Разработка имитационной модели параллельных конверторов напряжения в среде Simulink - файл n1.doc

Разработка имитационной модели параллельных конверторов напряжения в среде Simulink
Скачать все файлы (5966 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.doc5966kb.18.02.2014 04:07скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14


Допустить к защите

Зав. кафедрой _

___________________________

РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ

ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ КОНВЕРТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

В СРЕДЕ SIMULINK




ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Пояснительная записка
Руководитель

Консультант:

- по экономическому

обоснованию

- по охране труда

- по ГО ______________________________________
Рецензент ______________________________________

Дипломник

Факультет ____ Группа _
Новосибирск

2007 г.

Федеральное агентство связи

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

ОТЗЫВ

на дипломный проект_

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________
Федеральное агентство связи

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

РЕЦЕНЗИЯ

на дипломный проект __

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

Содержание

стр.

Введение…………………………………………………………………..

1 Выбор структурной схемы системы электропитания для базовой станции системы мобильной связи…………………………………………………………..……

1.1 Структурная схема электроустановки…………………….

1.2 Модификации системы электропитания в цепи постоянного тока………………………………………………

1.3 Модификации систем питания в цепи переменного

тока………………………………………………………………

2 Электрический расчёт устройств системы электропитания……

2.1 Аккумуляторные батареи…………………………………….

2.1.1 Современные герметичные аккумуляторы………..

2.1.2 Расчет параметров аккумуляторной батареи…….

2.2 Расчёт выпрямительного устройства………………………

2.2.1 Алгоритм выбора схемы преобразователя………

2.2.2 Выбор и расчет трансформатора………………….

2.2.3 Расчет элементов силовой части

преобразователя……………………………………..

2.2.4 Расчёт сетевого выпрямителя…………………….

2.3 Система управления инвертором напряжения

выпрямительного устройства ……………………………..

2.4 Расчет параллельно-работающих блоков выпрями-

тельного устройства………………………………………..

2.5 Расчёт защитных и заземляющих устройств……………
2.5.1 Заземление на стороне переменного тока………………..

2.5.2 Заземление на стороне постоянного тока………..

2.5.3 Устройство заземлений………………………………

2.5.4 Устройства автоматической защиты………………

3 Разработка имитационной модели параллельных конверторов напряжения в среде Simulink ………………………

4 Расчёт экономической эффективности

проектируемого выпрямительного модуля…………………

5 Безопасность жизнедеятельности…………………………………
Заключение………………………………………………………………….

Библиография……………………………………………………………….

Введение




В третьем тысячелетии, вне всякого сомнения, прежде всего, будет развиваться мобильная связь, которая со временем составит конкуренцию обычной проводной. Очередной рывок в области мобильных технологий будет связан с переходом к системам 3-го поколения.

Средства электропитания являются неотъемлемой составной частью любой телекоммуникационной системы и в значительной степени определяют такие эксплуатационные характеристики, как КПД, количество выделяемого тепла, стоимость обслуживания, надежность, масса, габариты.

Обратимся к некоторым современным требованиям, предъявляемым системами мобильной связи к электропитающим установкам (ЭПУ).

Во-первых, это надежность систем электропитания, так как телекоммуникационная система не может быть надежнее, чем ее составляющая часть - система электропитания.

Во-вторых, использование современной элементной базы для создания базовых станций и центров коммутации позволяет реализовать аппаратуру с весьма малым энергетическим потреблением.

В-третьих, для обеспечения заданных требований по времени автономной работы в случае аварии электросети часто предъявляются

требования по ранжированию нагрузок, т. е. программируемому отключению части менее важных нагрузок для обеспечения максимально возможного времени работы тех устройств, которые обеспечивают передачу основного трафика в сети.

В-четвертых, при построении сетей мобильной связи часто базовые станции располагаются на удаленных необслуживаемых объектах и работают в автоматическом режиме.
В-пятых, новые базовые станции, особенно малые, все более используются на практике в целях расширения зоны охвата. Такие малые станции располагаются вне помещений, и требует соответствующего конструктивного климатического исполнения ЭПУ.

