Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство РФ по связи и информатизации
КОЛЛЕДЖ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ
Московского технического университета связи
|
и информатики |
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №__1 ___
Вариант №___5___
|
Электропитание устройств связи |
(наименование дисциплины)
|
Студент |
Гильмутдинов |
(фамилия)
|
Руслан Ринатович |
(имя и отчество)
|
шифр |
СК – 70808 |
учебная группа № |
СК-502 |
|
|
(фамилия, имя, отчество преподавателя)
|
оценка |
дата |
подп. препод. |
|||
Контрольная работа предъявляется экзаменатору
при сдаче экзамена
Задача №1
Начертите схему выпрямителя, указанного для Вашего варианта в таблице №1 и с помощью временных диаграмм поясните принцип её работы.
Рассчитайте заданный выпрямитель по следующим пунктам.
Данные для расчетов приведены в таблице №1.
Таблица №1
|
№ варианта |
Выпрямленное напряжение U0,В |
Выпрямленный ток I0,А |
Схема выпрямления |
Напряжение сети Uc,В |
Частота сети fc,Гц |
Коэффициент пульсации первой гармоники на нагрузке (на выходе фильтра) Кп вых |
|
5 |
24 |
6 |
Однофазовая двухполупериодная с выводом средней точки трансформатора |
220 |
50 |
0,005 |
Широко известный как «двухполупериодный со средней точкой». Предложил в 1901 г. профессор Миткевич В. Ф.. В этом выпрямителе две противофазных обмотки создают двухфазный переменный ток со сдвигом между фазами 180 угловых градусов. Двухфазный переменный ток выпрямляется двумя однополупериодными четвертьмостовыми выпрямителями, включенными параллельно и работающими на одну общую нагрузку. Является почти аналогом полномостового выпрямителя Гретца, но имеет почти вдвое большее эквивалентное внутреннее активное сопротивление, вдвое меньше диодов и средний ток через один диод почти вдвое больше, чем в полномостовом. Применялась, когда медь была дешевле диодов.
Рисунок №1
Относительное эквивалентное активное внутреннее сопротивление равно , то есть вдвое больше, чем в однофазном полномостовом, следовательно больше потери энергии на нагрев меди обмоток трансформатора (или расход меди).
Для выбора типа кремневых диодов необходимо определить обратное напряжение на диоде Uобр и средний прямой ток через диод Iср. Данные для их расчета приведены в таблице №2 учебно-методического указания.
Обратное напряжение на диоде Uобр=3,14U0= 3,14×24= 75,3 В
Среднее значение прямого тока через диод Iср=0,5I0= 0,5×6= 3 А
Тип кремниевого диода выбираем по таблице №3 методического указания, исходя из рассчитанных значений Uобр = 75,3В и Iср = 3А, таким образом, чтобы допустимые значения соответствующих величин для выбранного типа диода превосходили рассчитанные, т.е. максимальное обратное напряжение Uобр.max > Uобр = 75,3 В, а среднее значение допустимого прямого тока Iпр.ср > Iср = 3 А.
Из таблицы выбираем диод КД202В
Uобр.max=100 В, Iпр.ср=5 А, Uпр.ср=1,0 В, Iобр.ср=1,0 мА
2. Определим действующие значение напряжения и тока во вторичной обмотке трансформатора.
Для заданной схемы выпрямления выбираем из табл.№2
Действующие напряжение вторичной обмотки трансформатора.
U2= 1.11U0= 1.11×24= 26,64 В
Действующие значение вторичной обмотки трансформатора.
I2= 0.707I0= 0.707×6= 4,24 A
3. Определим коэффициент трансформации силового трансформатора.
Коэффициент определяем по формуле Ктр= U1/U2, где U1 – действующие значение фазного напряжения в первичной обмотки трансформатора, В.
Принимаем U1=Uc= 220 В
U2 – действующие значение напряжения во вторичной обмотки трансформатора, В.
U2= 26,64 В
Ктр = 220/ 26,64= 8,258
4. Определим КПД выпрямителя.
Для этого определим потери мощности в элементах схемы.
∆Ртр = Ртр (1-ηтр)
где Ртр расчетная мощность трансформатора, определяется по данным таблицы №2
для заданной схемы выпрямителя.
Ртр = 1,34Р0 = 1,34
Р0 – находим по формуле Р0= U0I0 = 24×6= 144 Вт
Ртр = 1,34×144 = 192,9 Вт
ηтр – КПД трансформатора, для расчетов принимаем равным 1,11
∆Ртр = Ртр (1-ηтр)= 192,9(1-0,85)= 28,93 Вт
Потери мощности в диодах ∆Рд, Вт:
Для трёхфазной однополупериодной схемы выпрямления (сх. Миткевича) трансформатора потери мощности в диодах рассчитываются по формуле, Вт
∆Рд = Uпр.срI0 , где Uпр.ср допустимое прямое напряжение на выбранном диоде, В
(см.таблицу №3 методического указания)
Uпр.ср = 1,0 В
∆Рд = Uпр.срI0 = 1,0×6=6 Вт
4.3 КПД выпрямителя без учета сглаживающего фильтра и стабилизатора напряжения определяется по формуле η= Р0/( Р0+∆Ртр+∆Рд)=144/(144+28,93+6)= 0,804
где Р0= U0I0 = 24×6= 144 Вт – активная мощность на нагрузке.
