Лекция 3 - Конспекты

ГЛАВА 3ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯСоставитель:к.т.н. Родин М.В.Москва – 2017Электропитание РЭАГлава 3СОДЕРЖАНИЕ3.1 Введение ................................................................................................................ 33.2 Основные характеристики и показатели качества...................................... 43.2 Классификация источников электропитания............................................. 103.4 Нестабилизирующие источники электропитания ..................................... 133.5 Стабилизирующие источники электропитания .........................................

153.5.1 Общие сведения о стабилизаторах напряжения (тока) .................................. –3.5.2 Параметрические стабилизаторы напряжения (тока) .................................. 283.5.3 Компенсационные стабилизаторы напряжения (тока) ................................. 403.5.3.1 Непрерывного действия.................................................................................. –3.5.3.2 Импульсного действия..................................................................................

503.6 Сравнение линейных и импульсных источников электропитания ....... 583.7 Устройства бесперебойного электропитания .............................................. 602Электропитание РЭАГлава 33.1 ВведениеИсточники электропитания (ИЭП) являются неотъемлемой составнойчастью различной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), определяющей еёработоспособность. Они преобразуют электроэнергию, поступающую отпервичных источников, в электроэнергию требуемого вида и качества,потребляемую той или иной аппаратурой.Структура любого ИЭП может быть представлена в виде, приведённом нарисунке 3.1.Рисунок 3.1 – Структура типового ИЭПВ любом ИЭП, как правило, можно выделить три составляющие (рисунок3.1):- силовую часть, в которой осуществляются все основные энергетическиепреобразования и передача энергии от первичного источника в нагрузку;- систему управления (СУ), в которой формируются сигналы управленияработой силовых регулирующих элементов;- систему защиты и коммутации, которая позволяет сохранитьработоспособность ИЭП как в штатном режиме, так и при возникновенииразличных нестандартных режимов (короткого замыкания в нагрузке, её3Электропитание РЭАвнезапногоГлава 3отключения,превышениявходногонапряжения,резкогоповышения температуры окружающей среды и т.

д.).ПосколькучерезсиловуючастьИЭПосуществляетсяосновнаяэнергопередача, то её элементы (активные регулирующие – транзисторы илитиристоры; энергоёмкие элементы – трансформаторы, дроссели и конденсаторысглаживающих фильтров) имеют относительно большую установленнуюмощность и определяют габариты всего ИЭП.В СУ происходит информационная обработка сигналов. Поэтомувыделяющиеся в её элементах мощности и, следовательно, габаритызначительно меньше, чем в силовой части.ВобщемслучаеИЭПдолженотвечатьследующимосновнымтехническим требованиям:- обеспечивать РЭА электрической энергией того или иного вида икачества, удовлетворяющего её;- обеспечивать требуемые параметры надёжности подачи электрическойэнергии, удовлетворяющие желаемой надёжности работы РЭА (ни одна РЭА неможет быть надёжнее её ИЭП);- обладать высокими энергетическими характеристиками;-проектироватьсясмаксимальнымиспользованиемтиповыхунифицированных компонентов и быть экономичным в эксплуатации.3.2 Основные характеристики и показатели качестваОсновными характеристиками ИЭП являются:1.

Номинальные выходные напряжения и токи.2. Нестабильность выходных напряжений в процессе эксплуатацииU U  U ном 100% ,U ном(3.1)где U – действительное значение напряжения; Uном – номинальное значениенапряжения.4Электропитание РЭАГлава 3В электрических сетях переменного однофазного тока действительноезначение напряжения определяют как действующее значение напряженияосновной частоты U(1), без учёта гармонических составляющих напряжения, а вэлектрических сетях переменного трёхфазного тока – как действующеезначениенапряженияпрямойпоследовательностиосновнойчастоты,вычисляемое приближённо какU1(1) U AB (1)  U BC (1)  U AC (1)3,(3.2)где Ui(1) – действующие значения фазных напряжений основной частоты.Напомним, что действующим (эффективным) значением напряженияпеременного тока является такое значение напряжения постоянного тока,который, проходя по сопротивлению нагрузки за тот же промежуток времени,выделит такое же количество тепла, что и переменный ток.

В современнойлитературе чаще используют математическое определение этой величины –среднеквадратичное значение напряжения URMS:TU RMS1 2u (t )dt ,T 0(3.3)где T – период напряжения. Для синусоидального напряжения U RMS  0,707U a ,где Ua – амплитуда напряжения (рисунок 3.2).Отметим, что электрические приборы для измерения переменногонапряжения и тока отградуированы на отображение действующих значенийнапряжения и тока.

В бытовой электросети действующее напряжениепеременного тока равно 220 В, а амплитудное – 310,2 В.3. Максимальная, минимальная и номинальная мощность по каждой извыходных цепей. Для ИЭП с выходом на переменном токе задаютсямаксимальное, минимальное и номинальное значения полной мощности (ввольт-амперах) S  U Z (где U – действующее значение напряжения нанагрузке, Z – модуль полного сопротивления нагрузки) и соответствующиезначения коэффициентов мощности нагрузки cos  R Z , где R – активноесопротивление нагрузки.5Электропитание РЭАГлава 3Рисунок 3.2 – К определению действующего и максимального значениянапряжения переменного тока4.

