АЛМАТинский ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКи и Связи

                                                    

 

Кафедра электроники и компьютерных технологий

 

 

 

 

 

 

«ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ»

Программа, методические указания и контрольные задания

для  студентов  специальности 050719 –

Радиотехника, электроника и телекоммуникации заочной формы обучения

 

 

 

 

 

 

 

АЛМАТЫ 2006

СОСТАВИТЕЛЬ: Ж. Ж.. Шотан. Электропитание устройств телекоммуникаций. Программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации заочной формы обучения. – Алматы: АИЭС, 2006. – 32 с.

 

 

Методическая разработка содержит программу дисциплины, контрольные задания и методические указания для их выполнения, а также список литературы.

В задании, состоящей из трех задач, производится выбор оборудования для буферной системы бесперебойного электропитания предприятия связи (АТС) на заданное опорное напряжение и мощность, разрабатывается структурная схема системы электропитания, производится расчет и выбор элементов блока электропитания, выбор источника бесперебойного питания офисных компьютерных систем.

Методическая разработка предназначена для студентов, обучающихся по направлениям подготовки специалистов «Телекоммуникации».

Ил.1, табл.7, библиогр. – 19 назв.

 

 

 

 

 

Рецензент: канд.техн. наук, профессор АИЭС М. А. Мустафин.

 

 

 

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2006 г.

 

 

 

 

 

 

Ó Алматинский институт энергетики и связи, 2006 г.

Введение

 

Дисциплина «Электропитание устройств телекоммуникаций» (ЭПУТК) изучается студентами специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации, обучающимися по телекоммуникационным направлениям.

Важнейшей составной частью, обеспечивающей функционирование телекоммуникационных и информационных систем и их отдельных узлов, является система электроснабжения (электропитания), которая должна обеспечить бесперебойность работы аппаратуры связи даже при аварийных ситуациях – пропадания напряжения в питающей электросети. Поэтому от специалистов телекоммуникационных и информационных систем различного назначения требуются глубокие знания в области таких преобразователей электрической энергии, какими являются источники вторичного электропитания, а также умение использовать свои знания в практической деятельности.

 Цели и задачи изучения курса ЭПУТК:

 - подготовить студентов к восприятию и пониманию идей и методов анализа при изучении основ теории, расчета и эксплуатации электропреобразовательных устройств и систем для электропитания предприятий телекоммуникаций;

- научить студентов самостоятельно добывать новые идеи, умению анализировать, обобщать, делать выводы, строить модели, прогнозировать результаты, обеспечить достаточный уровень указанных знаний и умений для понимания электротехнических описаний функциональной связи между типовыми элементами преобразовательной техники и электропитающего оборудования, применяемого в предприятиях телекоммуникаций;

- научить студентов ориентироваться в арсенале типового преобразовательного и электропитающего оборудования; обеспечить понимание каждым студентом значимости, возможностей, преимуществ и недостатков преобразовательных устройств, схем, методов с целью участия в составлении технических заданий на проектирование, расчет и изготовление преобразовательных устройств.

На изучение дисциплины по учебному плану заочного обучения отводится 2 кредита (всего - 90 часов, из которых 12 часов лекций, 12 часов лабораторных занятий, 10 часов на дистанционное обучение и 56 часов самостоятельной работы). По данному курсу предусмотрено выполнение одной контрольной работы. К сдаче экзамена по курсу студенты допускаются после прослушивания лекций, выполнения и защиты лабораторных работ и контрольной работы.

1 Программа дисциплины

 

1.1 Содержание дисциплины

 

                   1.1.1 Принцип организации электроснабжения предприятий телекоммуникаций

Введение. Принцип организации электроснабжения предприятий теле-коммуникаций. Понятие о преобразовательной технике и электроустановке предприятий телекоммуникаций. Основные тенденции и направления развития и совершенствования преобразовательной техники и источников электропита-ния устройств телекоммуникаций. Способы электропитания переменным током предприятий телекоммуникаций. Трансформаторные подстанции и токораспре-делительные сети. Условия электроснабжения предприятий телекоммуникаций переменным током, резервирование и автоматическое включение резерва. Резервные источники электрической энергии для предприятий телекоммуникаций. Автоматизированные дизельные электростанции (АДЭС), состав и характеристики. Устройства общего, гарантированного и бесперебойного электропитания предприятий телекоммуникаций.

Электропитание напряжением постоянного тока предприятий телекомму-никаций. Назначение и классификация системы электропитания. Напряжение питания предприятий телекоммуникаций. Нормы и требования к напряжениям питания. Системы электропитания предприятий телекоммуникаций постоян-ным током. [1, разделы 1,2; 2, разделы 8.1–8.3; 3, разделы 1–5; 18, разделы 1, 2].

 

1.1.2 Электромагнитные элементы электропитающих устройств предприятий телекоммуникаций

Трансформаторы. Принцип работы, конструкции, основные параметры силового трансформатора. Режимы работ: холостой ход, короткое замыкание и рабочий режим. Схемы замещения. Опыт холостого хода и короткого замыка-ния. Характеристики силовых трансформаторов. Особенности работы силовых трансформаторов в выпрямительных схемах и статических преобразователях. Автотрансформаторы и трехфазные трансформаторы. Линейные и фазные напряжения и токи, схемы и группы соединения обмоток трансформаторов.

Дроссели переменного тока и сглаживающих фильтров. Основные свойства, конструкции и применение дросселей переменного тока и сглаживающих фильтров в ЭПУ. Дроссели насыщения и магнитные усилители. Способы регулирования и стабилизации напряжения и тока с помощью дросселя насыщения и магнитного усилителя [1, разделы 2, 3; 2, раздел 1; 3, раздел 5.2; 5, раздел 1.2; 7, раздел 1; 18, разделы 8, 9].

 

1.1.3 Преобразователи рода тока

Выпрямление переменного тока. Классификация, характеристики, параметры и режимы работы выпрямителей. Схемы выпрямления при питании от однофазной сети переменного тока: однополупериодная, двухполупериодные и мостовые схемы, схемы удвоения и умножения. Принцип работы, кривые напряжения и тока, основные расчетные соотношения и сравнительная оценка схем выпрямления. Работа выпрямителей на нагрузку различного характера. Схемы выпрямления при питании от трехфазной сети переменного тока: однотактные трехфазная, трехфазная мостовая, шестифазная с уравнительным реактором. Принцип действия, основные расчетные соотношения [2, раздел 5; 3, разделы 3.1 – 3.6; 6, раздел 2; 7, разделы 6, 7].

Сглаживающие фильтры. Пульсация питающего напряжения и нормы на нее. Сглаживающие фильтры из индуктивности и емкости. Свойства аккумуляторных батарей как элемента фильтра [1, раздел 6; 2, 6, раздел 2.6; 6, раздел 6].

Стабилизаторы. Основные понятия теории стабилизации. Параметры и характеристики стабилизаторов. Способы регулирования напряжения. Тиристорные управляемые выпрямители. Стабилизация напряжения с помощью тиристорных выпрямителей. Параметрические стабилизаторы тока и напряжения. Феррорезонансные стабилизаторы переменного напряжения и тока. Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения с непрерывным регулированием. Схемы стабилизаторов с параллельным и поcледовательным включением регулирующего элемента [1, раздел 8; 2, разделы 5.1 – 5.7; 4, раздел 2.1; 5, раздел 4; 6, разделы 8 – 10; 18, раздел 5].

