контрольная работа эуст. контрольная работа эуст 1. Контрольная работа по дисциплине Электропитание устройств и систем телекоммуникаций (4 семестр) СанктПетербург 2022 г
 Скачать 45.97 Kb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича» Факультет «Институт непрерывного образования (ИНО)» Направление 11.03.02 - Инфокоммуникационные технологии и системы связи Контрольная работа по дисциплине «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций (4 семестр)» Санкт-Петербург 2022 г. Задача 1 «Выбор оптимального варианта структурной схемы ВУ, работающего на выходе двухтактного инвертора». Вариант 1. Исходные данные:
К проектируемому ВУ предъявляются следующие требования: при условии обеспечения заданного допустимого значения коэффициента пульсаций и снижения стоимости требуется выбрать вариант ВУ с минимальными потерями мощности и габаритами. Для оценки степени выполнения требований о снижении потерь мощности в элементах ВУ, габаритов рекомендуется выбирать характеристики 1.2 Построение морфологической матрицы Структурные ограничения: - из всех трансформаторов будем рассматривать только однофазные, из однофазных - отбраковываем ПЛ и ШЛ, так как для них на высокой частоте необходимо снижать индуктивность рассеивания обмоток или поток рассеивания; - так как частота сети высокая, то необходимо иметь малую площадь сердечника для быстрого перемагничивания, следовательно, отбраковываем холоднокатаную сталь; - при прямоугольной форме напряжения из-за инерционности полупроводниковых диодов (превышение времени их закрытия над временем открывания) необходимо использовать ёмкостной фильтр; - из четырёх схем выпрямления выбираем только - однофазную схему.
Полное множество допустимых вариантов структур проектируемого ВУ: EQ ВУ1 = ОЛ + пермаллой + Однотактная 2ф схема + Ёмкостной фильтр EQ ВУ2 = ОЛ + ферриты + Однотактная 2ф схема + Ёмкостной фильтр EQ ВУ3 = ОЛ + пермаллой + Двухтактная 1ф схема + Ёмкостной фильтр EQ ВУ4 = ОЛ + ферриты + Двухтактная 1ф схема + Ёмкостной фильтр 1.3 Расчёт показателей качества выпрямительный трансформатор конденсатор полупроводник Определяем величину типовой (габаритной) мощности трансформатора: где и – число фазных (первичных и вторичных) обмоток трансформатора; и , и – действующие значения токов и напряжений в первичных и вторичных обмотках. Для прямоугольной формы напряжения: и . Для вариантов и с однотактной 2ф схемой: Для вариантов и с двухтактной 1ф схемой: Определим объём трансформатора с сердечника ОЛ по формуле: где – максимально допустимая магнитная индуктивность; – максимально допустимая плотность тока. При мощности трансформатора и частоте : для ферритов и ; для пермаллоя и . Для вариантов с сердечником из пермаллоя: Для вариантов с сердечником из феррита: Для вариантов с сердечником из пермаллоя: Для вариантов с сердечником из феррита: Потери в сердечниках ОЛ из пермаллоя и ферритов определим по формуле: Потери мощности в меди трансформатора при мощности : [ 1.6 ] Для вариантов с сердечником из пермаллоя: Для вариантов с сердечником из феррита: Для вариантов с сердечником из пермаллоя: Для вариантов с сердечником из феррита: Определим максимальное значение обратного напряжения и средний прямой ток диодов: Для вариантов и с однотактной 2ф схемой: Для вариантов и с двухтактной 1ф схемой: Используем высокочастотный диод типа КД213А с параметрами: , , Потери мощности в полупроводниковых диодах определяем по формуле: [ 1.7 ] где – длительность существования носителя; – прямое напряжение, приложенное к диоду; – протекающий через диод прямой ток; – частота переключения или сети. Для вариантов и с однотактной 2ф схемой: Для вариантов и с двухтактной 1ф схемой: Объём полупроводникового диода с радиатором определим по формуле: [ 1.8 ] Для вариантов и с однотактной 2ф схемой: Для вариантов и с двухтактной 1ф схемой: Ёмкость фильтрующего конденсатора при прямоугольной форме напряжения численно равна: [ 1.9 ] где – длительность нарастания фронтов. Для всех вариантов: Выбираем конденсатор К50-24 с параметрами: , , , Число конденсаторов, включенных параллельно в батарею, равно: [ 1.10 ] Объём одного конденсатора СФ определяется по формуле: [ 1.11 ] Объём батареи конденсаторов определяется по формуле: [ 1.12 ] Суммарные потери и объёмы для каждого варианта определяем по формулам: [ 1.14 ] Результаты расчётов показателей качества по всем вариантам приведены в таблице 1.4: Таблица 1.4 – Результаты расчётов показателей качества
