(5 оценок, среднее: 4,80 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Разрядное устройство для испытания аккумуляторной батареи
Введение
электронный аккумулятор — хим источник тока многоразового деяния (в отличие от гальванического элемента, хим реакции, конкретно превращаемые в электронную энергию в их, неоднократно обратимы). электронные батареи употребляются для скопления энергии и автономного питания разных устройств.
Аккумуляторная батарея — батарея отдельных аккумуляторных частей, соединенных меж собой в одном изделии. Аккумуляторная батарея служит источником неизменного тока. В обиходе нередко встречается сокращение «АКБ» либо просто «Аккумулятор».
Аккумуляторная батарея, в отличие от обычного аккумуляторного элемента, имеет в составе несколько аккумов, которые могут быть соединены поочередно либо параллельно.
Почаще всего соединение аккумов делается поочередно. Примером может служить фактически хоть какой авто аккумулятор, который вернее было бы именовать аккумуляторной батареей. Такое объединение нескольких аккумов в одном корпусе дозволяет достигнуть увеличения выходного напряжения изделия в целом, по отношению к отдельному аккуму, для которого существует ограничение очень вероятного напряжения для данного типа хим состава.
Пореже применяется параллельное объединение нескольких аккумов в одном корпусе для роста общей емкости изделия и наименьшего внутреннего сопротивления. Но этот вариант просит усложнения внутренней электрической схемы управления, связанное с необходимостью раздельной зарядки всякого отдельного аккума и их коммутацией, в данной нам связи пока не отыскал широкого распространения.
Аккумуляторные батареи отыскали обширное применение во всех областях электротехники. В истинное время аккумуляторные батареи, выпускаемые индустрией, отлично употребляются для обеспечения автономным питанием потребителей. Это обширно применяется в транспортных средствах, устройствах связи, и в качестве аварийных источников питания.
Задачей данного курсового проекта является разработка нагрузочного устройства для тесты аккумуляторных батарей. Нагрузочное устройство создано для тесты аккумуляторных батарей способом заряда и разряда. Для приведения в рабочее состояние аккумуляторных батарей требуется производить несколько зарядно-разрядных циклов. На основании этих испытаний делается заключение о эксплуатационной пригодности и надежности аккумуляторных батарей.
При разработке полупроводниковых преобразовательных устройств требуется уделять внимание всему комплексу технических, эксплуатационных, конструктивно-технологических и экономических требований.
К эксплуатационным требованиям относятся:
— свойство обеспечения главных технических черт,
— надежность,
— простота обслуживания,
— ремонтопригодность,
— обеспечение габаритных размеров и массы.
К конструктивно-технологическим требованиям относятся:
— конструктивная преемственность,
— технологичность конструкции,
— защита от действия наружных причин.
Экономические требования учитывают:
— Издержки труда, времени, вещественных средств на разработку, изготовка и эксплуатацию полупроводниковых преобразовательных устройств.
При выбирании и разработке источника питания нужно учесть ряд причин, определяемых критериями эксплуатации, качествами перегрузки, требованиями к сохранности и т.д. Сначала, следует направить внимание на соответствие электронных характеристик источника питания требованиям питаемого устройства, а конкретно:
— напряжение питания;
— потребляемый ток;
— требуемый уровень стабилизации напряжения питания;
— допустимый уровень пульсации напряжения питания.
Немаловажны и свойства источника питания, действующие на его эксплуатационные свойства: наличие систем защиты; массогабаритные покозатели.
Источники электропитания должны обеспечить:
— нормальную работу питаемого устройства без нарушения режима его работы
— данный переменный либо неизменный ток (напряжение)
— долгий срок службы
— наибольший КПД и надежность при малых габаритах и массе.
1. Выбор и обоснование силовой части
Согласно техническому заданию нагрузочное устройство обязано поддерживать данный ток разряда с определённой точностью и отключать разряд при достижении малого данного значения напряжения. Силовая часть нагрузочного устройства обязана быть как можно проще. Потому силовую часть нагрузочного устройства целенаправлено реализовывать на базе конкретного преобразователя напряжения (НПН) понижающего типа. Схема НПН понижающего типа и её работа описаны дальше.
Более обычная и получившая самое обширное распространение схема конкретного преобразователя понижающего типа представлена на рис. 1, а. Регулирование выходного напряжения в данной нам схеме осуществляется конфигурацией соотношений времени включенного tвкл и времени выключенного tвыкл состояний транзистора, что иллюстрируется диаграммой на рис. 1, б.
