Электропитание устройств связи Задача 1
 Скачать 477 Kb.
|
|
Вариант 6 Электропитание устройств связи Задача 1 Начертите схему выпрямителя, указанного для Вашего варианта в таблице 1 и с помощью временных диаграмм поясните принцип ее работы. Рассчитайте заданный выпрямитель по следующим пунктам:
Данные для расчета приведены в таблице 1. Таблица 1
Таблица 2
1. Для электрического питания аппаратуры связи наибольшее распространение получили преобразователи переменного тока в постоянный, которые называются выпрямителями, и постоянного тока в переменный, называемые инверторами. Различные сочетания основных видов преобразователей лежат в основе современных средств электропитания. Принцип действия выпрямителя основан на обеспечении подключения к источнику нагрузки таким образом, чтобы в ней протекал ток одного направления. Выпрямленным током называют ток, протекающий в нагрузке выпрямителя от «+» его зажима к «-». Выпрямленным напряжением называют напряжение на выходе выпрямителя. Выпрямленные напряжения и ток содержат постоянные и переменную составляющие. На рис. 1 представим схему выпрямителя, указанного в таблице 1.  Рис. 1. Схема Миткевича трехфазная однополупериодная для выпрямления тока. Трехфазная однополупериодная схема состоит из трехфазного трансформатора с выводом нулевой точки и трех диодов. Первичные обмотки трансформатора можно соединять звездой или треугольником, вторичные соединяются только звездой с выводом нулевой точки. Нагрузка Rн включается между точкой соединения диодов и нулевым выводом.  Рис. 2. Временная диаграмма работы трехфазного выпрямителя Объясним принцип работы трехфазного однополупериодного выпрямителя на примере однофазного однополупериодного выпрямителя, т.к. его схема является наиболее простой. Первичная обмотка трансформатора включается в сеть переменного синусоидального тока, а ко вторичной обмотке через вентиль VD подключается нагрузка Rн. Во время положительного полупериода напряжения на вторичной обмотке трансформатора потенциал анода диода VD положительный. Сопротивление диода на этот период равно нулю. Так как сопротивление диода и трансформатора принимаем равным нулю, то падение напряжения на этих элементах во время положительного полупериода отсутствует, и форма напряжения на нагрузке повторяет форму напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформатора (кривая U2). Во время отрицательного полупериода напряжения на вторичной обмотке потенциал анода диода отрицательный, сопротивление диода бесконечно велико, диод закрывается и ток в цепи вторичной обмотки не протекает. Напряжение на нагрузке равно нулю. И все напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора оказывается приложенным к электродам диода. Это и есть наибольшее значение обратного напряжения на вентиле Uобр. Таким образом, в цепи вторичной обмотки трансформатора протекает ток в виде периодической последовательности импульсов, т.е. пульсирующий ток. Пульсирующий выпрямленный ток можно рассматривать как сумму постоянной составляющей и бесконечного числа гармонических составляющих с разными амплитудами и частотами. Такая схема является сочетанием трех однополупериодных выпрямителей, питающихся тремя симметричными напряжениями, сдвинутыми по фазе на 120˚ и работающих на одну общую нагрузку. 2. Рассчитаем заданный выпрямитель. Выберем тип кремниевого диода. Для этого определим обратное напряжение на диоде.  , где U0 – выпрямленное напряжение, В И средний прямой ток через диод:  , где I0 – выпрямленный ток, АВ соответствии с рассчитанными показателями тип кремниевого диода В10. Определим действующие значения напряжения и тока во вторичной обмотке трансформатора.  