![]() |
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫСтр 1 из 6Следующая ⇒
А.М. Сажнев Л.Г. Рогулина
ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ Методические указания и варианты контрольных заданий
Новосибирск
УДК 621.314.2
Для дисциплин, связанных с электропитанием радиоэлектронной аппаратуры приводятся варианты заданий и методические указания по выполнению контрольной работы «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций». Излагаются алгоритмы расчёта отдельных блоков источников электропитания, приводятся таблицы расчётных соотношений и необходимые справочные данные материалов и радиокомпонентов. Методические указания могут быть использованы студентами всех форм обучения СибГУТИ.
Составители: к.т.н. доц. Сажнёв А.М к.т.н. доц. Рогулина Л.Г
Кафедра беспроводных информационных систем и сетей (БИСС) Илл. 14, табл. 19, список лит. - 8 назв. Рецензент д.т.н., проф. Сединин В.И. Для специальностей 210400, 210700 и 211000
Утверждено редакционно-издательским советом ФГОБУ ВПО СибГУТИ в качестве методических указаний
© Сибирский государственный университет телекоммуникций и информатики, 2013 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение....................................................... 4 1. Задание и общие правила оформления контрольной работы....... 4 2. Методические указания по выполнению контрольной работы....... 6 2.1.Структурная схема источника электропитания................. 6 2.2.Основные схемы преобразователей напряжения................ 8 2.3.Основные схемы сетевых выпрямителей..................... 13 2.4. Порядок расчёта........................................ 15 2.4.1. Исходные данные.................................. 15 2.4.2. Алгоритм выбора схемы преобразователя.............. 16 2.4.3. Выбор и расчёт трансформатора...................... 21 2.4.4. Порядок расчёта элементов силовой части преобразователя............................ 25 2.4.5. Расчёт сетевого выпрямителя........................ 28 2.5. Заключение............................................. 30 Список литературы....................................... … … 30 Приложения................................................... 31
ВВЕДЕНИЕ
Целью настоящей работы является закрепление студентами теоретических знаний, полученных при изучении основных разделов курса «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций». При выполнении контрольной работы студент должен: обосновать выбор одной из наиболее широко применяемых на практике схем высокочастотных регулируемых транзисторных преобразователей и провести расчёт элементов силовой части выбранной схемы преобразователя. Выполнение контрольного задания предусматривает большой объём работы со справочной литературой по современным радиокомпонентам. Задание предусматривает сто вариантов. Номер варианта задачи, выполняемой студентом, должен соответствовать двум последним цифрам номера зачётной книжки. Контрольная работа с заданием, решённым не по своему варианту, не проверяется преподавателем и возвращается студенту без зачёта.
ЗАДАНИЯ И ОБЩИЕ ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Исходные данные к расчёту выбираются из табл. 1 и 2 в соответствии с номером зачётной книжки. Контрольная работа выполняется на листах бумаги формата А4 или в обычной ученической тетради. Она должна быть аккуратно оформлена, разборчиво написана на одной стороне каждого листа или только на правой странице развернутой тетради. На каждой странице тетради необходимо оставлять поля шириной 3…4 см. Левая страница должна быть оставлена чистой, так как она предназначена для внесения студентами исправлений и дополнений по результатам рецензии. Все страницы нумеруются. Первый лист – титульный (обложка тетради) на него следует наклеить заполненный адресный бланк. Таблица 1 Варианты задания
Таблица 2 Варианты задания
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ДОЛЖНА БЫТЬ ОФОРМЛЕНА СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ: - записать исходные данные к расчёту; - обосновать выбор схемы, которая будет рассчитываться, и кратко описать её работу; - расчётные формулы должны быть приведены в общем виде и с подставленными в системе СИ численными значениями величин; - принципиальные схемы и графики должны соответствовать требованиям ЕСКД (чертежи могут быть выполнены карандашом); - все рисунки, графики, чертежи и таблицы должны быть пронумерованы; - в конце контрольной работы приведите перечень элементов схемы, выполненный в соответствии с требованиями ЕСКД; - в конце работы приведите список литературы; - работа должна быть подписана и указана дата. Допускается выполнение контрольной работы с помощью средств вычислительной техники. Получив контрольную работу с рецензией преподавателя, студент должен ознакомиться со всеми замечаниями, исправить отмеченные ошибки и письменно ответить на все поставленные преподавателем вопросы. В том случае, если контрольная работа выполнена неудовлетворительно и возвращена студенту, необходимо внести в неё исправления или выполнить задание заново в соответствии с указаниями преподавателя, после чего её следует снова выслать для повторной проверки вместе с незачтённой ранее работой.