4.1.4 Периодическая литература (журналы)

Отечественные журналы:

1. Вопросы радиоэлектроники (84529)

2. Радиотехника (70775, ISSN 0033-8486)

3. Радиотехника и электроника (70776, ISSN 0033-8494)

4. Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (70375, ISSN 0021-3470)

Реферативные журналы:

1. Электроника (55521, ISSN 0206-5452)

Зарубежные журналы:

1. EE Circuits and Systems Magazine (ISSN 1531-636X)

2. E Communications Magazine (ISSN 0163-6804)

4.1.5. Информационные ресурсы

1. Электронная версия курса лекций, методических указаний для выполнения лабораторных работ и другие методические материалы размещены на сайте www.ire.krgtu.ru.

2. Программы автоматизированного проектирования электронных средств, имеющие академические и коммерческие лицензии (таблица 4.1).

Таблица 4.1

№ раздела курса	Разработчик программы	Название программного продукта
1	Power Integration	PI Transformer Designer
6,7	Power Integration	PI Expert
6,7	STMicroelectronics	VIPer switch mode power supply
1	КГТУ	Trans32

Контрольное задание

Произвести обоснованный выбор оборудования для буферной системы электропитания предприятия связи. Система может содержать вольтдобавочные конверторы либо быть реализована без них. Выбор системы электропитания осуществляется исходя из допустимых пределов изменения напряжения на зажимах аппаратуры, указанных в табл. 1 задания.

Исходные данные

Напряжение на нагрузке U_н;

ток нагрузки I_н;

время аварийного разряда аккумуляторной батареи Т;

допустимые пределы изменения напряжения U_{н макс} …U_{н мин}

напряжение трехфазной сети 380/220 В.

температура окружающей среды t _окр =18°С.

Следует выполнить:

Выбор типа и определение количества буферных выпрямительных устройств;

определение типа аккумуляторов и расчет их количества в батарее.

выбор типа и определение количества вольтдобавочных конверторов.

Таблица 1.

Номер варианта	1 26	2 27	3 28	4 29	5 30	6 31	7 32	8 33	9 34	10 35	11 36	12 37
Uн,, В	24	60	24	60	48	60	24	60	24	48	24	60
Iн,, А	150	250	100	75	250	115	100	130	75	150	90	90
Т, час	0,5	1	0,5	1	0,5	1	1	0,5	1	0,5	1	0,5
Uн мин Uн макс, В	20,5 28	48 72	21,5 27	48 72	40 54	59 72	20,5 28	59 72	21,5 27	42 57	20,5 28	59 72

Номер варианта	13 38	14 39	15 40	16 41	17 42	18 43	19 44	20 45	21 46	22 47	23 48	24 49	25 50
Uн,, В	48	60	60	24	24	48	48	60	24	48	60	60	24
Iн, , А	155	100	120	150	105	350	120	180	200	150	175	130	130
Т, час	1	0,5	1	1	1	0,5	1	1	1	0,5	1	0,5	1
Uн мин Uн макс, В	40 54	48 72	59 72	21,5 27	20,5 28	42 57	40 54	48 72	20,5 28	40 54	48 72	59 72	21,5 27

Порядок выполнения контрольной работы

Выбор системы электропитания и определение числа элементов аккумуляторной батареи

Определяем необходимое число элементов в каждой группе аккумуляторной батареи, обеспечивающее питание аппаратуры в аварийном режиме работы ЭПУ:

, (1)

где U_н.мин – минимально допустимое значение напряжения на входных зажимах оборудования, определяемое из табл. 1;

U_р.к. – допустимое напряжение в конце разряда для одного элемента, определяемое из табл. 2;

U_трс – падение напряжения в токораспределительной сети.

Uн=24В Uтрс=0,7В;	Uн=48В Uтрс=1В;
Uн=60В Uтрс=1,2В.

Для

Таблица 2

Т, час	ηg	Uр.к. В
0.5	0.43	1.75
1.0	0.51	1.75
3.0	0.75	1.8
10	1	1.8

Округляя до ближайшего большего целого числа найденное из (1), получим необходимое количество элементов n в каждой группе АБ.