3. Определим коэффициент трансформации силового трансформатора по формуле:  , где U1 – действующее значение фазного напряжения в первичной обмотке трансформатора. U1 принимаем равным Uc (таблица 1). Таким образом, U1=Uc=380В.U2 – действующее значение напряжения во вторичной обмотке трансформатора.  4. Определим коэффициент полезного действия (КПД) выпрямителя. Предварительно определим потери мощности в элементах схемы. а) Найдем потери мощности в трансформаторе ΔPтр, Вт:  , где Pтр – расчетная мощность трансформатора  ηтр – КПД трансформатора принимаем равным 0,85.  б) Потери мощности в диодах ΔPд, Вт. Для трехфазной однополупериодной схемы выпрямления потери мощности в диодах рассчитывается по формуле, Вт:  , где Uпр.ср. – допустимое прямое напряжение на выбранном диоде. Uпр.ср.=1.35В в) КПД выпрямителя без учета сглаживающего фильтра и стабилизатора напряжения определим по формуле:  , гдеP0=I0*U0 – активная мощность на нагрузке, Вт; ΔPд – потери мощности на диодах, Вт; ΔPтр – потери мощности на трансформаторе.  5. Определим коэффициент пульсации Кп1 и частоту пульсации f1 основной (первой) гармоники по формулам:  ,где m – фазность выпрямителя m=3 (таблица 2); fc – частота сети fc=50Гц (таблица 1). Коэффициент пульсации первой гармоники на выходе выпрямителя рассчитывается по формуле:  Задача 2 Рассчитайте сглаживающий Г-образный LC-фильтр, включенный после выпрямителя по следующим пунктам:
Данные для расчета приведены в таблице 1. Сглаживающим фильтром выпрямителя называется устройство, предназначенное для уменьшения переменной составляющей выпрямленного напряжения. Простейшие фильтры L и С не могут обеспечить достаточно больших коэффициентов сглаживания. Поэтому на практике применяются сглаживающие фильтры, содержащие оба эти элемента – индуктивность L и емкость С. Рассчитаем сглаживающий Г-образный LC-фильтр, включенный после выпрямителя. 1. Определим коэффициент сглаживания:  , гдеКп1 – коэффициент пульсации первой гармоники на входе фильтра (на выходе выпрямителя); Кп.вых – коэффициент пульсации первой гармоники на выходе фильтра на нагрузке. Так как g=250>25, применяем двухзвенный LC-фильтр. Поскольку использование однотипных деталей более экономично, чем разнотипных, то в обоих звеньях двухзвенного фильтра включаются одинаковые элементы L и С. В этом случае коэффициент сглаживания каждого звена определяется по формуле:  2. 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:  Определив значение минимальной индуктивности, рассчитаем значение емкости фильтра по формуле, мкФ:  Выберем номинальную емкость конденсатора, исходя из рассчитанного значения емкости С=14367,5мкФ и номинального напряжения конденсатора Uном, величина которого должна быть:  . В соответствии с полученными данными тип конденсатора – К 50-18 с параметрами Uном=80В, Сном=15000мкФ.3. На рисунке 3 изобразим схему рассчитанного Г-образного LC-фильтра.  Рис. 3 Схема рассчитанного Г-образного LC-фильтра Задача 3 Таблица 3
Рассчитайте электропитающую установку ЭПУ-60 по следующим пунктам:
Данные для расчета приведены в таблице 3. 1. Расчет тока аварийного разряда аккумуляторной батареи – 60В при отсутствии напряжения сети переменного тока производится по формулам, А:  , где - ток, потребляемый аппаратурой, А; - ток аварийного освещения, А. , где РАВ.ОСВ. – мощность аварийного освещения.2. Выберем тип аккумулятора: 60PzV600 В этом коде названия аккумулятора первое число соответствует количеству 60 положительных пластин (электродов), буквенное обозначение расшифровывается как «стационарные необслуживаемые аккумуляторы с трубчатыми положительными пластинами», последнее число показывает номинальную емкость аккумулятора в А·ч. Тип пластины рассчитывается по формуле:  Количество элементов в аккумуляторной батарее определяется по формуле:  , гдеUmin – наименьшее допустимое напряжение на входе питаемого оборудования, равное 58В ΔUпр – допустимые потери напряжения в токораспределительной проводке и коммутационно-защитной аппаратуре, равные 2,4В. Uкр – конечное разрядное напряжение одного аккумулятора Uкр=1,75В. 