Электропреобразовательные устройства радиоэлектронных систем

1. Электропреобразовательные устройства радиоэлектронных систем

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Электропреобразовательные
устройства радиоэлектронных
систем
Орешкина Маргарита Валерьевна
Новосибирск, 2022 г.

2. Бально-рейтинговая система

Вид деятельности
Количество баллов
Лабораторные работы
30
Расчетно-графическое задание
25
Посещение лекций (1 балл за
посещение и 1 балл за конспект)
26
Итоговая контрольная работа
20
Зачет
20
Количество баллов
Оценка
50-100
Зачтено
25-49
Не зачтено
0-24
Не зачтено (без возможности
пересдачи)
2

3. Оценка РГЗ

Срок сдачи РГЗ
Количество баллов
До 7.04.25
25
8.04.25-15.04.25
20
16.04.25-22.04.25
15
23.04.25-29.04.25
10
30.04.25-31.05.25
5
В мае РГЗ
принимается только
в печатном виде
3

4. РГЗ

4

5. Литература

Методические указания к РГЗ:
Э 455
Электропреобразовательные устройства: методические указания и
варианты контрольных заданий для студентов 3 и 4 курсов факультета РЭФ
всех форм обучения / Новосиб. гос. техн. ун-т ; [сост.: А.М. Сажнев, Л. Г.
Рогулина]. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 201. - 29, [1] с.: ил., табл.
Учебник:
С 147 Электропитание радиоэлектронных средств : учебное пособие / A.
M. Сажнев, Л. Г. Рогулина. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2023. – 242 с.
(Учебники НГТУ).
5

6. Лекция 1

Структура обеспечения энергией.
Первичные источники. Категории
электроприемников.
Вторичные источники
электропитания.
6

7. Структура обеспечения энергией

ПИП – первичный источник питания (преобразует неэлектрические виды
энергии в электрическую);
ВИП – вторичный источник питания (преобразует электрическую энергию
первичного источника к виду, удобному для потребителя – нагрузки),
РЭА – радиоэлектронная аппаратура.
7

8.

Первичные источники.
8

9. Классификация ПИП

К первичным источникам относят:
химические источники;
солнечные батареи;
топливные элементы;
термогенераторы;
атомные батареи;
электрические машины (постоянного и переменного тока).
9

10. Классификация ПИП: химические источники

Химический источник тока (ХИТ) — источник тока, в котором энергия
протекающих в нём химических реакций непосредственно превращается в
электрическую энергию. (Например, сухие гальванические элементы
(батарейки), кислотные, щелочные и литий-ионные аккумуляторы).
10

11. Классификация ПИП: химические источники

Действие химических источников тока основано на протекании при замкнутой
внешней цепи пространственно-разделённых процессов: на отрицательном
аноде восстановитель окисляется, образующиеся свободные электроны
переходят по внешней цепи к положительному катоду, создавая разрядный ток,
где они участвуют в реакции восстановления окислителя. Таким образом, поток
отрицательно заряженных электронов по внешней цепи идет от анода к катоду,
то есть от отрицательного электрода (отрицательного полюса химического
источника тока) к положительному. Это соответствует протеканию
электрического тока в направлении от положительного полюса к
отрицательному, так как направление тока совпадает с направлением
движения положительных зарядов в проводнике.
11

12. Классификация ПИП: солнечные батареи

Солнечная батарея — это устройство, которое преобразует солнечный
свет
в
электрическую
энергию
с
помощью
фотоэлектрических
элементов. Фотоэлементы изготовлены из материалов, которые производят
электроны под воздействием света. Электроны проходят по цепи и
вырабатывают постоянный, который может использоваться для питания
различных устройств или храниться в батареях.
12

13. Классификация ПИП: топливные элементы

Топливные элементы (ТЭ) преобразуют энергию химического топлива в
электрическую энергию без реакции горения. Действие этих элементов
основано на электрохимическом окислении углеводородного топлива (водород,
пропан, метан, керосин) в среде окислителя. Другими словами, ТЭ
представляют собой «неистощимые батарейки», к которым непрерывно
подводится топливо и окислитель (воздух).
13

14. Классификация ПИП: термогенераторы

Термогенераторы. Их работа основана на термоэлектрическом эффекте –
нагреве контакта двух проводников или полупроводников, что приводит к
появлению на их свободных (холодных) концах некоторой ЭДС, называемой
термоЭДС.
14

