Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого
Кафедра радиофизики и электроники
Электропреобразовательные устройства
Методическое пособие
Часть 1
Великий Новгород
2006
Электропреобразовательные устройства: Методическое пособие, ч. 1/ Сост. Борисов Н.Н., Бритин С.Н.,Шабалин Р.Н.; НовГУ, Великий Новгород, 2006.
Настоящее методическое пособие предназначено для использования студентами специальности Радиотехника при изучении первой части курса Электропреобразовательные устройства, в которой рассматриваются источники вторичного электропитания.
Методическое пособие может использоваться студентами других специальностей для изучения вопросов электропитания радиоэлектронной аппаратуры.
Рецензент зав. кафедрой Радиосистем,
д.т.н., профессор Рассветалов Л.А.
Утверждены на заседании кафедры РиЭ 03.05 2006 г..
Зав.кафедрой РиЭ, к.т.н., доцент Петров Е.В.
С Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого, 2006
С Борисов Н.Н., Бритин С.Н., Шабалин Р.Н. составление, 2006
1 Источники электропитания
Источники электропитания служат для обеспечения электрической энергией радиоэлектронной аппаратуры.
Электроэнергия вырабатывается путем преобразования механической, тепловой, химической, атомной и других видов энергии с помощью специальных устройств, называемых источниками электропитания.
Габариты масса, надежность радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) в большой степени определяется соответствующими показателями источников электропитания. Так в разных источниках называют цифры от 20% до 80% объема аппаратуры радиотехнической системы в зависимости от предъявляемых требований.
Все требования можно разделить на электрические, конструктивные и экономические.
Электрические требования:
Обеспечение заданными значениями напряжения и мощности постоянного и переменного тока;
Обеспечение требуемой стабильности выходного напряжения и тока при воздействии дестабилизирующих факторов;
Возможность регулирования выходных напряжения и тока в заданных пределах;
Обеспечение минимального уровня пульсаций (переменной составляющей) на выходе;
Обеспечение минимального уровня помех, создаваемых источником электропитания для РЭА.
Конструктивные:
Минимальные масса и габариты;
Высокая надежность;
Максимальное применение стандартных узлов и деталей, минимальное использование остродефицитных материалов;
Удобство эксплуатации и ремонта;
Работа в заданных климатических условиях;
Обеспечение заданного времени готовности к работе;
Виброустойчивость и др.
Экономические:
Малые затраты как при установке, так и при эксплуатации.
Параметры источников электроэнергии не всегда (а точнее сказать, почти никогда) удовлетворяют изложенным выше требованиям. Поэтому между источником электроэнергии и потребителем (рис. 1) включается специальное устройство, называемое источником вторичного электропитания (ИВЭП).
Рисунок 1. Общая схема источника электропитания
Таким образом, функции, выполняемые ИВЭП, состоят в преобразовании рода тока (может быть неоднократно), изменении напряжения, стабилизации, регулирования, фильтрации. Кроме того, ИВЭП содержат устройство защиты, блокировки и диагностики (УЗБД), что повышает их надежность и позволяет обнаруживать и устранять неисправности, возникающие в процессе эксплуатации. Надо заметить, что ИВЭП вышли за рамки простейших радиоэлектронных устройств, какими они были 30 – 40 лет назад. В зависимости от комплекса предъявляемых требований ИВЭП могут быть проще или сложнее. Рассмотрим несколько структур построения ИВЭП.
Рисунок 2. Типовая схема ИВЭП
f1
f1
f1
Рисунок 3. ИВЭП с преобразованием частоты
Р
f1
На рисунке 2 представлена типовая схема электропитания. В качестве источника электроэнергии используется источник электроэнергии переменного тока, например сеть переменного тока 220В, 50Гц. Стабилизаторы обеспечивают требуемую стабильность напряжения (тока) на нагрузке. Трансформатор преобразует сетевое напряжение до уровня, необходимого для питания потребителя. Выпрямитель преобразовывает переменное напряжение в постоянное, фильтр обеспечивает сглаживание пульсаций. Задачи УЗБД были описаны ранее. В схеме на рис. 3 используется преобразователь сетевой частоты (выпрямитель и инвертор) переменного тока (50 Гц) в более высокую, что позволяет значительно уменьшить массу и габариты устройства (при соблюдении основных требований). На рис. 4 необходимое потребителю напряжение постоянного тока получают конвертированием постоянного напряжения источника электроэнергии. Возможны и другие варианты построения ИВЭП.