Тиристорные устройства для питания автоматических телефонных станций

Тиристорные устройства для питания автоматических телефонных станций

Содержание

| |Задание к дипломному проекту |2 |

| |Введение |6 |

|1 |Электропитающие устройства АТС |9 |

|1.1. |Электрические машины постоянного тока |9 |

|1.2. |Электрические машины переменного тока |9 |

|1.3. |Трансформаторы |10 |

|1.4. |Источники вторичного питания |11 |

|1.5. |Вентили |12 |

|1.6. |Аккумуляторы |14 |

|1.7. |Выпрямители |14 |

|1.8. |Преобразователи постоянного тока |22 |

|1.9. |Электохимические элементы |23 |

|1.10. |Непосредственные преобразователи энергии |24 |

|1.10.1.|Термоэлектрические генераторы |24 |

|2. |ВУТ |26 |

|2.1. |Технические данные |27 |

|2.2. |Силовая часть |33 |

|2.3. |Система управления |35 |

|2.4. |Конструкция |38 |

|3. |Управляемые выпрямители на тиристорах |40 |

|3.1. |Тиристоры |42 |

|4. |Расчет управляемого выпрямителя на тиристорах |53 |

|5. |Экология |61 |

|5.1. |Защита от воздействия электромагнитного поля промышленной| |

| |частоты |61 |

|5.2. |Защита от радиоактивных излучений |64 |

|6. |Охрана труда |68 |

|6.1. |Санитарные нормы |68 |

|6.2. |Организация рабочего места |69 |

|6.3. |Освещение рабочего места |71 |

|6.4. |Электробезопасность |74 |

|6.5. |Шум и вибрация |77 |

|6.6. |Микроклимат рабочей зоны |80 |

|6.7. |Пожарная безопасность |80 |

|6.8. |Особенности тушения пожара в электроустановках |82 |

|6.8.1. |Огнетушители |83 |

|6.9. |Защита от воздействия электромагнитного поля |85 |

|6.10. |Режим работы |88 |

|7. |Экономика |90 |

|7.1. |Экономическое обоснование внедрения тиристорного | |

| |выпрямителя типа ВУТ |90 |

|7.2. |Капитальные вложения |90 |

|7.3. |Эксплуатационные расходы |92 |

|7.4. |Прибыль |93 |

| |Литература |96 |

Введение

Курс «Электропреобразовательные устройства РЭС» является одной из первых

инженерных дисциплин специальности «Радиотехника», обеспечивающей

подготовку радиоинженера в области силовых радиоэлектронных устройств,

входящих в комплекс радиоэлектронных средств (РЭС) различного назначения.

Особенностью курса является то, что радиоинженеру независимо от его узкой

специализации приходится не только выбирать, но и проектировать силовые

устройства РЭС, такие, как стабилизирующие источники вторичного

электропитания (ИВЭП) и их функциональные звенья (стабилизаторы напряжения

и тока, преобразователи напряжения и т. д.).

Изучение этих общих для РЭС различного вида устройств, которые не связаны

с формированием, усилением и обработкой колебаний радиочастоты, а служат

для обеспечения работоспособности функциональных звеньев системы, решающих

радиотехнические задачи, и составляет содержание курса

«Электропреобразовательные устройства РЭС».

Круг электрических преобразователей, используемых в радиоэлектронике,

достаточно широк. Так, электрический выпрямитель применяется для

преобразования энергии переменного электрического тока, потребляемой от

сети, в энергию постоянного электрического тока, требующуюся для питания

РЭС. Преобразователи энергии постоянного электрического тока в энергию

переменного тока называют инверторами. Устройства, питающиеся от сети

постоянного тока и создающие на своем выходе также постоянный ток, но с

другим напряжением, называют преобразователями напряжения (конвертерами).

На переменном токе аналогичную задачу решают с помощью трансформаторов.

Когда необходимо поддержание постоянства выходного напряжения (тока),

применяют стабилизаторы напряжения (тока). Используют как стабилизаторы

постоянного напряжения (тока), так и стабилизаторы переменного напряжения

(тока).

Преобразователями электрической энергии в механическую являются

электрические двигатели, которые в радиотехнике позволяют осуществить

перемещение антенн, а также настройку узлов РЭС и др. Обратное

преобразование механической энергии в электрическую происходит в

электрических генераторах, которые в некоторых радиоэлектронных системах

являются первичными источниками электрической энергии для электропитания

входящих в данную систему средств.

Характеристики электропреобразовательных устройств отражаются на

характеристиках самих РЭС. Прежде всего, это относится к массогабаритным

показателям (часто ИВЭП составляют до 60 % массы и объема аппаратуры), а

также к надежности функционирования. Неисправности или неправильная работа

источника приводят к полному отказу в работе РЭС. Именно по этим причинам

проектирование источников вторичного электропитания проводят радиоинженеры.

Важными являются также и вопросы электромагнитной совместимости

электропреобразовательных устройств с РЭС как той системы, в которой они

используются, так и с РЭС других систем, работающих одновременно с первой.