К современным пакетам моделирования телекоммуникационных систем относятся:

Наиболее простым и понятным вариантом сравнения различных программных средств является анализ ряда одинаковых устройств, а также их особенностей. К особенностям следует отнести структуру программного пакета. По этому признаку анализируемые программные средства можно разделить на две большие группы:

К программным средствам с универсальными программными пакетами сле­дует отнести Micro-Cap V, VisSim, Math­lab и др. Эти пакеты в разной мере являются многофункциональными.

Программные средства со специализированными средствами моделирования являются сами по себе, дополнительным приложением.

Рассмотрим подробнее возможности программных средств с универсальными программами для моделирования систем и устройств электроснабжения телекоммуникационного оборудования. Micro-Cap V – разработка фирмы Spectrum Software, выпускается для платформ IBM, NEC и Macintosh, где требуется процессор не ниже Pentium, 15 Мбайт свободного пространства на жестком диске, операционная система Windows 2000 или выше. Пакет VisSim/Comm содержит инструментальные средства для моделирования телекоммуникационных систем. Используя VisSim/Comm, возможно вы­полнение анализа си­стемы связи на этапах структурного и функционального моделирования. Это позволяет моделировать и просматривать форму сигналов в любой цепи системы связи, имеет интуитивно понятный интерфейс, что позволяет просто собирать структурные схемы, легко изменять их и поддержать наиболее сложные модели системы.

Учитывая все вышеперечисленные признаки, наиболее приемлемым для проведения исследования в области энергоснабжения телекоммуникационного оборудования является моделирующий пакет Mathlab, основой которого является «вычислительная среда» Mathlab, объединяющая цифровые вычисления и визуализацию полученных результатов.

В его состав входит моделирующий пакет, Simulink, который позволяет осуществлять интерактивное моделирование динамических систем, включая линейные, нелинейные, дискретные, для непрерывного времени и смешанные системы, к которым можно добавить дополнительные инструментальные средства, которые позволяют расширить сферу их применения.

Имитационное моделирование на вычислительных машинах является одним из наиболее мощных средств исследования, в частности, сложных динамических систем. Как и любое компьютерное моделирование, оно дает возможность проводить вычислительные эксперименты с еще только создаваемыми системами и изучать реальные системы, натурные эксперименты с которыми, из-за соображений безопасности или дороговизны, не целесообразны. Этот метод наиболее близок к физическому моделированию. Поэтому настоящий диплом посвящен разработке имитационной модели параллельных конверторов напряжения в среде SimuLink.

1 Выбор структурной схемы системы электропитания для базовой станции системы мобильной связи
Для обеспечения питания средств мобильной связи используют напряжение как постоянного, так и переменного тока.

К электропитающим установкам предъявляется ряд требований, которые оговариваются в ОСТ 45.183-2001:

  1. ЭПУ должны быть надежными и обеспечивать бесперебойное (или

гарантированное) электропитание основного оборудования аппаратуры электросвязи, а также необходимые хозяйственные нужды.

  1. ЭПУ должна быть экономична как при монтаже, так и при эксплуатации. Выбор архитектуры системы электропитания и оборудования должен обосновываться технико-экономическими показателями.

  2. Электроснабжение ЭПУ осуществляется от электрической сети общего назначения и резервных источников электроэнергии трехфазного или однофазного переменного тока с частотой 50 Гц с номинальным напряжением 220/380 В, при этом выходное напряжение установок может быть 24 В, 48 В, 60 В постоянного тока.

  3. Система электропитания должна предусматривать постоянный местный и дистанционный технический контроль - мониторинг ЭПУ. Все неисправности и аварийные состояния фиксируются в хронологическом порядке, диагностируются и передаются сервисной службе пользователя.



  1. Применяемое типовое оборудование должно быть надежным в действии и комплектоваться по блочному принципу, позволяющему наращивать мощности в перспективе. Блочный принцип позволяет обеспечивать равномерное распределение нагрузки при ее изменении и осуществлять селективное отключение неисправного оборудования при авариях. Для повышения надежности системы вводится резервное оборудование, устройства защиты от перегрузок по току, от "бросковых" напряжений и. т.д.