Определяем максимальное значение напряжения на зажимах аккумуляторной батареи при её заряде в послеаварийном режиме работы ЭПУ:

(2)

В том случае, когда вычисленное по (2) значение U_{АБ макс} окажется меньше максимально допустимого напряжения на входных зажимах оборудования U_{АБ макс}, ЭПУ должна быть выполнена по буферной системе электропитания без вольтодобавочных конверторов (значение U_{АБ макс} определяется из табл. 1). В противном случае ЭПУ должна быть выполнена по буферной системе с вольтодобавочными конверторами. Для этой системы электропитания число элементов в каждой группе АБ может быть выбрано, исходя из условия выполнения неравенств:

n≤U_{н. мaкс} / 2.35 (3)

n ≥ (U_{н мин} + U_трc +2)/U_с., (4)

где U_c =2.23В – значение напряжения содержания для кислотного аккумулятора закрытого типа при температуре электролита, равной 20°С.

При определении числа элементов АБ следует ввиду высокой стоимости аккумуляторов выбирать наименьшее значение n, определяемое неравенствами (3) и 4).

В ЭПУ на номинальное выходное напряжение -60В следует применять вольтодобавочные конверторы типа КУВ 12/100-2, либо конверторы типа КУВ 14/100-2. В ЭПУ на номинальное выходное напряжение -48В можно применять конверторы типа КУВ 12/100-2. В ЭПУ на номинальное выходное напряжение -24В – типа КУВ 6/100-2. Технические данные этих конверторов приведены в табл.П1.1 приложения.

Расчет и выбор ёмкости аккумуляторной батареи

Определяем номинальное значение напряжения на зажимах АБ (напряжение содержания U_{АБ ном}) для нормального режима работы ЭПУ.

U_{АБ ном}=2.23n.

Для ЭПУ с ВДК напряжение на выходе ЭПУ в нормальном режиме работы будет меньше U_{АБ ном} на величину падения напряжения на обходном диоде, равном 0.7В. При этом ВДК должны быть закрыты и находиться в ждущем режиме. Для этого они обычно настраиваются на стабилизацию напряжения на выходе ЭПУ в аварийном режиме на уровне

U_{ЭПУ ав} = ( U_{АБ ном} - 2)В.

Определяем максимальное значение напряжения на зажимах АБ в конце первой ступени заряда U_{АБ макс.}

U_{АБ макс} =2.35·n.

Для ЭПУ с ВДК определяем среднее значение мощности Р_{вх вдк ср} , потребляемой ВДК от разряжающейся АБ, и среднее значение мощности потерь в ВДК Р_{пот вдк}:

Р_{вх вдк ср}=0,5·Р_н·(2·U_{ЭПУ ав}- n·(U_р.н.+U_{р. к.}))/(U_{ЭПУ ав}·η_вдк),

где Р_н – мощность, потребляемая технологическим оборудованием в аварийном режиме работы ЭПУ, (P_н=U_н ·I_н);

U_р.н. – начальное напряжение разряда аккумулятора. В расчётах следует принять U_р.н.=2.2В;

η_вдк – коэффициент полезного действия ВДК, определяемый из табл.П1.1.

Р_{пот вдк}=Р_{вх вдк ср}·(1-η _вдк ).

Определяем мощность, отдаваемую аккумуляторной батареей (одной группой) во время её разряда Р_АБ , с учётом требуемого температурного коэффициента увеличения ёмкости:

для ЭПУ без ВДК P_АБ =(l+0,008·(20-t_окp))·P_н.;

для ЭПУ с ВДК Р_АБ=(l+0,008·(20-t_окр,))·(P_н+Р_{пот вдк}).

Определяем мощность, отдаваемую одним элементом (аккумулятором) Р_ЭЛ при разряде:

Р_ЭЛ=Р_АБ/n.