Импульсные регуляторы и стабилизаторы напряжения. Импульсные релейные и с широтно-импульсной модуляцией стабилизаторы напряжения. Конверторы. Транзисторные инверторы. Схемы однотактных и двухтактных инверторов с самовозбуждением. Транзисторные инверторы с независимым возбуждением. Устройства управления стабилизирующими преобразователями. Тиристорные инверторы. Мостовые схемы тиристорных инверторов и схемы со средней точкой. Реактивные элементы для запирания тиристоров. Схемы управления тиристорными инверторами [1, раздел 8.6; 2, разделы 5.8 – 5.10; 4, раздел 3; 5, разделы 4, 5; 6, раздел 11; 18, раздел 10].

Преобразовательная техника (преобразователи типов: AC/DC, DC/DC, DС/AC) и принципы построения систем бесперебойного питания [2, раздел 7; 5, разделы 3; 6, раздел 12; 18, раздел 2].

 

1.1.4 Оборудование электропитающей установки предприятий телекоммуникаций

Химические источники тока. Первичные и вторичные химические источ-ники тока. Химические источники тока марганцово-цинковой системы. Хими-ческие источники тока ртутно-цинковой системы. Аккумуляторы. Назначение, классификация и электрические параметры малообслуживаемых, герметичных необслуживаемых свинцовых и щелочных аккумуляторов. Эксплуатационные свойства и применение свинцовых и щелочных аккумуляторных батарей на предприятиях телекоммуникации. Аккумуляторы для мобильной связи [1, раздел 1.3; 2, раздел 2; 3, раздел 3.3; 10 – 16; 18, раздел 3].

Типовые преобразовательные устройства предприятий телекоммуни-каций. Типы выпрямительных устройств. Автоматизированные и неавтоматизи-рованные выпрямительные устройства. Промышленные выпрямительные устройства стран СНГ (типов ВУТ, ВУК, ВУЛС, ВБ, ВБВ и др.). Выпря-мительные устройства зарубежных фирм. Стабилизаторы напряжения постоян-ного тока. Преобразовательная техника (преобразователи типов: AC/DC, DC/DC, DС/AC) и принципы построения систем бесперебойного питания. Агрегаты и источники бесперебойного питания (ИБП, UPS) зарубежных фирм [1, разделы 9. 10; 2, раздел 6; 4, раздел 2.2; 10 – 16; 18, раздел 4].

Электропитающие установки предприятий телекоммуникаций. Электропитающие установки (ЭПУ - ИБП). Принципы построения ЭПУ (ИБП). Электроустановки предприятий АТС. Электроустановки городских АТС декадно-шаговой и координатной систем. Электроустановки городских АТС электронной и квазиэлектронной систем. Электропитание телеграфных станций. Характерные особенности телеграфных ЭПУ. Электропитание аппаратуры междугородной связи. Состав и структурная схема ЭПУ. Организация дистанционного питания аппаратуры НУП, НРП на магистралях связи. Схемы и параметры цепей ДП. Электропитание аппаратуры НУП и НРП на симметричных и коаксиальных кабелях. Электропитание оптических систем связи.

Схемы управления, блокировки и сигнализации систем электропитания [1, разделы 9, 10; 2, разделы 8 – 12; 3, разделы 3, 4; 10 – 16; 18, разделы 2, 4].

 

 

1.2 Методические указания к изучению теоретического материала

 

1.2.1 К разделу 1.1.1. При изучении данного раздела необходимо обратить внимание на классификацию электроустановок предприятий ТК в зависимости от условий электроснабжения. Рассмотреть особенности построения, принцип работы, основные параметры и характеристики источников электрической энергии постоянного и переменного тока.

1.2.2 К разделу 1.1.2. Рассматривая физические процессы, происходящие в трансформаторе, необходимо обратить особое внимание на то положение, что при изменении нагрузки трансформатора в широком диапазоне (от холостого хода (ХХ) до номинального режима) магнитный поток может считаться практически постоянным и равным магнитному потоку в режиме ХХ. Это в свою очередь определяет постоянство потерь в стали, которые легко определяются из режима ХХ. При рассмотрении режима «нормального» короткого замыкания (КЗ) получается, что магнитный поток в сердечнике трансформатора настолько мал, что им можно пренебречь, а следовательно, при этом режиме потери в стали практически равны нулю, а потери в меди (в обмотках трансформатора) равны потерям при номинальной нагрузке трансформатора. Величины токов, напряжений и мощностей, полученные из режимов ХХ и «нормального» КЗ, позволяют определить основные параметры трансформатора. При изучении дросселей переменного тока и сглаживающих фильтров обратите внимание на то, что они одновременно находятся под действием постоянного и переменного магнитных полей, в основе действия лежит нелинейный характер магнитной характеристики ферромагнитного сердечника. Для ослабления нелинейности этой характеристики при необходимости магнитопроводы дросселей сглаживающих фильтров имеют немагнитный зазор.

1.2.3 К разделу 1.1.3. В данном разделе следует изучить принцип работы основных схем выпрямления. Нужно уметь изобразить любую выпрямительную схему и пояснить ее работу с помощью построения временных диаграмм напряжения и тока. Следует знать сравнительную характеристику различных схем выпрямления с точки зрения использования вентилей по току и напряжению, а также по величине типовой мощности трансформатора, величине и частоте пульсации напряжения на нагрузке. В схемах, где нет полной компенсации намагничивающих сил на стержнях трансформатора, возникает поток вынужденного намагничивания трансформатора. Следует знать отрицательные свойства этого явления и меры борьбы с ним.

Следует знать ход регулировочных характеристик. Нужно уметь строить внешние управляемого выпрямителя, знать, чем определяется момент перехода выпрямителя от режима непрерывного тока к прерывистому. При изучении систем управления выпрямителями следует выяснить основные требования, предъявляемые к форме импульсов управления, а также к быстродействию, диапазону регулирования, симметрии импульсов управления и надежности систем управления.

При изучении сглаживающих фильтров следует обратить внимание на то, что включение фильтра меняет режим работы выпрямителя. Поэтому выбор фильтра следует производить до расчета выпрямителя и его влияние надо учесть при расчете выпрямителя. В частности, если на выходе стоит емкостной фильтр, то расчет выпрямителя ведется для случая активно-емкостной нагрузки, то же и для П-образных фильтров, начинающихся с конденсатора. В случае LC-фильтра и индуктивных фильтров расчет выпрямителя ведется с учетом индуктивно-активной нагрузки. При изучении транзисторных фильтров можно не запоминать математические выкладки. Следует знать принцип работы схемы и как влияют элементы схемы и параметры транзистора на коэффициент сглаживания фильтра.

При изучении стабилизаторов напряжения и тока следует основное внимание обратить на параметры стабилизаторов, а также на принципы работы конкретных схем стабилизаторов. Следует знать сравнительную характеристику различных схем регуляторов и стабилизаторов с точки зрения возможностей регулирования выходного напряжения, величину пульсаций напряжения на нагрузке. Стабилизаторы напряжения компенсационного типа с импульсным способом регулирования в настоящее время широко применяются для питания аппаратуры связи. Следует изучить их основные схемы и методики их расчета. В настоящее время в преобразовательной технике широко применяются стабилизаторы и регуляторы напряжения интегрального исполнения, следует знать их работу на уровне структурно-функциональных схем.