а)
б)
Рис. 1
Полагая, что все элементы в схеме не имеют утрат, а выходные напряжения и ток совершенно сглажены, для среднего значения выходного напряжения можно записать
Где T — период переключения транзистора, — относительная продолжительность включённого состояния транзистора.
Регулирование напряжения за счёт конфигурации можно разглядывать как модуляцию входного напряжения. Вероятны три метода модуляции:
1) время tвкл — величина переменная, а период T — неизменный;
2) время tвкл — величина неизменная, а время tвыкл — переменная;
3) время tвыкл — величина неизменная, а время tвкл — переменная;
Практическое распространение в рассматриваемой области техники получил только 1-ый вид, именуемый широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), который и будет рассмотрен ниже.
Выведем главные расчётные соотношения, как и раньше полагая безупречными все элементы в схеме.
Представим, что процессы в схеме установились и транзистор перешёл в открытое состояние в момент времени t 0, как показано на рис. 2. Под действием разности входного напряжения и напряжения на конденсаторе (но это и напряжение на перегрузке Uвых) начинает нарастать ток дросселя iL. Пренебрегая пульсацией напряжения на конденсаторе, которая в настоящих схемах достаточна мала, получаем уравнение
Из крайнего уравнения следует, что ток iL будет нарастать по линейному закону
,
где —ток, протекающий через дроссель в момент включения транзистора.
В момент времени tt1 транзистор выключается и врубается диодик, через который начинает протекать ток iL. К дросселю прикладывается лишь напряжение Uвых в направлении, уменьшающем ток iL, что можно выразить уравнением
.
Как следует, ток в дросселе начнёт убывать по линейному закону
Процессы в понижающем преобразователе в режиме непрерывного тока дросселе
Рис. 2.
,
где — ток в момент выключения транзистора.
Потом в момент tt2 опять врубается транзистор и процессы начнут повторяться.
Если к концу интервала разомкнутого состояния транзистора ток iL не успевает снизиться до нуля, то таковой режим работы именуют режимом непрерывного тока. Этот режим обычно и употребляется в практических схемах. На рис. 2 представлены диаграммы величин для режима непрерывного тока.
При проектировании нагрузочного устройства следует учесть процессы, происходящие в схеме НПН понижающего типа.
2. Расчёт силовой части
электронный силовой аккумулятор гальванический
Расчёт и выбор частей силовой части схемы
Расчёт и выбор частей силовой части схемы нагрузочного устройства произведём по методике в лит. (4). За ранее зададимся последующими критериями:
Частоту работы силового транзисторного ключа примем равной fкл =10 кГц;
напряжение насыщения коллектор-эммитер силового транзистора примем равным Uк.э нас=1,5 В;
падение неизменного напряжения на активном сопротивлении дросселя примем равным В;
нагрузочное сопротивление Rн=1 Ом.
Исходя из этого определим наибольшее падение напряжения на нагрузочном сопротивлении
В
Определим малое падение напряжения на нагрузочном сопротивлении:
В.
Определим рассеиваемую мощность нагрузочного резистора.
Вт.
В качестве нагрузочного сопротивления для разряда аккумуляторной батареи избираем резистор типа ПЭ-150-1,0 Ом 5% с допустимой мощностью рассеяния 150Вт (справочник(5)).
Определим наибольшее и малое значения относительной продолжительности управляющих импульсов:
;
;
Определим нужную величину индуктивности дросселя:
Гн.
Не считая того, сглаживающий дроссель должен быть рассчитан на ток подмагничивания, не ниже величины А.
Расчёт сглаживающего дросселя произведём по методике, описанной в лит. (6).
Для реализации дросселя избираем броневой магнитопровод из стали марки Э42 с шириной пластинки мм.
Определим величину :
ГнА2
По графику (рис. 9-2 лит. (6)) определим нужный объём сердечника в см3:Vст=20 см3.
Из ряда обычных магнитопроводов избираем магнитопровод типа ШЛ 12х16, у которого объём сердечника равен Vст=19,6 см3, т.е. близок к необходимому.
По таблице из лит. (6) определим коэффициент наполнения сердечника, зависящий от толщины пластинок: для мм, КСТ=0,93.
Определим удельную электромагнитную нагрузку сердечника:
Из графиков (рис. 9-1 (лит. 6)), определяем величины:
действенная проницаемость стали: ;
относительный воздушный зазор: lз=0,24%.
По данным (табл. 9-1. Лит.6), избираем допустимое
Для дросселей броневого типа(т.к. ), тогда.