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:  , гдеUmax – наибольшее допустимое напряжение на зажимах питаемой аппаратуры, принимаем равным 66В; UНП – напряжение на одном элементе аккумуляторной батареи в режиме непрерывного подзаряда, равное 2,25В. Количество элементов в дополнительной группе аккумуляторной батареи определяется по формуле:  3. Выберем тип и количество выпрямительных устройств типа ВУТ для ЭПУ-60. Выпрямительное устройство на тиристорах (ВУТ) предназначено для питания аппаратуры связи и заряда аккумуляторных батарей. По нормам технологического проектирования число рабочих выпрямительных устройств (ВУТ), работающих параллельно в буферной электропитающей установке, не должно превышать четырех. Для ЭПУ-60 выберем ВУТ с максимальным выпрямленным напряжением 67В, исходя из условия:  , следовательно  , гдеКВУ – число параллельно включенных ВУТ, входящих в рабочий комплект. I0 – максимальный выпрямленный ток одного ВУТ, А. IАП – ток, потребляемый аппаратурой. При этом следует выбирать ВУТ с меньшими значениями тока I0, предусматривая их параллельную работу, не более четырех в параллель. Только в том случае, когда четыре параллельно включенных ВУТ не обеспечивают требуемую величину тока нагрузки, нужно переходить на следующий тип выпрямительного устройства с большим значением выпрямительного тока. Для определения подходящего условиям типа ВУТ рассмотрим выпрямительные устройства с максимальным выпрямленным напряжением, равным 67В. а) ВУТ 67/60. При заданных IАП=350А, I0=60A условие не выполняется, т.к. при максимальном КВУ=4  4<5,8б) ВУТ 67/125. При заданных IАП=350А, I0=125A условие  выполняется, т.к. при максимальном КВУ=4 4>2,8.Из вышеприведенных расчетов получаем, что система автоматики позволяет равномерно делить нагрузку между тремя выпрямителями и включать резервный выпрямитель вместо любого поврежденного. Для выбранного типа ВУТ 67/125 КПД составляет η=0,85; коэффициент мощности cosφ=0,7. 4. Расчет энергетических параметров выпрямительно-аккумуляторной установки. 4.1 Активная мощность, потребляемая установкой от сети, с учетом КПД выбранного типа выпрямительного устройства, рассчитывается по формуле  где Рн – мощность, потребляемая аппаратурой при наличии сети переменного тока    4.2 Полная мощность, потребляемая установкой от сети переменного тока, рассчитывается по формуле, ВА  где  - коэффициент мощности выбранного типа ВУТпереводим Р с кВт в Вт   ВА4,3 Ток, потребляемый выпрямительно-аккумуляторной установкой от сети, рассчитывается по формуле,А  где Uл – линейное напряжение сети,В для расчетов принимают Uл = Uс (таблица 3)  АПо рассчитанному значению тока I = 53,6А выбираем щит переменного тока в ЭПУ – 60В – ЩПТА 4/200 (на ток 200А) Ответ:  Тип аккумулятора:   Выпрямитеное устройство: ВУТ 67/125 (получаем 3 основных ВУТ 67/125 и один резервный ВУТ 67/125)  (ВУТ67/125) - коэффициент мощности ВУТ 67/125 ЩПТА 4/200 – щит переменного тока 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: 2,1 при наличии напряжения сети переменного тока; укажите состав и назначение основного оборудования ЭПУ. 1. На рисунке 4 изображена электрическая функциональная схема ЭПУ – 60 с АКАБ по данным, полученным в задаче 3 (3 ВУТ основные, 1 ВУТ резервный, 6 дополнительных элементов аккумуляторной батареи GB1 и GB2).  