Разработка системы гарантированного питания на основе нулевого инвертора

курсовая работа

1.1 Описание функциональной схемы

Согласно технического задания, требуемой топологией является СГЭП «off-line» типа. Функциональная схема СГЭП приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Функциональная схема СГЭП

По функциональной схеме СГЭП опишем блоки и их основное назначение, входящие в его состав [1-3].

ВФ - входной однофазный мостовой выпрямитель и низкочастотный сглаживающий фильтр. 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. Наиболее эффективно осуществляется сглаживание пульсаций при помощи Г-образных фильтров, составленных из дросселей и конденсаторов.

ЗУ - зарядное устройство. Зарядное устройство обеспечивает заряд АБ при работе СГЭП в сетевом режиме. ЗУ в СГЭП малой мощности получает питание непосредственно от сети через выпрямительный мост и индуктивно-ёмкостной фильтр. Кроме заряда АБ, ЗУ обеспечивает питание ИПСН в сетевом режиме. Принципиальная схема ЗУ выполняется на базе понижающего непосредственного преобразователя напряжения, содержащим силовой транзистор, управляемый сигналом с микроконтроллера МПСУ на частоте 22 кГц.

АБ - аккумуляторная батарея. Цепь последовательно соединенных химических источников тока, предназначена для питания силового инвертора ИНВ в случае выхода отклонений напряжения основой питающей сети за допустимые пределы. Основным классификационным признаком АБ служит тип электролита: кислотный или щелочной. Различают три режима эксплуатации аккумуляторов: переключения, буферный и аварийный. В режиме переключения АБ разряжается и заряжается поочередно. В буферном режиме АБ подключена параллельно основному источнику. При возрастании нагрузки или снижении входного напряжения батарея частично разряжается, при снижении нагрузки - вновь подзаряжается. В аварийном режиме эксплуатации АБ постоянно поддерживается в режиме готовности к работе и подключается к цепи нагрузки при отказе основного источника.

Основными параметрами АБ являются емкость и напряжение. Следует различать напряжение электрохимической системы, напряжение разомкнутой цепи, разрядное и номинальное. Наиболее важным является разрядное напряжение начальное и конечное. Разряд батареи связан с опасностью переполюсовки отдельных аккумуляторов и соответственно, чем больше соединено последовательно элементов, тем ниже надежность АБ. Числом последовательно соединенных аккумуляторов выбирают номинальное напряжение в цепи постоянного тока.

Разрядной емкостью АБ называют количество электричества, которое источник тока отдает при заданном режиме разряда до достижения определенного конечного напряжения, и измеряется емкость в ампер-часах.

Величину номинальных токов разряда и заряда АБ принято выражать в долях от номинальной емкости и измерять в амперах. Режим разряда определяется особенностями потребителя, а заряда - особенностями самих аккумуляторов и зарядных устройств.

Существует два основных способа заряда АБ: при постоянстве тока и постоянстве напряжения. Для повышения надежности АБ при эксплуатации следует соблюдать требования зарядных и разрядных характеристик, выполненных в виде номограмм для различных типов аккумуляторов и режимов их работы.

Емкость и напряжение АБ в каждом конкретном случае выбираются из условий технического задания такими, чтобы обеспечить потребителя электроэнергией на время выхода напряжения основного источника за допустимые пределы при заданном токе нагрузке.

ИНВ и ФВГ - силовой инвертор напряжения и фильтр высших гармоник. Инвертор преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока. Блок инвертора выполняется по двухтактной схеме с нулевым выводом трансформатора на MOSFET-транзисторах. Силовые транзисторы управляются высокочастотными (22 кГц) ШИМ-сигналами с платы управления МПСУ.

Широтно-импульсная модуляция сигналов осуществляется по синусоидальному закону, что обеспечивает высокую точность выходного напряжения с помощью быстродействующей системы управления инвертором. Синусоидальное выходное напряжение формируется из высокочастотных ШИМ-импульсов с помощью выходного фильтра ФВГ.

Как правило, силовые MOSFET-транзисторы инвертора выбирают из условия двойного запаса по току по сравнению с номинальной величиной тока нагрузки. Это позволяет иметь высокие перегрузочные способности СГЭП и ток короткого замыкания инвертора в пределах 150...200%.

ТР - выходной развязывающий трансформатор. Трансформатор обеспечивает гальваническую развязку и согласование уровней напряжения нагрузки и аккумуляторной батареи.

МПСУ - микропроцессорная система управления СГЭП. Система управления СГЭП обеспечивает необходимый алгоритм работы силовых узлов, тестирование состояния, мониторинг и управление.

ИПСН - вторичный источник питания. ИПСН формирует ряд низковольтных напряжений постоянного тока (5 В, 12 В) для обеспечения питанием различных цепей систем управления блоков силовой платы, питание платы управления. Питание блока ИПСН осуществляется от ЗУ при сетевом режиме или от батареи при автономном режиме. Принципиальная схема ИПСН выполняется на базе НПН понижающего типа.

Делись добром ;)