Розробка інвертора напруги для апаратури зв'язку

Содержание

Вступ

1. Системи електропостачання

1.1 Види систем електроживлення

1.2 Планування систем електроживлення

1.3 Вимоги до систем електроживлення

1.4 Вимоги до джерела безперебійного живлення

2. Огляд існуючих перетворювачів напруги

2.1 Джерела безперебійного та гарантованого електроживлення

2.2 Електромеханічні перетворювачі напруги

2.3 Інвертор

2.4 Конвертори - перетворювачі постійної напруги

3. Синтез структурної схеми

3.1 Опис структурної схеми інвертора

3.2 Вибір схеми інвертора, опис принципу дії

4. Вибір елементної бази

4.1 Вибір діодів

4.2 Вибір транзисторів

4.3 Вибір конденсаторів

4.4 Вибір резисторів

4.5 Вибір трансформаторів

4.6 Вибiр пристроїв індикації

4.7 Вибір запобіжників

4.8 Вибір акомулятора

5. Економічна частина

5.1 Коротка характеристика собівартості продукції

5.2 Розрахунок собівартості виготовлення блоку живлення

6. Охорона праці

6.1 Організація заходів з безпеки праці при виготовленні та випробуванні блоків живлення

6.2 Безпечне ведення робіт

6.3 Пожежна безпека

6.4 Вимоги техніки безпеки до радіоелектронного обладнання

6.5  Вимоги безпеки при роботі ручними інструментами при збірних та монтажних роботах

Висновок

Вступ

В даний час спостерігається збільшення потреби у високошвидкісних центрах обробки даних, системах телекомунікаційного зв'язку в реальному масштабі часу і застосуванні систем з безперервним автоматичним технологічним процесом. Зростання потреби в такому устаткуванні поряд із забезпеченням великою кількістю різноманітних можливостей висуває вимоги до їхніх джерел електроживлення.

Незважаючи на те, що при генерації електроенергії сигнал має чудову форму, у той момент, коли електроживлення досягає споживача, його якість далека від ідеального. Більшість типів перекручувань неприпустимі, наприклад, значні провали напруги і коливання частоти, що можуть призвести до непоправних втрат, викликаних ушкодженням устаткування в сполученні c неможливістю його подальшого використання по призначенню. Звичайно ж фінансові наслідки цього можуть бути просто страшними, впливаючи не тільки на поточну роботу, але, що є серйознішим, і на розвиток бізнесу в майбутньому.

При проектуванні радіоелектронної апаратури, одним з основних критеріїв економічності є зниження споживаної пристроєм потужності (зокрема, застосування нових технологій дозволило скоротити на кілька порядків споживання енергії побутовою апаратурою в порівнянні навіть з десятком років тому).

За минулі більш ніж 100 років від моменту появи першого електронного пристрою (радіо А.С. Попова) до наших днів змінилось кілька поколінь електронних пристроїв, що мають принципові відмінності по функціональних можливостях, типу застосовуваної елементної бази, конструктивно-технічному рішенню і т.д. Це рівною мірою відноситься до радіоелектронної апаратури побутового призначення, так і системам керування складними технічними об'єктами, такими як повітряні лайнери, космічні апарати та ін. Однак кожен вид електронних засобів, будь це комп'ютер, схема керування роботою системи життєзабезпечення, програвач компакт-дисків чи радіолокаційна станція всі вони мають пристрій який забезпечує електроживленням всіх елементів (електронних ламп, транзисторів, мікросхем), пристроїв які входять до тієї чи іншої системи. Отже наявність джерела живлення в будь-якому пристрої річ цілком очевидна і вимоги до нього досить великі, адже від його якісної роботи залежить робота пристрою в цілому. Особливу увагу на живлення стали звертати при побудові складних цифрових пристроїв (персональний комп'ютер чи будь-яка інша мікропроцесорна техніки) де виникла потреба забезпечення цих пристроїв безперервним і найголовніше - якісним живленням. Пропадання напруги для пристроїв цього класу може бути фатальним: медицинські системи життєзабезпечення потребують постійної роботи комплексу пристроїв, і вимоги до їх живлення дуже суворі; системи банківського захисту і охоронні системи; системи зв'язку і передачі інформації.