Следует изучить принцип работы основных схем инверторов. Нужно уметь изобразить схемы инверторов и пояснить ее работу с помощью временных диаграмм напряжения и тока. Следует знать особенности работы инверторов и конверторов при различных способах регулирования выходного напряжения, обратив внимание на широтно-импульсный способ регулирования.

1.2.4 К разделу 1.1.4. При изучении этого раздела следует обратить внимание на принципы построения электропитающих установок предприятий ТК. Следует знать, как обеспечивается надежность и бесперебойность электропитания предприятий ТК. Обратить внимание на специфические требования к источникам электропитания различных видов предприятий связи. Современные системы электропитания строятся на базе источников бесперебойного электропитания, созданных по модульному принципу и микропроцессорной системой управления, контроля. Надежность и бесперебойность электропитания потребителей обеспечивается за счет работы преобразователей в буферном режиме с аккумуляторной батареей и применения дизель генераторных установок. Необходимо знать принципы построения систем дистанционного питания аппаратуры связи. Современные источники и системы вторичного электропитания базируется на системном подходе и ориентируется на широкое использование новых разработок в этой области, для которых характерна уменьшение массогабаритных показателей с одновременным улучшением энергетических параметров.

 

1.3 Перечень лабораторных занятий

 

1.3.1 Исследование однофазных нерегулируемых выпрямителей.

1.3.2 Исследование однофазного тиристорного регулируемого выпрямителя.

1.3.3 Исследование линейных стабилизаторов напряжения постоянного тока.

1.3.4 Исследование импульсных регуляторов и стабилизаторов напряжения.

1.3.5 Исследование импульсного источника электропитания

1.3.6 Исследование электропитающей установки - ИБП.

1.3.7 Исследование инверторов.

2 Контрольное задание

 

Общие положения. В задании, состоящего из трех задач, производится расчет и обоснованный выбор оборудования для буферной системы бесперебойного электропитания предприятия телекоммуникации на заданное напряжение и ток нагрузки, разрабатывается структурно-функциональная схема системы электропитания (электропитающей установки – ЭПУ), расчет и выбор элементов импульсного блока электропитания (ИВЭП), расчет и выбор системы бесперебойного электропитания (ИБП) офисных инфокоммуникацион-ных и компьютерных систем.

 

2.1 Задание контрольной работы

 

Исходные данные для выполнения контрольного задания строго индивидуальны. Каждый студент определяет свой вариант исходных данных по трем признакам – по начальной букве фамилии, последним двум цифрам номера зачетной книжки. По начальной букве фамилии выбирается первая группа исходных данных, а по последним двум цифрам номера зачетной книжки – вторая группа исходных данных. Если две последние цифры этого номера имеют значение от 00 до 51, то номер задания выбирают соответственно этим цифрам. Если две последние цифры этого номера имеют значения от 52 до 99, то из этих значений нужно вычесть 50, разность и будет номером варианта исходных данных второй группы задания.

 

Задача 1. Расчет и выбор ЭПУ. Электропитающая установка имеет автоматическую дизельную электростанцию (АДЭС) и снабжается электроэнергией от внешнего источника – от сети трехфазного/однофазного переменного тока напряжением 380/220 В по двум вводам (от системы гарантированного электроснабжения – СГЭ), частотой 50 Гц [3; 18, раздел 1].

Исходные данные (таблицы 2.1 и 2.2):

- напряжение постоянного тока на нагрузке U_Н;

- максимальный ток нагрузки I_Нmax;

- время аварийного разряда аккумуляторной батареи Т_Р;

- температура электролита при разряде АБ t_ЭЛ;

-     коэффициент мощности нагрузки cosj = 0,9;

- количество нагрузочных выходов ЭПУ: приоритетных/неприоритетных - N_П/N_НП;

- количество конверторов N_К, подключаемых к ЭПУ (приоритетных (п), неприоритетных (нп);

- количество инверторов N_И, подключаемых к ЭПУ (приоритетных (п), неприоритетных (нп).

Следует выполнить:

а) определение номера (типа) и числа аккумуляторов в батарее;

б) выбор типа и определение количества буферных выпрямительных устройств;

в) расчет энергетических параметров системы;

г) разработка структурно-функциональной схемы системы постоянного тока (электропитающей установки – ЭПУ) предприятия телекоммуникации.

 

Таблица 2.1-Первая группа исходных данных задачи 1

 

Таблица 2.2-Вторая группа исходных данных задачи 1

Задача 2. Расчет импульсного блока электропитания.

Исходные данные (таблицы 2.3 и 2.4):

- входные параметры для расчета (общий для всех вариантов задачи): номинальное напряжение сети U_С._НОМ = 220 B; частота питающей сети f_С = 50 Гц; количество фаз в сети m₁ = 1;

-     выходное номинальное напряжение источника U_Н;

-     допустимое относительное отклонение напряжения сети a₍₊₎ %, a_(-) %;

-     максимальный ток нагрузки I_Н.МАХ;

-     минимальный ток нагрузки I_Н.МИН;

-     коэффициент пульсации напряжения на нагрузке К_ПН%, %;

-     нестабильность выходного напряжения K_UН% = DU_Н/U_Н, %;

- максимальная температура окружающей среды Т_СР, ⁰С;

-     наибольшая допустимая температура обмоток трансформатора Т_ОБ, ⁰С;

- частота преобразования, f_Р.

Выполнить следующее:

а) выбор схемы управления ИИВЭП (микросхемы ШИМ-контроллера);

б) упрощенный расчет высокочастотного импульсного трансформатора;

в) расчет и выбор входного выпрямителя и фильтра;

г) расчет и выбор элементов выходного фильтра;

д) выбор помехоподавляющего фильтра;

е) начертить полную принципиальную электрическую схему ИИВЭП.

 

Таблица 2.3-Первая группа исходных данных задачи 2

Таблица 2.4-Вторая группа исходных данных задачи 2

 

 

Задача 3. Расчет и выбор системы бесперебойного электропитания (ИБП) офисного инфокоммуникационного оборудования (серверов, компьютерных сетей и т.п.).

Исходные данные (таблица 2.5):

- номинальное выходное напряжение 220 В;

- нагрузка ИБП Р_МАКС ;

- время автономной работы ИБП Т_АВТ;

- температура окружающей среды АБ t_CР;

- номинальное напряжение АБ – 12 В;

- коэффициент мощности нагрузки cosj.

Выполнить следующее:

а) определить необходимую емкость и выбрать тип АБ с учетом температуры и времени автономной работы ИБП;

б) выбрать ИБП одного из семейств UPS (например, Smart-UPS и др.);

в) начертить функциональную схему ИБП с указанием технических параметров системы бесперебойного электропитания.

 

Таблица 2.5-Первая группа исходных данных задачи 3

 

 

Таблица 2.6-Вторая группа исходных данных задачи 3

2.2 Методические указания к выполнению контрольной работы

        

         2.2.1 Методические указания к решению задачи 1

 

Структурная схема буферной системы электропитания включает буферные выпрямители (БВ – основные и резервный), аккумуляторную батарею (АБ), систему коммутации, защиты, контроля [18, разделы 1, 2, 4].

2.2.1.1 Определение номера (типа) и числа аккумуляторов в батарее.