Определим коэффициент наполнения окна:.
Определим размер ширины сердечника:
см.
совсем избираем типоразмер магнитопровода ШЛ12х16, имеющего ширину сердечника a=1,2 см и последующие характеристики:
Vст=19,6 см3,
Sст=6,9 см2 — площадь сердечника;
lcт=10,2 см — средняя длина магнитной силовой полосы.
Определим суммарный немагнитный зазор:
см.
Определим толщину немагнитной прокладки:
см=0,15 мм.
Определим число витков дросселя:
витков.
Определим расчётное
мм2
Для обмотки дросселя используем медный обмоточный провод марки ПЭВ-1 круглого сечения с номинальным поперечником провода без изоляции Dw.ном=1,68 мм, номинальным сечением Sw.ном=2,217 мм2 и поперечником изолированного провода Dw.из=1,76 мм.
Определим величину конфигурации тока в дросселе:
А.
Определим величину напряжения и ёмкости фильтрового конденсатора:
Uc.ф>Е0.MAX=24 В.
Ф,
где 0,8 — коэффициент, учитывающий отклонение ёмкости конденсатора от номинального значения на 20%.
Для реализации сглаживающего фильтра (по справочнику 5) избираем параллельное включение конденсаторов типа К50-18-25 В-100000 мкФ20% и К50-18-25 В-15000 мкФ20% и К50-22-25 В-6800 мкФ.
Определим соотношения для выбора силового транзистора:
наибольший ток, протекающий через коллектор открытого транзистора:
А.
Наибольшее напряжение, действующее меж коллектором и эммитером закрытого транзистора:
В.
Исходя из этих соотношений (по справочнику 7), избираем транзистор типа КТ (Компьютерная томография — метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта)827В с параметрами:
UК.Э.ДОП=60 В-допустимое напряжение коллектор-эмиттер при кОм;
IК.ДОП=20 А — допустимый ток коллектора.
PК.ДОП=125 Вт — допустимая мощность рассеивания на транзисторе.
VК2.MAX=1,5 В;
В-напряжение насыщения база-эмиттер;
-минимальный коэффициент передачи тока базы;
tвкл=0,5 мкс — время включения;
tвыкл=4 мкс — время выключения;
Определим мощность, рассеиваемую на транзисторе (она обязана быть меньше параметра PК.ДОП).
Вт,
Условие <PК.ДОП производится.
Для надёжного отвода тепла, к транзистору следует прикрепить дюралевый радиатор с площадью поверхности остывания из расчёта 20 см2 на Вт рассеиваемой мощности. Определим соотношения для выбора коммутирующего диодика.
Наибольший прямой ток, протекающий через диодик:
А;
Наибольшее оборотное напряжение, прикладываемое к диодику:
UОБР.MAX>E0.MAX=24 В.
Исходя из этих соотношений (по справочнику 8), избираем диодик типа КД2999 В с параметрами:
IПР.СР=20 А — прямой средний ток,
UОБР.ДОП=100 В-допустимое оборотное напряжение.
В качестве датчика тока употребляется, обычно, резистивный датчик (шунт), на котором при номинальном значении тока выделяется напряжение 75мВ. Исходя из этого в качестве датчика тока разряда избираем измерительный шунт типа 75 ШМС-10А.
В качестве датчика напряжения употребляется резистивный делитель, сопротивление которого удовлетворяет условию: Rд>>RЭКВ,
Где RЭКВ=E0.MAX/IP.MIN=24/1=24 Ом,
эквивалентное сопротивление разряда аккумуляторной батареи.
Исходя из этого в качестве датчика напряжения АБ выберем построечный многооборотный резистор (для наиболее четкой установки коэффициента деления) типа (П5-2ВА — 0,5-100 кОм10%).
Для соединения нагрузочного устройства с аккумуляторной батареей используем разъём типа СШР-2 с параметрами:
количество контактов-2;
Напряжение в цепях контактов: до 800 В;
Токовая перегрузка на один контакт: до 15 А.
Для соединения нагрузочного устройства со схемой управления и защиты используем разъём типа СНП.
3. Разработка структурной схемы системы управления и защиты
Структурная схема системы управления нагрузочным устройством для аккумуляторной батареи составляется по материалам, изложенным на рис. 3.1.
Рис. 3.1.
