Разработка структурной схемы устройства

ВВЕДЕНИЕ

Современное высокотехнологичное оборудование (компьютеры, активное оборудование вычислительных сетей, телекоммуникационная аппаратура, банковская и медицинская техника) является чувствительным к качеству электроэнергии и его подключение к существующей системе электропитания связано с повышенным риском нарушения его рабочего режима, а в ряде случаев – с риском выхода из строя. Чтобы защитить инвестиции в дорогостоящую технику, а также обеспечить непрерывность бизнес-процессов, необходимо использовать системы бесперебойного и гарантированного электропитания. При построении таких систем используются несколько структурных схем, которые обеспечивают защиту практически от всех видов отказа энергосетей. Это распределенная и централизованная структура, двухуровневая система, а также функциональное разделение систем бесперебойного электропитания. К сожалению, ни одна из существующих схем не позволяет полностью исключить влияние «человеческого фактора», что необходимо учитывать при построении системы электропитания особой надежности.

В импульсных преобразователях, работающих от сети переменного тока, необходимо использовать трансформаторы для гальванической развязки нагрузки от сети. В ряде случаев такая развязка необходима для обеспечения электробезопасности. Импульсные преобразователи с гальванической развязкой имеют ряд особенностей:

1) Включение в схему трансформатора дает возможность получения

высокого коэффициента преобразования.

2) Появляется возможность получения нескольких выходных напряжений разного уровня и разной полярности.

Преобразователи с гальванической развязкой можно разделить на однотактные и двухтактные. В однотактных преобразователях энергия передается на выход только в течение одного такта полного цикла преобразования. В двухтактных преобразователях используются обе части цикла преобразования. Если энергия передается в нагрузку при замкнутом ключе, то такой преобразователь называют прямоходовым. Если энергия передается на выход при разомкнутом ключе, то преобразователь называют обратноходовым. Недостаток преобразователей с гальванической развязкой – меньший КПД, чем у импульсных регуляторов.[1]

Рисунок 1 – Полумостовой преобразователь.

Простейшая схема прямоходового преобразователя показана на рисунке 1. Первичная цепь преобразователя содержит ключ К1, обмотку размагничивания и первичную обмотку трансформатора. Вторичная цепь образована вторичной обмоткой трансформатора, диодами VD1 и VD2 ,дросселем, и сопротивлением нагрузки.

Разработка структурной схемы устройства

Функциональная схема устройства приведена на рисунке 2

В – выпрямитель,

Ф – фильтр,

П – преобразователь,

ДТ – датчик тока,

ДН – датчик напряжения,

СУ – система управления

АБ – аккумуляторная батарея,

Рисунок 2– Функциональная схема устройства.

Принцип работы заключается в следующем: Напряжения с сети 127 В 50 Гц поступает на выпрямитель В, Фильтр Ф. Далее выпрямленное напряжение поступает в преобразователь П Далее, с помощью датчика тока ДТ и датчика напряжения ДН происходит стабилизация напряжения и тока АБ.

3. Расчёт электрической принципиальной схемы и выбор компонентов

3.1 Расчёт силовой части

3.1.1 Расчёт выпрямителя

Выпрямитель выполнен по мостовой схеме:

Прямой ток диодов:

Обратное напряжение на диодах:

Выбираем диодный мост RS304 с параметрами:

Прямой ток

Обратное напряжение пробоя

3.1.2 Расчёт гальванической развязки

Для изготовления гальванической развязки используется ферритовый сердечник EFD35 с параметрами[4]:

Коэффициент трансформации[2]:

Количество энергии для поддержания постоянной мощности:

Время открытого и закрытого состояния ключей:

Индуктивность первичной обмотки:

Ток первичной обмотки:

Индуктивность вторичной обмотки:

Ток вторичной обмотки:

Трансформатор выполняется на феррите EFD39.

Величина индуктивности на виток:

Где – величина индуктивности на виток[4]

– начальная магнитная проницаемость сердечника,

– величина зазора в сердечнике,

Число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора:

Число витков для питания контроллера:

3.1.3 Расчёт выходного фильтра.

Согласно ТЗ, пульсации выходного тока дросселя не должны превышать 30мА.

Индуктивность дросселя:

Выберем дроссель Д69 5 мГн 5,6 А