Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРНОЙ ФИЗИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра “Электропреобразовательные устройства”

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Электропреобразовательные устройства

Выполнил:

Н.Н. Лисовская

Красноярск

2015

Содержание

Контрольное задание и исходные данные

1. Выбор системы электропитания и определение числа элементов аккумуляторной батареи

2. Расчет и выбор ёмкости аккумуляторной батареи

3. Расчет и выбор выпрямительных устройств

4. Определение числа вольтодобавочных конверторов в ЭПУ

5. Структурная схема ЭПУ

Список использованных источников

Контрольное задание

Произвести обоснованный выбор оборудования для буферной системы электропитания предприятия связи. Система может содержать вольтдобавочные конверторы либо быть реализована без них. Выбор системы электропитания осуществляется исходя из допустимых пределов изменения напряжения на зажимах аппаратуры

Таблица 1

Исходные данные

Напряжение на нагрузке Uн;

ток нагрузки Iн;

время аварийного разряда аккумуляторной батареи Т;

допустимые пределы изменения напряжения Uн макс …Uн мин

напряжение трехфазной сети 380/220 В.

температура окружающей среды t окр =18°С.

Следует выполнить:

Выбрать тип и определить количество буферных выпрямительных устройств;

Определить тип аккумуляторов и рассчитать их количества в батарее.

Выбрать тип и определить количество вольтдобавочных конверторов.

1. 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:

, (1)

аккумуляторный батарея электропреобразовательный

где Uн.мин - минимально допустимое значение напряжения на входных зажимах оборудования, определяемое из табл. 1;

Uр.к. - допустимое напряжение в конце разряда для одного элемента, определяемое из таблицы 2;

Uтрс - падение напряжения в токораспределительной сети

Uн=24В Uтрс=0,7В;

Uн=48В Uтрс=1В;

Uн=60В Uтрс=1,2В.

Таблица 2

Округляя до ближайшего большего целого числа найденное из (1), получим необходимое количество элементов n в каждой группе АБ.

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

 (2)

В том случае, когда вычисленное по (2) значение UАБ макс окажется меньше максимально допустимого напряжения на входных зажимах оборудования UАБ макс, ЭПУ должна быть выполнена по буферной системе электропитания без вольтодобавочных конверторов (значение UАБ макс определяется из табл. 1). В противном случае ЭПУ должна быть выполнена по буферной системе с вольтодобавочными конверторами. Для этой системы электропитания число элементов в каждой группе АБ может быть выбрано, исходя из условия выполнения неравенств:

n?Uн. мaкс / 2.35=72/2.35=31 (3)

n ? (Uн мин + Uтрc +2)/Uс. =(59+1.2+2)/2.23=28 (4)

где Uc =2.23В - значение напряжения содержания для кислотного аккумулятора закрытого типа при температуре электролита, равной 20°С.

При определении числа элементов АБ следует ввиду высокой стоимости аккумуляторов выбирать наименьшее значение n, определяемое неравенствами (3) и (4).

В ЭПУ на номинальное выходное напряжение -60В следует применять вольтодобавочные конверторы типа КУВ 12/100-2, либо конверторы типа КУВ 14/100-2. Технические данные этих конверторов приведены в таблице 3.

Таблица 3

2. Расчет и выбор ёмкости аккумуляторной батареи

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

UАБ ном=2.23n=2.23·28=62.44В. (5)

Для ЭПУ с ВДК напряжение на выходе ЭПУ в нормальном режиме работы будет меньше UАБ ном на величину падения напряжения на обходном диоде, равном 0.7В. При этом ВДК должны быть закрыты и находиться в ждущем режиме. Для этого они обычно настраиваются на стабилизацию напряжения на выходе ЭПУ в аварийном режиме на уровне

UЭПУ ав = ( UАБ ном - 2)=60.44В. (6)

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

UАБ макс =2.35·n=2.35·28=65.8В. (7)

Для ЭПУ с ВДК определяем среднее значение мощности Рвх вдк ср , потребляемой ВДК от разряжающейся АБ, и среднее значение мощности потерь в ВДК Рпот вдк:

Рвх вдк ср=0,5·Рн·(2·UЭПУ ав- n·(Uр.н.+Uр. к.))/(UЭПУ ав·звдк)=

=0.5·7800·(2·60.44-28·(2.2+1.75))/(60.44·0.7)=948Вт.,

где Рн - мощность, потребляемая технологическим оборудованием в аварийном режиме работы ЭПУ, (Pн=Uн ·Iн)=7800Вт.;

Uр.н. - начальное напряжение разряда аккумулятора. В расчётах следует принять Uр.н.=2.2В;

звдк - коэффициент полезного действия ВДК, определяемый из табл. П1.1.

