курсас - комаров (Два расчета по импульсным источникам, которые могут помочь при выполнении зачетного задания)

М Э И

Кафедра ЭИ

К у р с о в о й п р о е к т

Тема: Регулируемый преобразователь напряжения солнечной батареи.

Выполнил студент группы А-15-01 Лымарь Д.О.

2005г.

Содержание

Техническое задание.......................................................................................2

Предисловие....................................................................................................2

Введение..........................................................................................................5

Глава 1. Повышающий регулятор напряжения..........................................10

1.1. Принцип работы повышающего регулятора напряжения..................10

1.2. Детальный анализ работы повышающего регулятора........................12

1.3. Стабилизация выходного напряжения..................................................15

1.4. Расчет дросселя.......................................................................................16

1.4.1. Расчет индуктивности дросселя………………………………….....16

1.4.2 Выбор сердечника.................................................................................17

1.4.3 Расчет потерь в дросселе......................................................................19

1.5. Конденсатор фильтра.............................................................................20

1.6. Начальный переходной процесс............................................................21

1.7. Выбор драйвера.......................................................................................21

1.8. Выбор ключа...........................................................................................23

1.9. Выбор выходного диода.........................................................................25

1.10. Подсчет КПД повышающего регулятора...........................................27

1.11. Тепловой расчет....................................................................................27

1.12. Компараторы.........................................................................................27

Глава 2. Понижающий регулятор напряжения...........................................29

2.1. Принцип работы понижающего регулятора напряжения.................. 29

2.2. Детальный анализ работы понижающего регулятора........................ 30

2.3. Стабилизация выходного напряжения................................................. 32

2.4. Расчет дросселя.......................................................................................34

2.5. Выбор ключа...........................................................................................35

2.6. Выбор диода............................................................................................37

2.7. Подсчет КПД понижающего регулятора..............................................39

2.8. Тепловой расчет......................................................................................39

Глава 3. Преобразователь напряжения солнечной батареи.......................39

3.1. Схема управления...................................................................................39

3.2. КПД устройства......................................................................................41

Заключение.....................................................................................................42

Электрическая схема.....................................................................................43

Спецификация элементов.............................................................................44

Перечень используемой литературы...........................................................45

Приложение 1 – Расчет конденсатора фильтра

Приложение 2 – Расчет начального переходного процесса

Приложение 3 – Тепловой расчет повышающего регулятора напряжения

Приложение 4 – Расчет компараторов

Приложение 5 – Тепловой расчет понижающего регулятора напряжения

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Разработать преобразователь напряжения для солнечной батареи со следующими параметрами:

1. Входное напряжение от солнечной батареи Vin = (200 – 650) В

2. Выходное напряжение Vout = (450±20) В

3. Мощность нагрузки P = 3кВт

4. КПД не менее 95%

ПРЕДИСЛОВИЕ

Общепризнано, что основным фактором развития цивилизации является наличие источников энергии. В основном мы используем традиционные энергоресурсы, такие как - нефть, уголь, природный газ. Но запасы этих традиционных источников далеко не бесконечны. Поэтому их относят к невозобновляемым источникам энергии.

Известно, что каждый год в мире потребляется столько нефти, сколько ее образуется в природных условиях за 2 млн. лет. Гигантские темпы потребления невозобновляемых энергоресурсов по относительно низкой цене, которые не отражают реальные совокупные затраты общества, по существу означают жизнь в займы, кредиты у будущих поколений, которым не будет доступна энергия по такой низкой цене.

В последнее время наблюдается быстрый рост мировых цен на добываемую нефть. К тому же нефть является ценным химическим сырьём, и использование её в виде топлива - расточительно. Ещё Д.И. Менделеев сказал: «Нефть не топливо, топить можно и ассигнациями». Всё это делает альтернативные источники энергии ещё более актуальными.

Другая составляющая стоимости энергии, которая распределяется на все общество и не включается в тарифы за энергию, связана с загрязнением окружающей среды энергетическими установками.

Выбросы тепловых электростанций состоят, в основном, из углекислого газа, который ответственен за парниковый эффект и изменение климата и, например, приводит к засухе в районах производства зерна и картофеля.

Другие выбросы включают окислы серы и азота, которые в атмосфере превращаются в серную и азотную кислоты и возвращаются на землю со снегом или в виде кислотных дождей. Повышенная кислотность воды приводит к снижению плодородия почвы, уменьшению рыбных запасов и засыханию лесов, повреждению строительных конструкций и зданий.

Токсичные тяжелые металлы, такие как кадмий, ртуть, свинец, могут растворяться кислотами и попадать в питьевую воду и сельскохозяйственные продукты. Существует большая неопределенность в определении реальной стоимости электроэнергии, получаемой от атомных электростанций. Можно утверждать, что реальные цены в атомной энергетике будут определены после того, как будут решены вопросы безопасности АЭС и ядерных технологий по получению топлива и захоронения отходов и разработаны принципы обращения с оборудованием, зданиями и сооружениями АЭС, выводимыми из эксплуатации через тридцать лет работы, и эти цены будут выше существующих.

Российские и зарубежные оценки прямых социальных затрат, связанных с вредным воздействием электростанций, включая болезни и снижение продолжительности жизни людей, оплату медицинского обслуживания, потери на производстве, снижение урожая, восстановление лесов и ремонт зданий в результате загрязнения воздуха, воды и почвы дают величину добавляющую около 75% мировых цен на топливо и энергию. По существу это затраты всего общества - экологический налог, который платят граждане за несовершенство энергетических установок, и этот налог должен быть включен в стоимость энергии для формирования государственного фонда энергосбережения и создание новых экологически чистых технологий в энергетике.