∆Ртр – потери мощности в трансформаторе, Вт
∆Рд – потери мощности в диодах, Вт
f1=m fc = 2×50 = 100 Гц
где m – фазность выпрямителя (см. табл.№2 мет. пособия) m=2
fc – частота сети (см. таблю№1) fc= 50 Гц
Коэффициент пульсации основной (первой) гармоники на выходе выпрямителя
рассчитывается по формуле: Кп=2/(m²-1)=2/(2²-1)=0,6
Задача №2
Рассчитайте сглаживающий Г – образный LC- фильтр, включенный после выпрямителя, по следующим пунктам.
Определите коэффициент сглаживания q.
Данные приведены в таблице №1.
Решение.
1.Рассчитаем элемент сглаживания q по формуле:
q= Кп1/ Кп.вых = 0,6/0,005 =120
где Кm - коэффициент пульсации первой гармоники на входе фильтра (на входе выпрямителя)
Кп.вых - коэффициент пульсации первой гармоники на выходе фильтра (на нагрузке), см. таблицу №1
По рассчитанному значению q выбирается количество звеньев LC- фильтра.
Т.к. q>25 , то применяется двухзвенный LC- фильтр. Т.к. использование однотипных деталей более экономично, чем разнотипных, то в обоих звеньях двухзвенного фильтра включаются одинаковые элементы L и C. В этом случае коэффициент сглаживания каждого звена определяется по формуле qзв = √q = √120 = 10,95
2. Определим элементы L и C сглаживающего фильтра.
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
Lдр.min = 2U0/((m²-1) m I0×3.14× fc) = 2×24/((2²-1) ×2×6×3,14×50) = 0,00849 Гн
Значение ёмкости фильтра определяется по формуле, мкФ
C= 10(qзв+1) / m²Lдр.min =10(10,95+1)/(4×0,00849) = 3518,846 мкФ
Из таблицы №4 (методического пособия) выбираем номинальную ёмкость конденсатора, исходя из рассчитанного значения ёмкости С и номинального напряжения конденсатора Uном , величина которого должна быть:
Uном>1,2U0= 1.2×24 = 28,8 В
По расчетам выбираем конденсаторы с оксидным диэлектриком (таблца№4 методического пособия).
К 50-32А
Номинальное напряжение 40 В
Номинальная емкость 4700 мкФ
Допустимая амплитуда напряжения переменной составляющей на частоте 50 Гц, 1,1…2%
Пересчитываем
Lдр.min ′= Lдр.min×(C/Cном) = 0,00849 ×(3518,846/4700) = 0,00635 Гн
3. Схема Г- образного LC-фильтра. (рис. №3)
Рисунок №2
Задача №3
Рассчитайте электропитающую установку ЭПУ 60 по следующим параметрам.
Данные для расчёта приведены в таблице №2.
Таблица №2
|
№ варианта |
Ток, потребляемый аппаратурой Iап,А |
Мощность аварийного освещения Рав.осв, кВТ |
Расчетное время разряда одной группы аккумуляторной батареи tp, ч |
Конечное разрядное напряжение одного аккумулятора Uкр,В |
Напряжение сети трёхфазного переменного тока Uс,В |
|
5 |
250 |
1,2 |
0,5 |
1,8 |
220 |
Решение.
1. Расчет тока аварийного разряда аккумуляторной батареи - 60 В
при отсутствии напряжения сети переменного тока производиться по формуле, А
Iав = Iап + Iав.осв
Где Iап - ток, потребляемой аппаратурой, А
Iав.осв - ток аварийного освещения, А
Iав.осв = Рав.осв/60 , где Iав.осв - мощность аварийного освещения
Рав.осв = 1,2 кВт = 1200 Вт
Iав.осв = 1200/60 = 20 А.
Iав = 250+20 = 270 А - ток аварийного разряда аккумуляторной батареи.
Выбор типа аккумулятора производиться по таблице №6 методического указания , в зависимости от рассчитанного тока аварийного разряда Iав = 270 А, а также времени разряда одной группы аккумуляторной батареи tp и конечного разрядного напряжения аккумулятора Uкр.