Целью настоящего курса является ознакомление студентов с принципами

построения эффективных преобразовательных устройств и методами

проектирования их основных узлов с учетом конкретных требований к РЭС.

Количественный рост различных радиоэлектронных устройств и устройств

связи, все более широко применяющихся в различных отраслях народного

хозяйства, связан с увеличением потребляемой суммарной мощности источников

электропитания. Разработка и создание рациональных источников

электропитания становится актуальной проблемой.

Рассмотрение начинается с электрических машин и трансформаторов, так как

они широко применяются в аппаратуре предприятий связи.

В главах, посвященных источникам вторичного электропитания, рассмотрена

их работа, даны структурные схемы, а также расчетные соотношения для

отдельных функциональных узлов. Подробно разобраны проблемы проектирования

источников вторичного электропитания и приведены расчеты выпрямителей (на

емкостную и индуктивную нагрузку), стабилизаторов параметрического и

компенсационного типов на полупроводниковых приборах.

В разделе по электрохимическим источникам питания рассмотрены принципы

действия гальванических элементов и аккумуляторов. Для преобразователей

энергии приведены технические данные. Описание организации электроснабжения

и особенностей распределения энергии, передающих и приемных радиоцентров, а

также оборудования подстанций включает необходимый иллюстративный материал.

Защита источников вторичного электропитания в настоящее время приобретает

важную роль из-за использования в них полупроводниковых приборов, весьма

чувствительных к перегрузкам. Поэтому большое внимание уделено способам и

схемам защиты источников вторичного электропитания.

Электропитающие устройства АТС.

1.1. Электрические машины постоянного тока.

Электрические машины, используемые в технике связи, при всем их

разнообразии подразделяются на две группы:

1)генераторы - электрические машины, с помощью которых вырабатывается

электрическая энергия;

2)двигатели - электрические машины, с помощью которых электрическая

энергия преобразуется в механическую.

Принцип действия электрического генератора основан на законе

электромагнитной индукции, который формулируется так: «При всяком изменении

магнитного потока, пронизывающего проводящий контур, в этом контуре

наводится электродвижущая сила (ЭДС)». Использование этой ЭДС позволяет

преобразовывать механическую энергию в электрическую.

Если магнитный поток пересекает проводник, по которому течет

электрический ток, то на этот проводник будет действовать механическая

сила, это позволяет преобразовывать электрическую энергию в механическую.

Электрическая машина, работающая на этом принципе, является двигателем.

По виду потребляемой или вырабатываемой электрической энергии

электрические машины подразделяются на машины постоянного и переменного

тока.

1.2. Электрические машины переменного тока.

Электрические машины переменного тока подразделяются на синхронные и

асинхронные. У синхронных машин частота вращения ротора определяется

выражением:

n=[pic], т. е. число оборотов в минуту п и частота f в герцах наводимой

ЭДС связаны между собой прямо пропорциональной зависимостью (частота

вращения ротора и частота наводимой ЭДС синхронны); р - число пар полюсов

машины. Синхронные машины наиболее часто используются в качестве

генераторов. Синхронные двигатели менее распространены, и их используют

там, где требуется постоянство частоты вращения при изменении нагрузки, а

также в качестве компенсаторов для повышения коэффициента мощности

электрических систем.

У асинхронных машин нет синхронности между частотой вращения ротора и

частотой вращения магнитного поля. Асинхронные машины чаще используют в

качестве двигателей.

1.3. Трансформаторы.

Трансформатором называется статическое электромагнитное устройство, с

помощью которого происходит преобразование переменного напряжения одних

параметров в переменное напряжение других параметров. В общем случае

трансформатором преобразовывается не только величина напряжения, но и его

форма, частота и т. д. Но наибольшее применение находят трансформаторы, в

которых переменное напряжение преобразовывается по величине в напряжение,

необходимое для питания той или иной установки. Эти трансформаторы

называются трансформаторами питания (силовыми трансформаторами). Кроме

трансформаторов питания существуют специальные трансформаторы -

автотрансформаторы, измерительные трансформаторы, пик-трансформаторы и др.

В настоящей главе рассматриваются лишь трансформаторы питания устройств

связи и радиотехнических устройств.

Трансформаторы можно классифицировать по различным признакам. Различают

их по мощности: маломощные (десятки вольт-ампер), средней (сотни вольт-

ампер), и большой мощности (до нескольких тысяч киловольт-ампер); по

конструкции: броневые, стержневые, бронестержневые, тороидальные; по числу

фаз: однофазные, многофазные; по виду охлаждения: с естественным, воздушным

и с масляным охлаждением.

Трансформаторы, питающиеся от однофазной сети переменного тока,

называются однофазными, от трехфазной - трехфазными.

Как правило, при питании маломощных потребителей применяются однофазные

трансформаторы питания, а в мощных питающих установках применяются

трехфазные или многофазные трансформаторы.

1.4. Источники вторичного электропитания.