Если учесть эти скрытые сейчас затраты в тарифах на энергию, то большинство новых технологий возобновляемой энергетики становятся конкурентоспособными с существующими технологиями.

Каковы же эти нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (НВИЭ)? К ним обычно относят солнечную, ветровую и геотермальную энергию, энергию морских приливов и волн, биомассы (растения, различные виды органических отходов), низкопотенциальную энергию окружающей среды, а также малые ГЭС, которые отличаются от традиционных (более крупных ГЭС) только масштабом.

Указанные источники энергии имеют как положительные, так и отрицательные свойства. К положительным относятся: повсеместная распространенность большинства их видов, экологическая чистота. Эксплуатационные затраты по использованию нетрадиционных источников не содержат топливной составляющей, так как энергия этих источников, как бы “бесплатная”. Отрицательные качества: малая плотность потока (удельная мощность) и изменчивость во времени большинства НВИЭ. Первое обстоятельство заставляет создавать большие площади энергоустановок, «перехватывающие» поток используемой энергии (приемные поверхности солнечных установок, площадь ветроколеса, протяженные плотины приливных электростанций и т.п.). Это приводит к большой материалоемкости подобных устройств, а, следовательно, к увеличению удельных капиталовложений по сравнению с традиционными энергоустановками. Правда, повышенные капиталовложения впоследствии окупаются за счет низких эксплуатационных затрат, но на начальной стадии они чувствительно «бьют по карману» тех, кто хочет использовать НВИЭ.

В целом использование НВИЭ в мире приобрело ощутимые масштабы и устойчивую тенденцию к росту. В некоторых странах доля нетрадиционных источников в энергобалансе составляет единицы процентов. По различным прогнозным оценкам, в которых в настоящее время нет недостатка, эта доля к 2010-2015 гг. во многих государствах достигнет или превзойдет 10%. Здесь можно дискутировать только о темпах роста данного показателя, но сам факт роста не подвергается сомнению.

Различные виды НВИЭ находятся на разных стадиях освоения. Среди вышеперечисленных солнечная энергия занимает третье место после энергии ветра и геотермальной энергии. Гелиоэнергетика развивается быстрыми темпами в самых разных направлениях:

1. Фотоэлектрические преобразователи - (ФЭП). Полупроводниковые устройства, напрямую преобразующие солнечную энергию в электричество. Несколько объединённых ФЭП называются солнечной батареей (СБ).

2. Гелиоэлектростанции (ГЕЭС). Солнечные установки, использующие высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для приведения в действие тепловых и др. машин (паровой, газотурбинной, термоэлектрической и др.).

3. Солнечные коллекторы (СК). Солнечные нагревательные низкотемпературные установки.

Наиболее эффективными с энергетической точки зрения устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются ФЭП (т.к. это прямой, одноступенчатый переход энергии).

Преобразование энергии в ФЭП основано на фотовольтаическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения.

Материалом для изготовления солнечных батарей (СБ) является кремний, являющийся из твёрдых веществ одним из самых распространённых элементов земной коры, а точнее - вторым после кислорода элементом земной коры (29,5% по массе).

Один килограмм кремния в солнечном элементе вырабатывает за 30 лет 300 МВт.ч электроэнергии, что эквивалентно примерно 75 тоннам нефти. Поэтому кремний называют нефтью 21-го века.

Как стационарные источники электричества, фотоэлектрические станции привлекательны для районов, не обеспеченных электричеством от централизованной энергосистемы. Установка солнечных модулей выгодна там, где расход энергии незначителен, а проводка электросетей требует немалых затрат.

Конечно, скептики могут заявить, что солнечная энергия в связи с ее цикличностью (день-ночь) и, особенно, сезонностью для многих районов, достаточно экзотична. И это в известной степени верно. В этом случае на помощь приходит применение ветрофотоэнергетических систем.

Максимальные значения скорости ветра наблюдаются в осенне-зимний период, когда поступление солнечной энергии уменьшается, а летом отсутствие ветра вполне компенсируется солнечной энергией.

Производство солнечных элементов в мире сегодня превышает 500 Мвт ежегодно. Если в использовании солнечной энергии в промышленных масштабах еще много проблем, то в повседневный быт многих и многих миллионов людей гелиосистемы вошли прочно и навсегда.

Солнечные электростанции могут быть использованы не только для решения локальных задач, но также и глобальных проблем энергетики.

В США, например, существует несколько экспериментальных СЭС мощностью от 0,3 Мвт до 6,5 Мвт, работающих на энергосистему. Центром развития солнечной энергетики в США можно считать Сакраменто. Там фотоэлектрические панели установлены на крышах домов, зоопарка, стоянок автомобилей и даже церквей. В Европе, в частности, в Германии действует правительственная программа, предоставляющая налоговые льготы пользователям солнечных батарей (до 30% стоимости солнечной батареи оплачивает государство). Здесь следует упомянуть проект «Тысяча крыш», реализованный в Германии, где 2250 домов были оборудованы фотоэлектрическими установками. При этом роль резервного источника играет электросеть, из которой возмещается нехватка энергии. В случае же избытка энергии она, в свою очередь, передается в сеть. В США принята еще более масштабная программа - «Миллион солнечных крыш», рассчитанная до 2010 г. Расходы федерального бюджета на ее реализацию составят 6,3 млрд долларов.

Фотоэлектрические преобразователи обладают значительными потенциальными преимуществами:

-не имеют движущихся частей, что значительно снижает стоимость обслуживания,

-срок службы будет достигать, вероятно, 100 лет при незначительном снижении эксплуатационных характеристик (проблема не в самих преобразователях, а в герметизирующих материалах);

-не требуют высокой квалификации персонала;