. Согласно рекомендациям МУ, принимаем для расчётов температуру окружающей среды на 5°С выше заданной:

,

тогда должно выполняться условие:

;

- условие выполняется, значит выбранный транзистор удовлетворяет требованиям по рассеиваемой мощности.

Расчёт и выбор выходного диода преобразователя.

Определяем максимальное значение обратного напряжения на диоде VD1 UVD1макс и максимальное значение тока диода VD1 IVD1макс:

;

;

По табл. П2.6 выбираем тип диода так, чтобы соблюдалось условие:

и ;

;.

Данным требованиям удовлетворяет диод КД2998А , у которого

;; ;

;

Определяем максимальное значение мощности, рассеиваемой диодом PVD1макс:

;

.

Определение требуемого коэффициента передачи схемы управления.

Исходя из заданного значения нестабильности выходного напряжения д, определяем требуемый коэффициент передачи схемы управления Кос:

;

.

Список используемой литературы

Бокуняев А.А. и др. Электропитание устройств связи: Учебник для вузов. Под ред. Ю.Д.Козляева-М.: Радио и связь, 1998

Захаров Л.Ф., Колканов М.Ф. МУ и задание к выполнению контрольной работы по дисциплине Электропитание устройств и систем связи.

Китаев В.Е. и др. Расчёт источников электропитания устройств связи: Учебное пособие для вузов. Пд ред. А.А.Бокуняева.-М.: Радио и связь,1993

Размещено на Allbest.ru