Источники вторичного электропитания

Министерство  общего и профессионального образования

Российской  Федерации

Уральский государственный технический университет

Уральский политехнический институт

Кафедра Электротехники и Электротехнологических систем 
 
 
 

Оценка  проекта 

Члены комиссии 
 
 

Курсовой проект 

ИСТОЧНИК  ВТОРИЧНОГО

ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ 

Пояснительная записка

140610.36042.4.ПЗ 
 
 
 

Руководитель         

Студент гр. Э-36042       . 
 
 
 
 
 
 

Екатеринбург

2009

Содержание

 
 

• Обоснование выбора схемы и элементов силового выпрямителя и цепей защиты его от перегрузок
• Расчет силовых цепей сетевого выпрямителя и фильтра
• Обоснование выбора схемы и элементов силовых цепей высокочастотного инвертора
• Расчет силовых цепей высокочастотным инвертором
• Описание работы устройства по принципиальной схеме с описанием работы устройств защиты от перегрузок и нештатных режимов работы
• Спецификация
• Принципиальная схема
• Библиографический список

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Задание на курсовую работу:

 
 
 

Первичное напряжение (В)    115±10% переменного

                                                тока

                                                f=400Гц

 

Вторичное напряжение (В)   не более 72В на х.х.

 

Вторичные тока (А)     60±7 при 20В на вых.

                                                120±10 при к.з. выхода

 

Число выходных каналов    1

 

Управление       дистанционное

 

Конструктивное  исполнение  Субблок с принудительным

Воздушным охлаждением

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Обоснование выбора  схемы и элементов  силового выпрямителя  и цепей защиты  его от перегрузок.

 

Источники электропитания с трансформатором на входе имеют  ряд недостатков: низкий КПД системы, большие габариты, массу и др.

 

Для устранения этих недостатков используется бестрансформаторный источник питания

 
 

 

Функциональная  схема бестрансформаторного источника  питания:

 

UZ1 – выпрямитель

Z1 – фильтр

UZ2 – высокочастотный инвертор

T1 – высокочастотный трансформатор

UZ3 – высокочастотный выпрямитель

Z2 – высокочастотный фильтр

 

     При однофазном питании обычно применяют  мостовую схему (Греца):

     

     Однофазная  мостовая схема выпрямителя (схема  Греца) и её основные параметры:

     

 
 

2. Расчет силовых  цепей  сетевого  выпрямителя и фильтра

 

а) Потребляемая мощность устройства

    

  - потребляемая мощность устройства

  - выходная мощность устройства

  - КПД устройства

Принимаем КПД всего устройства

Коэффициент пульсации выпрямителя получается выше требуемого для нормальной работы высокочастотного инвертора, который  в зависимости от глубины регулирования  выходного напряжения инвертора лежит в пределах от 0.1 до 0.4.

Поэтому на выходе выпрямителя требуется  установка сглаживающего фильтра  для получения требуемого коэффициента пульсации, который можно принять  равным

                              

      При любом типе фильтра в номинальном режиме напряжение на выходе фильтра изменяется с частотой пульсации в пределах от до

 

       Если  пренебречь падением напряжения на открытых диодах и элементах фильтра, то можно считать, что (амплитудному значению напряжения питающей сети).

       При минимально возможном входном напряжении уровень напряжения на выходе выпрямителя  будет минимальным, а ток –  максимальным, и ,наоборот, при максимально возможном напряжении, напряжение на выходе будет максимальным, а ток минимальным, что следует из условия постоянства мощности на выходе выпрямителя.

        - номинальное среднее значение  выпрямленного напряжения и тока.

 

       

 

При    

 
 
 
 
 

При 

 

  

 
 
 
 

       Максимальный  ток на выходе сетевого выпрямителя  при минимальном заданном сетевом  напряжении:

 

 

       Выбор диодов производится по среднему и  импульсному току, максимально допустимому обратному напряжению и максимальной рабочей частоте.

 

       Предельные  электрические режимы диодов характеризуют  следующие параметры:

       а) Максимальное обратное напряжение

                         

       б) Максимальный прямой ток, соответствующий 

                         

       в)Максимальный прямой импульсный ток, соответствующий  амплитудному значению

                   

       г) Максимальная рабочая частота диодов .

       Для надежной работы диодов в выпрямителях требуется выполнение условий:

        с превышением в 30%

       Для мостовой схемы:

       

       Для выпрямителя выбираем 4 диода типа Д231 с параметрами:

       Д231 – диод кремниевый диффузионный, предназначен для преобразования переменного напряжения

 
 

       Сглаживающий  фильтр источника  питания.

 

     Сглаживающий  фильтр источника питания характеризуется  коэффициентом сглаживания, характеризующим  подавление первой (низшей) гармоники  выпрямленного напряжения.

     

 

С-фильтр

 

     Выбираем  С-фильтр. Напряжение на входе выпрямителя  с фильтром изменяется в пределах от до

     Выходное  напряжение выпрямителя с фильтром зависит от тока нагрузки и сопротивления фильтра. При С-фильтре импульсный ток диода может в десятки раз превышать средний ток. Мы этим пренебрегаем, для чего вводим коэффициенты запаса по и току по диоду выпрямителя, равные 1.3.

     Для С-фильтра емкость конденсатора:

 

      , где 

     

 

     

 

     Выбираем  К5029 – конденсатор алюминиевый  оксидноэлектролитический .

 

     

 

     

 

      Для предотвращения выхода из строя выпрямителя при аварийных ситуациях и перегрузках при включении выпрямителя с емкостным фильтром применяются специальные схемы плавного заряда конденсаторов фильтра:

 

     

Рис. 4.2. Схема ограничения  тока заряда конденсатора

 

           При  исчезновении питания  реле К1 отпускает, контакты К1.1 размыкаются, а при включении питания реле срабатывает с задержкой, определяемой схемой реле времени U1. Ток заряда конденсаторов фильтра ограничивается сопротивлением на уровне, допустимом для диода VD1.

     Затем контакты К1.1 замыкаются и выпрямитель работает в обычном режиме. С помощью реле времени U1 и сопротивления Rогр ограничивается начальный бросок тока заряда конденсаторов фильтра

     

3. Обоснование выбора  схемы и элементов  силовых цепей высокочастотного инвертора.

 

     По  рис. 5.1, зная выходную мощность Рвых=1200Вт и минимальное напряжение питания , выбираем ДПН (двухконтактный преобразователь напряжения), мостовая схема. Принимаем частоту преобразования

     

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рис. 5.1. К выбору схемы преобразователя напряжения.   

                                                            

 

     Рис. 6 Мостовая схема ДПН.

 

     В ДПН мощность потерь при равных условиях выше, чем в однотактных, больше схемных  элементов, выше массогабаритные и стоимостные показатели. Мостовая схема ДПН характеризуется минимальным напряжением на запертом транзисторе ( Urл1 не превышает Еп).

 
 

     4. Расчет силовых  цепей высокочастотного  инвертора.

 

Выходное  напряжение в режиме НТ (непрерывного тока)

      

       - напряжение нагрузки

      

     n – коэффициент трансформации

- относительная длительность  импульса тока одного ключа

(в ДПН  принимается <0.5, т.к. период выходного напряжения складывается из работы одного, а затем другого ключа)

Примем 

 

 

 

     Режим НТ устанавливается при эквивалентной  индуктивности вторичной обмотки трансформатора, сложенной с индуктивностью выходного фильтра.