При створенні електронного пристрою окремого класу і призначення (електронно-обчислювальні машини, медична і побутова електронна техніка, засоби автоматизації) чи джерело системи забезпечення гарантованого живлення можуть бути підібрані з тих, які серійно випускаються промисловістю. У деяких країнах існують фірми, що спеціалізуються на промисловому випуску Джерел безперервного живлення, і споживач має можливість вибрати той, котрий йому найбільше підходить. Однак, якщо по в експлуатаційному, конструкторському чи іншому розуміннях джерела безперебійного живлення, що випускаються серійно, не задовольняють потреб споживача, необхідно розробити новий, з урахуванням усіх правил і обмежень, специфічних для цього виду.

Темою даного проекту є розробка джерела безперервного живлення яке б було універсальним. Універсальність його заключається в тому, що він би міг використовуватись в будь-якій апаратурі, починаючи з персонального комп'ютера і закінчуючи медичною апаратурою. Причина побудови джерела - це можливість його використання в будь-якій апаратурі, для якої є важливим фактором мати саме синусоїдальну напругу, напругу яка б при роботі джерела від мережі чи від внутрішніх батарей немала б провалів напруги при переході роботи з одного в інше.

За своїми технічними даними ПБЖ працює і як акумулятор. Під час своєї роботи ПБЖ накопичує електроенергію. У разі відсутності подачі струму із зовнішніх електромереж пристрій здатний автономно забезпечити протягом певного часу (до повної розрядки) безперебійне живлення для роботи техніки.

Більшість сучасних ПБЖ, крім свого основного завдання - забезпечувати безперебійне живлення, - ще й фільтрують напругу, що надходить на навантаження (виступають як фільтр мережевих перешкод), і стабілізують напругу (виступають як стабілізатор напруги)

Функціонально ПБЖ містить такі вузли, як блок силовий, блок контролю і управління, блок індикації, вхідний і вихідний фільтри, акумуляторна батарея, вентилятори.

Результатом виконання дипломного проекту є розробка конструкції і технології виготовлення блоку контролю та управління відповідно до технічного завдання.

1. Системи електропостачання

Електропостачання стаціонарних споживачів, як правило, централізоване, тобто від енергетичних систем.

Енергетичною системою (енергосистемою) називається сукупність електростанцій електричних і теплових мереж, з'єднаних між собою й зв'язаних спільністю режиму й безперервністю процесу виробництва й розподіли електричної енергії й теплоти.

Системою електропостачання називається сукупність електроустановок, призначених для забезпечення споживачів електричною енергією.

Забезпечення споживачів електричною енергією називається електропостачанням.

Апаратура зв'язку призначена для перетворення електричної енергії в енергію, що несе інформацію (енергію електромагнітних хвиль: аналогових, дискретних, відео, графічних і звукових сигналів), відноситься до електроприймачів, тобто до споживачів електричної енергії.

Джерела електроживлення діляться на первинні й вторинні, незалежні й автономні.

Первинні джерела електроживлення (ПДЕЖ) - це пристрою, що перетворять теплову, механічну або хімічну енергію в електричну. До них відносяться генератори із приводом від парової, газової або гідравлічної турбіни: електроагрегати й електростанції із двигунами внутрішнього згоряння, акумулятори, паливні елементи й ін.

Джерела вторинного електроживлення (ВДЕЖ) - це пристрої, що перетворять електричну енергію первинних джерел по частоті, величині напруги й інших параметрах, що забезпечують живлення електрокористувачів. До них відносяться випрямлячі, інвертори, трансформатори, стабілізатори, фільтри й ін.

Сукупність функціонально зв'язаних первинних і вторинних джерел електроживлення, пристроїв керування, комунікацій розподілу, захисту, контролю й сигналізації утворюють систему електроживлення споживача електричної енергії.

Споживачі електричної енергії відносно забезпечення надійності електропостачання підрозділяються на перші, другу й третю категорії.

До першої категорії віднесені споживачі, перерив електропостачання яких може викликати перерву зв'язків, порушення передачі найважливішої інформації й, як наслідок, привести до зриву виконання завдання.

До другої категорії віднесені споживачі, переривши в електропостачанні яких допускається на час, необхідне для включення резервного (автономного) джерела живлення діями особового складу чергової зміни (вручну). Це, як правило, електрокористувачі, що забезпечують експлуатацію різних систем робочого освітлення, вентиляції, водопостачання й ін.

До третьої категорії віднесені всі інші електрокористувачі, зовнішнє й освітлення, зарядні пристрої та ін.

Зовнішнє електропостачання, як правило, здійснюється по кабельних лініях від двох незалежних районних ТП напругою 35/10 кВ або 110/10 кВ, розташовуваних не далі 10-12 км від вузла зв'язку.

