Среднее Заочное отделение / 5 семестр / Электро питание систем телекоммуникаций / Электропитание В-6
.pdfКонтрольная работа Вариант 6
Задание 1
Начертить схему выпрямителя, указанную в таблице 1 и с помощью временных диа-
грамм пояснить принцип его работы.
Рассчитать выпрямитель по следующим пунктам задания:
1.Выбрать тип кремниевых диодов.
2.Определить действующее значение фазового напряжения и тока во вторичной обмотке трансформатора.
3.Определить коэффициент трансформации трансформатора.
4.Определить частоту пульсаций f1 и коэффициент пульсации Кn1 основной гармоники выпрямленного напряжения.
Таблица 1 – Исходные данные к задаче 1
|
Исходные данные |
Вариант 6 |
|
|
|
1 |
Выпрямленный ток I0,А |
14 |
|
|
|
2 |
Выпрямленное напряжение U0,В |
12 |
|
|
|
3 |
Схема выпрямления |
Двухполупериодный выпрямитель однофазного тока с |
|
|
выводом средней точки трансформатора |
|
|
|
4 |
Напряжение сети, В |
220 |
|
|
|
5 |
Частота сети, Гц |
50 |
|
|
|
Решение:
Схема двухполупериодного выпрямителя однофазного тока с вывод средней точки трансформатора представим на рисунке 1(а). Кривые изменения напряжения u1u2 во вторичной обмотке показаны на рисунке 1(б).
Каждая полуобмотка вторичной обмотки через диод соединяется с нагрузкой. Ток через каждый диод протекает один раз за период, когда напряжение на его аноде имеет положитель-
ную полярность относительно средней точки трансформатора.
Кривые изменения напряжения и тока нагрузки приведены на рисунке 1(в). Ток в нагрузке за один период протекает два раза, поэтому число фаз выпрямления в этой схеме m=2.
Основная гармоника пульсаций будет в два раза превышать частоту сети. Магнитопровод
1
трансформатора в рассматриваемой схеме не подмагничивается, поскольку постоянные состав-
ляющие токов протекают по половинкам вторичной обмотки в противоположных направлениях и магнитодвижущие силы компенсируются. Обратное напряжение на закрытом диоде равно суммарному напряжению um1 и um2 полуобмоток вторичной обмотки.
Рисунок 1 - Двухполупериодный выпрямитель:
а — принципиальная электрическая схема; б — кривые изменения напряжения на вто-
ричной обмотке трансформатора; в — кривые изменения тока и напряжения нагрузки.
1) Выбор типа кремниевых диодов
Определим обратное напряжение на диоде.
Uобр = 3,14* U0 = 3,14*12 = 37,68 B |
(1) |
Определим среднее значение тока, протекающего через диод.
Iср = 0,5* I0 = 0,5*14 = 7 А |
(2) |
Исходя из полученных величин, определим, что в данной схеме будет использоваться диод Д305.
2) Определим действующее значение фазового напряжения и тока во вторичной обмотке трансформатора.
U2 = 1,11* U0 = 1,11*12 = 13,32 B |
(3) |
2
I2 = 0,707* I0 = 0,707*14 = 9,90 А |
(4) |
3) Определим коэффициент трансформации трансформатора.
|
Ктр = |
U1 |
= |
220 |
= 16,52 |
(5) |
|
|
|
||||
|
U 2 |
13,32 |
|
|||
4) Определим частоту пульсаций f1 и коэффициент пульсации Кп1 основной гармоники |
||||||
выпрямленного напряжения. |
|
|
|
|
||
|
|
|
f1 = m* fc, |
(6) |
||
где m – |
число импульсов выпрямленного тока за период; |
|
||||
fc – |
частота питающего тока. |
|
|
|
|
|
|
|
|
m = к*р, |
(7) |
||
где к – число выпрямленных полупериодов;
р – число фаз выпрямленного переменного тока.