На предприятиях связи наибольшее применение нашли кислотные аккумуляторы типов С, СК, СН стран СНГ, (С - стационарный, К - короткий режим разряда, Н - закрытого типа с пробками-катализаторами) [18, раздел 3.1] или соответствующие типы аккумуляторов зарубежных фирм.

Емкость аккумуляторов типов С, СК (А×ч)

 

Q_РАСЧ  = I_АВ.P T_P  /[h_q (1 + 0,008 (t_ЭЛ⁰ – 20)];                           (2.1)

 

где I_{AB Р}- ток аварийного разряда, принимается I_{AB Р} = I_Hmax;

Т_Р - время аварийного разряда АБ;

t_ЭЛ - низшая температура электролита во время разряда;

hh_q - коэффициент изменения емкости, зависящий от интенсивности разряда аккумуляторов (принимается  при T_Р = 0,5 ч - h_q = 0,43,  при  T_Р = 1,0 ч - h _q = 0,514,  при  Т_Р  = 1,5 ч  - h _q = 0,6,  при  t_Р = 3 ч - h  = 0,75,  при Т_Р = 10 ч - h _q  = 1,0).

Существует 45 разновидностей аккумуляторов типа С (СК) с Q_НОМ от 36 до 5328 А×ч с U_НОМ =2 В. По значению Q_РАСЧ определите номер аккумулятора N из условия

N_А = Q_РАСЧ /36.                                          (2.2)

 

Округляя N_А до большего целого числа, выбирают N, учитывая что: кратковременный разряд (Т < 3 ч) допускается только в аккумуляторах типа СК; для аккумуляторов от С1 (СК1) до С6 (СК6) N кратен единице, от С6 (СК6) до С20 (СК20) N кратен двум, с С20 (СК20) до С148 (СК148) - четырем, т.е. не существует аккумуляторов с номерами 7, 22, 53 и т.п. [18, раздел 3.1].

Аккумуляторы закрытого типа СН обозначаются числом, соответствующим номинальной емкости. Руководствуясь правилом выбора номера для аккумуляторов типов С и СК, определяют N, а затем стандартную номинальную емкость для аккумуляторов СН (N´36). Например, N = 10 соответствует аккумулятор СН-360 с Q_НОМ.АБ = 360 А×ч.

Аккумуляторы можно выбирать используя данные, приведенные в [18, раздел 3.2, 3.3] по номинальной емкости за 10 часов разряда по условию Q_НОМ.АБ ³ Q_РАСЧ. Для аккумуляторов зарубежных фирм (кроме типов С, СК, СН) Q_РАСЧ определяется с учетом фактора коррекции емкости в зависимости от температуры К_t (справочная температура 20 ºС)

 

Q_РАСЧ  = I_АВ.P T_P К_t,                                    (2.3)

 

где К_t – определяется по таблице 2.7.

 

Таблица 2.7-Фактор коррекции емкости свинцово-кислотных аккумуляторов К_t

 

Минимально допустимое число элементов (ячеек) аккумуляторов (суммарное число элементов) в батарее определяется величинами минимально допустимого напряжения питания аппаратуры (U_dmin), принятого падения напряжения на токораспределительной сети (DU) и конечного значения напряжения разряда одного аккумулятора (U_Р.К)

 

n_min = (U_dmin + DU)/ U_Р.К,                                      (2.4)

 

где U_dmin - минимально допустимое напряжение на нагрузке, определяемое по таблице 2.8;

DU - падение напряжения на шинах питания, определяемое по таблице 2.8;

U_Р.К - напряжение на аккумуляторе в конце разряда (принимается при T_Р = 0,5 ч - U_Р.К  = 1,75 В, при T_Р = 1,0 ч -  U_Р.К = 1,75 В, при T_Р = 3 ч - U_Р.К = 1,8 В, при T_Р = 10 ч - U_Р.К  = 1,8 В).

Таблица 2.8-Минимально (U_dmin) и максимально допустимое (U_dmах) напряжение на нагрузке и падение напряжения на шинах питания (DU)

 

В нормальном режиме аккумуляторная батарея находится в режиме непрерывного подзаряда. При этом на каждом аккумуляторе напряжение будет равно не U_К, а U_ЯЧ = 2,2 В. Количество последовательно соединенных ячеек аккумуляторов

n_Н = U_H /U_ЯЧ.                                                       (2.5)

Округляя до ближайшего большего целого числа, найденные по формулам (2.4) и (2.5) величины, по наибольшему из них выбирается количество ячеек АБ. В работе приводится технические параметры выбранного типа аккумулятора. Более подробную информацию о решениях АРС можно получить на сайтах производителей www.exidetechnologies.ru, www.exide.de, www.eps.kz, www.oldham.ru, www.expoweb.ru, http://www.ict.nsc.ru, http://www.t-service.ru, http://www.ssprom.ru и др.

2.2.1.2 Выбор типа и количества типовых выпрямительных устройств. В настоящее время промышленность стран СНГ выпускает автоматизированные выпрямительные устройства типа ВБВ (ранее ВУК и ВУТ), параметры которых и некоторых систем постоянного тока (ИБП постоянного тока), выпускаемых другими зарубежными фирмами приведены в [18, разделы 2, 4].

В системе электропитания применяют однотипные выпрямительные устройства (модули), общее количество которых

n_ВУ = (I_Hmax + I_П)/I_0max×C,                                      (2.6)

где I_П  - ток подзаряда аккумуляторной батареи, величина которого принимается I_П » 0,03N, А (для других типов аккумуляторов - I_П » 0,1Q_НОМ.АБ);

I_0max - максимальный выпрямленный ток одного выпрямительного устройства (одного модуля);

С = 0,9 - коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки буферных выпрямителей (модулей) при параллельной работе на общую нагрузку.

Требуемое напряжение на нагрузке U_H должно быть в пределах установки напряжения выпрямительного устройства.

Суммарный максимальный выпрямленный ток параллельно включенных буферных выпрямительных устройств должен быть не меньше суммы тока нагрузки и тока подзарядки аккумуляторной батареи. Эти и последующие расчеты можно проводить применительно к системам постоянного тока

 

зарубежных фирм, нашедших применение на предприятии, где работает студент [18, раздел 4].

Несколько параллельно включенные выпрямительные устройства с меньшим максимальным выпрямленным током, обеспечивающие выполнение условий выбора, предпочтительнее двух или одного выпрямительного устройства с бoльшим максимальным выпрямленным током.

К выбранному рабочему комплекту выпрямительных устройств следует добавить еще одно (резервное) устройство того же типа (принцип горячего резервирования n_ВУ + 1).

Выбранные по номинальному току выпрямительные устройства должны обеспечить послеаварийный заряд, двух групп аккумуляторной батареи и максимальное потребление аппаратуры. Следовательно, номинальный ток единичного выпрямительного устройства

 

,                   (2.6)

 

где I₃ = n_ГР×0,2×Q_HOM - рекомендуемый ток первой ступени заряда двух (одно) групповой аккумуляторной батареи;

n_ГР – число групп АБ.

При выборе студентом ЭПУ зарубежных фирм (кроме стран СНГ), решения по управлению, защите, коммутации АБ принимаются согласно технической документации на эти системы постоянного тока [18, разделы 4.3, 4.4].