Рис. 4 Схема электрическая функциональная ЭПУ – 60 с АКАБ 2. Состав и назначение основного оборудования ЭПУ: - ТП – внешний источник электроснабжения (ТП – трансформаторная подстанция); - СЭС – собственная электростанция; - ЩПТА – щит переменного тока (осуществляет распределение электрической энергии по потребителям и защиту потребителей и аккумуляторных батарей от перегрузок и токов короткого замыкания); - ВУТ – выпрямительное устройство; - GBОСН – основные элементы аккумуляторной батареи; - GB1 и GB2 – дополнительные элементы аккумуляторной батареи; - основные ВУТ в нормальном режиме обеспечивают одновременное питание нагрузки и непрерывный подзаряд основных элементов аккумуляторной батареи GBОСН; - группы дополнительных элементов GB1 и GB2 в нормальном режиме подзаряжаются от выпрямителей содержания ВС1 И ВС2 (типа ВС 6/8), встроенных в устройство АКАБ (устройство автоматической коммутации аккумуляторной батареи); - резервный ВУТ автоматически включается при выходе из строя одного из основных выпрямителей; При отключении напряжения сети (аварийный режим) напряжение на выходе ВУТ 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 отпускается реле в цепях автоматики и включает питание контактора К1, который размыкает контакты (8 - 7) и замыкает контакты (7 - 9) подключая первую группу дополнительных элементов GB1 последовательно с основными элементами батареи GBОСН к нагрузке. Если в процессе продолжающегося разряда батареи её напряжение понизиться до минимально допустимого, то устройство контроля напряжения УНК1 через промежуточное реле включает контактор К2, который 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. При появлении напряжения питающей сети (послеаварийный режим), рабочие (основные) выпрямители вместе с резервным выпрямителем автоматически включаются в режим стабилизации тока, так как одновременно с питанием аппаратуры связи производиться заряд аккумуляторной батареи в составе последовательно включенных основных и двух групп дополнительных элементов. Напряжение буферных выпрямителей по мере заряда аккумулятора повышается. Когда напряжение на клеммах подключения нагрузки достигнет 66 В, по сигналу устройства контроля напряжения УКН2 контактор К2 отключает вторую группу дополнительных элементов от буферных выпрямителей и включает зарядный выпрямитель ЗВ2. заряд второй группы дополнительных элементов продолжается от выпрямителя ЗВ2 в режиме стабилизации тока. Для исключения резкого повышения напряжения на клеммах аппаратуры из-за уменьшения нагрузки во время отключения контактора К2 ток заряда протекает через диод VD3. Основные элементы батареи GBОСН вместе с дополнительными элементами первой группы GB1 продолжают заряжаться также до 66 В. Затем срабатывают устройство контроля напряжения УКН3, контакты контактора К1 (9 - 7) размыкаются, а контакты (7 - 8) замыкаются. Первая группа дополнительных элементов батареи GB1 отключается от цепи нагрузки, и включается зарядный выпрямитель ЗВ1, от которого продолжается заряд первой группы дополнительных элементов в режиме стабилизации тока. На время коммутации контактов К1 ток заряда батареи протекает через диод VD1. Рабочие (основные) и резервный выпрямители продолжают заряжать группу основных элементов до напряжения 2,3 В/эл., т.е. до напряжения  В, после чего рабочие выпрямители автоматически переводятся в режим стабилизации напряжения, а резервный выпрямитель отключается.Зарядные выпрямители ЗВ1 и ЗВ2 (типа ВУК 8/300) заряжают группы дополных элементов до напряжения 2,35 В/эл., после чего выключаются. Одновременно включаются выпрямители содержания ВС1 и ВС2, производящие непрерывный подзаряд первой и второй групп дополнительных элементов аккумуляторной батареи. Электропитающая установка возвращается в состояние нормального режима работы. Список используемой литературы
аппаратуры. – М.: радио и связь. 1981.
связи. – М.: издательство «Связь» 1964.
|
