Разработка системы гарантированного питания на основе нулевого инвертора - Курсовая работа

Электрическая энергия как товар используется во всех сферах жизнедеятельности человека, обладает совокупностью специфических свойств и непосредственно участвует при создании других видов продукции, влияя на их качество. Понятие качества электрической энергии отличается от понятия качества других видов продукции. Каждый электроприемник предназначен для работы при определенных параметрах электрической энергии: номинальных частоте, напряжении, токе и т.п., поэтому для нормальной его работы должно быть обеспечено требуемое качество электроэнергии.Сглаживающий фильтр выполняет функции фильтрации (уменьшения) переменной составляющей выпрямленного напряжения до уровня, который требуется по условиям эксплуатации для регулирующего органа, питающегося от входного выпрямителя, ограничения зарядного тока конденсатора фильтра, компенсации кратковременных провалов напряжения питающей сети. В том случае, если силовой инвертор не предъявляет жестких требований к качеству питающего напряжения, критерием для выбора величины пульсаций на выходе фильтра может быть допустимая амплитуда переменной составляющей на конденсаторе входного фильтра. Оценка сглаживающих действий фильтра производится обычно по величине его коэффициента сглаживания, определяемого отношением коэффициента пульсаций на входе фильтра (выходе выпрямителя) к коэффициенту пульсаций на его выходе. При расчете фильтров на его выходе обычно учитывают только постоянную составляющую выпрямленного напряжения и основную гармонику пульсации, т.к. амплитуды высших гармоник с увеличением номера гармоник резко падают. Принципиальная схема ЗУ выполняется на базе понижающего непосредственного преобразователя напряжения, содержащим силовой транзистор, управляемый сигналом с микроконтроллера МПСУ на частоте 22 КГЦ.В зависимости от состояния сети и величины нагрузки, СГЭП «off-line» типа может работать в двух основных режимах: сетевом и автономном. При наличии сетевого напряжения в пределах допустимого отклонения, и нагрузки, не превышающей максимально допустимую, СГЭП работает напрямую от сети.Согласно технического задания, электрические параметры разрабатываемого СГЭП должны быть следующими: - напряжение питающей сети - Uc = 110 В; отклонение напряжения питающей сети ?Uc = ±10%; выходное напряжение - UВЫХ = 110 В;Время автономной работы СГЭП или время работы в резервном режиме зависит от емкости используемых аккумуляторных батарей и коэффициента полезного действия силового резервного канала СГЭП и жестко регламентируется в каждом конкретном случае. Выбор АБ в каждом конкретном случае обусловлен различными критериями: вес, стоимость, надежность и т.д. Так, кислотные оловянно-свинцовые аккумуляторы в герметичном исполнении не требуют обслуживания, однако имеют низкую мощность на единицу объема и большой вес. Для данного СГЭП выберем 3 последовательно подключенных кислотных АБ типа FG с номинальным напряжением на каждой батарее UАБ = 12 В (n = 3). Для аккумуляторов с гибкими проводными выводами максимальная величина тока разряда не должна численно превышать трехкратной емкости батареи.При учете диапазона изменения напряжения питающей сети (отклонение вниз от номинала на 10%) значение напряжения на выходе входного фильтра не превышает UBXMIN = 1,41Ucmin = 1,41·99 = 139 В даже на холостом ходу (конденсатор входного фильтра заряжен до напряжения, равного амплитуде напряжения питающей сети). Наибольшее значение напряжения на выходе фильтра определится из выражения (холостой ход - конденсатор фильтра заряжен до амплитуды входного напряжения): Выходные параметры зарядного устройства определяются параметрами АБ. Выходное напряжение зарядного устройства для заряда АБ типа FG20721 c номинальным напряжением UАБ = 12·3 = 36 В и емкостью САБ = 6,5 Ач, работающей в цикличном режиме, определяется по выражению: где 2,45 В - максимальное напряжение на элементе АБ; Для расчета параметров и выбора элементов силовой цепи зарядного устройства необходимо определить диапазон изменения относительной длительности открытого состояния транзистора зарядного устройства: Для выбора величины индуктивности дросселя, кроме величины ?min, необходимо определиться с амплитудой пульсаций зарядного тока. Максимальное напряжение, прикладываемое к силовому транзистору VT1 в закрытом состоянии определяется наибольшим выпрямленным напряжением: Ток, протекающий через транзистор, равен току заряда: Выбираем MOSFET-транзистор VT1 - IRF624 фирмы International Rectifier с параметрами: UСИMAX = 250 В; ІСМАХ = 4,4 А; RСИ = 1,1 Ом, ТВКЛ = 20 нс, ТВЫКЛ = 32 нс.Для определения электрических параметров диодов выпрямителя и элементов фильтра необходимо определить мощность, потребляемую зарядным устройством: Наибольшее среднее значение тока, потребляемого зарядным устройством, определится из выражения: Значение тока, протекающего через диоды входного выпрямителя, определяется из выражения: Максимальное обратное напряжение, прикладываемое к диоду выпрямителя, определится по выражению: Выбираем входной выпрямительный диодный мост VD

Содержание

Введение

1 Описание и принцип работы СГЭП

1.1 Описание функциональной схемы

1.2 Описание работы СГЭП

2 Расчет принципиальной схемы

2.1 Расчет параметров и выбор АБ

2.2 Расчет зарядного устройства

2.3 Расчет входного выпрямителя и фильтра

2.4 Расчет силового инвертора напряжения

2.5 Расчет силового трансформатора

2.6 Расчет фильтра высших гармоник

2.7 Расчет измерительных цепей

2.8 Расчет источника питания собственных нужд

Заключение

Список используемых источников

Электрическая энергия как товар используется во всех сферах жизнедеятельности человека, обладает совокупностью специфических свойств и непосредственно участвует при создании других видов продукции, влияя на их качество. Понятие качества электрической энергии отличается от понятия качества других видов продукции. Каждый электроприемник предназначен для работы при определенных параметрах электрической энергии: номинальных частоте, напряжении, токе и т.п., поэтому для нормальной его работы должно быть обеспечено требуемое качество электроэнергии. Таким образом, качество электрической энергии определяется совокупностью ее характеристик, при которых электроприемники могут нормально работать и выполнять заложенные в них функции.

В последнее время начинает наблюдаться острый дефицит электроэнергии. Перегруженные электросети физически сильно изношены, а местами и морально устарели - это и ряд других обстоятельств свидетельствует о том, что улучшение качества электропитания в ближайшее время ожидать не приходится. Вместе с тем компьютеры и хранящаяся в них информация, равно как и другое дорогостоящее электронное оборудование, играют все более важную роль в жизни каждого из нас, и защита всех этих ресурсов становится насущной потребностью. Согласно исследованиям американской консалтинговой компании Contingency Planning причиной потери данных в 45% случаях является некачественное электропитание. Отсюда - рост интереса к устройствам бесперебойного питания для серверов и другим средствам защиты электропитания.

Система гарантированного питания (СГЭП) необходима для предотвращения повреждений оборудования и сбоев в работе электроприемников. Первоочередной задачей устройства бесперебойного питания, прежде всего, считается обеспечение нормального, корректного завершения работы при неожиданном отключении электроэнергии.