Система внутрішнього електропостачання призначена для перетворення й розподілу електричної енергії, одержуваної від систем зовнішнього або резервного електропостачання по центрах (елементам) вузла зв'язку.

У тих випадках, коли зовнішнє електропостачання відсутнє, живлення вузла зв'язку здійснюється від системи автономного електропостачання - автономного джерела електроживлення (АВЕЖ). У якості АВЕЖ може використовуватись резервна електростанція.

На вузлі зв'язку система автономного електропостачання є складовою частиною системи внутрішнього електропостачання.

Стаціонарні вузли зв'язку відносяться до першої категорії споживачів. Основною схемою електропостачання їх є двомережна схема. За цією схемою на центральний розподільний пункт (ЦРП) або головну трансформаторну підстанцію (ГТП або ТП) заводяться дві високовольтні лінії, приєднані до двох і більше незалежних джерел енергосистеми. На трансформаторних підстанціях, звичайно на стороні низької напруги, обладнається централізоване автоматичне включення резерву (АВР), що у випадку ушкодження однієї з ліній забезпечує швидке (менш 1 с) перемикання навантаження на справну лінію. Таким чином, завдяки наявності двох незалежних мереж електропостачання забезпечується висока надійність живлення СУЗ.

Для забезпечення безперебійного живлення засобів зв'язку на ВУС обладнаються резервне й аварійне джерело електроенергії.

Як резервні джерела на СУЗ обладнуються власні електростанції (ВЕСТ) з теплоелектричними агрегатами типу АД, АСДА, ДГА, ЕСД (ЕСБ). Причому одною з вимог, пропонованих до електростанцій, є те, що станція повинна бути двухагрегатного виконання з потужністю кожного агрегату рівної номінальної потужності, споживаної ЦЕП і стандартної напруги, величина якої повинна відповідати напрузі, одержуваної від трансформаторної підстанції электросистеми.

Як аварійне джерело електроживлення найбільш перспективної є система, що складається з акумуляторної батареї й автономного інвертора на тиристорах, на виході якого повинен бути змінний струм стандартної напруги (статичний УГП). Аварійне джерело, як правило, забезпечує електроенергією апаратуру зв'язку пріоритетних абонентів і аварійного освітлення ВУС.

1.1 Види систем електроживлення

Багато проблем, характерних для традиційних централізованих систем електроживлення, можуть бути вирішені за допомогою переходу до розподілених систем електроживлення. У цей час провідні виробники сучасного телекомунікаційного обладнання впроваджують нові децентралізовані системи електропостачання, які дозволяють забезпечити більш високі експлуатаційні характеристики:

· регулювання напруги на навантаженні,

· резервування мереж постійного струму,

· контроль і керування за допомогою мікропроцесорів,

· використання силового обладнання, виконаного у вигляді компактних і легких модульних пристроїв.

1.2 Планування систем електроживлення

При плануванні системи електроживлення необхідно відповісти на наступні питання:

· який тип електрообладнання буде забезпечуватися електроживленням (комутаційна техніка, контрольні пристрої та інше);

· яка СВМ арна потужність цих пристроїв і яке очікуване енергоспоживання цих пристроїв у найближчому майбутньому;

· параметри вхідної мережі змінного струму: номінальна напруга, кількість фаз;

· скільки відводів для споживача повинно бути реалізовано;

· яка частка обладнання із твердим допуском напруги або іншого номіналу (замовлення DC-DC перетворювача);

· потреба в наявності гарантованого електроживлення споживачів змінного струму і яка їхня СВМ арна потужність (замовлення інверторів)

· необхідність віддаленого моніторингу за роботою систем електроживлення;

· який час задається при роботі від акумуляторних батарей, який максимальний час їхнього відновлення при їх повному розряді, скільки груп акумуляторних батарей передбачається встановити; визначення необхідності установки резервної дизельної або газової електростанції;

· у яких умовах передбачається експлуатація електроживлюючого обладнання (температура, вологість, вібрація й т.д.).

1.3 Вимоги до систем електроживлення

До використовуваного у галузі зв'язку ДБЖ пред'являється ряд додаткових вимог. Серед них - низьке тепловиділення, близький до одиниці вхідний коефіцієнт потужності навантаження й відповідність галузевим стандартам за рівнем електромагнітної емісії в радіочастотному діапазоні (EMI/RFI).

Зниження негативного впливу електромагнітних перешкод на роботу телекомунікаційного обладнання - питання аж ніяк не незначне, тому більшість виробників приділяють йому підвищену увагу. Деякою гарантією "радіобезшумності" ДБЖ може служити відповідний сертифікат Мінзв'язку України.