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Широкое внедрение микросхем в электронной аппаратуре диктует необходимость улучшения массо-объёмных показателей стабилизирующих источников вторичного электропитания, что достигается применением импульсных способов регулирования и отказом от низкочастотных трансформаторов. В литературе подобные источники получили название “выпрямители с бестрансформаторным входом” - ВБВ [1, 2, 5]. Наиболее часто ВБВ выполняются по структурной схеме, показанной на рис. 1. Рис. 1. Структурная схема ВБВ:
В таких устройствах первым элементом является так называемый сетевой выпрямитель, преобразующий электрическую энергию сети переменного тока в электрическую энергию постоянного тока. В качестве сетевого выпрямителя В1 для однофазной и трёхфазной сетей используются выпрямители с ёмкостным сглаживающим фильтром. Расчёт схемы сетевого выпрямителя осуществляется после расчёта преобразователя. Преобразователь (конвертор) преобразует напряжение постоянного тока U вх в напряжение постоянного тока другого уровня - U 0. Конвертор строится, в основном, на базе регулируемых транзисторных преобразователей. Транзисторы в преобразователях работают в режиме переключения так, что большую часть периода преобразования они находятся в режиме отсечки или насыщения. Этим объясняются высокие энергетические показатели источников с импульсным регулированием. Повышение частоты преобразования позволяет уменьшить объём и массу электромагнитных элементов и конденсаторов, и тем самым, улучшить удельные массо-объёмные показатели вторичного источника. В стабилизирующих источниках, как правило, применяют широтно-импульсный (ШИМ) способ регулирования, при котором период коммутации постоянен, а время нахождения транзистора в области насыщения (отсечки) изменяется. Схема управления содержит следящий делитель с коэффициентом передачи Kд ≤ 1, усилитель сигнала ошибки (Kу > > 1) и широтно-импульсный модулятор (Kшим > > 1). Произведение Kд· Kу·Kшим называют петлевым коэффициентом усиления, который определяет нестабильность выходного напряжения Uо (абсолютную - Δ Uо, или относительную - δ = Δ Uо/ Uо):
ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ
В системах электропитания устройств связи и радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), в основном, применяются однотактные и двухтактные преобразователи напряжения с гальванической развязкой между источниками энергии и нагрузкой. В отечественной практике из однотактных преобразователей используются следующие типы: - однотактный преобразователь с прямым включением диода, в котором энергия источника передаётся в нагрузку на интервале включенного (открытого) состояния регулирующего транзистора (на прямом такте); - однотактный преобразователь с обратным включением диода, в котором энергия источника передаётся в нагрузку во время выключенного (закрытого) состояния регулирующего транзистора (на обратном такте); - однотактный преобразователь с разделительными конденсаторами (так называемый преобразователь Кука); - двухтактный полумостовой преобразователь. На рис. 2, а показана классическая схема однотактного преобразователя с прямым включением выпрямительного диода, а на рис. 2, б- эпюры, поясняющие ее работу. При открытом транзисторе VT1 Рис. 2. Схема однотактного преобразователя Рис. 3. Схема однотактного прямоходового преобразователя с пониженным напряжением на транзисторах
На рис. 4, а приведена классическая схема однотактного преобразователя с обратным включением выпрямительного диода, а на рис. 4б, эпюры, поясняющие её работу. В схеме рис. 4 при отпирании транзистора VT1 напряжение питания прикладывается к первичной обмотке W1 трансформатора Т1. Полярность напряжения на вторичной обмотке такова, что диод VD1 закрыт. На этом интервале происходит накопление энергии в трансформаторе. При запирании транзистора VT1 изменяется полярность напряжения на обмотках трансформатора, открывается диод VD1 и энергия, накопленная трансформатором, передаётся в нагрузку. Регулировочная характеристика идеального преобразователя нелинейна и имеет вид
Рис. 4. Схема однотактного преобразователя с обратным включением выпрямительного диода
Основное достоинство схемы рис. 4 - наличие одного моточного элемента (трансформатора Т1), что является в ряде случаев определяющим при выборе малогабаритного, маломощного и экономичного источника электропитания. При высоких уровнях входного напряжения может применяться полумостовая схема обратноходового однотактного преобразователя (рис. 5). В этой схеме напряжение на закрытых транзисторах VT1 и VT2 не превышает Uвх. С ростом выходной мощности габариты ёмкостного фильтра Сн обратноходовых преобразователей (рис. 4, 5) резко возрастают, что вызывает необходимость применения LC-фильтра.