  2. В качестве резервного источника постоянного тока должны применяться АБ с закрытыми или герметичными аккумуляторами. Для обслуживания АБ ЭПУ должна обеспечивать следующие режимы работы: заряд батареи; буферный режим работы батареи; режим непрерывного подзаряда; разряд батареи. Установившееся отклонение напряжения ЭПУ на выходных выводах для подключения аккумуляторной батареи должно быть не более ± 1 % от требуемого значения.

  3. Сеть аварийного освещения должна получать электропитание от одной из АБ и соответствовать фазному напряжению сети рабочего освещения. Емкость АБ, используемой для электропитания сети аварийного освещения, должна обеспечивать возможность работы аварийного освещения в течение расчетного времени разряда.

  4. Токораспределительные сети ЭПУ должны проектироваться таким образом, чтобы расход проводниковых материалов был минимальным. Потери напряжения в ТРС на участке от выводов ЭПУ до стоек аппаратуры связи, включая потери в устройствах защиты и коммутации не должны превышать 4% от номинального значения выходного напряжения ЭПУ. При проектировании ТРС постоянного тока индуктивное и омическое сопротивления проводников цепи питания должны выбираться из условия ограничения величины импульсного напряжения на выходе ЭПУ

при коротком замыкании в ТРС, при этом расчетные величины тока и индуктивности цепи КЗ не должны превышать, соответственно, 1000 А и 10ˉ4Гн.

  1. Качество электроэнергии на выходных выводах ЭПУ должно соответствовать установленным нормам качества электроэнергии на входах цепей питания аппаратуры связи, а именно:

- установившееся отклонение напряжения на выходных выводах ЭПУ постоянного тока для подключения цепей питания аппаратуры связи должно быть не более +4/-3,6 В для номинального напряжения 24 В, не более +9/-7,5 В для номинального напряжения 48 В и не более ± 12 В для номинального напряжения 60 В;

- уровень напряжения гармонической составляющей должен быть не более 50 мВ в диапазоне частот до 300 Гц включительно, не более 7 мВ на частотах выше 300 Гц до 150 кГц;

- пульсации напряжения по действующему значению суммы гармонических составляющих в диапазоне частот от 25 Гц до 150 кГц не более 50 мВ;

- пульсации напряжения по псофометрическому значению не более 2 мВ.

10. В устройствах автоматической защиты токи утечки варисторов, входящих в состав устройств, не должны превышать 1 мА.
1.1 Структурная схема электроустановки

Электрическая установка - это комплекс сооружений на территории предприятия связи и в производственных помещениях, обеспечивающий функционирование предприятия связи, как в нормальных так и в аварийных режимах его работы.

Электроустановка включает в себя следующее оборудование:

ЭПУ - это комплекс оборудования, предназначенного для распределения и резервирования электрической энергии, а также ее регулирование и преобразование для удовлетворения требований по качеству питающих напряжений. ЭПУ включает в себя конверторы напряжения, аккумуляторные батареи, инверторы и токораспределительную сеть (ТРС).

С
истема питания должна предусматривать два ввода (фидера) от двух независимых трансформаторных подстанций. Трансформаторная подстанция бывает открытого и закрытого типа. Она обеспечивает понижение напряжения от (5...10)кВ до 220/380В. Как правило, на предприятиях связи применяются подстанции закрытого типа, которые могут встраиваться в основное здание или располагаться в отдельном строении. Для подстанции применяется типовое оборудование, выпускаемое промышленностью.


Рисунок 1.1.1 - Структурная схема электроустановки

К этому оборудованию относятся понижающие трансформаторы, высоковольтные выключатели, разъединители, высоковольтные предохранители, измерительные трансформаторы, разрядники для защиты воздушных вводов, аппараты и приборы низкого напряжения.

Высоковольтные выключатели применяются для включения и отключения высоковольтных цепей. Выключатели могут срабатывать

автоматически и имеют ручной привод. Для напряжения 6... 10 КВ наибольшее распространение получили масляные выключатели , у которых размыкаемые контакты помещены в трансформаторное масло. Масленые выключатели позволяют размыкать высоковольтные линии электропередачи без снятия нагрузки. Размыкание происходит при прохождении тока через ноль, что позволяет уменьшить уровень перенапряжения. Кожух

масляного выключателя заполняется маслом, что позволяет гасить искру. Кроме того, на ТП устанавливаются разъединители, которые представляют собой рубильники с изоляторами. Трансформаторы ТП устанавливаются на изолированных опорах. Вторичные цепи трансформаторов ТП должны быть включены по схеме звезда с нулевым проводом.