m = 2*1 = 2
f1 = 2*50 =100 Гц
Коэффициент пульсации первой гармоники рассчитывается по формуле
Кп1 |
= |
2 |
|
= |
|
|
2 |
|
= 0,67 |
(8) |
|
m 2 |
− 1 |
|
2 |
− 1 |
|||||||
|
|
2 |
|
|
|||||||
Ответ: Д305; U2 =13,32 B; I2 = 9,90 А; Ктр=16,52; f1 = 100 Гц; Кп1 = 0,67
3
Задача 2
Рассчитать сглаживающий Г-образный LC-фильтр, включенный на выходе выпрямителя
(таблица 2), по следующим пунктам задания:
1. Определить коэффициент сглаживания q и, в зависимости от полученной величины,
выбрать количество звеньев в фильтре.
2.Рассчитать элементы L и C сглаживающего фильтра.
3.Начертить схему рассчитанного Г-образного LC-фильтра, учитывая количество звень-
ев в фильтре.
Таблица 2 – Исходные данные к задаче 2
|
Исходные данные |
Вариант 6 |
|
|
|
|
|
1 |
Коэффициент пульсации на вы- |
0,04 |
|
ходе фильтра, Кп2 |
|||
|
|||
|
|
|
|
2 |
Выпрямленное напряжение U0,В |
24 |
|
|
|
|
|
3 |
Выпрямленный ток I0,А |
3 |
|
|
|
|
|
4 |
Схема выпрямителя |
Двухполупериодный выпрямитель однофазного тока с |
|
выводом средней точки трансформатора |
|||
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Решение: |
|
Определим коэффициент сглаживания q и, в зависимости от полученной величины, вы-
берем количество звеньев в фильтре.
q = |
Кп1 |
, |
(9) |
|
Кп2 |
||||
|
|
|
где Кп1
Кп2
–коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на входе фильтра;
–коэффициент выпрямленного напряжения на выходе фильтра.
q = 0,67 =16,75 0,04
Т.к. q<25, то применяется однозвенный Г-образный LC-фильтр. В этом случае
4
qзв = q = 16,75, |
(10) |
где qзв – коэффициент сглаживания одного звена LC-фильтра. 2) Рассчитаем элементы L и С сглаживающего фильтра.
Минимальное допустимое значение индуктивности дросселя фильтра определим по формуле
Lдр.мин = |
|
|
2 *U 0 |
|
, |
||
I 0 * (m 2 − 1) * f c |
* 3,14 |
||||||
|
|
|
|||||
Lдр.мин = |
|
|
|
2 * 24 |
= 0,034 Гн |
||
|
|
|
|||||
|
2 |
− 1) * 50 * 3,14 |
|||||
3 * (2 |
|
|
|||||
Рассчитаем значение емкости конденсатора фильтра.
С1 = 10 * (qзв + 1) ,
m 2 * Lдр. мин.
С1 = 10 * (16,75 + 1) = 1305,1мкФ 2 2 * 0,034
(11)
(12)
Определим номинальное напряжение.
Uном ³1,2U0 |
(13) |
Uном ³ 1,2 * 24 = 28,8 В
Конденсатора на напряжение 50 В такого типа нет, следовательно, выберем конденсатор К50-3Б с максимальной емкостью 200 мкФ на номинальном напряжении 50 В и включим три таких конденсатора параллельно друг другу. Тогда общая емкость фильтра составит 600 мкФ.
Представим схему сглаживающего фильтра на рисунке 2. Поскольку общая емкость выбрана в
2,2 раза меньше, то нужно в 2,2 раза увеличить индуктивность дросселя:L1=0,034*2,2=0,074 Гн.
L |
|
|
|
C1 |
C2 |
C3 Rн |
Uвых |
Uвх |
|
|
|
|
|
|
Рисунок 2 – Схема однозвенного Г-образного LC-фильтра
Ответ: q=16,75; L1 = 0,074 Гн ; С1 = 1305,1 мкФ.
