Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Источники вторичного электропитания. Линейные источники вторичного электропитания. Учебное пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Л. А. НЕЙМАН
ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО
ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
ЛИНЕЙНЫЕ ИСТОЧНИКИ
ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Утверждено
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
НОВОСИБИРСК
2024
1
УДК 621.314(075.8)
Н46
Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор С. В. Горелов
д-р техн. наук, профессор З. С. Темлякова
Работа подготовлена на кафедре электротехнических комплексов
для студентов дневного и заочного отделений
электротехнических и технических специальностей
Нейман Л. А.
Н46 Источники вторичного электропитания. Линейные источ-
ники вторичного электропитания : учебное
пособие / Л. А. Ней-
ман. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2024. – 100 с.
ISBN 978-5-7782-5309-4
Учебное пособие содержит описание построения линейных источников вторичного электропитания, основные классификационные признаки, характеристики и параметры линейных источников вторичного
электропитания. Рассмотрены структурные схемы простейших линейных источников вторичного электропитания, описаны принципы работы основных функциональных узлов линейных источников вторичного электропитания: трансформаторов, выпрямителей, сглаживающих фильтров, стабилизаторов. Приведены характеристики и
дации по выбору и особенностям применения компонентов линейных
источников вторичного электропитания.
Учебное пособие предназначено для студентов электротехнических
и технических специальностей.
рекомен-
УДК 621.314(075.8)
ISBN 978-5-7782-5309-4 © Нейман Л. А., 2024
© Новосибирский государственный
технический университет, 2024
2
ВВЕДЕНИЕ
Неотъемлемой составляющей частью современных технических систем различного назначения являются источники электрической энергии, которые классифицированы как первичные (ПИЭ) и вторичные
(ИВЭ) источники питания. К первичным источникам электропитания
относят генераторы, фотоэлектрические преобразователи, термоэлектрические генераторы, химические источники тока (аккумуляторы и батареи) и др.
Источники вторичного электропитания обеспечивают преобразование
электрической энергии одного рода в электрическую энергию другого рода в соответствующий вид с качеством, приемлемым для обеспечения функционирования аппаратуры (устройств), в основу которых положены принципы электроники, принципы и методы вычислительной
техники и пр.
Одним из главных признаков, на котором основано формирование
системы источника вторичного питания, является принцип действия
точника вторичного электропитания. По принципу действия источники
питания подразделяют на трансформаторные (линейный) и бестрансформаторные.
В представленном учебном пособии рассмотрены только линейные
источники вторичного электропитания. Линейными источниками вторичного электропитания принято называть источники электропитания,
использующие электроэнергию от первичного источника переменного
напряжения через силовой трансформатор, иногда их называют источниками
собой совокупность функциональных узлов – устройств, выполняющих
питания с трансформаторным входом.
Конструктивно источники вторичного электропитания представляют
ис-
3
одну или несколько функций (выпрямление, фильтрацию, стабилизацию и т. д.). При этом каждый из входящих в систему источника вторичного электропитания функциональный узел характеризует признаки
не только системы, но и источника, в состав которых он входит.
Поэтому в учебном пособии рассмотрены основные классификационные признаки, характеристики и параметры линейных источников
вторичного электропитания, структурные схемы простейших линейных
источников вторичного электропитания, описаны принципы работы основных функциональных узлов линейных источников вторичного электропитания: трансформаторов, выпрямителей, сглаживающих фильтров, стабилизаторов. Приведены характеристики и рекомендации по
выбору и особенностям применения компонентов линейных источников вторичного электропитания.
4
1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНЕЙНЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Система вторичного электропитания представляет собой совокупность функционально связанных источников вторичного электропитания, устройств управления, коммутации, распределения, защиты, контроля и сигнализации, которая предназначена для подключения к системам или источникам энергоснабжения и обеспечивает по заданной программе электропитанием все цепи аппаратуры. Систему вторичного
электропитания характеризуют следующие признаки:
ния, условия эксплуатации, параметры входной электроэнергии, параметры выходной электроэнергии, КПД, выходная мощность, удельные
показатели, показатели надежности (рис. 1.1).