АВР - автоматический ввод резерва, осуществляет переключение на резервный фидер в случае пропадания напряжения на основном фидере. При выходе из строя обоих фидеров осуществляется подключение дизель-генераторной установки автоматически или ручным способом при помощи размыкателя.

Существуют два способа запуска ДГУ: сжатым воздухом или с помощью электрического стартера. Запуск дизеля должен произойти за (1...3) минуты. Разрешается запускать его с помощью стартера до 3-х раз (по 5...6 с). Это обусловлено возможностью выхода из строя стартерных аккумулятов.

АВР - автоматический ввод резерва, осуществляет переключение на резервный фидер в случае пропадания напряжения на основном фидере. При выходе из строя обоих фидеров осуществляется подключение дизель-генераторной установки автоматически или ручным способом при помощи размыкателя.

Существуют два способа запуска ДГУ: сжатым воздухом или с помощью электрического стартера. Запуск дизеля должен произойти за (1...3) минуты. Разрешается запускать его с помощью стартера до 3-х раз (по 5...6 с). Это обусловлено возможностью выхода из строя стартерных аккумуляторов

Мощность ДГУ лежит в пределах от 8кВт до 1500кВт. В системах электропитания чаще всего используется два ДГУ, один - основной,

другой - резервный.

ЩПТА - щит переменного тока автоматизированный, обеспечивает ввод и распределение по потребителям токоведущих шин. На передней панели ЩПТА расположены измерительные приборы (вольтметр, амперметр, ваттметр, измеритель cos для контроля коэффициента мощности cos и полной мощности S).


(1.1.1)

где: S - полная мощность, Р - активная мощность; Q - реактивная мощность, Z - составляющая мощности, учитывающая не синусоидальное потребление тока из сети.


Полный коэффициент мощности нагрузки определяется из выражения:

= vCOS . (1.1.2)

где: v - коэффициент, учитывающий не синусоидальность потребляемого тока и равен
(1.1.3)
 - учитывает фазовый сдвиг первой гармоники тока по отношению к напряжению сети.

Для обеспечения минимальной оплаты за энергопотребление необходимо, чтобы =1 , при этом также исключается влияние на источник электроэнергии.





Расчет за электрическую энергию осуществляется по показателям, снимаемым с ЩПТА по одна -, двух - или трех - ставочным тарифам в зависимости от мощности потребления и категории предприятия. Одноставочный тариф учитывает только показания ваттметра (Р), т.е. расчет производится за 1 кВт электроэнергии по показаниям счетчика. Двухставочный тариф учитывает помимо Р расходы за полную мощность S. Трехставочный тариф учитывает три составляющие мощности P,S и Q.

Блок выпрямительного устройства -




преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока и допускает параллельную работу для увеличения тока нагрузки. Существует два режима работы выпрямительного устройства:

- режим стабилизации напряжения для питания аппаратуры связи и подзарядки аккумуляторных батарей;

- режим стабилизации тока для заряда аккумуляторных батарей после аварии.
И
нвертор напряжения -




преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока прямоугольной или синусоидальной формы и обеспечивает его стабилизацию.
Конвертор напряжения (или преобразователь постоянного напряжения)





- это преобразователь постоянного напряжения одного уровня в постоянное напряжение другого уровня. Конвертор напряжения включает в себя инвертор напряжения и выпрямитель. Промежуточным звеном является - высокочастотный трансформатор.

Конвертор напряжения может выполнять одну из двух функций в системе электропитания:

- формировать дополнительные градации напряжения;

- обеспечивать вольтодобавку к напряжению аккумуляторной батареи при ее саморазряде в аварийном режиме работы системы электропитания.

Аккумуляторная батарея (АБ) - химический источник постоянного тока. Используется в качестве резервного источника энергии в аварийном режиме работы системы электропитания до момента запуска ДГУ.

Контроллер следит за скоростью вращения генератора ДГУ, уровнем напряжения, наличием воздуха, топлива и воды, масла, за давлением масла, которое используется для смазки ДГУ, за повышением температуры воды и т.д. Контроллер также обеспечивает выравнивание токов на выходе выпрямителей для повышения надежности системы, и переход из режима стабилизации тока в режим стабилизации напряжения по информации поступающей от устройств контроля состояния АБ.

