Этапы проектирования

Тема 2.13 Проектирование источников вторичного электропитания

Дополнительный материал к лекции 28 для самостоятельной работы

П- определения защиты от перегрузки и коротких замыканий

Защиту источников от перегрузки и коротких замыканий определяют изменением значения нагрузки, при которой срабатывает защита. Схема испытания приведена на рисунке 2.113. Дополнительно проводится десять включений источника в сеть при коротком замыкании на выходе и десять коротких замыканий на выход работающего источника, включеного в сеть.

Время выдержки между короткими замыканиями должно быть не менее 30 секунд.

После испытания проверяют значение выходного напряжения и пульсации.

Источник считается выдержившим испытания, если после проверки выходного напяржения и пульсации остались в пределах норм, предусмотренных в нормативно- технической документации.

Проектирование устройств электропитания радиоси­стем включает в себя следующие основные этапы:

составление и обоснование технического задания;

разработку тактико-технических требований;

разработку структурной и принципиальной схем, включая их расчет;

разработку конструкции;

изготовление и испытание опытных образцов;

разработку и корректировку технической докумен­тации.

Документация является основой для разработки тех­нологических процессов изготовления устройств элек­тропитания в условиях индивидуального, серийного или массового производства.

Особенностью современного процесса проектирова­ния любых устройств, в том числе устройств электропи­тания, является системный подход к проектированию.

Системный подход к проектированию устройств элек­тропитания подразумевает максимальный учет взаимо­связи отдельных элементов и узлов, взаимодействия устройства электропитания с другими устройствами радиосистемы, влияния большого числа внешних воздей­ствий, технико-экономических, конструкторско - технологических и эксплуатационных факторов. Системный под­ход требует исследования возможно большего числа решений и выбор на основе некоторого интегрального критерия оптимального решения. При этом может ока­заться, что для оптимального в целом решении по не­которому интегральному критерию, в той или иной мере учитывающему большинство факторов, решения для от­дельных узлов устройства электропитания не являются оптимальными.

В качестве интегрального критерия для оценки вы­бора оптимального решения в последние годы широко применяется критерий эффективности. Под эффектив­ностью понимается обычно некоторая совокупность по­казателей, которые позволяют количественно оценить степень приспособленности системы к выполнению по­ставленных перед нею требований.

Все множество показателей устройств электропита­ния можно разбить на следующие основные группы: функциональные, эксплуатационные, конструктивные и экономические.

К функциональным показателям относятся количест­венные и качественные характеристики источника элек­тропитания, энергетические показатели, показатели электромагнитной совместимости, характеризующие по­мехи, создаваемые устройством электропитания, и др.

К эксплуатационным показателям относятся показа­тели, характеризующие надежность, удобство эксплуа­тации и ремонта, безопасность обслуживания.

Конструктивные показатели включают массу, габа­риты, вибро- и ударостойкость, влагозащищенность, степень использования стандартизованных и унифициро­ванных блоков, узлов и деталей, технологичность кон­струкций и др.

Экономические показатели учитывают материальные затраты на разработку, производство и эксплуатацию.

Техническое задание на проектирование устройств электропитания содержит назначение и обобщенную структурную схему питаемой радиотехнической системы, характеристики источников электроэнергии, условия эксплуатации, климатические условия, конструктивные, технологические и экономические ограничения.

На основе анализа заданных условий и ограничений вырабатываются тактико-технические требования на разработку устройства электропитания. Эти требования являются технической основой для всего процесса про­ектирования и обычно включают следующие элементы:

1) характеристики нагрузок, подключаемых к выходным зажи­мам устройства электропитания, например, вольт- амперная характе­ристика, показывающая, как изменяется ток нагрузки при изменении питающего напряжения;

2) количественные и качественные характеристики требуемых напряжений и токов:

а) предельно допустимые токи и напряжения нагрузки;

б) допустимые абсолютные и относительные нестабильности пи­
тающих напряжений или токов;

в) пределы регулирования питающих напряжений и токов;

г) коэффициент пульсаций и уровень шумов питающих напря­жений;

3) первичные источники энергии и их характеристики;

4) ограничения на уровень помех, создаваемых устройством электропитания;

5) требования к устройству электропитания на случай аварий­ных ситуаций;

6) требования к надежности;

7) требования к защите, системе управления, сигнализации;

8) ограничения на массу и габариты устройства электропитания или его

отдельных узлов;

9) пределы изменения климатических условий (температуры, влажности,

давления);

10) требования к КПД;

11) требования к механической устойчивости (виброустойчиво­сти,

удароустойчивости);

12) специальные требования, которые связаны с конкретными условиями

разработки, производства и эксплуатации устройств элек­тропитания.

На начальном этапе проектирования некоторые тре­бования не удается сформулировать однозначно и точ­но. Поэтому ими приходится задаваться, а в дальней­шем при необходимости вносить коррективы в принятые решения.

Сформулированные тактико-технические требования играют решающую роль на всех этапах проектирования, являются основой для принятия решений и оптимизации разрабатываемого устройства.

Выбор вентиля и схемы выпрямления.Выбор вентиля. Область применения вентиля зависит от усло­вий эксплуатации, технических требований к электропитающему устройству и экономической целесообразности. Определяющими являются следующие факторы: назначение электропитающего уст­ройства и условия его работы (время пуска, температура, влаж­ность, атмосферное давление, вибрации, положение во время ра­боты и т. п.); род нагрузки (реакция активная, индуктивная, ем­костная); величины выпрямленного напряжения U_Bcp и тока I_вСр; КПД; надежность; срок службы; стоимость. Удачно выбрать вен­тиль можно лишь при одновременном учете всех этих факторов, а также схем выпрямления и фильтра в каждом конкретном случае.

Наибольшие надежность и срок службы имеют полупроводни­ковые диоды. Они готовы к действию сразу же после включения, не требуют ухода, не имеют

подвижных изнашивающихся частей и хрупких деталей, работают в любом

положении, нечувствительны к тряске и ударам и выдерживают изменение температуры окру­жающей среды в достаточных пределах. Поэтому целесообразно попытаться любое электропитающее устройство спроектировать на полупроводниковых диодах.

Основными критериями для выбора вентиля являются допусти­мые значения обратного напряжения U_обр._доп и прямого тока I_Пр._доп и пределы температуры, при которой он работоспособен. Чаще других применяют кремниевые и германиевые диоды, значи­тельно реже селеновые (они менее чувствительны к перегрузкам, не требуют специальных систем защиты, проще в эксплуатации) в измерительной аппаратуре).

Выбор сглаживающих фильтров (см. тему 2.6 ) , выбор средств регулирования и стабилизации напряжения ( тока) ( см. тему 2.5 и тему 2.7 ), выбор средств блокировки, управления и сигнализации ( см. тему 2.10).

Расчет выпрямителя с ёмкостной нагрузкой , расчёт параметрического стабилизатора и расчёт других узлов источника электропитания приведены в методическом указании для студентов дневного и заочного форм занятий.