Электропитание устройств. Электропитание устройств моя контрольная. Контрольная работа и методические указания к ее выполнению (для студентов заочного отделения)
 Скачать 1.29 Mb.
|
2.2 Выбор схемы выпрямления,типа фильтра и типа вентиля Выпрямительные устройства, применяемые для питания аппаратуры телекоммуникаций, могут строиться по схеме трансформаторно-выпрямительного блока, представленной на рис. I.  Рис. 1. Структурная схема выпрямительного устройства Основными элементами трансформаторно-выпрямительного блока являются: трансформатор, выпрямитель (блок полупроводниковых приборов) и сглаживающий фильтр. Трансформатор обеспечивает преобразование уровня напряжения питающей сети, а также гальваническую развязку цепей питающей сети и нагрузки. Без такой развязки заземление выходного полюса выпрямителя вызовет КЗ. Схема выпрямления (блок полупроводниковых приборов) обеспечивает преобразование знакопеременного напряжения на его входе в знакопостоянное (пульсирующее) напряжение. Сглаживающий фильтр уменьшает содержание переменных составляющих в спектре выходного напряжения. Основой ТВБ является схема выпрямления, поскольку от ее выбора зависит расчет параметров трансформатора и сглаживающего фильтра. На рис. 2. представлены основные схемы выпрямительных устройств. Выбор конкретной схемы выпрямления следует осуществлять на основе анализа исходных данных к расчетуUс, U0, I0и Кп0и величины мощности нагрузки выпрямителя P0=U0I0, а также рекомендаций, приведенных в табл. 4 и [1-3]. В контрольной работе рекомендуется использовать LCфильтр, который обуславливает прямоугольную форму тока. При этом достигается максимальный коэффициент использования силового трансформатора и вентилей, следовательно применение LCфильтра снижает стоимость выпрямителя при Робольше 70-100 Вт.  Рис. 2. Основные схемы выпрямительных устройств Для выбранной схемы выпрямления определение типа вентиля производится по мгновенным значениям, вычисляемым по приближенным формулам, приведенным в табл. 5. Таблица 5
В таблице 5 m - фазность выпрямленного тока (число импульсов тока, уходящего от выпрямителя в нагрузку за один период питающего напряжения), Imax - амплитуда выпрямленного тока при индуктивной нагрузке, Iвн.ср - среднее значение тока через вентиль, Uобр - "обратное" напряжение на вентиле на интервале его закрытого состояния. В качестве вентиля выбирается такой, у которого допустимое обратное напряжение Uобр max (см. справочные данные или приложениеIII) было бы несколько больше обратного напряжения в выбранной схеме выпрямления Uобр, а прямой допустимый ток Iпр ср несколько больше максимального значения тока Imax протекающего через вентиль, например, Iпр ср  1.2Imax.Необходимо также, чтобы Fгран > 1кГц при fc = 50Гц.Выбор конкретного типа диода производится по справочникам [10] или из Приложения Ш. В том случае, если по величине обратного напряжения, действующего в схеме, не удалось подобрать один диод с Uобр max> Uобр, то каждое плечо схемы выпрямления следует включить N последовательно включенных диодов. Число N таких диодов в плече определяется соотношением  (1) Для равномерного распределения обратного напряжения на диодах их следует шунтировать резисторами Rш, как показано на рис. 1.3а. Сопротивление каждого такого резистора рассчитывается по формуле:  (2) в которой IR= (3...5)*Iобр.max- ток через резистор Rш, Io6p.max- максимальный обратный ток диода [13,16]. В выпрямителях большой мощности, когда  ,этот способ выравнивания напряжения из-за больших потерь врезисторах непригоден. Поэтому для мощных выпрямительных устройств применяются реактивные делители напряжения (рис.1.3.б), у которых постоянная времени равна  , т.е. (3)  Рис. 3. Последовательное и параллельное включение диодов в плечи выпрямителя при отсутствии диодов с необходимыми Uобр. max (а,б) и Imax (в,г) В том случае, когда не удается подобрать вентили по допустимому значениюпрямого тока, используют параллельное соединение диодов, как показано на рис.3в, г. Для обеспечения равномерного распределения токов между параллельно включенными диодами в маломощных выпрямительных устройствах включаются резисторы Rn(рис. 3,в), а мощных, когда Ро>1 кВт - токовыравнивающие реакторы LП(рис. 3,г). Значение каждого из сопротивлений резисторов Rn определяется по формуле  (4)  = 1,35 х 4 х 1 / 11,5 = 0,47 Ом в которой UR (3...5)Unр, Unp- прямое постоянное падение напряжения диода [9]; NП - число параллельно включенных диодов в каждом плече выпрями определяемое по выражению  (5) Nп = 11,5 / 16 = 0,72 где Iпр.ср.max-максимально допустимый средний выпрямленный ток каждого из диодов выбранного типа. Значение индуктивности токовыравнивающих электрических реакторов LП расположенных на одном магнитопроводе, рассчитывается по формуле  (6) Результаты проведенного выбора схемы выпрямления и типа вентиля следует занести в таблицу 6. Таблица 6