По табл.П1.2...П1.5 разряда аккумуляторов постоянной мощностью до U_р.к.. определяем требуемую ёмкость аккумулятора, обеспечивающую расчётное значение Р_ЭЛ, при заданном конечном напряжении разряда U_р.к. и длительности разряда Т=t_раз. По результатам выбора записывается тип аккумулятора и его номинальная ёмкость С_ном.

На практике для электронных и электромеханических АТС ёмкостью 10000 номеров и выше применяются в основном закрытые кислотные аккумуляторы с панцирными положительными пластинами (например типа OP_zS), а для телефонных подстанций с намазными положительными пластинами (например, типа Vb).

С целью повышения надежности электропитания аппаратуры в ЭПУ устанавливаются двухгруппные аккумуляторные батареи.

Расчет и выбор выпрямительных устройств

В настоящее время в ЭПУ для питания телекоммуникационной аппаратуры электромеханических и электронных систем коммутации применяются как тиристорные выпрямительные устройства типа ВУТ, так и современные выпрямительные устройства с бестрансформаторным входом типа ВБВ, использующие импульсный способ преобразования энергии на высокой частоте.

Выпрямители типа ВУТ характеризуются относительно низкими энергетическими показателями (КПД и cosφ ), и поэтому для повышения энергетических показателей ЭПУ при резко меняющихся в течение суток нагрузках применяется принцип наращивания выходной мощности ЭПУ (включения выпрямителей) по типу ведущий-ведомый. В этом случае при малой нагрузке в работе находится один ведущий выпрямитель, который обеспечивает включение следующего (ведомого) выпрямителя, когда станционная нагрузка достигает (0,9...0,95) номинального значения ведущего выпрямителя. При дальнейшем увеличении станционной нагрузки первый ведомый обеспечивает включение следующего ведомого выпрямителя. Примером такой резко меняющейся нагрузки является аппаратура АТС электромеханических систем коммутации, требующая для своей работы напряжения -60В или -48В. Автоматика ВУТ позволяет иметь в ЭПУ до четырёх рабочих выпрямителей одинаковой мощности плюс одно резервное выпрямительное устройство, способное резервировать любое из рабочих выпрямителей, а также осуществлять послеаварийный заряд аккумуляторной батареи.

При практически неизменной в течение суток нагрузке все рабочие ВУТ постоянно включены, а нормально выключенный резервный выпрямитель способен резервировать любой из рабочих выпрямителей. Примером такой практически неизменной нагрузки является аппаратура уплотнения многока­нальной электросвязи, требующая для своей работы напряжения -24В.

Следовательно, в случае применения в ЭПУ выпрямителей типа ВУТ максимальное число рабочих выпрямителей не может быть больше четырёх. Причём выпрямители должны быть выбраны таким образом, чтобы резервный выпрямитель мог обеспечить послеаварийный заряд аккумуляторной батареи.

Выпрямительные устройства типа ВБВ при любом характере нагрузке работают, как правило, в режиме горячего резервирования. В этом случае в ЭПУ отсутствует отдельный резервный выпрямитель, а число рабочих выпрямителей выбирается с избыточностью:

(N+l)/N,

где N – число выпрямителей, способных обеспечить питание аппаратуры и послеаварийный заряд аккумуляторной батареи.

Определяем суммарный выходной ток рабочих выпрямителей I_вып в нормальном режиме работы ЭПУ:

I_вып = P_н/( U_{АБ ном} )+I_{АБ сол},

где I_{АБ сод}=2·(1·10^-3)·С_ном – ток содержания обеих групп аккумуляторной батареи.

Задаёмся величиной зарядного тока аккумуляторной батареи I_{АБ зар} в послеаварийном режиме работы ЭПУ:

I_{АБ зар}=2·(0,20.. .0,25)·С_ном .

С учётом вышеизложенных в этом разделе рекомендаций производим выбор типа и числа выпрямителей n_ВУ в ЭПУ.