Номинальное значение тока, потребляемого ИЭП от первичной сети.Для ИЭП, работающего в режиме изменяющейся нагрузки, задаютсяноминальное, максимальное и минимальное значения мощности, потребляемойот первичной сети.5. Для ИЭП, питающихся от сети (или источника) переменного тока,коэффициент мощности cos  P S , где P – активная составляющая полноймощности, потребляемой ИЭП от первичной сети. Для нагрузок постоянноготока cos  1, так как P = S.6. Коэффициент полезного действия (КПД) в номинальном режиметPi 1нi .номPп.ном 100% ,(3.4)где n – число выходов (выходных цепей) ИЭП, Рнi.ном – номинальная мощность,передаваемая в нагрузку по i-му выходу, Рп.ном – номинальная потребляемаямощность.6Электропитание РЭАГлава 37.

Внутреннее сопротивление ИЭП, равное численному значениюотношения изменения выходного напряжения ΔUвых к вызвавшему егоизменению тока нагрузки (выходного тока) ΔIвых. Внутреннее сопротивлениеопределяет нагрузочную характеристику ИЭП (рисунок 3.3).Рисунок 3.3 – Нагрузочная характеристика ИЭП1 – идеального ИЭП; 2 – реального ИЭП8. Коэффициент пульсаций КП:KП UП,U0(3.5)где UП и U0 – переменная и постоянная составляющие выходного напряженияИЭП(рисунок3.4).Коэффициентпульсацийхарактеризуетстепеньприближения кривой выпрямленного напряжения к прямой линии.Рисунок 3.4 – К определению пульсации выходного напряжения ИЭП9. Наличие гальванической развязки между входом и выходом.7Электропитание РЭАГлава 310. Удельная мощность:Pуд Pном,V(3.6)где Pном – номинальная мощность, отдаваемая в нагрузку; V – объём ИЭП(измеряют обычно в дм3).11.

Эксплуатационные характеристики (диапазон рабочих температур,допустимой относительной влажности, давления, надёжность и т. д.).Как правило, эксплуатационные характеристики ИЭП согласованы сназначением РЭА, в которой применяются ИЭП. Если РЭА размещается вотапливаемом помещении, то она рассчитывается на температуру окружающейсреды от 5 до 40°С, атмосферное давление не ниже 460 мм рт. ст. иотносительную влажность воздуха 95% при температуре 30°С.

Если же РЭАразмещается на подвижных наземных носителях, то диапазон температурырасширяется от -50 до 65°С, а относительная влажность воздуха повышается до98-100%. А при эксплуатации в составе самолётной РЭА ИЭП должнысохранять работоспособность в условиях атмосферного давления 5 мм рт. ст.Обеспечение надёжности ИЭП обычно сводится к следующим основнымдействиям:- тщательному обоснованию выбора структурной схемы ИЭП;- обоснованному выбору элементной базы с достаточно высоким запасомпо предельным режимам и параметрам;- разработке конструкции, обеспечивающей хороший теплоотвод илегкий доступ к отдельным узлам и элементам;- проведению всесторонних испытаний макетов по климатическим имеханическим воздействиям.Энергетическая эффективность преобразования электрической энергии вИЭПхарактеризуетсяэнергетическимипоказателямиэлектромагнитныхэлементов и устройства в целом.Важнейшими из этих показателей являются следующие.8Электропитание РЭАГлава 31.

Коэффициенты преобразования ИЭП по напряжению и токусоответственноK Н .П . ОниопределяютсявU вых.пI, KТ . П .  вых.пU вх.пI вх.прежимах,соответствующих(3.7)максимальновозможному напряжению на выходе ИЭП, т. е. при отсутствии егорегулирования, для полезных составляющих напряжения и тока. В цепяхпеременного тока полезными составляющими, переносящими активнуюмощность, являются, как правило, первые гармоники напряжения и тока, а вцепях постоянного тока – средние значения напряжения и тока.2. Коэффициент искажения тока (аналогично и для напряжения)I I (1)(3.8)Iгде I(1) – действующее значение первой гармоники тока, I – действующеезначение тока.3. Коэффициент гармоник тока (коэффициент несинусоидальности)K Г .Т I В. Г,I(3.9)где IВ.Г – действующее значение высших гармоник тока (отличных от первойгармоники).4. Коэффициент сдвига тока относительно напряжения по первойгармоникеcos (1) P(1)2P(1)2  Q(1),(3.10)где P(1) – активная мощность в цепи, создаваемая первыми гармоникаминапряжения и тока; Q(1) – реактивная мощность сдвига в цепи, создаваемаяпервыми гармониками напряжения и тока.5.