Рпот вдк=Рвх вдк ср·(1-з вдк )=948·(1-0.7)=285Вт.

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

для ЭПУ с ВДК

РАБ=(l+0,008·(20-tокр,))·(Pн+Рпот вдк)=(1+0.008·(20-18))

(7800+285)=8215Вт.

Определяем мощность, отдаваемую одним элементом (аккумулятором) РЭЛ при разряде:

РЭЛ=РАБ/n=8215/28=293.4Вт.

По таблице 4, разряда аккумуляторов постоянной мощностью до Uр.к., определяем требуемую ёмкость аккумулятора, обеспечивающую расчётное значение РЭЛ, при заданном конечном напряжении разряда Uр.к. и длительности разряда Т=tраз. По результатам выбора записывается тип аккумулятора и его номинальная ёмкость Сном.

На практике для электронных и электромеханических АТС ёмкостью 10000 номеров и выше применяются в основном закрытые кислотные аккумуляторы с панцирными положительными пластинами (например типа OPzS), а для телефонных подстанций с намазными положительными пластинами (например, типа Vb).

С целью повышения надежности электропитания аппаратуры в ЭПУ устанавливаются двухгруппные аккумуляторные батареи.

Таблица 4

3. Расчет и выбор выпрямительных устройств

В настоящее время в ЭПУ для питания телекоммуникационной аппаратуры электромеханических и электронных систем коммутации применяются как тиристорные выпрямительные устройства типа ВУТ, так и современные выпрямительные устройства с бестрансформаторным входом типа ВБВ, использующие импульсный способ преобразования энергии на высокой частоте.

Выпрямители типа ВУТ характеризуются относительно низкими энергетическими показателями (КПД и cosц ), и поэтому для повышения энергетических показателей ЭПУ при резко меняющихся в течение суток нагрузках применяется принцип наращивания выходной мощности ЭПУ (включения выпрямителей) по типу ведущий-ведомый. В этом случае при малой нагрузке в работе находится один ведущий выпрямитель, который обеспечивает включение следующего (ведомого) выпрямителя, когда станционная нагрузка достигает (0,9...0,95) номинального значения ведущего выпрямителя. При дальнейшем увеличении станционной нагрузки первый ведомый обеспечивает включение следующего ведомого выпрямителя. Примером такой резко меняющейся нагрузки является аппаратура АТС электромеханических систем коммутации, требующая для своей работы напряжения -60В или -48В. Автоматика ВУТ позволяет иметь в ЭПУ до четырёх рабочих выпрямителей одинаковой мощности плюс одно резервное выпрямительное устройство, способное резервировать любое из рабочих выпрямителей, а также осуществлять послеаварийный заряд аккумуляторной батареи.

При практически неизменной в течение суток нагрузке все рабочие ВУТ постоянно включены, а нормально выключенный резервный выпрямитель способен резервировать любой из рабочих выпрямителей. Примером такой практически неизменной нагрузки является аппаратура уплотнения многоканальной электросвязи, требующая для своей работы напряжения -24В.

Следовательно, в случае применения в ЭПУ выпрямителей типа ВУТ максимальное число рабочих выпрямителей не может быть больше четырёх. Причём выпрямители должны быть выбраны таким образом, чтобы резервный выпрямитель мог обеспечить послеаварийный заряд аккумуляторной батареи.

Выпрямительные устройства типа ВБВ при любом характере нагрузке работают, как правило, в режиме горячего резервирования. В этом случае в ЭПУ отсутствует отдельный резервный выпрямитель, а число рабочих выпрямителей выбирается с избыточностью:

(N+l)/N,

где N - число выпрямителей, способных обеспечить питание аппаратуры и послеаварийный заряд аккумуляторной батареи.

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

Iвып = Pн/( UАБ ном )+IАБ сол=7800/62.44+0.4=125.32А,

где IАБ сод=2·(1·10-3)·Сном - ток содержания обеих групп аккумуляторной батареи.

IАБ сод=2·(1·10-3)·Сном = 2·(1·10-3)·200=0.4А

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

IАБ зар=2·(0,20.. .0,25)·Сном =2·0.22·200=88А.