ДТ — датчик тока разряда;
СУ — согласующее устройство;
ИОН- источник опорного напряжения;
-суммирующий усилитель;
УР — усилитель разностного сигнала;
ГПН — генератор пилообразного напряжения;
К — аналоговый компаратор напряжений;
& — логический элемент `и’;
УМ — усилитель мощности;
Уровень напряжения, пропорциональный величине тока перегрузки, снимается с датчика тока (ДТ) и поступает на согласующее устройство (СУ), которое сопрягает ДТ с остальной частью устройства управления. В качестве датчика тока обычно употребляется резистивный датчик (шунт), на котором при номинальном значении тока перегрузки выделяется напряжение 75 мВ.
Нужный уровень тока перегрузки задаётся источником опорного напряжения (ИОН). В качестве ИОН обычно употребляется источник высокостабильного напряжения с выходным потенциометрическим делителем напряжения.
Суммирующий усилитель () вычитает из опорного напряжения выходное напряжение согласующего устройства, которое по собственной сущности является напряжением оборотной связи. Разностный сигнал усиливается при помощи усилителя рассогласования (УР), коэффициент усиления которого k ур и описывает статическую точность стабилизации тока разряда.
Генератор пилообразного напряжения (ГПН) производит пилообразные импульсы частоты преобразования напряжения, которые сравниваются при помощи аналогового компаратора напряжений (К) с выходным напряжением УР. При условии Uур(t)>UГПН(t) на выходе компаратора устанавливается уровень логической единицы. Таковым образом, на выходе получаются импульсы схожей амплитуды, но разной продолжительности.
При возрастании входного напряжения, ток перегрузки поначалу также возрастает скачком. При всем этом возрастает выходное напряжение СУ и уменьшится выходное напряжение УР, что приведёт к уменьшению относительной продолжительности управляющих импульсов. Это понизит ток перегрузки до уровня данного значения.
При понижении входного напряжения все выше обозначенные величины меняются в оборотную сторону. Таковым образом осуществляется отрицательная оборотная связь. Временные диаграммы, характеризующие процесс получения широтно-модулированных импульсов, изображены на рис. 3.2.
Рис. 3.2.
Эти импульсы поступают на один из входов логического элемента `и’, на иной вход которого подаётся сигнал аналогового компаратора напряжений, сравнивающего опорное напряжение с выходным напряжением делителя напряжения АБ. Если напряжение АБ понизится ниже допустимого уровня, то компаратор выдаст сигнал логического нуля и импульсы UШМ через элемент `И’ не пройдут. Не считая того, для индикации разряда АБ должен быть предусмотрен соответственный светодиод.
Опосля элемента `И’ широтно-модулированные импульсы поступают на усилитель мощности (УМ), модифицирующий выходные импульсы логического элемента в импульсы достаточные для управления силовым транзисторным ключом.
При появлении смиренного замыкания, ток перегрузки возрастает скачком. При всем этом возрастает выходное напряжение СУ и уменьшится выходное напряжение УР, что приведёт к уменьшению относительной продолжительности управляющих импульсов до нулевого значения. Что в свою очередь приведет к закрытию транзисторного ключа.
Заключение
электронный силовой аккумулятор гальванический
Проделанная в рамках курсового проектирования работа по разработке и расчёту нагрузочного устройства для тесты аккумуляторной батареи указывает необходимость углубленного анализа действий, происходящих в преобразовательных устройствах.
Итог проектирования по расчётам соответствует техническому заданию, но вероятен и ряд остальных схематических решений.
Как достоинство спроектированного решения необходимо подчеркнуть его простоту, как недочет — ограниченность по выходной мощности.
Применение в процессе работы над проектом пакета Mathcad позволило несколько понизить время работы над проектом.
Перечень литературы
1. Петрович В.П. Силовые преобразователи электронной энергии. Томск, 2000 г.
2. Коновалов Б.И. Преобразовательная техника. Часть 2. Томск, 1996 г.
3. Сергеев Б.С. Схемотехника многофункциональных узлов источников вторичного электропитания: справочник-М. 1992 г.
4. Китаев В.Е. Расчёт источников электропитания устройств связи: учебное пособие для вузов/В.Е. Китаев, А.А. Бокуняев — М. 1993 г.
5. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: справочник/Н./Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко — Минск, 1994 г.
6. Белопольский И.И, Каретникова Е.И и др. Расчёт трансформаторов и дросселей малой мощности — М. 1973 г.
7. Петухов В.М. Транзисторы и их забугорные аналоги. Биполярные транзисторы средней и большенный мощности. Справочник-М. 199 г.
8. Справочник по полупроводниковым устройствам и их аналогам. /Под ред. А.М. Пыжевского — М. 1992 г.
]]>