Время разряда батареи tp = 0,5 ч, конечное разрядное напряжение одного аккумулятора Uкр = 1,8 В. Тогда, согласно таблице №6 (метод. указ) ближайшее большее значение тока разряда Iразр = 143 А, что соответствует аккумулятору
типа 7OPzV490
nA = (Umin+∆Uпр) / Uкр,
где Umin – наименьшее допустимое значение на входе питаемого оборудования, равное 58 В.
∆Uпр – допустимые потери напряжения в токораспределительной проводке и коммутационно-защитной аппаратуре, равные 2,4 В
Uкр – конечное разрядное напряжение одного аккумулятора (см. тал.№2) Uкр = 1,8В
nA= (Umin+∆Uпр) / Uкр = (58+2,4) / 1,8 = 33,555
В типовых схемах автоматизированных ЭПУ батаре6и секционируются, т.е. делятся на основные и дополнительные элементы.
Количество элементов в основной группе аккумуляторной батареи определяется по формуле: nосн = (Umin + Umax + ∆Uнп) / 2Uнп
Где Umax – наибольшее допустимое напряжение на зажимах питаемой аппаратуры, принимается равным 66 В
Uнп - напряжение на одном элементе аккумуляторной батареи в режиме непрерывного подзаряда, равное 2,25 В
nосн = (Umin + Umax + ∆Uнп) / 2Uнп = (58+66+2,25) / (2×2,25) = 28,05
Количество элементов в дополнительной группе аккумуляторной батареи определятся по формуле, (значения округляем до целого числа)
nдоп = nA – nосн = 34-28 = 6
По нормам технологического проектирования число рабочих выпрямительных устройств (ВУТ), работающих параллельно в буферной электропитающей установки, не должно превышать четырёх.
Все рабочие выпрямительные устройства должны иметь 100% резерв, однако, при параллельной работе нескольких одинаковых выпрямительных устройств разрешается устанавливать одно резервное выпрямительное устройство.
Для ЭПУ - 60В следует выбрать из таблицы №7 (мет. указание) ВУТ с максимальным выпрямительным напряжением 67В исходя из условия:
КвуI0 > Iап, отсюда Кву > Iап /I0
Где Кву - число параллельно включенных ВУТ, входящих в рабочий комплект.
I0 – максимально выпрямленный ток одного ВУТ, А
Iап – ток потребляемый аппаратурой, Iап = 250 А
Кву > 250 /I0
При этом следует выбирать ВУТ с меньшим значением I0, предусматривая их параллельную работу, но не более четырёх в параллель. Только в том случае, когда четыре параллельно включенные ВУТ не обеспечивают нужную величину тока нагрузки, нужно переходить на следующий тип выпрямительного устройства с большим значением выпрямленного тока.
К выбранному комплекту рабочих ВУТ добавляют одно резервное того же типа, которое используется также для заряда аккумуляторной батареи.
Для выбранного типа ВУТ необходимо выписать из таблицы №7 (мет. указания) для дальнейших расчетов КПД ( η ) и коэффициент мощности cosφ
Выбираем ВУТ 67/125 с η=0,85 , cosφ=0,70 и принимаем Кву = 3 > 250/125 = 2
К выбранному комплекту рабочих ВУТ добавляем одно резервное того же типа, которое используется также для заряда аккумуляторной батареи.
P=Pн/η, где Pн – мощность потребляемая аппаратурой при наличии сети переменного тока, кВт
Pн = Iап×60 = 250×60 = 15000 Вт = 15 кВт
η – КПД выбранного типа ВУТ.
P=Pн/η = 15/ 0,85 = 17,64 кВт
S= P/cosφ, где cosφ – коэффициент мощности выбранного типа ВУТ
S= 17,64/0,70 = 25,210 кВА
4.3 Ток потребляемый выпрямительно-аккумуляторной установкой от сети, рассчитывается по формуле, А
I = S/ Uл, где Uл- линейное напряжение сети, В.
Для расчетов принимают Uл = Uс=220 В.
I= 25210/ × 220 = А
По расчётному значению тока выберем щит - ЩПТА 4/200 на ток 200 А.
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, при пропадании напряжения сети переменного тока, т.е. в аварийном режиме.
Рисунок №3
На рисунке №3 представлена электрическая функциональная схема ЭПУ - 60В с секционированной аккумуляторной батареей. Такая схема применяется при токах от 150А до 1500 А. В данном случаи ток 250А.
При отключении напряжения сети (аварийный режим) напряжение на входе выпрямителей 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 отпускает реле в цепях автоматики и включает питание контактора К1 который размыкает контакты (8-7) и замыкает контакты (7-9) , подключая первою группу дополнительных элементов GB1 последовательно с основными элементами батареи GBосн. к нагрузке.
Если в процессе продолжающегося разряда батареи её напряжение понизится до минимально допустимого, то устройство контроля УКН1 через промежуточное реле включит контактор К2. Последний, 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.
Список используемой литературы.