15. Классификация ПИП: атомные батареи

Атомная
батарея
—
это
устройство,
которое
использует
энергию распада радиоактивных изотопов для выработки электрической
энергии. Хотя атомные батареи обычно называют аккумуляторами, технически
они не являются электрохимическими и не могут заряжаться или
перезаряжаться. Несмотря на то, что они очень дорогие, у них чрезвычайно
долгий срок службы и высокая плотность энергии, поэтому они обычно
используются в качестве источников питания для оборудования, которое
должно работать без присмотра в течение длительного времени, например,
для космических кораблей, кардиостимуляторов, подводных систем
и автоматизированных научных станций в отдалённых уголках мира.
15

16. Классификация ПИП: электрические машины

Электрические машины преобразуют механическую энергию движения в
электрическую и наоборот. Электрическая машина – обратимая система, она
может работать в режиме двигателя или генератора. Электрические машины
выпускаются промышленностью на широкий диапазон мощностей, напряжений
и токов.
Все электрические машины подразделяются на машины постоянного тока и
машины переменного тока. При одинаковой мощности машины переменного
тока имеют в 1,5…2 раза лучшие массогабаритные показатели по сравнению с
машинами постоянного тока. Поэтому 98 % электроэнергии в мире
вырабатывается машинами переменного тока.
Их недостатками считаются акустические шумы и вибрация, а наличие
подвижных частей определяет надёжность системы электроснабжения.
Инерционность электрических машин делает невозможными кратковременные
провалы напряжения сети, что положительно сказывается на качестве
электроснабжения.
16

17. Классификация ПИП: электрические машины

В зависимости от того, чем вращают генератор переменного тока, различают:
• гидрогенераторы (привод от водяной турбины гидроэлектростанции – ГЭС).
• турбогенераторы (привод генератора от паровой турбины на тепловой
электростанции, где попутно вырабатывается тепло для горячего
водоснабжения).
• дизель-генераторы (привод от двигателя внутреннего сгорания –
бензинового или дизельного). Дизельные двигатели более неприхотливы,
надёжны и широко используются в резервных источниках электроснабжения
автономных объектов, на предприятиях связи, в радиопередающих и
телевизионных центрах и для электроснабжения небольших населённых
пунктов;
• газогенераторы. Это двигатель внутреннего сгорания, работающий на
газообразном топливе, которое по сравнению с другими сгорает при малом
количестве воздуха без дыма и копоти. Его легко транспортировать на любые
расстояния. Природный газ получают на газовых месторождениях, а
попутный газ – на нефтепромыслах;
17

18. Классификация ПИП: электрические машины

В зависимости от того, чем вращают генератор переменного тока, различают:
• ветрогенераторы. Ветер – неиссякаемый источник энергии. Однако
надёжность такого электроснабжения зависит от силы ветра, требуются
накопители энергии на случай безветренной погоды, и поэтому оно
пригодно не во всех географических зонах. Недостаток – наличие
акустических шумов, влияние которых на флору и фауну далеко не
однозначно. Вынос ветрогенераторов на океанический шельф приведёт к
негативным последствиям для обитателей морей и океанов: плотность воды
в 800 раз превышает плотность воздуха, и акустические колебания
распространяются на расстояние десятки и сотни километров;
• биогенераторы. Генераторы, приводимые в действие мускульной силой
человека. На первых полярных станциях «Северный полюс» зарядка
аккумуляторных батарей для радиостанции проводилась «велотренажёром»,
нагрузкой которого был автомобильный генератор постоянного тока.
18

19. ПИП

Удельная энергия в источниках питания — это количество ватт-часов (Вт*ч)
энергии на единицу веса источника питания, измеряемое в Вт*ч/кг. Этот
параметр показывает, сколько энергии может предоставить источник
питания относительно его массы.
19

20. ПИП

Любой источник энергии характеризуется энергетической рентабельностью Energy
Return On Energy Invested (EROEI = энергия полученная / энергия затраченная).
Таким образом, использование водорода – это способ хранения для перемещения
энергии в места, малодоступные для других видов энергии, хотя затраты на
получение водорода вдвое превышают полученную от него энергию. Применяется
водород в различных исследованиях, ракетной и космической технике. Видно, что
наиболее экономически целесообразны атомные станции (АЭС), строительство
которых в настоящее время продолжается, несмотря на интенсивное развитие
«зелёной» энергетики.
20

21.