Система вентиляции и кондиционирования воздуха (СВ и К) обеспечивает нормальное функционирование (что также повышает надежность системы) преобразователей напряжения, ДГУ, аккумуляторных батарей. СВ и К регулирует процессом охлаждения или подогрева отдельных устройств. При зарядке аккумуляторной батареи происходит выделение газов в окружающую среду, поэтому необходимо производить очистку воздуха для обеспечения нормальной жизнедеятельности персонала. СВ и К обеспечивает циркуляцию воздуха и очистку от вредных примесей.

Модем предназначен для передачи на обработку, информации о состоянии системы электропитания в сервисный центр обслуживания по телефонным каналам.
Режимы работы системы электропитания
Нормальный режим: электропитание аппаратура связи получает по цепи: основной фидер, замкнутый контакт (К1), АВР, ЩПТА, выпрямители и ответвления на конвертор напряжения, инвертор напряжения и аккумуляторную батарею. Если нестабильность сети выходит за нормы допустимые для питающего оборудования или аппаратура связи

предъявляет высокие требования к питающим напряжениям переменного тока, то инвертор напряжения включается и в нормальном режиме работы. В этом режиме происходит подзаряд АБ от выпрямителя.

Аварийный режим: до момента запуска ДГУ питание основного оборудования осуществляется от АБ постоянным током. Аппаратура, питающаяся переменным током подключается к инвертору напряжения. При пропадании питания от одного из фидеров сразу же происходит запуск ДГУ. После окончания его запуска питание аппаратуры связи протекает по тому же пути, как и в нормальном режиме (только вместо К1 или К2 замыкается КЗ). После запуска ДГУ происходит отключение АБ.

После аварийный режим: Происходит восстановление элементов АБ в режиме стабилизации тока при подключении одного из фидеров.




1.2 Модификации системы электропитания в цепи постоянного тока
На предприятиях связи используются три модификации системы электропитания на стороне постоянного тока:

1) Буферная система электропитания

2) С отделенной от нагрузки АБ

3) Безаккумуляторная система электропитания

Б
уферная система электропитания



Рисунок 1.2.1 - Структурная схема буферной системы электропитания
Преимуществом буферных систем электропитания является: использование сглаживающих свойств АБ, что значительно уменьшает габаритные размеры сглаживающих фильтров, установленных на выходе БВ.

Недостатком данной системы является воздействие импульсной нагрузки на АБ, что снижает срок службы и, особенно, герметичных аккумуляторов.

Диод (VD), установленный во внешнюю цепь необходим для обеспечения непрерывного протекания тока в момент срабатывания контактора К1. Недостатком использования VD является увеличение потерь в схеме конвертора напряжения. Существуют схемы подключения конвертора напряжения без использования диода, но с двумя контакторами. В такой схеме имеет место более высокий КПД, но при этом снижается надежность системы.

При саморазряде АБ ВДК добавляет недостающую долю напряжения для обеспечения стабилизации напряжения в нагрузке.


Рисунок 1.2.2 - Зависимость напряжения от времени
В нормальном режиме работы контактор К1 разомкнут, элементы АБ поддерживают нормальное состояние от БВ, одновременно обеспечивается питание основного оборудования от выпрямителя. В аварийном режиме замыкается контактор К1 и выход ВДК соединяется последовательно с АБ, вход ВДК при этом подключается к выходу АБ.

С
отделенной от нагрузки АБ



Рисунок 1.2.3 - Структурная схема системы с отдельной от нагрузки АБ
Достоинством данной системы электропитания является отсутствие влияния импульсной нагрузки на работу АБ. К недостаткам можно отнести: низкий КПД основного выпрямителя (ОВ) за счет больших габаритных размеров сглаживающих фильтров и дополнительного выпрямителя - выпрямителя содержания (ВС) элементов АБ.