Из многочисленных систем электропитания выбирается та система, которая позволяет получить наиболее близкое значение I_0max к I_Нmax1.

         Более подробную информацию о решениях по системам постоянного тока можно получить на сайтах производителей систем постоянного тока: www.apc.com/www.apc.ru, www.benning.de, www.advantek.ru, www.ssprom.ru и др.

2.2.1.3 Расчет энергетических параметров выпрямительной установки.

Активная потребляемая от сети мощность (Вт)

 

,                  (2.7)

 

где h - КПД выпрямительного устройства;

С_П - коэффициент запаса мощности Р, вводимый с учетом того, что часть мощности расходуется на подзаряд батарей.

При n_ВУ > 1 С_П = 0,9.

Полная мощность, потребляемая от сети (В×А)

 

S = P/cosj.                                                (2.8)

Реактивная мощность (В×А)

.                                           (2.9)

Ток, потребляемый от сети (А)

,                                                (2.10)

где U_Л - линейное напряжение сети.

            2.2.1.4 Разработка функциональной схемы системы постоянного тока (ЭПУ) предприятия телекоммуникации.

Система постоянного тока строится по модульному принципу [18, разделы 2, 4] и включает следующие компоненты:

- выпрямители;

- устройство управления и контроля (контроллер);

- двух группную аккумуляторную батарею;

- защитные устройства (размыкатели батареи);

- устройства распределения постоянного и переменного тока;

- конверторы DC/DC (преобразователи напряжения постоянного тока);

- инверторы;

-   щит переменного тока (главный распределительный щит переменного тока) ГРЩ;

-   главный зажим заземления (ГЗЗ);

-   распределительный щит СБЭ (РЩ);

-    система гарантированного электроснабжения, включающая в себя систему общего электроснабжения и АДЭС [18, раздел 1].

При использовании систем постоянного тока зарубежных фирм (кроме стран СНГ) задачи 1 и 2 решаются в соответствии с технической документацией на эти системы [18, раздел 4.3, 4.4].

По окончании следует начертить структурно-функциональную схему системы электропитания в виде, подобном рисунка [18, рисунок 4.1], совмещенную с СГЭ [18, рисунок 1.1], отразив в ней количество и тип выпрямительных устройств, все нагрузочные линий, инверторы и конверторы, ИБП, а так же количество и тип аккумуляторов групп, с указанием параметров, технических характеристик выбранных систем и элементов схемы. Привести описание работы системы.

2.2.2 Методические указания к решению задачи 2

 

                   Расчет импульсного ИВЭП. В рассчитываемой схеме импульсного обратноходового ИВЭП напряжение первичной сети преобразуется в постоянное напряжение с помощью выпрямителя UZ1 (рисунок 2.1), пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются с помощью фильтра Z1, полученное постоянное напряжение преобразуется в высокочастотное переменное напряжение с помощью инвертора UZ2, оно трансформируется в нужное напряжение высокочастотным трансформатором UZ3, полученное высокочастотное переменное напряжение выпрямляется выпрямителем UZ4 и пульсации сглаживаются фильтром Z2, а стабилизация напряжения осуществляется с помощью управления работой инвертора UZ2 методом широтно-импульсной модуляции через цепи обратной связи - гальванической развязки (ГР), схемы сравнения (СС) и ШИМ-контроллера DA1 [13].

 

	Рисунок 2.1 – Стуктурно-функциональная схема импульсного обратноходового ИВЭП

 

 

 

 

2.2.2.1 Параметры нагрузки и питающей сети (п. 2.2.1.1).

2.2.2.2 Выбор контроллера (микросхемы) для управления сетевым импульсным обратноходовым источником питания. Поиск путей упрощения схемотехники блоков питания аппаратуры привели фирму Power Integration к созданию серии сетевых обратноходовых микросхем (импульсных стабилизаторов - ШИМ-контроллеров семейства TinySwitch и TOPSwitch), имеющих всего три вывода: стока, истока и управляющего электрода [13…15; 18, раздел 10]].

Расчет преобразователя на микросхемах фирмы Power Integration относительно несложен. Его начинают с выбора необходимой микросхемы. Все расчеты преобразователя ведутся для наиболее тяжелого случая, а он (с одним исключением) имеет место при минимальном входном напряжении.

 

Номинальные мощности приведены для напряжения сети 230 В–15 %, т. е. для 195 В переменного тока. В отечественной сети 220 В с допуском – 20 % минимальное напряжение составляет 176 В и расчет надо вести именно для него. При таком напряжении на конкретной микросхеме можно построить преобразователь с несколько меньшей выходной мощностью, чем при 195 В. Поправочный коэффициент k_Р, определяющий уменьшение допустимой мощности для напряжения сети 176 В составляет около 0,94. Это означает, что необходимо выбрать микросхему, обеспечивающую выходную мощность более требуемой в 1/0,94 = 1,06 раза [15].

Выбор ШИМ-контроллера производится по диапазону изменения напряжения сети (U_C.MIN…U_C.MAX), частоте преобразования f_Р и номинальной выходной мощности [14; 15; 18, раздел 10]. Номинальная выходная мощность микросхемы должна быть выбрана с некоторым запасом, при необходимости можно предусмотреть вентиляцию ИВЭП, при этом указанную в технических условиях номинальную мощность (с учетом k_Р) увеличивают на k_n = (1 + 0,5), где n - скорость воздушного потока, м/с.

В работе приводятся параметры выбранного ШИМ-контроллера, его структурная схема с описанием работы и назначения функциональных узлов.

2.2.2.3 Расчет и выбор магнитопровода импульсного трансформатора. В качестве магнитопровода трансформатора желательно использовать Ш-образные сердечники из феррита марки НМС (например, 2500НМС1. [12; http://ferrite.ru; 18, раздел 9]), который изготовляется для работы в сильных полях, а также импортные сердечники, предназначенные для этих целей (наиболее популярные марки силовых ферритов, такие как 3С85 (Philips), N27 (Siemens), PC30 (TDK) и прочие., имеют небольшие потери на частотах до 50…100 кГц. Для больших частот желательно использовать высокочастотные силовые ферриты, такие как 3F3 (Philips), N67 (Siemens) [www.ferrite.com.ua], и т. д.).

Сначала определяется суммарная потребляемая от источника максимальная мощность Р_Н.МАХ. Она равна сумме мощностей, потребляемых всеми вторичными обмотками трансформатора (мощность обмотки управления, если она имеется, определяется типом ШИМ-контроллера и параметрами цепи обратной связи). Далее выбирается сечение сердечника трансформатора S_C, м², которое может обеспечить передачу такой мощности

 

,    (2.11)

 

где В_МАХ - амплитудное значение магнитной индукции, Тл;

f_P – рабочая частота преобразователя, Гц;

(0,05…0,1) - коэффициент учитывает немагнитный зазор в магнито-проводе (Ш2,5´2,5…Ш20´28), зазор выбирается в диапазоне d = (0,05…0,1), если d менее 0,1 мм его округляют до 0,1 мм (величина зазора должна находится в пределах от 0,1 мм до 1мм).

В_МАХ выбирается в диапазоне 0,25…0,3 Тл (для материала магнитопровода 2500НМС1, предполагается, что имеются быстродействующие цепи ограничения тока через ключевой элемент).