Категории электроприемников.
21

22. Категории электроприемников

Первая категория
Перебои в поставке тока может привести к очень серьезным последствиям, а именно:
• угрозе жизни и здоровья людей;
• значительным финансовым потерям;
• поломке дорогостоящего оборудования, нарушению функционирования объектов
ЖКХ;
• сбою в технологических процессах и т.п.
Питание установок в этом случае производится при помощи двух независимых друг
от друга источников, один из которых является резервным. Отсутствие электричества
допускается лишь на момент автоматического включения резервного источника.
• Из первой группы категории электроприемников выделяются установки, сбой в
работе которых может повлечь чрезвычайно высокий риск травматизма, смерти и
аварии на производстве. В этом случае требуется наличие третьего источника
питания для повышения степени защиты электроснабжения.
Электроприемники первой категории широко используются в промышленности
(химической, металлургической), шахтах, лечебно-профилактических учреждениях и
реанимационных, котельных, в противопожарных устройствах, лифтах и т.п.
22

23. Категории электроприемников

Вторая категория
Эта группа включает в себя устройства, отключение которых может привести к
следующим последствиям:
• нарушению производственного цикла и недоотпуску продукции;
• простою оборудования, транспорта и различных механизмов;
• нарушению жизнедеятельности целых районов и большого количества людей.
Электроприемники данной группы также имеют два независимых источника
питания. Однако, перерыв в подачи электроэнергии может быть более длительным,
чем для установок первой категории. Например, отсутствие электричества
допускается на время, необходимое для включения резервного источника
питания аварийной бригадой.
К этой категории электроснабжения электроприемников относятся жилые
многоквартирные здания, общежития, детские и медицинские учреждения,
спортивные сооружения, магазины, предприятия общественного питания, школы,
музеи, бани и т.д.
23

24. Категории электроприемников

Третья категория
Эта категория надежности включает в себя установки, которые нельзя определить в
первые две группы.
Питание осуществляется от одного источника, при этом перебои в поставки энергии
могут достигать 24 часов (72 часа за год). За это время должен быть проведен
ремонт электрооборудования, поэтому при проектировании подобных сетей
необходимо учесть метод проводки кабелей и резервирование трансформатора.
24

25.

Вторичные источники
электропитания.
25

26. Вторичные источники электропитания 

Вторичные источники электропитания
Вторичный источник электропитания — устройство, которое преобразует
электроэнергию основного источника электроснабжения (например,
промышленной сети) в электроэнергию с параметрами, необходимыми
для функционирования вспомогательных устройств.
26

27. Схема электроснабжения предприятия электросвязи

ТП1 и ТП2 – трансформаторные подстанции; АВР – автомат ввода резерва
(механический или электронный); ДГУ (двигатель-генераторная установка) –
резервная электростанция; ШВР – шкаф вводный распределительный
переменного тока; АБ – аккумуляторная батарея; ВУ – выпрямительное
устройство (основное и резервное), инверторы и конверторы преобразуют
основную градацию напряжения (–24 В или –48 В) в требуемые типономиналы.
27

28. Трансформаторные подстанции (ТП)

Принимая высоковольтное
напряжение сети 6-10 кВ,
понижающая ТП преобразует
его и передает потребителям.
Приём и преобразование
напряжения обеспечивает
силовой трансформатор, с
выхода которого к потребителю
уходит трёхфазное переменное
напряжение 0,4 кВ.
28

29. Двигатель-генераторная установка (ДГУ)

Комбинация двигателя
внутреннего сгорания,
электрогенератора и
различных вспомогательных
устройств называется
двигатель-генераторной
установкой или сокращённо
ДГУ (Бывают дизельные и
бензиновые).
29

30. Автомат ввода резерва (АВР)

АВР – это блок, состоящий из
нескольких узлов, который в
автоматическом режиме
переключает нагрузку между
основным и резервным
источником тока.
30

31. Шкаф вводный распределительный переменного тока (ШВР)

ШВР предназначены для
приема и распределения
электроэнергии напряжением
380В переменного
тока частотой 50Гц и защиты
электрических установок при
перегрузках, токах короткого
замыкания и сверхтоков.
31

32. Электропитающая установка (ЭПУ)

Выпрямительное устройство — это силовое электронное
устройство, предназначенное для преобразование переменного тока
(AC) в постоянный (DC).
Инвертор – это силовое электронное устройство, которое выполняет
преобразование постоянного тока (DC) в переменный (AC) c
изменением величины напряжения под требование потребителей.
32

33. Аккумуляторная батарея (АБ)

АБ в системах
электроснабжения
выполняют две основные
функции: сохранение
вырабатываемой энергии и
обеспечение стабильного
выходного напряжения на
нагрузках.
Гарантированное электроснабжение в соответствии с допускает исчезновение
напряжения на время до 30 с. Для электросвязи это недопустимо много. Поэтому
предприятия связи должны быть обеспечены бесперебойным электроснабжением,
что достигается постановкой на выходе выпрямителя аккумуляторной батареи,
которая при исчезновении напряжения сети (аварийный режим работы)
33
обеспечивает нагрузку электроэнергией