В нормальном режиме работы системы электропитания аппаратуры обеспечивается за счет ОВ, элементы АБ подзаряжаются от ВС. Устройство управления ключом (УУК) контролирует напряжение в нагрузке. При снижении его ниже допустимой нормы срабатывает электронный ключ (тиристорный или транзисторный) и подготавливается замыкание контактора К1. Преимуществом данной системы является содержание элементов АБ от отдельного выпрямителя, что предоставляет возможность перехода в режим стабилизации по току не только в после аварийном режиме, но и при работе системы на нагрузку.

Безаккумуляторная система электропитания
Данная система электропитания требует наличие не менее трех независимых источников энергии, один из которых дизель - генератор. В этой системе всегда работает парное число выпрямителей (при этом улучшается форма потребляемого тока) и они должны быть загружены не более чем на 50%.

Преимуществом данной системы является простота схемы построения, дешевизна системы. При выходе из строя одного из фидеров замыкается К2 и выпрямители подключаются к другому фидеру.



Рисунок 1.2.4 - Структурная схема безаккумуляторной системы

электропитания
1.3 Модификации систем питания в цепи переменного тока

(ИБП - источники бесперебойного питания)
Существуют следующие модификации систем электропитания в цепи переменного тока:

1) С переключателем (offline)

2) Линейно - интерактивная (line interactive)

3) С гальванической развязкой цепей (on line)

4) С дельта - преобразованием (on line)
С переключателем (offline)





Рисунок 1.3.1 - Структурная схема ИБП с переключателем
Преимуществом данной структуры является: низкая стоимость, простота конструкции. К недостаткам можно отнести: низкое качество питающих напряжений из - за отсутствия стабилизаторов напряжения в цепи переменного тока.

В нормальном режиме работы питание осуществляется через фильтры помех ФП1 и ФП2. ФП1 защищает от высоких "бросков" напряжения, возникающих при воздействии молний и переходных процессов при "коротких замыканиях". ФП2 улучшает гармонический состав напряжения (обеспечивает фильтрацию высокочастотных помех). В нормальном режиме АБ подзаряжается от выпрямителя. При прекращении подачи электроэнергии от основного источника напряжения переменного тока U1 аппаратура получает питание от резервного источника энергии - АБ через инвертор напряжения. Переключатель S1 в этом режиме переходит в нижнее положение.

Эта система не предусматривает отключение АБ при достижении минимально допустимого уровня напряжения на элементе АБ, то есть не предусматривает защиту АБ от глубокого разряда.

Линейно - интерактивная (line interactive)



ФП1 ФП2 S1

ВЫХОД
1 АБ

Р


исунок 1.3.2 - Структурная схема линейно-интерактивного ИБП
В нормальном режиме работы аппаратуры получает питание через помехоподавляющий фильтр (ФП), устройство коррекции (УК), ключ S1 находится в разомкнутом положении. УК представляет собой автотрансформатор с отводами, которые переключаются механическими контактами, либо электронными ключами, регулируя тем самым выходное напряжение. УК выполняется иногда в виде феррорезонансного стабилизатора.

Аварийный режим совпадает со структурой off line.

С гальванической развязкой цепей (on line)

В данной схеме отсутствует гальваническая связь, что упрощает выполнение техники безопасности. В нормальном режиме аппаратура получает питание через фильтр помех, выпрямитель, инвертор напряжения и статический переключатель. В данной структуре повышено качество питающего напряжения за счет стабилизации методом широтно- импульсного преобразования в звене инвертора напряжения. Аварийная цепь обеспечивает резервирование основной цепи. Дополнительная цепь, коммутируемая ключом S1 в случае выхода из строя преобразователей или при глубоком разряде АБ, называется обходным путем, то есть байпасом. Статический переключатель включает в себя электронные ключи (выполненные на транзисторах или паре встречно-параллельных т
иристоров, а также контакторов).
Рисунок 1.3.3 - Структурная схема ИБП с гальванической развязкой цепей

С дельта - преобразованием (on line)
С
истема с " дельта-преобразованием " состоит из двух инверторов (дельта-инвертор и основной инвертор). Оба инвертора соединены с общей батареей и в зависимости от состояния напряжения в магистрали принимают на себя функции или инвертора, или выпрямителя.