         Эффективное сечение S_ЭФФ выбираемого магнитопровода должно быть не менее расчетного значения S_C. Далее приводятся основные параметры выбранного магнитопровода: эквивалентная длина магнитной линии; эквивалентное сечение магнитопровода; эквивалентный объем сердечника; эффективная относительная магнитная проницаемость сердечника без зазора; эффективная индуктивность, нГн/вит²; сечение окна магнитопровода; масса магнитопровода [12; 18, раздел 9.1].

         Альтернативой этим вычислениям является использование программы Magnetic Design Tool с широкими возможностями, в которой учитывается и краевое искажение потока. Программу можно загрузить с корпоративного Webсайта компании EPCOS (www.epcos.com/tools).

2.2.2.4 Требуемая емкость конденсатора входного фильтра. Необходимую емкость конденсатора входного фильтра можно определить и по следующей формуле

 

С_Ф1 = Р_Н.МАХ(p - arccosk₁)/((phU²_С.m.MINf_С(1 – k²₁),                (2.12)

 

где k₁ = (U_С.m.MIN - U_П.MAX)/U_С.m.MIN;– коэффициент, характеризующий максимально допустимый размах пульсаций выпрямленного напряжения U_П.MAX, которое можно принять равным (0,03…0,05)U_С.m.MIN;

U_С.m.MIN – минимальное амплитудное напряжение сети;

q = arccosk₁ угол отсечки выпрямителя;

h - предполагаемый КПД схемы преобразователя, который можно принять равным 0,8 (суммарный КПД следующих за сетевым выпрямителем устройств преобразования);

f_С - частота напряжения сети.

Рекомендуемые значения С_Ф1 = (2…3)Р_Н.МАХ, в микрофарадах при Р_Н.МАХ в ваттах.

2.2.2.5 Минимальное входное напряжение источника. В дальнейших расчетах используются минимальное входное напряжение источника с учетом

 

пульсаций (на конденсаторе) U_MIN.C, при котором обеспечивается нормальная работа ИИВЭП. Для определения U_MIN.С следует воспользоваться формулой

 

U_MIN.C = .                             (2.13)

 

2.2.2.6 Максимально допустимое напряжение на стоке (коллекторе) ключевого транзистора. В обратноходовых сетевых блоках питания, важным ограничивающим фактором является максимально допустимое напряжение на стоке (коллекторе) ключевого транзистора U_DSmax. Напряжение на стоке разомкнутого ключевого транзистора (на первичной обмотке трансформатора) складывается из максимального входного выпрямленного напряжения U_С.m.MAX и повышения напряжения U_OR, обусловленного трансформацией напряжения из вторичной обмотки в первичную во время обратного хода (у ШИМ-контроллеров семейств TinySwitch и TOPSwitch допустимое напряжение ключевого транзистора U_DSmax = 700 В). При изменении входного напряжения в допустимых пределах величина U_OR остается постоянной. Максимально допустимое напряжение на стоке (коллекторе) ключевого транзистора должно быть больше U_1m.MAX с хорошим запасом (20…25 В). Из-за индуктивности рассеивания первичной обмотки трансформатора, а также паразитной индуктивности проводов и т. д. на стоке (коллекторе) ключевого транзистора появится дополнительный выброс [18, (рисунок 10.7)]. Сумму двух последних составляющих обозначают U_CLM, это напряжение ограничивает цепь VD4-VD5 [18, рисунки 10.3, 10.5, 10.6] или C2- R1-VD4) [18, рисунок 10.4], C2- R1 [18, рисунок 10.1].

Повышение напряжения, обусловленное трансформацией напряжения из вторичной обмотки в первичную во время обратного хода U_OR определяется как

 

U_OR ≤ (U_DSmax – 25 – U_С.m.MAX)/2,5.                                (2.14)

 

         2.2.2.7  Коэффициент заполнения работы источника при напряжении U_MIN.C

 

D_MAX  = U_OR/(U_MIN.C – U_DS + U_OR),                                (2.15)

 

где U_DS = 10 В – падение напряжения на ключевом транзисторе ИМС управления для серии TOPSwitch [13…15].

D_MAX не должен превышать 0,67 и должен находится в диапазоне 0,3…0,5 (при допустимом отклонении сетевого напряжения до ±20%, чему соответствует

 

U_1m.MAX = U_C.m.MAX + U_MIN.С D_MAX/(1- D_MAX).

 

         2.2.2.8  Максимальный ток в первичной обмотке трансформатора

I_1MAX = (f_РS_ЭФФB²_MAX d)/(U_MIN.CD_MAXm₀).                              (2.16)

         2.2.2.9 Среднее значение тока первичной обмотки трансформатора при минимальном напряжении на входе схемы

I_1СР = Р_Н.МАХ/(hU_MIN.C) .                                      (2.17)

         2.2.2.10 Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора

I_1RMS = I_1MAX .                                      (2.18)

2.2.2.11 Выбор емкости конденсатора входного фильтра производится по условиям:

- номинальное напряжение электролитического конденсатора фильтра должно быть выше максимального амплитудного напряжения на выходе выпрямителя

U_НОМ.С ³ 1,25= 1,25U_С.MAX; С_Ф1.НОМ ³ С_Ф1                           (2.19)

(выбирается из ряда номинальных параметров радиокомпонентов [11; 18, раздел 6];

- допустимый ток пульсаций I_RО с учетом температуры и частоты пульсации должен быть не менее максимального входного тока [18, раздел 6]

I_RО = I_R ×K_t×K_f  ³ I_R1 =,                          (2.20)

где I_R1 - ток пульсации на конденсаторе.

2.2.2.12  Диоды входного выпрямителя выбираются из условий

U_VD.ОБР  ³ 1,25 U_VD.МАХ  = 1,25×U_С.MAX,                             (2.21)

где U_VD.ОБР— обратное напряжение диода, приводимое в технических условиях;

U_VD.МАХ  - максимальное обратное напряжение на диоде; 1,25 – коэффициент запаса;

I_ПP.MAX  ³ 3I_VD,                                                      (2.22)

где I_ПP.MAX - максимально допустимый постоянный прямой ток диода;

I_VD = 0,5I_1MAXD_MAX.- среднее значение нагрузочного тока диода;

3 - коэффициент запаса.

Потери мощности в диодах выпрямителя

 

Р_VD = 2I_VDU_ПР.

 

Данные диоды работают в условиях низкочастотных токов, поэтому здесь можно выбрать элементы класса standard, диодные сборки КЦ419, собранные по однофазной мостовой схеме [10; 18, раздел 7.2].

         Диоды двухполупериодной схемы выпрямления с конденсаторами на выходе, должны быть рассчитаны на большие значения постоянного тока, чем их средний ток (коэффициент запаса, равный не менее 3).