Для телекоммуникационной аппаратуры нового поколения (электронных систем коммутации) целесообразно применять выпрямители типа ВБВ. Эта аппаратура имеет собственные стативные конверторы и поэтому допускает широкие пределы изменения выходного напряжения ЭПУ (более чем ± 10%). Минимальное число выпрямителей типа ВБВ без резервирования в этом случае должно быть не менее:

N ≥ (I_вып +I_{АБ зар} )/I_ном ,

где I_ном , А – номинальный ток одного выпрямительного устройства. Значения I_ном приведены в табл.П1.7.

Число резервных выпрямителей ВБВ N_peз должно быть выбрано исходя из условия выполнения записанного ниже неравенства:

5/4 ≤ ((N+N_pез )/N) ≤ 3/2.

При этом следует также иметь в виду, что установка двух выпрямителей на заданную выходную мощность вместо одного приводит к удорожанию ЭПУ.

Для ЭПУ, комплектуемой выпрямителями типа ВУТ, число рабочих выпрямителей выбирается из условия:

n_ву ≥ I_вып / I_ном .

Кроме того необходимо обеспечить выполнение нижеследующих неравенств:

n_ву ≤ 4,

I_ном ≥ I_{АБ зар} .

Определение числа вольтодобавочных конверторов в ЭПУ

Определяем минимальное количество ВДК n_{ВДК мин} из условия обеспечения питания аппаратуры в аварийном режиме работы ЭПУ:

n_{ВДК мин} ≥ Р_н/(U_{ЭПУ ав}·I_{ВДК ном}),

где I_{ВДК ном} – номинальный ток одного ВДК.

Определяем общее количество ВДК n_ВДК с учётом их резервирования, исходя из условия выполнения неравенства:

n_ВДК/n_{ВДК мин} ≥ 5/4.

Для повышения надёжности подачи электрической энергии к технологическому оборудованию в ЭПУ с ВДК параллельно выходу ВДК устанавливаются так называемые обходные диоды ОД. В качестве ОД применяются мощные низкочастотные диоды, например типа Д-143-1000-4-1,55, устанавливаемые на радиаторы охлаждения. Каждый такой прибор способен обеспечить ток в 250А.

Требуемое количество диодов n_од определяется следующим выражением:

n_од > (Р_н/(U_{АБ ном}-0,7))/250.

Структурная схема ЭПУ

В соответствии с выбранной системой электропитания начертить структурную схему ЭПУ, отразив на ней: количество выпрямительных устройств, их тип, подключение к сети переменного тока и к аккумуляторной батареи; количество элементов в каждой группе аккумуляторной батареи с указанием типа аккумулятора; количество ВДК (если они входят в состав ЭПУ), их тип и подключение к выпрямительно-аккумуляторной установке, а также подключение обходных диодов.

Дать краткое описание работы ЭПУ во всех режимах. В качестве примера на рис. 1 и рис. 2 даны структурные схемы ЭПУ, выполненные соответственно по буферной системе электропитания с ВДК и без ВДК. На рис. 1 и рис. 2 приняты следующие сокращения:

ПР – перекидной рубильник;

БРР – блок разрядных резисторов;

П1, П2 – перемычки, устанавливаемые при проведении контрольного разряда аккумуляторной батареи.

Рис. 1 Структурная схема ЭПУ с ВДК

Рис.2 Структурная схема ЭПУ без ВДК

Оформление контрольной работы

Контрольную работу оформляют в соответствии с требованиями СТО.4.2-07-2013. Схемы выполняют в соответствии с ГОСТ 2.701-84 ЕСКД и ГОСТ 2.702-76 ЕСКД.

Отчет должен содержать:

1) задание;

2) расчет системы электропитания;

3) функциональную схему системы электропитания;

4) список использованных источников.

При использовании литературы в тексте ссылаются на источник с указанием страницы, номера формулы, таблицы, приложения. Список использованных источников приводят в алфавитном порядке. Исправления в тексте работы после проверки ее преподавателем не допускаются. Все необходимые исправления должны быть оформлены в виде работы над ошибками.