С учётом вышеизложенных в этом разделе рекомендаций производим выбор типа и числа выпрямителей nВУ в ЭПУ.

Для телекоммуникационной аппаратуры нового поколения (электронных систем коммутации) целесообразно применять выпрямители типа ВБВ. Эта аппаратура имеет собственные стативные конверторы и поэтому допускает широкие пределы изменения выходного напряжения ЭПУ (более чем ± 10%). Минимальное число выпрямителей типа ВБВ без резервирования в этом случае должно быть не менее:

N ? (Iвып +IАБ зар )/Iном =(125.32+88)/100=2.13,

где Iном , А - номинальный ток одного выпрямительного устройства. Значения Iном приведены в таблице 5.

Таблица 5

Число резервных выпрямителей ВБВ Npeз должно быть выбрано исходя из условия выполнения записанного ниже неравенства:

5/4 ? ((N+Npез )/N) ? 3/2=((3+1)/3)=4/3

При этом следует также иметь в виду, что установка двух выпрямителей на заданную выходную мощность вместо одного приводит к удорожанию ЭПУ.

4. Определение числа вольтодобавочных конверторов в ЭПУ

Определяем минимальное количество ВДК nВДК мин из условия обеспечения питания аппаратуры в аварийном режиме работы ЭПУ:

nВДК мин ? Рн/(UЭПУ ав·IВДК ном)=7800/(60.44·100)=1.29

где IВДК ном - номинальный ток одного ВДК.

Определяем общее количество ВДК nВДК с учётом их резервирования, исходя из условия выполнения неравенства:

nВДК/nВДК мин ? 5/4; nВДК/nВДК мин =3/2

Для повышения надёжности подачи электрической энергии к технологическому оборудованию в ЭПУ с ВДК параллельно выходу ВДК устанавливаются так называемые 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 nод определяется следующим выражением:

nод > (Рн/(UАБ ном-0,7))/250=(7800/(60.44-0.7))/250=0.52.

nод =1

5. Структурная схема ЭПУ

Рис. 1 Структурная схема ЭПУ с ВДК

В соответствии с выбранной системой электропитания начертить структурную схему ЭПУ, отразив на ней: количество выпрямительных устройств, их тип, подключение к сети переменного тока и к аккумуляторной батареи; количество элементов в каждой группе аккумуляторной батареи с указанием типа аккумулятора; количество ВДК (если они входят в состав ЭПУ), их тип и подключение к выпрямительно-аккумуляторной установке, а также подключение обходных диодов.

Дать краткое описание работы ЭПУ во всех режимах. В качестве примера на рис. 1 дана структурная схема ЭПУ, выполненная соответственно по буферной системе электропитания с ВДК. На рис. 1 приняты следующие сокращения:

БРР - блок разрядных резисторов;

П1, П2 - перемычки, устанавливаемые при проведении контрольного разряда аккумуляторной батареи.

Список использованных источников

1. Найвельт, Г.С. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Справочник / Г.С.Найвельт и др. М.: Радио и связь, 1986.

2. Китаев, В.Е. Электропитание устройств связи. Учебник для вузов/ Под ред. В.Е.Китаева. М.: Радио и связь, 1988.

3. Китаев, В.Е. Расчет источников электропитания устройств связи. Учеб. пособие для вузов / Под ред. А.А. Бокуняева. М.: Радио и связь, 1993.

4. Костиков, В.Г., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование/ В.Г. Костиков, В.А. Шахнов. М.: Радио и связь, 1998.

5. Прянишников, В.А. Электроника: Курс лекций/ В.А. Прянишников. СПб.: КОРОНА принт, 2000.

6. Лисовская, Н.Н. Электропреобразовательные устройства РЭС. Курс лекций для студентов направления 210200.62 «Радиотехника» /Н.Н. Лисовская. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2008.

7. Электропреобразовательные устройства РЭС. Методические указания по самостоятельной работе для студентов направления 210200.62 «Радиотехника» /сост. Н.Н. Лисовская, Г.Н. Романова. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2008.

8. Электропреобразовательные устройства РЭС. Организационно-методические указания по освоению дисциплины для студентов направления 210200.62 «Радиотехника» / сост. Н.Н. Лисовская, Г.Н. Романова. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2008.

9. Электропреобразовательные устройства радиоэлектронных средств: Учебное пособие для студентов, направления 210200.62 «Радиотехника»/сост. Н.Н. Лисовская. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2008.

Размещено на Allbest.ru