         2.2.2.13 Число витков первичной обмотки рассчитывается по формуле

 

N₁= (U_MIN.C – U_DS)D_MAX/(f_PS_ЭФФB_MAX),                                  (2.23)

 

         2.2.2.14 Число витков вторичной обмотки рассчитывается по формуле с учетом прямого падения напряжения на диоде U_VD выходного выпрямителя (для диода Шоттки типичное падение напряжения 0,4…1В)

 

N₂ = N₁(U_Н + U_VD2)(1 – D_MAX)/[(U_MIN.C – U_DS)D_MAX].                      (2.24)

 

         2.2.2.15  Коэффициент трансформации

 

n = N₁/ N₂ = (U_MIN.C - U_DS)D_MAX/[(U_Н + U_VD)(1 – D_MAX)].                (2.25)

 

         2.2.2.16 Число витков обмотки управления (если она имеется) рассчитывается, с учетом требуемого выходного напряжения этой обмотки U₃ (10…15 В) и падения напряжения на диоде U_VD3 по формуле

 

N₃ = N₂(U₃ + U_VD3)/(U_Н + U_VD2).                                   (2.26)

 

         При малом выходном напряжении число N₂ может оказаться очень небольшим и не целым. Тогда надо взять N₂ равным ближайшему большему целому числу и выбрать новое значение коэффициента заполнения D_MAX.НОВ исходя из соотношения

 

D_MAX.НОВ = 1 - (f_PS_ЭФФB_MAX N₂)/(U_Н + U_VD).                          (2.27)

 

         Затем с полученным значением D_MAX.НОВ вновь произвести расчет N_1НОВ по формуле

 

N_1НОВ = (U_MIN.C – U_DS)D_MAX.НОВ/(f_PS_ЭФФB_MAX).                       (2.28)

 

         N_1НОВ также округляется до целого числа, однако это не представляет существенных затруднений, так как здесь число витков достаточно велико. Уточняется число витков N₃ по выражению (2.32).

         2.2.2.17 Далее рассчитывают индуктивности первичной и вторичной обмоток трансформатора по формулам

L₁ = ;  L₂ = .                          (2.29)

         2.2.2.18  Эффективная проницаемость магнитопровода

m_Эф » l_ЭФ/d.

         2.2.2.19 Максимальное, среднее и действующее значения тока вторичной обмотки трансформатора при минимальном напряжении на входе схемы:

I_2MAX = I_1MAX(N₁/N₂); I_2СР = I_Н.МАХ, I_2RMS = I_2MAX .

         2.2.2.20 Далее производится расчет и выбор проводников обмоток трансформатора (см. методические указания к решению задачи 1). Затем необходимо проверить, уместятся ли все обмотки с изолирующими слоями в окне магнитопровода. Методы такого расчета достаточно известны и здесь не приводятся. Если обмотки не умещаются, то надо выбрать магнитопровод, у которого площадь окна больше, а сечение сердечника S_ЭФФ не меньше предыдущего. С новым значением S_ЭФФ надо снова провести расчеты числа витков.

2.2.2.21 Расчет и выбор выходного выпрямителя и фильтра. В качестве выпрямительного диода используется диод Шоттки, выбор которого производится по условиям (2.21, 2.22), при этом

U_VD.МАХ = U_Н + U_С.МАХ (N₂/ N₁); I_VD = I_Н.MAX.

         По аналогичным условиям можно выбрать диод импульсного выпрямителя управления: U_VD6.МАХ = U_III + U_С.МАХ (N₃/ N₁); I_VD6 < 100…200 мА (например, диоды 1N4148).

         При малых значениях тока нагрузки (менее 1 А) рекомендуется использовать дроссель с индуктивностью от 2,2 до 4,7 мкГн [14…17; 18, раздел 12].       

Исходя из допустимого коэффициента пульсаций напряжения на нагрузке К_ПН и допустимого выброса выходного напряжения ΔU_ВЫБР при скачке тока нагрузки от I_H.MAX до I_H.MIN определяют значение емкостей выходного конденсатора

С^¢_Ф2 ³ (1 - D_MIN)/(16 К_ПНL₂f²_P);                           (2.30)

 

         С^¢¢_Ф2 = 0,5(I_Н.МАХ - I_Н.МIN)² L₂/(ΔU_ВЫБР U_Н),                            (2.31)

 

где ΔU_{ВЫБ Р} = (0,1…0,2) U_Н.

Значение емкости конденсатора принимают равным большему из полученных значений.

Выбор конденсатора производится по условиям: U_НОМ.С ³ U_Н.MAX = U_Н + K_UН%U_Н/100; С_НОМ2 ³ С_Ф2 (выбирается из ряда номинальных параметров радиокомпонентов [11; 18, раздел 6].

            Допустимый ток пульсации выбираемого конденсатора должен быть равным или  большим тока пульсации на конденсаторе I_R ³.

         2.2.2.22  КПД источника питания определяется по формуле

h_ИИВЭП = Р_Н.MAX/SР_ПОТ,

где SР_ПОТ @ Р_VD1 + Р_ОБ + Р_Ф + Р_VD2 + Р_ИМС – суммарные потери мощности в элементах источника (Р_VD1 - потери мощности в сетевом выпрямителе, Р_ОБ - потери мощности в обмотках высокочастотного трансформатора, Р_Ф - потери в феррите магнитопровода трансформатора, Р_VD2 - потери мощности в выходном выпрямителе, Р_ИМС – потери мощности в ИМС (ШИМ-контроллере).

Потери мощности в обмотках высокочастотного трансформатора

Р_ОБ = k_qI²₁R_~1 + k_qI²₂R_~2 + k_qI²₃R_~3,

где k_q = 1 +0,004(Т_ОБ – 20) – температурный коэффициент сопротивления при перегреве обмоток относительно температуры окружающей среды 20 °С;

Т_ОБ – допустимая температура нагрева обмоток;

R_~1 = k_gR₁, R_~2 = k_gR₂, R_~3 = k_gR₃ – сопротивления обмоток трансформатора переменному току;

R1, R2, R3 - сопротивление проводов обмоток постоянному току;

k_g - коэффициент увеличения активного сопротивления от частоты в зависимости от диаметра обмоточного провода [18, раздел 9.3].

Сопротивление проводов обмоток постоянному току

, R₂ =, R₃ =,

где r = 0,0175 Ом×мм²/м - удельное сопротивление медного провода при температуре 20 °С;

l_М.СР.1, l_М.СР.2, l_М.СР.) - длины средних витков обмоток, определяются по эскизному чертежу обмотки (вторичная обмотка намотана поверх первичной) [6; 18, раздел 8.5].

Потери в феррите магнитопровода трансформатора

Р_Ф = Р_УДМ_Ф,

где Р_УД – удельные магнитные потери в магнитопроводе, определяемые по формуле

Р_УД = ,                                                (2.32)

где f* = 1 кГц; В^*_m = 1 Тл – базовые значения частоты и индукции;

r₀, n, x - коэффициенты, полученные из экспериментальных данных [12; 18, раздел 9.2].

         Потери мощности в ИМС (ШИМ-контроллере)

Р_ИМС = Р_{МАХ.ИМС}(1 - h_ИМС),

где h_ИМС = 0,9 – КПД ШИМ-контроллера.

         Перегрев обмоток трансформатора

Dq = Р_ТРx_q = (Р_ОБ + Р_Ф) x_q,

         где x_q.- температурный коэффициент мощности трансформатора [18, раздел 9.1].

2.2.2.23 Выбор номиналов элементов цепи защиты ключевого транзистора. Выбор номиналов фиксирующей цепочки C2-R1-VD4 [18, рисунок 10.4]). Мощность, рассеиваемая на сопротивлении R1 может находиться в пределах 2% от мощности, выделяющейся на нагрузке: R₁ = U²_С.НОМ/(0,02Р_Н.MAX).

Емкость конденсатора С2 рекомендуется выбрать так, чтобы постоянная разряда цепочки была на пару порядков больше периода коммутации. Отсюда

С₂ = 100/(R₁f_P).