Рисунок 1.3.4 - Структурная схема ИБП с дельта - преобразованием

При понижении питающего напряжения U1 дельта - инвертор работает как выпрямитель, основной инвертор напряжения выполняет функции инвертора. При повышении напряжения U1 наоборот, блок основного инвертора напряжения работает как выпрямитель, а блок дельта - инвертора как инвертор. То есть преобразователи в структуре являются обратимыми устройствами и они оказывают воздействие на входной трансформатор. Особенностью данной схемы является тот факт, что процессу преобразования подвергается только та часть электрической энергии, которую необходимо преобразовать для получения на нагрузке качественных параметров.

Достоинством данной системы является высокое качество питающих напряжения, высокий КПД системы. За счет высокого КПД система с “дельта - преобразованием” имеет высокую производительность. При эксплуатации такой системы происходит значительная экономия электроэнергии и средств.

На основании проведенного аналитического обзора выбираем систему электропитания с отделенной от нагрузки аккумуляторной батареей, так как предполагается использовать герметичные АБ, критичные к импульсным воздействиям. В цепи переменного тока используем схему с гальванической развязкой цепи.



Рисунок 1.3.5- Структурная схема системы электропитания

2 Электрический расчёт устройств системы электропитания
2.1 Аккумуляторные батареи
Аккумулятор – это химический источник тока многократного действия. Он способен накапливать, длительно сохранять и отдавать по мере надобности электрическую энергию, полученную от внешнего источника постоянного тока.
2.1.1 Современные герметичные аккумуляторы
В настоящее время на предприятиях связи используются закрытые и герметичные аккумуляторы. Наиболее широкое распространение получили свинцовые аккумуляторы (никель - кадмиевые АБ применяются только в особых случаях при жестких требованиях по температуре). Это связано с высокими технико-экономическими показателями кислотных АБ – большой удельной энергоемкостью и малым значением стоимости на единицу количества электричества. К достоинствам свинцовых аккумуляторов относится также их высокая надежность и относительно низкие эксплуатационные затраты. Срок службы стационарных аккумуляторов может достигать 12...15 лет, стартерных – 4…5 лет. По конструктивным особенностям аккумуляторы делятся на две большие группы – закрытого типа и герметичные.

Герметичные аккумуляторы изготавливаются из непрозрачной пластмассы. На верхней крышке расположены выходные клеммы и регулирующий клапан. Часто регулирующий клапан скрыт декоративно-защитной панелью и обнаружить его трудно. Регулирующий клапан имеет принципиальное отличие от пробки ЗНА(закрытые негерметичные аккумуляторы), хотя в некоторых моделях выглядит как заливная пробка. Замена и пополнение электролита в ГА невозможны, равно как и контроль плотности электролита и сульфатации пластин. В этом смысле герметичные аккумуляторы относятся к “безуходным”, неремонтопригодным элементам.

Регулирующий клапан осуществляет одностороннее пропускание газов из бака аккумулятора наружу, снимает избыточное давление, но препятствует проникновению газообразных примесей внутрь бака. Избыточное давление, создаваемое внутри бака регулируется клапаном и способствует протеканию процессов рекомбинации газа. Кроме того, клапан выполняет защитную функцию – предохраняет бак от разрушения повышенным внутренним давлением при кипении электролита.

Герметичные аккумуляторы в зависимости от способа связи электролита делят на два типа:

- аккумуляторы с микропористым сепаратором (МС), который пропитывается сернокислотным электролитом. Капиллярная структура сепаратора предотвращает вытекание электролита. По такому принципу строятся аккумуляторы фирм OLDHAM France (АБ типа OPzS, TC, EG, ESPACE и др.), YUASA и CHLORIDE [1],[2].

- аккумуляторы с желеобразным силиконовым электролитом нетекучей, вязкой консистенции. Сепаратор в этом случае изготавливается аналогично “классическим” аккумуляторам. По такому принципу строятся аккумуляторы VARTA и HAGEN [3],[4].

Стекловолоконный МС плотно прилегает к пластинам и препятствует их осыпанию, выполняя роль “опалубки” для активной массы.

Желеобразный электролит используется совместно с сепараторами сетчатой или гофрированной конструкции, поэтому процессы осыпания пластин в желейных (гельных) аккумуляторах более интенсивны. Технологически желе-технология более дешевая, однако, технические характеристики аккумуляторов уступают элементам с микропористым сепаратором.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации