Дипломная работа: Разработка системы резервного электропитания

Дипломная работа: Разработка системы резервного электропитания

Министерство Образования Республики Беларусь

Учреждение образования «Гомельский государственный дорожно-строительный колледж имени Ленинского комсомола Белоруссии»

Отделение «ЭВС»

Специальность 2-400202 гр. ЭВС-41

Допущен к защите

Заведующей отделением

Глухова И.В.

«____»__________2008г.

Пояснительная записка

дипломного проекта

Разработка системы резервного электропитания

Специальность 2-400202 «Электронные вычислительные средства»

Учащийся-дипломник

группы ЭВС-41

Губатая О.В.

Руководитель

Минин Д.С.

Консультант по

экономическому разделу

Исакович О.В.

Гомель 2008

Введение

Дипломное проектирование – заключительный этап обучения учащихся технических специальностей в учреждении образования «Гомельский государственный дорожно-строительный колледж имени Ленинского комсомола Белоруссии», который имеет своей целью:

1.  Систематизацию, закрепление, расширение теоретических знаний и практических навыков и применение их для решения конкретных профессиональных задач;

2.  Овладение методикой проектирования, формирование навыков самостоятельной проектно-конструкторской работы;

3.  Приобретение навыков обобщения и анализа результатов, полученных другими разработчиками или исследователями;

4.  Выявление уровня подготовленности учащихся для самостоятельной работы на производстве, в проектных организациях и учреждениях.

В соответствии с заданием на дипломный проект передо мной была поставлена задача разработать систему резервного электропитания. Устройство должно обеспечивать питание энергопотребителей в случае сбоев или неполадок в электрической сети.

1. Расчетно-проектировочный раздел

1.1  Назначение и области применения

Входной источник питания преобразует переменный ток сети (разумеется, когда она подключена) в постоянный ток, необходимый для аккумуляторной батареи. Выходной источник питания делает то же самое в обратном порядке: он преобразует постоянный ток аккумуляторной батареи в переменный ток. Источником напряжения постоянного тока ( это напряжение подается на выходной источник) является входной источник (если он работает) или аккумуляторная батарея. В любом случае переменный ток на выходе стабилен, без каких-либо прерываний выходного напряжения, независимо от состояния сети переменного тока на входе.

В системе резервного электропитания введен переключатель, который позволяет устранить многие проблемы. Он переключает источники питания, когда исчезает напряжение в сети или нужно зарядить аккумуляторы. Здесь материальная выгода достигается ценой кратко временного исчезновения выходного напряжения.

В нормальных условиях переключатель подает входное переменное напряжение непосредственно на выход. При исчезновении входного напряжения, схема управления системой резервного электропитания подключает (с помощью переключателя) выходной источник питания к сети. В результате в нормальных условиях источник питания отключён, т.е. система резервного электропитания не перегревается, полная нагрузка входного источника уменьшается, а стоимость системы резервного электропитания резко падает. Ёмкость аккумуляторов определяет время поддержания напряжения при его исчезновении в сети.

Управление аккумуляторной батареей. Система резервного электропитания следит за емкостью аккумуляторной батареи и уровнем ее зарядки. Она подает сигнал тревоги при разрядке аккумуляторов и выдает сообщение если нужно заменить аккумуляторы.

1.2  Разработка структурной схемы

Разработка структурной схемы является начальным этапом проектирования любого электронного устройства.   

Структурной называется схема, которая определяет основные функциональные части изделия и связи между ними. Структурная схема лишь в общих чертах раскрывает назначение устройства и его функциональных частей, а также взаимосвязи между ними, и служит лишь для общего ознакомления с изделием.

Составные части проектируемого устройства изображаются упрощенно в виде прямоугольников произвольной формы, т. е. с применением условно-графических обозначений. Внутри каждого прямоугольника, функционального узла устройства, указаны наименования, которые очень кратко описывают предназначение конкретного блока.

На основании выполненного аналитического и согласно перечня выполняемых функций разработанное устройство содержит в своем составе:

-  понижающий трансформатор;

-  аккумулятор с напряжением 24 В;

-  преобразователь постоянного напряжения 24В в переменное 220 В/50 Гц;

-  зарядное устройство для аккумулятора;

- схемы сравнения уровней напряжения;

- блок управления.

Исходя из этого функциональная схема системы резервного электропитания имеет вид в соответствии с рисунком 2.1.

Рис.12.1 Структурная схема устройства

Назначение блоков следующее:

- выпрямитель – включает в себя понижающий трансформатор и зарядное устройство для аккумулятора, величина выходного напряжения на выходе блока +29В;

- аккумулятор- обеспечивает постоянное напряжение +24В в аварийном режиме, которое затем преобразуется в переменное 220В, а так же является источником напряжения для стабилизатора в аварийном и нормальном режиме;

- стабилизатор- обеспечивает постоянное напряжение питания +5В для микросхем устройства, также является источником опорных напряжений для схем компараторов;

- инвертор – преобразует постоянное напряжение аккумулятора +24В в переменное 220В частотой 50 Гц в аварийном режиме;

- компаратор 1- выполняет сравнение уровня напряжения с выхода выпрямителя и аккумулятора, в случае, если напряжение на аккумуляторе больше - вырабатывается управляющий сигнал, который соответствует аварийному режиму (напряжение сети меньше допустимого значения);

- компаратор 2 – выполняет сравнение уровня напряжения с выхода аккумулятора и фиксированного значения Uоп2, в случае, если напряжение на аккумуляторе меньше - вырабатывается управляющий сигнал, который соответствует режиму разряженного аккумулятора (напряжение аккумулятора меньше допустимого значения);

- компаратор 3 – в аварийном режиме выполняет сравнение уровня пониженного напряжения с выхода инвертора и фиксированного значения Uоп3, в случае, если напряжение на выходе инвертора меньше - вырабатывается управляющий сигнал, который соответствует режиму при котором ИБП не обеспечивает заданное значение на выходе источника (напряжение источника меньше допустимого значения);

- ключ 1 – обеспечивает коммутацию сети и нагрузки в нормальном режиме;

- ключ 2 – обеспечивает коммутацию аккумулятора и нагрузки в аварийном режиме;

- блок управления – обрабатывает управляющие сигналы с выходов компараторов и в зависимости от состояния компаратора 1 – управляет ключами 1 и 2, переходя в аварийный режим работы и индикатором “Аварийный режим”; состояния компаратора 2 – управляет индикатором “Аккумулятор разряжен”; состояния компаратора 3 – управляет индикатором “Смените источник питания”;

- индикация – обеспечивает светодиодную индикацию для трех режимов работы - “Аварийный режим”, “Аккумулятор разряжен”, “Смените источник питания”.

1.3 Разработка принципиальной схемы

1.3.1 Расчет узлов и блоков

Расчет схемы блока выпрямителя:

Выпрямитель включает в себя понижающий трансформатор Тр1 и два диодных моста VD1-VD4, VD5-VD8. Принципиальная схема выпрямителя имеет вид в соответствии с рисунком 1.3.1.1.

Рис. 1.3.1.1 Принципиальная схема выпрямителя и компаратора 1

При наличии напряжения сети выпрямитель обеспечивает оптимальный режим заряда внешней аккумуляторной батареи (АКБ), состоящей из двух последовательно соединенных свинцово-кислотных аккумуляторов с номинальным напряжение 12 В и емкостью 17 А/ч каждый. Полная мощность двух последовательно соединенных аккумуляторов будет составлять 24∙17=408 (В∙А)/ч.

В качестве аккумуляторных батарей применим герметичные необслуживаемые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи АКБ -17 производителя Alarm Power, имеющие параметры: 12В/17,0 А/ч, максимальный ток заряда 3 А, 181х76х167 мм, 6,1 кг, -10…+50ºС (оптимально 20ºС), [6]. Заряд АКБ происходит напряжением 27-29 В при максимальном токе заряда 3 А. Исходя из параметров АКБ рассчитываем выпрямитель VD1-VD4, VD5-VD8 и выбираем тип трансформатора.

Расчет мостовой схемы выпрямителя. Согласно справочных данных справедливо соотношение:

Uобр max/Uо = 1,57,

где Uобр max – максимальное обратное напряжение диода, В;

Uо – постоянное выпрямленное напряжение, В.

Iср. пр /Iо = 0,5,

где Iср. пр – средний прямой ток диода, А;

Iо – постоянный выпрямленный ток, А.

Iпр max /Iо = 1,57,

где I пр max – максимальный прямой ток диода, А.

Определим режим работы диодов, учитывая что Iо=3 А, Uо=29 В:

Uобр max = 1,57·Uо=1. 57·29 = 45.53 В;

Iср. пр = 0,5·Iо = 0.5·3 = 1.5 А;

Iпр max = 1.57·Iо = 1.57·3 = 4.71 А.

Выбираем диоды, исходя их условия:

Uобр max (диода) > Uобр max = 45.53 В;

Iср. пр (диода) > Iср. пр = 1.5 А;

Iпр max (диода) > Iпр max = 4.71 А.

В качестве диодов VD1 ÷ VD4, VD5 ÷ VD8 выбираем диод типа КД202В, имеющего параметры: Uобр max (диода) = 70 В, Iср. пр (диода) = 5 А, Iпр max (диода) = 5 А, Uпр (диода) = 0,9 В.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12