Допустимое напряжение для этого конденсатора должно быть не менее U_C.mMAX.

Выбор номиналов фиксирующей цепочки VD4-VD5 [18, рисунки 10.3, 10.5, 10.6].

Хорошим способом защиты силового транзистора является использование диодов TRANSIL [14…17; 18, VD5 на рисунках 10.3, 10.5, 10.6, 10.9].

Напряжение пробоя диода TRANSIL (стабилитрона) должно быть не меньше чем напряжение питания стабилизатора. Но также должны быть учтены максимальные колебания питающего напряжения.

При недостаточности напряжения пробоя единичного стабилитрона их можно соединить последовательно с выравнивающими сопротивлениями не менее 1 МОм.

В типовых схемах используются стабилитроны (защитные диоды) фирмы Motorola P6KE200 и серии 1,5КЕ250А [18, 10.10]). Блокирующий диод VD4 выбирается как можно более быстродействующий (с минимально возможным временем обратного восстановления) и с обратным напряжением не менее 1,5U_C.mMAX, например, UF4005.

         2.2.2.24 Компоненты цепи обратной связи и других цепей выбираются согласно прилагаемым в [14…18] типовым решениям.

2.2.2.25 Выбор помехоподавляющего фильтра. На вход выпрямителя необходимо включить помехоподавляющий фильтр, схема которого приведена в [15; 16; 18, рисунок.14.1]. Выбор производится по номинальному току дросселя фильтра, а типы и номиналы конденсаторов выбираются из [18, раздел 14].

         Рассчитанные значения элементов принципиальной схемы источника питания должны иметь стандартные значения, выбранные по [10…12, 18].

         Текстовая и графическая части задания (принципиальные электрические схемы ИВЭП и ШИМ-контроллера) оформляются в соответствии с фирменным стандартом АИЭС ФС РК 10352-1910-У-001-2002.

 

2.2.3 Методические указания к решению задачи 3

 

Расчет и выбор системы бесперебойного электропитания (ИБП) офисного инфокоммуникационного оборудования (серверов, компьютерных сетей и т.п.).

         Определение необходимой емкости и выбор типа АБ.

Необходимая емкость АБ на 12 В определяется по выражению (2.3). При этом выбираются герметичные, не требующие обслуживания свинцово-кислотные аккумуляторы, например, комплекты батарей семейства RBC (RBC 2,  RBC 4, RBC 5,  RBC 6,  RBC 8,  RBC 11,  RBC 12 и др.). Более подробную информацию о решениях АРС можно получить на сайте www.apc.com/www.apc.ru. В работе необходимо приводить технические характеристики аккумулятора.

Более подробную информацию о решениях АРС можно получить на сайтах: www.exidetechnologies.ru, www.exide.de, www.eps.kz, www.oldham.ru, www.expoweb.ru, www.ict.nsc.ru, www.t-service.ru, www.ssprom.ru и др.

При этом выбираются герметичные, не требующие обслуживания свинцово-кислотные аккумуляторы, например, комплекты батарей семейства RBC (RBC 2, RBC 4, RBC 5, RBC 6, RBC 8, RBC 11, RBC 12 RBC 31, RBC 44 и др.). Более подробную информацию о решениях АРС можно получить на сайте www.apc.com/www.apc.ru. В работе необходимо привести технические характеристики аккумулятора [18, раздел 3.4].

Выбор ИБП производится по мощности нагрузки и по времени работы в автономном режиме [18, раздел 3.5] (адреса производителей ИБП в Интернет: American Power Conversion www.apc.com, Best Power www.bestpower.com и др.).

В конце решения задачи приводятся функциональная схема ИБП, технические характеристики выбранного ИБП и описание его работы. Текстовая и графическая части задания (функциональные схемы ЭПУ и ИБП оформляются в соответствии с фирменным стандартом АИЭС ФС РК 10352-1910-У-001-2002.

Список литературы

 

1. Бокуняев А. А., Горбачев Б. В., Китаев В. Е. и др. Электропитание устройств связи. - М.: Радио и связь, 1988. - 280 с.

2. Хиленко В. И., Хиленко А. В. Электропитание устройств связи. – М.: Радио и связь, 1995. - 224 с.

3. Воробьёв А. Ю. Электроснабжение компьютерных и телекоммуникационных систем. – М.: Эко-Трендз, 2002. – 280 с.

4. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование / В.Г. Костиков, Е.М. Парфенов, В. А. Шахнов: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1998. - 364 с.

5. Розанов Ю. К. Основы силовой электроники. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 296 с.

6. Иванов-Цыганов А. И. Электропреобразовательные устройства РЭС: Учеб. для вузов. – М.: Высш. шк., 1991. – 272 с.

7. Электропитание  устройств  связи: Учебник  для вузов / А. А. Бокуняев, В. М. Бушуев, А. А. Жерненко и др.; Под ред. Ю. Д. Козляева. - М.: Радио и связь, 1998. - 328 с.

8. Казаринов И. А. Проектирование электропитающих установок проводной связи. - М.: Радио и связь, 1984. - 400 с.

9. Ведомственные нормы технологического проектирования. Электро-установки предприятий и сооружений электросвязи, радиовещания и телевидения. ВНТП 332-81 Минсвязи СССР. - М.: Радио и связь, 1982.-120 с.

10. Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные. Стабилитроны. Тиристоры/Под ред. А.В. Гломедова. – М.: КубК-а, 1996. – 528 с.

11. Аксёнов А.И., Нефёдов А.В. Элементы схемы бытовой радиоаппара-туры. Конденсаторы, Резисторы: Справочник. -  М.: Радио и связь, 1999. – 272 с.

12. Сидоров И. Н., Христинин А. А., Скорняков С. В. Малогабаритные магнитопроводы и сердечники. - М.: Радио и связь, 1989. – 384 с.

13. Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. – М.ДОДЭКА, 1997, 2002. - 228, 340 с.

14. TOP221-227. TOPSwitch-II Family. Three-terminal Off-line PWM Switch. www.powerint.com.

15. TOPSwitch-II Flyback. Quick Selection Curves. Application Note AN-21. www.powerint.com.

16. Семенов Б.Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов. – М.: СОЛОН-Р, 2001. – 327 с.

17. Семенов Б.Ю. Силовая электроника: от простого к сложному. – М.: СОЛОН-Пресс, 2005. – 416 с.

18. Шотан Ж. Ж., Бакирова Н. С. Электропитание устройств телекоммуникаций и радиоэлектронных устройств: Справочно-информационные материалы самостоятельных работ. – Алматы: АИЭС, 2007. –62 с.

19. Лопухин А. А. Источники бесперебойного питания без секретов. http://at-systems.ru.

 

Содержание

 

Введение. 3

1 Программа дисциплины.. 4

1.1 Содержание дисциплины.. 4

1.2 Методические указания к изучению теоретического материала. 5

1.3 Перечень лабораторных занятий.. 7

2 Контрольное задание. 8

2.1 Задание контрольной работы.. 8

2.2 Методические указания к выполнению контрольной работы.. 13

2.2.1 Методические указания к решению задачи 1. 13

2.2.2 Методические указания к решению задачи 2. 18

2.2.3 Методические указания к решению задачи 3. 27

Список литературы.. 28