Источники вторичного электропитания (ИВЭП) составляют основу
системы электропитания и предназначены для преобразования электрической энергии первичного источника (или системы электроснабжения)
в вид с качеством, приемлемым для обеспечения функционирования аппаратуры (устройств
ники, принципы и методы вычислительной техники и пр. К признакам,
характеризующим источники вторичного электропитания, как правило,
относят: принцип действия источника вторичного электропитания;
условия эксплуатации; параметры входной и выходной электроэнергии;
выходную мощность; КПД; число каналов; удельные показатели; показатели надежности; элементную базу.
), в основу которых положены принципы электро-
область примене-
5
Источники вторичного электропитания функционально являются
связующим звеном между первичным источником электропитания
и нагрузкой. Вследствие этого на источник вторичного электропитания воздействуют всевозможные параметры и факторы, обусловленные изменениями параметров и характеристик как первичного источника электропитания, так и нагрузки.
Рис. 1.1. Обобщенная структурная схема системы источника
вторичного электропитания
Система и источник вторичного электропитания могут состоять из
функциональных узлов – устройств, выполняющих одну или несколько
функций (выпрямление, фильтрацию, стабилизацию и т. д.). Каждый
функциональный узел характеризует признаки системы или источника,
в состав которых он входит, и признак выполняемой функции.
Основным признаком при формировании системы источника вторичного питания служит принцип его
действия: трансформаторный (линейный) или бестрансформаторный. Характерная особенность типовых
структурных схем линейных источников вторичного электропитания –
трансформатор на входе источника электропитания, который рассчитывается на частоту тока системы электроснабжения. Подобные схемы используются при малой мощности, так как трансформатор при работе на
частоте тока сети имеет завышенные габаритные размеры и массу.
6
1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
ЛИНЕЙНЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Линейными источниками вторичного электропитания принято называть источники, использующие электроэнергию от первичного источника
переменного напряжения через силовой трансформатор, поэтому их еще
называют источниками питания с трансформаторным входом.
Классификация линейных источников вторичного электропитания
Линейные ИВЭП могут быть классифицированы по следующим основным признакам.
1. По виду используемых первичных
источников (питающей сети):
а) линейные ИВЭП, использующие электрическую энергию от однофазной сети переменного тока;
б) линейные ИВЭП, использующие электрическую энергию от трехфазной сети переменного тока.
Источники переменного напряжения, как правило, вырабатывают
напряжение гармонической формы с фиксированной частотой 50, 400
или 1000 Гц и фиксированным значением напряжения 110, 127, 220 или
380 В.
2. По напряжению
на нагрузке:
а) линейные ИВЭП низкого напряжения;
б) линейные ИВЭП высокого напряжения.
3. По мощности нагрузки:
а) линейные ИВЭП малой мощности (до 100 Вт);
б) линейные ИВЭП средней мощности (от 100 Вт до 1 кВт);
в) линейные ИВЭП большой мощности (свыше 1 кВт).
4. По числу выходных напряжений (каналов):
а) линейные ИВЭП одноканальные;
б) линейные ИВЭП
многоканальные.
5. По стабильности напряжения на нагрузке:
а) нестабилизированные линейные ИВЭП;
б) стабилизированные линейные ИВЭП.
Стабилизированные источники питания содержат в своем составе
стабилизатор напряжения (тока) и условно разделены на группы:
а) по характеру стабилизации напряжения (тока) на нагрузке:
линейные ИВЭП с непрерывным регулированием;
7
б) по характеру обратной связи:
линейные ИВЭП параметрические;
линейные ИВЭП компенсационные;
в) по точности стабилизации выходного напряжения:
линейные ИВЭП с низкой стабильностью выходного напряжения
(суммарная нестабильность выходного напряжения при воздействии
всех дестабилизирующих факторов более 2…5 %);
линейные ИВЭП со средней стабильностью выходного напряже-
ния (суммарная нестабильность выходного напряжения
при воздей-
ствии всех дестабилизирующих факторов не более 0,5…2 %);
линейные ИВЭП с высокой стабильностью выходного напряже-
ния (суммарная нестабильность выходного напряжения при воздействии всех дестабилизирующих факторов не более 0,1…0,5 %);
линейные ИВЭП прецизионные (суммарная нестабильность вы-
ходного напряжения при воздействии всех дестабилизирующих факторов менее 0,1 %).
Входные параметры линейных ИВЭП
Входными параметрами линейного источника вторичного
электропитания, который функционально служит связующим звеном между источником первичного электропитания и нагрузкой, являются параметры
первичной сети питания электроэнергией.