Длина вектора качества определяется по формуле: [ 1.13 ] Выбираем два не худших варианта, у которых длины векторов наименьшие, а именно, и . Выбор одного компромиссного варианта из подмножества не худшего осуществляется по формуле: [ 1.14 ] Так как мощности ВУ не очень большая, а применяется оно в ППН, то более существенное значение имеет снижение объёма (его габаритов), то есть и : Оптимальный вариант структуры выпрямительного устройства является вариант с наименьшим значением условного критерия предпочтения, а именно, первый вариант: Задача №2. Расчёт характеристик инвертора при выборе компонентов его принципиальной схемы Исходные данные решаемого варианта 7 (№ 2010137)
Величина максимального напряжения, прикладываемого к закрытому транзистору, определяется из условия выбора предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер: [ 2.1 ]  Максимальная величина тока коллектора, протекающего через транзистор в состоянии насыщения, зависит от среднего значения этого тока в течение полупериода : [ 2.2 ]  Коэффициент полезного действия (КПД) инвертора определяется по формуле: [2.3] Мощность, отдаваемая в нагрузку, определяется по формуле: [ 2.4 ]   Учитывая ток намагничивания трансформатора, то среднее значение тока коллектора необходимо увеличить примерно в 1,4 раза. А также в момент насыщения сердечника трансформатора ЭДС, индуктируемые в его обмотках, становятся равными нулю, и все напряжения прикладывается к транзистору, в результате чего ток возрастает в 3 – 4 раза, то есть: [ 2.5 ]  Выбираем тип транзистора из условий и . Этим условиям соответствует транзистор типа КТ844А, его параметры приведены в таблице 2.2: Таблица 2.2 – Параметры транзистора типа КТ844А
Пусковой делитель При расчёте величины сопротивлений пускового делителя напряжения и необходимо получить компромиссное решение: обеспечить требуемую величину напряжения смещения базы относительно эмиттера транзистора при достаточно малых потерях мощности в делителе. Такое решение обеспечивается при условии: [ 2.6 ] где – напряжение смещения база-эмиттер транзистора при указанном в справочнике токе базы , принимает значение Максимальная величина тока базы: [ 2.7 ]   Выбираем стандартное значение  Соответственно величину сопротивления другого резистора рассчитаем по формуле: [ 2.8 ]  Выбираем стандартное значение  Величина ёмкости конденсатора , шунтирующего резистор в момент включения инвертора, выбирается из условия , чтобы постоянная времени цепи заряда этого конденсатора была меньше половины периода коммутации. В качестве частоты коммутации выбираем одно из дискретных значений 10, 20 и 50 кГц (при увеличении частоты – уменьшается масса трансформатора, но возрастают динамические потери мощности), поэтому выберем . Следовательно [ 2.9 ]  Выбираем стандартное значение С=0,16 мкФ Потери в делителе определяем по формуле: [ 2.10 ]  Определение параметров трансформатора Для определения числа витков полуобмоток первичной обмотки трансформатора выразим из выражения : [ 2.11 ] где – максимальное значение магнитной индукции в сердечнике трансформатора (индукция насыщения); – площадь активного сечения стержня, на котором размещаются обмотки. Выбираем для трансформатора инвертора с обратной связью по напряжению О-образный (тороидальный) магнитопровод из феррита ( и ). Типоразмер магнитопровода типа ОЛ16/26-6,5 () марки 40НМК с толщиной ленты 0,02 мм.  После определения числа витков полуобмоток первичной обмотки трансформатора находим число витков его вторичной обмотки:  При выборе напряжения обратной связи должно выполняться условие . Как правило . Выберем среднее значение , тогда: [ 2.13 ] Рассчитаем число витков полуобмоток обмотки обратной связи трансформатора по формуле:  [ 2.14 ]Определим действующие (эффективные) значения токов в обмотках трансформатора: [ 2.15 ] [ 2.16 ] [ 2.17 ]    Расчёт сечения (диаметра) проводов обмоток трансформатора инвертора проводится с помощью соотношений и . Приравнивая друг к другу эти выражения и выражая диаметр, получаем: [ 2.18 ] Габаритная мощность трансформатора определяется по формуле: [ 2.19 ]  Объём трансформатора определяется по формуле: [ 2.20 ] Потери мощности в сердечнике типа ОЛ из феррита определяются по формуле: [ 2.21 ] Потери мощности в меди при мощности : [ 2.22 ] КПД инвертора Для контроля правильности выбора конструктивных элементов инвертора вычисляется его КПД и полученное значение сравнивается с рассчитанным ранее: [ 2.23 ] где – потери мощности в транзисторах определяются по формуле: , где [ 2.24 ]   Так как  , то выбранные конструктивные элементы выбраны правильно. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||