Источники электропитания подразделяются на первичные и источники

вторичного электропитания (ИВЭ). К первичным относятся непосредственные

преобразователи различных видов энергии в электрическую, а к источникам

вторичного электропитания - преобразователи электрической энергии одного

вида в электрическую энергию другого вида.

В качестве первичных источников применяются: энергосистема с тем или иным

номинальным напряжением (сеть переменного или постоянного тока), химические

источники тока (гальванические элементы, батареи), термо- и

фотоэлектрические, акустические, топливные, биологические, атомные,

механические преобразователи энергии в электрическую.

Наибольшее применение из первичных источников электроэнергии имеет сеть

переменного тока, а из источников вторичного электропитания - выпрямители,

стабилизаторы и преобразователи.

С помощью выпрямителя энергия переменного тока преобразуется в энергию

постоянного тока. Ввиду разнообразия радиоэлектронной аппаратуры схемные и

конструктивные решения выпрямителей различны. Выпрямители могут быть

выполнены в виде отдельного блока, стойки или могут входить в общую

конструкцию изделия (усилителя, приемника и т. д.).

Основное назначение стабилизатора - поддерживать постоянным выходное

напряжение или ток в нагрузке. Стабилизатор с выпрямителем образует

стабилизированный источник вторичного питания. Преобразователи, применяемые

в источниках питания, служат в основном для преобразования напряжения

постоянного тока в напряжение переменного тока или напряжение постоянного

тока другого номинала.

1.5. Электрические вентили и их параметры.

Как выше отмечалось, для преобразования переменного тока в постоянный

необходим прибор с односторонней (вентильной) электрической проводимостью.

Такие приборы называются вентилями. В зависимости от принципа действия

вентили можно подразделить на механические и электрические. Механические

вентили в радиоаппаратуре практически не применяются в силу присущих им

недостатков: громоздкость конструкции, наличие контактов, работа которых

вызывает значительные электрические помехи как в цепях питания, так в цепях

радиоаппаратуры, относительно малая надежность.

Для питания радиоустройств применяются электрические вентили. По

характеру проводимости и способу воздействия на пропускаемый ток

электрические вентили делятся на электровакуумные (кенотронные, ионные или

газоразрядные) и полупроводниковые, управляемые и неуправляемые.

[pic]

Рис. 1.1. Вольтамперная характеристика идеального вентиля (а), реального

(б).

Основные свойства любого вентиля характеризуются с помощью вольтамперной

характеристики, представляющей собой зависимость тока от напряжения,

приложенного к вентилю I=f(U). На рис. 1.1, а изображена вольтамперная

характеристика идеального вентиля. Из этой характеристики видно, что при

сколь угодно малом приложенном напряжении Uпр ток через идеальный вентиль

течет только в одном направлении. Это объясняется тем, что сопротивление

идеального вентиля в прямом направлении будет равно Riпр=0. При любых

обратных напряжениях Uобр вентиль имеет сопротивление Riобр =(.

Реальный вентиль имеет вольтамперную характеристику, показанную на рис.

1.1,б, из которой видно, что при обратных напряжениях, близких к пробивному

Uпроб. ток через вентиль в обратном направлении может быть значительным, а

сопротивление в прямом направлении не равно нулю.

1.6. Аккумуляторы

В аккумуляторах происходит превращение электрической энергии в

химическую, а затем - химической в электрическую. Аккумуляторы не

производят электрическую энергию, они ее лишь накапливают при заряде и

расходуют на подключенную нагрузку при разряде. Процесс отдачи накопленной

энергии основан на обмене электронов между электродами при активном участии

электролита. В электропитании устройств связи находят применение кислотные

и щелочные аккумуляторы.

1.7. Выпрямители и фильтры.

Электрический выпрямитель широко применяют как наиболее универсальный

преобразователь переменного тока в постоянный.

Выпрямление в электрическом выпрямителе достигается вследствие включения

в его состав электрического вентиля, который пропускает ток преимущественно

в одном направлении, (рис. 1.2, а).

При рассмотрении процессов выпрямления характеристику вентиля

идеализируют, представляя ее (рис. 1.2, б) линейной ломаной кривой 1

(идеальный вентиль), 2 (идеализированный вентиль с потерями) или 3

(идеализированный вентиль с потерями и порогом выпрямления).

В качестве вентилей в настоящее время применяют в основном

полупроводниковые диоды. Порог выпрямления кремниевых диодов лежит в

пределах 0,4-0,8 В, а германиевых 0,15-0,2 В. Для низковольтных

выпрямителей (выпрямленное напряжение менее 10 В) порог выпрямления

кремниевых вентилей составляет заметную часть выходного напряжения; его

следует учитывать при расчетах, выбирая в качестве расчетной модель вентиля

с порогом выпрямления. Для выпрямителей с выходным напряжением более 10 В

можно проводить расчет и на основе модели вентиля без порога выпрямления.

Угол наклона спрямленной характеристики вентиля с потерями определяет

внутреннее сопротивление вентиля rв.

Значения сопротивлений rв, применяемых в настоящее время вентилей,

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8