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.