Рис. 5. Схема однотактного обратноходового преобразователя с пониженным напряжением на транзисторах Достаточно широкое применение в последнее время находит схема преобразователя с разделительными конденсаторами (схема Кука), показанная на рис. 6.
Рис. 6. Однотактный преобразователь с симметричным перемагничиваением сердечника трансформатора
В этой схеме при открытом транзисторе VT1 дроссель L1 подключен к источнику питания, а напряжение на первичной обмотке трансформатора W1 равно напряжению на конденсаторе C1. Диод VD1 закрыт и к обмотке дросселя L2 приложено напряжение вторичной обмотки трансформатора. Дроссели L1 и L2 на этом интервале времени запасают энергию. При запирании транзистора VT1 энергия, накопленная дросселем L1, идет на заряд конденсаторов С1, С2 и перемагничивание трансформатора Т1. Энергия, накопленная дросселем L2, передается через диод VD1 в нагрузку. Отличительной особенностью данной схемы является перемагничивание трансформатора по симметричному циклу петли гистерезиса. Это позволяет уменьшить габариты трансформатора по сравнению с другими рассмотренными типами однотактных преобразователей. Синфазность изменения ЭДС обмоток трансформатора и дросселей позволяет объединить эти элементы в один конструктивный узел. В тех случаях, когда требуется построить источник при Uвх > 300 В, целесообразно применять двухтактный полумостовой преобразователь, выполненный по схеме рис. 7. В этой схеме на базы транзисторов VT1 и VT2 от схемы управления (СУ) поступают управляющие импульсы определённой длительности tи. Во время открытого состояния одного из транзисторов к первичной обмотке W1 трансформатора Т1 прикладывается напряжение, равное половине Uвх. При этом к закрытому транзистору прикладывается напряжение, равное Uвх. Достоинством полумостовой схемы преобразователя является отсутствие постоянного подмагничивания трансформатора. Рис. 7. Двухтактный полумостовой преобразователь
На выходе трансформатора Т1 (рис.7) в большинстве случаев включают выпрямитель, выполненный либо по мостовой, либо по двухполупериодной схеме (со средней точкой). Поэтому на вход LC-фильтра с выхода выпрямителя за один период работы преобразователя поступают два прямоугольных однополярных импульса, что и определяет особенности его расчёта.
Рис. 9. Эпюры работы однофазного мостового выпрямителя ПОРЯДОК РАСЧЁТА
Исходные данные Исходными данными для выбора и расчёта схемы являются: - номинальное значение сетевого напряжения Uф, В; - относительное отклонение напряжения питающей сети: - в сторону повышения амакс - в сторону понижения амин; - номинальное значение выходного напряжения U0, В; - амплитуда пульсации выходного напряжения Uвых.m, В; - макс. и мин. значения тока нагрузки I0.макс, I0.мин., А; - частота преобразования fn; - диапазон температур окружающей среды ˚ C; - максимальная выходная мощность преобразователя P0=U0·I0 макс.
Таблица 3
9. Определяем значение γ. Полученные при выборе преобразователя данные, необходимые для дальнейших расчетов схемы, заносятся в таб. 4.
Таблица 4
Результаты расчётов
Индукция в сердечнике
Таблица 6
Плотность тока
Для преобразователей рис. 2 - 6 габаритная мощность трансформатора равна: PГ = U2m × I2 × gмакс (1+h)/(2h).