5
Задача 3
Рассчитать параметрический стабилизатор на кремниевом стабилитроне по следующим
пунктам задания:
1.Выбрать тип кремниевого стабилитрона
2.Определить сопротивление гасящего резистора.
3.Определить коэффициент стабилизации.
4.Определить нестабильность выходного напряжения и сравнить полученное значение с допустимым, заданным в условии задачи (таблица 3).
5.Начертить принципиальную электрическую схему параметрического стабилизатора и пояснить принцип его работы. Как изменится напряжение стабилизации при параллельном включении двух стабилитронов. Подобрать, учитывая напряжение стабилизации в своем вари-
анте, стабилитроны, которые можно включить параллельно на общую нагрузку.
Таблица 3 – Исходные данные к задаче 3
|
Исходные данные |
Вариант 6 |
|
|
|
|
|
1 |
Выходное напряжение стабилиза- |
11 |
|
тора Ucт, В |
|||
|
|||
|
|
|
|
2 |
Ток нагрузки Iн,мА |
8 |
|
|
|
|
|
3 |
Нестабильность выходного |
|
|
напряжения δвых ,% не хуже |
0,2 |
||
|
|||
|
|
|
|
4 |
Нестабильность входного напря- |
±10 |
|
жения δвх ,% |
|||
|
|||
|
|
|
|
|
|
Решение: |
|
1) Выберем тип кремниевого стабилитрона
По условию Uст = 11 В, Iн = 8 мА, значит выбираем кремниевый стабилитрон Д815Д (Rдиф = 2 Ом).
2) Определим сопротивление гасящего резистора
R = |
U г |
, |
(14) |
|
|
||||
г |
I вх |
|||
|
|
|||
|
|
|
где U г – падение напряжения на гасящем резисторе.
6
U г определяется по формуле
U г ≈ 3 * U cт
U г ≈ 3 *11 ≈ 33 В
Iвх – входной ток стабилизатора, который определяется по формуле
Iвх = Iст+ Iн = 2*Iн+ Iн= 3*Iн,
где Iст – среднее значение тока стабилитрона (Iст = 2*Iн).
Iвх = 3*(8*10-3) = 24 мА
Rг |
= |
33 |
|
=1375Ом |
|
24 *10 |
−3 |
||||
|
|
|
3) Определим коэффициент стабилизации
К |
|
= |
Rг *U cт |
, |
|
ст |
|
||||
|
|
Rдиф |
*U вх |
|
|
|
|
|
|
||
где Uвх – входное напряжение стабилизатора.
Uвх = Uст +Uг
Uвх = 11 +33 = 44 В
Кст = 1375 *11 =171,88 2 * 44
4) Определим нестабильность выходного напряжения
δ 'вых = δвх / Кст ,
где δвх - нестабильность входного напряжения.
(15)
(16)
(17)
(18)
(19)
7
δ 'вых = ±10 /171,88 = ±0,06%
Сравним полученное значение нестабильности выходного напряжения с заданным по условию.
δ 'вых ≤ δ вых |
(0,06<0,2) |
5) Начертим принципиальную электрическую схему параметрического стабилизатора и поясним принцип его работы.
|
Rг |
+ |
|
Uвх |
Iст VD Rн Uвых |
- 
Рисунок 3 – Принципиальная электрическая схема параметрического стабилизатора
При небольшом увеличении выходного напряжения ток через стабилитрон VD резко увеличивается, что приводит к увеличению тока через резистор R. На резисторе увеличивается падение напряжения, которое вычитается из напряжения источника питания, и напряжение на-
нагрузке остается неизменным. Если же происходит уменьшение напряжения на нагрузке, то это приводит к уменьшению тока, протекающего через стабилитрон VD и резистор R, падение напряжения на резисторе R уменьшается и напряжение на нагрузке остается неизменным.
При параллельном включении двух стабилитронов напряжение стабилизации уменьшит-
ся. Из-за разброса параметров параллельное включение стабилитронов используется редко.
Учитывая напряжение стабилизации (11 В) можно включить 2 стабилитрона типа
Д815А.
