Исходные данные

Выбрать оптимальный вариант структурной схемы ВУ, предназначенного для решения конкретной функциональной за­дачи: для выпрямительного устройства, работающего на выхо­де двухтактного инвертора (тип 1); для ВУ, используемого для питания аппаратуры АТС в буфере с аккумуляторной батареей (тип 2); для ВУ, используемого в составе зарядового устройства аккумуляторов (тип 3).

В табл. 1 приведены исходные данные, характеризующие внешние условия и структурные ограничения для каждого из типов ВУ.

Таблица 1

№ типа	Число фаз пита-ющей сети	Час-тота сети, Гц	Напря-жение сети, В	Форма питаю-щего напря-жения	Выход-ное напря-жение, В	Ток наг-руз-ки, А	Коэффиц. пульсаций напряжения на нагрузке, не более, %	КПД, не менее
	1	10000	-	Прямоуг.	60	1	0,5	0,75
 	3	50	380/220	Синус.	60	50	0,5	0,75
  	1 и 3	50	380 /220	Синус.	120	20	-	0,75

Варианты трансформаторов, которые отличаются числом фаз и материалом сердечника, схем выпрямления и сглаживаю­щих фильтров, приведены в табл. 2.

Таблица 2

Трансформаторы				Схемы		Сглаживающий
Число фаз сердечника	Тип	Материал сердечника	выпрямления		фильтр
Однофазный Однофазный Однофазный Трехфазный	ОЛ ПЛ ШЛ ЕЛ	Холоднокатан-ная сталь Пермаллой Ферриты	Однотактная 2ф Однотактная 3ф Двухтактная 1ф Двухтактная 3ф		Емкостной Индуктивный Однозвеннный, LC Двухзвенный, LC

К проектируемому ВУ предъявляются следующие требова­ния: при условии обеспечения заданного допустимого значения коэффициента пульсации К_п и снижения стоимости требуется выбрать вариант ВУ с минимальными потерями мощности и минимальными габаритами.

Методические указания к выполнению задания

Для оценки степени выполнения требования о снижении по­терь мощности в элементах ВУ рекомендуется выбирать характеристику

где P_п - сумма потерь мощности в отдельных элементах ВУ, а для оценки степени выполнения требования о снижении габаритов—характеристику

где V—сумма объемов конструктивных элементов ВУ;

P_nmax ,V_m -максимально допустимые потери мощности и объем ВУ.

Ограничения на численные значения ПК не накладываются.

Расчетные соотношения, используемые для определения чис­ленных значений ПК отдельных альтернативных вариантов структур, получены в ходе выполнения научно-исследовательских работ на кафедре «Силовая Электроника» университета:

потери мощности в элементах ВУ;

потери мощности в стали трансформатора с сердечником из холоднокатанной стали зависят от типа сердечника:

ОЛ

Р_пст=33,46  В_m ^1.3(т)  f ^1.35 (кГц)  V_тр(дм ³ ) Вт

при В^1.3_m  f ^1.35  V_тр = P_псто, P_пст = 33,46 P_псто;

ПЛ

P_пст = 53,62 P_псто;

ШЛ

P_пст=85,8 P_псто;

ЕЛ

P_пст=74  P_псто.

Потери в сердечниках из пермаллоя и ферритов меньше примерно в 2,1 раза. Потери мощности в меди трансформатора зависят от мощ­ности P₀:

при Р₀100 Вт Р_пм=P_пст,

при Р₀1000 Вт Р_пм=2 Р_пст,

при Р₀10 кВт Р_пм = 4  P_пст.

Потери мощности в реакторе СФ зависят от величины его сопротивления, связанного с индуктивностью реактора соотно­шением

R_L = 1,5 10 ^—2 L ^0.67 (мГн), (Ом).

Тогда, согласно закону Джоуля-Ленца

P_пL = I₀²  R_L , (ВТ)

где L - величина индуктивности реактора, (мГн);

R_L - величина сопротивления обмотки реактора, (Ом);

I₀ - постоянная составляющая тока в обмотке реакто­ра (А).

Потери мощности в полупроводниковых диодах

(при _эф=0,245 10 ^—6 с):

P_пд=P_пста + P_пдин или P_пд= I_пр U_пр + 0,5I_пр U_пр f_пер _эф,

где _эф —длительность существования носителей;

U_пр - прямое напряжение, приложенное к диоду;

I_пр—протекающий через него прямой ток;

f_пер —частота переключения или сети.

При f_пер = 50 Гц динамическую составляющую потерь P_пдин можно не учитывать

● объем элементов ВУ

объем трансформатора зависит от типа его сердечника:

-для ОЛ

V_тр = 10,6  P_т^0,75 (В  А)  f ^{— 0,75}(кГц)  B_m ^{— 0.75} (Т)  j ^{— 0,75} (А/мм²) см³,

-для ПЛ

V_тр = 1500  Р_т^0,75(В  А)  f^{— 0,75}(Гц)  В_m^—0,75 (Т)  j^—0,75 (А/мм²) см³,

при Р_т^0,75  f ^—0,75 B_m^{— 0,75 }  j^—0,75=V₀; V_тр=1500 V₀ (см³),

-для ШЛ

V_тр =770 V₀ (см³),

-для ЕЛ

V_тр= 2080 V₀ (см³),

где Р_т — типовая мощность трансформатора;

объем реактора СФ зависит от его индукции L и постоянной составляющей протекающего через его обмотку тока I₀

V_р=861  L^0,75(Г)  I₀^1,5 (А) см³

объем конденсаторов СФ зависит от их типов и допустимого напряжения U_сд:

V_с=А  С^ (мкФ)  U_сд ^(B ) см³

для К50—24 при U_сд  160 В А = 42,5 10^—4,  = = 0,71

для К50—29 при U_сд  160 В А =12,22 10^—3 =0,5 и  = 0,7

приU_сд  300 В А = 21,7  10^—2 = 0,5 и  = 0,7

при U_сд  450 В A= 24,2  10^—2, ==0,7

объем полупроводниковых диодов с радиаторами зависит от по­терь мощности P_пд в диодах и их частотных свойств,

● для низкочастотных диодов типа 2Д201Г или Д246А

V_д = 3,55  P_пд^1,3 (Вт) см³

● для высокочастотных диодов типа КД213А

V_д = 6,48  P_пд^1,3 (Вт) см⁸.