Для схемы рис. 7 с двухполупериодным выпрямителем:
3. По известному произведению Sст × Sок с помощью табл. П1.1, П1.2 приложения 1 или по справочнику [5], выбираем тип магнитопровода и уточняем его параметры. 4. Определяем число витков первичной W1 и вторичной W2 обмоток трансформатора. 5. Определяем поперечное сечение провода первичной q1 и вторичной q2 обмоток трансформатора. По табл. П2.1 приложения 2 выбираем обмоточный медный провод, имеющий ближайшее большее значение поперечного сечения (по меди). Производим пересчёт поперечного сечения провода с учетом изоляции (q'1; q'2). При небольших токах (до 3…5 А) и напряжении обмоток до 500 В рекомендуется применять провод марки ПЭТВ, свыше 500 В – марки ПЭВ-2; при токах более 5 А следует выбирать провода с комбинированной или двойной хлопчатобумажной изоляцией типа ПЭЛШО или ПБД. Обмоточные провода обозначаются следующим образом: сначала буквами указываются марка провода, определяющая тип изоляции (материал, толщину, термостойкость, пробивное напряжение), а далее цифрами указывается диаметр провода без изоляции в миллиметрах (чистый диаметр проводника), например, ПЭВ-2- 0.12 или ПЭЛШО - 0.08. ПЭВ -2 – провод эмалированный с двухслойной изоляцией на основе синтетических лаков; ПЭТВ – провод эмалированный термостойкий с лаковой изоляцией; ПНЭТ–имид – рекомендуется для работы при температурах до 240°С, имеет биметаллическую жилу (медь-никель) и изоляционную плёнку на основе полиамидного лака; ПСК, ПСДК – провод со стекловолокнистой изоляцией и лаковой пропиткой; ПЭЛШО – провод медный, изолированный эмалью и одним слоем из натурального шёлка. 5. По известным значениям q'1; q'2; W1; W2; Sок необходимо проверить условие размещения обмотки в окне магнитопровода
(q'1 W1 + q'2 W2) / Sок £ Kок.
Если данное условие не выполняется, то следует взять больший типоразмер магнитопровода трансформатора и произвести повторный расчёт. 7. Для схем рис. 4 и 5 находим суммарную величину немагнитного зазора D l3: D l3 = W12 × m0 × Sст / Lw1, где m0 = 4p× 10-7 Гн/м. – магнитная постоянная. Основные расчётные соотношения элементов силовой части преобразователей приведены в табл. 7.
Таблица 7
Расчетные соотношения
Порядок расчёта элементов Расчёт сетевого выпрямителя
1. На основании своего варианта задания выбираем схему сетевого выпрямителя (см. рис. 8). 2. Находим среднее значение тока, потребляемого от сетевого выпрямителя Iвх = n21× I0 макс× gмакс.
3. По формулам табл. 9 определяем требуемые параметры вентилей Iв ср, Uобр и, fд.
Таблица 9
Таблица 10 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Составляем принципиальную схему рассчитанного устройства и перечень элементов согласно требованиям ЕСКД.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сажнев А.М. Электропреобразовательные устройства радиоэлектронных систем: учеб. пособие / А. М. Сажнев, Л.Г. Рогулина. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011.- 220 с.( Серия “ Учебники НГТУ” ). 2. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Учебное пособие для вузов / В.М. Бушуев и др. – М.: Горячая линия-телеком, 2009. – 384 с. 3. Сажнев А.М. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций. Сборник примеров и задач: учебное пособие/ А. М. Сажнев, Л.Г. Рогулина.- Новосибирск: ФГОБУ ВПО СибГУТИ, 2012. – 266 с. 4. Конденсаторы www.symmetron.ru. 5. Гейтенко Е.Н. Источники вторичного электропитания. Схемотехника и расчёт. Учебное пособие/ Е.Н. Гейтенко. – М., 2008. – 448с. 6. Конденсаторы электролитические www.elecond.ru 7. Перельман Б.Л. Полупроводниковые приборы. Справочник. – “СОЛОН”, “МИКРОТЕХ”, 1996 г. – 176 c.: ил. 8. Колканов М.Ф. Электропитание устройств и систем связи. Контрольные задания и методические указания к их выполнению/ М.Ф. Колканов, Л.Ф. Захаров, И.С.Бувина.-М.: МЭИС, 1992г.- 44с.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложениe 1
Магнитопроводы Таблица П 1.2 Параметры тороидальных ферритовых магнитопроводов
Приложениe 2 Обмоточные провода Таблица П 2.1 Номинальные данные обмоточных проводов круглого сечения Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-15; Просмотров: 1244; Нарушение авторского права страницы