Начертим принципиальную электрическую схему параметрического стабилизатора с двумя параллельно включенными стабилитронами.
Rг
+ |
|
|
Uвх |
VD1 |
VD2 Rн Uвых |
- 
Рисунок 4 – Принципиальная электрическая схема параметрического стабилизатора с двумя параллельно включенными стабилитронами
Ответ: Д815Д ; Rг = 1375 Ом ; Кст = 171,88 ; δ 'вых = ±0,06%.
8
Задача 4
Пояснить назначение и устройство щелочных аккумуляторов. Привести примеры акку-
муляторных батарей с указанием их марок и областью применения.
Решение:
Щелочные аккумуляторы по сравнению с кислотными имеют ряд особенностей, из-за которых эти аккумуляторы не нашли широкого применения в хозяйстве связи. К указанным особенностям в первую очередь относятся широкие пределы изменения напряжения, которые наблюдаются в процессе их эксплуатации, значительная величина внутреннего сопротивления аккумуляторов и меньший срок службы.
Из разнообразных типов щелочных аккумуляторов, выпускаемых отечественной про-
мышленностью, целесообразно рассмотреть характеристики аккумуляторов никель-железной электрохимической системы.
Щелочной аккумулятор состоит из положительных и отрицательных электродных пла-
стин, которые разделены эбонитовыми палочками и погружены в стальной бак, наполненный водным раствором щелочи. Активная масса электродов в готовом виде закладывается в сталь-
ные перфорированные пакеты, из которых собираются пластины. Активная масса положитель-
ных электродов состоит из окислов никеля, смешанных с графитом, отрицательных — железа и его окислов. В НЖ-аккумуляторах крайними пластинами являются отрицательные, поэтому со-
суды находятся под отрицательным потенциалом. Токоотводы электродов выполнены в виде стальных болтов, проходящих сквозь верхнюю крышку сосуда и заканчивающихся борнами с гайками. В центре крышки сосуда между контактными болтами имеется отверстие для заливки электролита. Это отверстие закрывается стальной пробкой, имеющей канал для выхода газов.
Наружные боковые отверстия канала закрыты резиновым пояском, надетым на пробку. Сосуд аккумулятора сварной из листовой стали, с наружной стороны никелированный. Расположение электродов в сосуде таково, что между ними и дном получается свободное пространство, кото-
рое предохраняет электроды от соприкосновения с осадком, образующимся в процессе эксплуа-
тации. Назначение пространства между верхним краем электродов и крышкой состоит в том,
чтобы уменьшить разбрызгивание электролита при кипении в процессе заряда. Щелочные ак-
кумуляторы собираются на заводе в батареи, которые могут выполняться в деревянных ящиках,
металлических каркасах или рамках На предприятиях связи щелочные аккумуляторы применяются в основном для электро-
питания телефонной аппаратуры в сельских областях. Используются следующие типы щелоч-
ных аккумуляторов: НЖ-22, НЖ-45, НЖ-60, НЖ-100 и др. (цифра означает номинальную ем-
9
кость в А*ч). Режим эксплуатации предусматривает содержание батареи на отдельных шинах в отключенном от нагрузки состоянии. Напряжение выпрямителя содержания выбирается из рас-
чета, что на одном аккумуляторе должно быть 1,58... 1,60 В. При отключении основного вы-
прямителя, питающего аппаратуру связи, батарея подключается к нагрузке. Время перерыва в подаче питания определяется скоростью срабатывания коммутирующего устройства и на малых АТС не превышает 0,2 с. Начальное напряжение питания равно 1,37n, где n — число аккуму-
ляторов. Для уменьшения колебаний напряжения выбор запаса емкости производят так, чтобы разряд прекращался раньше, чем они отдадут имеющуюся емкость. Например, при выборе ба-
тареи для резервирования питания на 1 ч руководствуются характеристиками 3-часового режи-
ма. В этом случае за счет недоиспользования емкости перепад рабочего напряжения составит
20%.
10