Дальнейший расчет схемы выпрямления необходимо производить с учетом активного и реактивного сопротивления рассеяния трансформатора, т.к. их значения составляют значительную часть сопротивлений фазы выпрямителя. 2.3 Разработка конструкции трансформатора В том случае, если трансформатор выпрямителя питается от однофазной сети (Uc = 220 В) с мощностью в нагрузке 1...100 Вт при напряжениях U0 < 1кВ, предпочтение следует отдать броневому типу магнитопровода (рис. 4.б). Уступая стержневым (рис. 4.а) по удельной мощности на единицу массы и объема, броневые трансформаторы имеют одну катушку и поэтому дешевле стержневых.  Рис. 4. Конструкции однофазных магнитопроводов: а) стержневые ленточные ПЛ, ПЛМ: (S=2), б) броневые ленточные ШЛ, ШЛМ: (S=1) При мощностях от нескольких десятков до нескольких сотен Вт, лучшие результаты обеспечивают стержневые магнитопроводы. Стержневые трансформаторы имеют две катушки, разнесённые по стержням. Достоинствами стержневого трансформатора являются: малая индуктивность рассеяния, вследствие размещения половинного числа витков на каждой катушке и меньшей толщины намотки; меньший расход обмоточного провода, чем у броневого трансформатора, так как меньше средняя длина витка обмотки; з  начительно меньшая, чем и броневом трансформаторе, чувствительность к внешним магнитным полям, так как знаки ЭДС помех в обеих катушках трансформатора противоположны и взаимно уничтожаются.h H Н a c а b  Рис. 5. Конструкции трехфазных магнитопроводов (S=3): а) - пластинчатые ТП; б)- ленточные ТЛ При питании выпрямителей от трехфазной сети (Uc=380/220 В) используют трехфазные трансформаторы, у которых катушки расположены на каждом из стержней. Для изготовления этих трансформаторов используют магнитопроводы пластинчатого или ленточного типа, как показано на рис. 5. Для трехфазных трансформаторов разработан унифицированный ряд магнитопроводов ленточного типа для мощностей менее 1 кВт. Определив мощность вторичной обмотки S2=ks2*P0, ВА S2 = 1.11 x 552 = 612,72 ВА в соответствии с табл.4, с учетом обеспечения желаемых технических показателей, выбираем тип магнитопровода по табл. 7. Таблица 7
В таблице 7 Bs -значение магнитной индукции насыщения. Максимальную индукцию в магнитопроводе Bm выбирают из условия: Вт=0,9*ВS . Выбор типа магнитопровода можно считать оконченным, если намеченный к использованию тип магнитопровода вместит необходимые обмотки с коэффициентом заполнения окна проводом kМ 0,25...0,35 Для выбранного типа магнитопровода трансформатора из табл. 7 определяют значения магнитной индукции Вm, плотности тока в обмотках j, коэффициент заполнения окна магнитопровода k0и материал магнитопровода. После определения материала магнитопровода и его конструкции из табл. 8 для выбранной толщины ленты или пластины берётся значение коэффициента заполнения поперечного сечения Scсталью магнитопровода kc. Разработанное конструктивное решение трансформатора устанавливает число стержней S, на которых расположены обмотки, а способы расположения первичной и вторичной обмоток на стержнях определяют значения коэффициента Ко.При S=2 витки вторичной обмотки расположены на двух стержнях трансформатора обе катушки соединены последовательно согласно в этом случае для мостовых схем K0 =0,5, а во всех остальных Ко=1. Таблица 8
После завершения разработки конструкции трансформатора все результаты следует свести в табл. 9, что позволит существенно сократить время в их поиске для проведения дальнейших расчётов. Таблица 9
Сопротивления обмоток трансформатора, приведенное к фазе вторичной обмотки, и индуктивность рассеяния обмоток вычисляется по формулам:  (7) 5,2 х (24/23 х 50 х 1,44) = 0,075 х 0,714 = 0,05355 Ом (8) 0,5 х 2 х 6,4 х 10-3 х 0,075 х  = 0,48 х 10-3 х 1,399 = 0,67 х 10-3 Гн.где krи kl - коэффициенты, зависящие от схемы выпрямления, значения которых определены в табл. 11. Как видно из выражений (7) и (8), вычисление значений rrи LS,действительно, следует проводить только после выбора типа магнитопровода трансформатора и разработки его конструкции, поскольку только после этого возможно определить значение Bm=0.9BS- максимальной магнитной индукции, S=1,2,3 - числа стержней, на которых будут располагаться обмотки, и K0- коэффициента, определяющего способы намотки и расположения первичной и вторичной обмоток трансформатора. 2.4 Расчет электрических параметров выпрямителя  Расчет напряжения холостого хода выпрямителя производится по формуле (9) 24 + 23(0,05355 + 100 x 0,67 х 10-3 ) + 4 + 1,44 = 29,52 Вгде K1, К2 и К3 - постоянные коэффициенты, значения которых для выбранной схемы выпрямления берутся из табл. 11. Значения остаточного напряжения на вентилях Unpследует брать из справочников [9,10]. Заметим, что в том случае, если в качестве вентилей используются германиевые полупроводниковые диоды, то Unpсоставляет 0,5 В, а для кремниевых Unp=1 B. Таблица 10
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
=0,35 мм