Крім того, однією з найбільш важливих характеристик ДБЖ є наявність засобів віддаленого керування й моніторингу системи енергопостачання. Відповідно висувається ряд вимог до штатного програмного забезпечення, його СВМ існості із прикладним ПО й операційними системами, найбільш часто використовуваними в галузі телекомунікацій.

Не можна забувати й про конструктивне виконання (масогабаритних характеристиках) ДБЖ, але тут багато чого залежить від типу телекомунікаційного обладнання. Якщо мова йде про захист комунікаційного вузла провайдера Internet, ДБЖ повинен без проблем монтуватися в стандартну стійку або апаратну шафу, займаючи мінімум робочого простору.

У цей час питанням забезпечення споживачів якісними послугами передачі даних, телефонії, Інтернету й інфраструктурою для електронної комерції приділяється все більша увага. Жорстка конкуренція на ринку дозволяє споживачам вибирати не в рамках альтернативи мати телефон взагалі або не мати, а звертатися до операторів, які можуть забезпечити не тільки якісний телефонний зв'язок, але ще й комплекс додаткових послуг з передачі даних, по доступу до інформаційних ресурсів в Інтернеті і т.д. Для рішення проблеми якості в телекомунікаціях електроживлення не є, звичайно, достатньою умовою, але хотілося б підкреслити, що це - необхідно для надання будь-якої надійної та конкурентноспроможної послуги в інфокомунікаційних системах.

Звичайно при створенні об'єктів телекомунікацій витрати тільки на забезпечення пристроями безперебійного електроживлення становлять СВМ у 10% і вище від вартості телекомунікаційного обладнання. Якщо ж об'єкт має потребу в гарантовному електроживленні, то витрати на обладнання зростуть ще на 10% і досягнуть 20%. Якщо ще врахувати, що рівень безвідмовності електроживлення істотно впливає на доступність системи зв'язку або передачі даних у цілому, то стає зрозумілим значення й місце електроживлення в інфокомунікаціях.

Важливість надійного електроживлення в першу чергу пояснюється тим, що воно визначає надійність роботи обладнання електрозв'язку й, тим самим, забезпечення інформаційними й комунікаційними послугами. Обладнання електроживлення працює в найбільш важких умовах у порівнянні з іншими пристроями (по навантаженню, по температурі), і внаслідок цього для забезпечення необхідної надійності роботи систем електроживлення змушує застосовувати найбільш якісні й, відповідно, дорогі елементи.

Це необхідний захід, тому що надійність роботи обладнання електрозв'язку принципово не може бути вище надійності системи електроживлення.

1.4 Вимоги до джерела безперебійного живлення

Блок повинен відповідати вимогам існуючих технічних вимог.

Джерело безперебійного живлення повинне забезпечувати контроль параметрів вхідної напруги в межах, які забезпечують нормальну роботу імпульсного джерела живлення. Це обумовлено особливостями імпульсних блоків живлення, а саме широким діапазоном вхідної напруги. Межа зміни напруги на вході, при якому забезпечується нормальна робота від мережі ІБП, повинна складати:

· нижній поріг - 30%;

· верхній поріг + 20%.

ІБП повинен забезпечувати контроль параметрів на виході при забезпеченні живлення від зовнішньої мережі і в режимі харчування від батарей:

· контролювати вихідну напругу;

· контролювати рівень навантаження.

Вимірювання параметрів дозволяє спостерігати за процесами, які відбуваються в мережі, своєчасно реагувати на зникнення напруги або відхід його величини від меж, перевищення яких викликає порушення роботи імпульсних джерел живлення.

Так, як характеристики напруги мережі мають певні параметри, встановлені стандартами (ГОСТ 3413-96), та напруга живлення ДБП повинна відповідати величині 220В, і мати відхилення напруги і частоти, які не перевищують граничних значень.

Так, як ми розраховуємо джерело безперебійного живлення, яке можна було б застосовувати з різноманітним навантаженням, передбачувана вихідна потужність складатиме 100 Вт.

Так, як необхідно забезпечити час резервного живлення, під час якого необхідно, наприклад, виконати можливий перехід на живлення від енергоємнішого джерела (наприклад, генератора), або завершення роботи тих або інших пристроїв, що від нього живляться мінімальний необхідний час резервування (резервного живлення) повинно бути не менше 5 млн., при 100% навантаженні. Основні технічні вимоги зводимо в таблицю3.1

Таблиця 3.1Основні технічні вимоги.