Наиболее распространенным и наиболее мощным первичным источником электропитания переменного напряжения для линейного источника электропитания является сеть электроснабжения общего назначения (электрические сети переменного напряжения однофазного или
трехфазного тока) [1–3].
Первичная
сеть при питании от электрической сетей однофазного
или трехфазного тока линейных источников электропитания характеризуется следующими показателями качества электрической энергии.
1. Номинальное значение питающего напряжения
U
п.ном
[1–3].
2. Относительная нестабильность питающего напряжения, характе-
ризующая возможные пределы изменения его значения относительно
номинального [1–3]:
8
верхний предел
нижний предел
где
U
п.макс
и
U
U
;
пр.вн
U
пр.вн
– максимальное и минимальное значение напряже-
п.мин
UU
UU
п.макс п.ном
U
п.ном
п.ном п.мин
U
п.ном
100 %
100 %
,
ния питающей сети.
Отклонения напряжения – разность между фактическим и номинальным значением напряжения, возникающая при медленном изменении режима работы, когда скорость изменения напряжения меньше 1 %
в секунду [1–3].
3. Колебания напряжения представляют собой разность между
наибольшим и наименьшим действующими значениями напряжения
в процессе достаточно быстрого изменения параметров
режима, когда
скорость изменения напряжения не меньше 1 % в секунду.
4. Отклонения основной промышленной частоты – разность, усредненная за 10 мин между фактическим изменением основной частоты
и номинальным ее значением [1–3].
5. Колебания частоты – разность между наибольшим и наименьшим
значением основной частоты в процессе достаточно быстрого изменения параметров режима, когда скорость изменения основной
частоты не
меньше 0,2 Гц в секунду.
6. Несинусоидальность формы кривой напряжения характеризуют
составом высших гармоник, выраженных в действующих значениях,
и действующим значением всех нечетных высших гармоник [1–3].
7. Возможная несимметрия трехфазной системы напряжений по фазам питающей сети [1–3]. Несимметрию трехфазной системы напряжений характеризуют величиной напряжения обратной последовательности основной частоты по абсолютной
величине.
8. Напряжение смещения нейтрали в трехфазной системе характери-
зуют напряжением нулевой последовательности основной частоты по
абсолютной величине.
9. Внутреннее сопротивление первичного источника питания электроэнергией и питающей сети.
10. Количество фаз источника переменного напряжения [1–3].
9
Для сетей общего назначения установлены стандартами допустимые
значения показателей качества электрической энергии, измеряемой у ее
приемников [1–3].
Параметры линейных ИВЭП
1. Номинальные значения напряжений по каждой из выходных цепей, равные требуемым значениям напряжений на соответствующих
нагрузках [1–3].
2. Относительная нестабильность напряжений по каждой из выходных цепей в процессе эксплуатации ИВЭП [1–3].
3. Номинальное, максимальное и минимальное значение потребляемой в процессе работы мощности для каждой выходной цепи [1–3].
4. Номинальное значение тока, потребляемого линейным
ИВЭП от
сети электроснабжения.
5. Коэффициент мощности для линейных источников вторичного элек-
тропитания, питающихся от первичного источника переменного тока.
6. Коэффициент полезного действия в номинальном режиме.
7. Внутреннее сопротивление линейного ИВЭП.
8. Уровень пульсаций выходного напряжения или коэффициент
сглаживания пульсаций.
Параметры нагрузки линейного ИВЭП
Нагрузка линейных ИВЭП по каждому из его выходов характеризу-
ется следующими параметрами.
1. Номинальное сопротивление нагрузки
делы его изменения
R и
н.мин
R [1–3].
н.макс
2. Номинальное значение напряжения на нагрузке
и возможные пре-
R
н.ном
U
н.ном
для одно-
канальных линейных ИВЭП [1–3].
Для многоканальных линейных ИВЭП: номинальные значения выходных напряжений по каждой из выходных цепей, численно равные
требуемым значениям напряжений на соответствующих нагрузках.
3. Относительная нестабильность выходных напряжений в процессе
эксплуатации линейного ИВЭП [1–3].
4. Допустимый уровень пульсаций питающего напряжения
,k
п
характеризующий амплитуду (или эффективное значение) переменной
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]