Згідно технічного завдання, електричні параметри розроблюваного СГЕП повинні бути наступними:
напруга живильної мережі - Uс=110 В;
відхилення напруги живильної мережі? Uс=± 10%;
частота вхідної напруги - FС=400 Гц;
вихідна напруга - U вих=110 В;
номінальний вихідний струм - IВИХ=3 А;
частота вихідної напруги - fВИХ=400 Гц;
коефіцієнт гармонік вихідної напруги - Kг=4%;
час автономної роботи при повному навантаженні - не менше 10 хвилин;
мінімальні інтервали між аварійними режимами - 5:00;
частота перетворення інвертора FМ=22 кГц (TМ=45,45 мкс).
2.1 Розрахунок параметрів і вибір АБ
Час автономної роботи СГЕП або час роботи в резервному режимі залежить від ємності використовуваних акумуляторних батарей і коефіцієнта корисної дії силового резервного каналу СГЕП і жорстко регламентується в кожному конкретному випадку. Справа в тому, що не можна повністю використовувати ресурс АБ і необхідно відновлювати заряд батарей. Вибір АБ в кожному конкретному випадку обумовлений різними критеріями: вага, вартість, надійність і т.д. Так, кислотні олов'яно-свинцеві акумулятори в герметичному виконанні не вимагають обслуговування, проте мають низьку потужність на одиницю об'єму і велику вагу. Цей недолік подоланий в нікель-цинкових акумуляторах. Але широкого застосування вони не отримали через досить високу ціну. Іноді використовуються лужні акумуляторні батареї, які коштують недорого, але вимагають обслуговування при експлуатації.
Виходячи з аналізу технічної літератури [3], найбільш оптимальним для СГЕП потужністю до 1 кВт є підключення послідовно 3-4 акумуляторних батарей. Для даного СГЕП виберемо 3 послідовно підключених кислотних АБ типу FG з номінальною напругою на кожній батареї UАБ=12 В (n=3). Сімейство розрядних характеристики кислотних АБ типу FG наведені на малюнку 2.1.
Рисунок 2.1 - Розрядні характеристики кислотних АБ типу FG
Через внутрішнього опору батареї напруга на її виході падає тим швидше, чим більше величина струму розряду. Для акумуляторів з гнучкими дротяними висновками максимальна величина струму розряду не повинна чисельно перевищувати триразовою ємності батареї. Скориставшись залежністю часу розряду АБ від струму розряду для кислотних АБ (рис. 2.1), приймаємо струм розряду IР=2САБ. При цьому мінімальна напруга на кожній батареї приймемо UАБmin=10,5 В. Приймемо ККД інвертора? І=0,9. Визначимо струм розряду акумуляторної батареї за виразом:
Згідно з ТЗ час розряду батареї повинно бути не менше H=10 хв=0,17 ч. При малих часах розряду, акумулятор віддає тільки частина ємності. На малюнку 2.2 зображений графік залежності вибору кислотних АБ від часу і струму розряду.
Малюнок 2.2 - Розрядні характеристики кислотних АБ типу FG
Виходячи з графіка, вибираємо 3 секції акумуляторних батарей GB1 ... GB3 - FG20721 з номінальною напругою 12 В (в кожній секції 6 АБ) і з'єднуємо їх послідовно (САБ=6,5 Ач).
2.2 Розрахунок зарядного пристрою
Правильний заряд акумуляторної батареї є одним з найбільш важливих умов, що дозволяють забезпечити тривалий термін їх служби. Важливо правильно спроектувати зарядний пристрій, щоб забезпечити оптимальний режим заряду батареї для відновлення номінальної ємності, визначальною кількість електрики, яка може віддати повністю заряджений акумулятор. Заряд акумуляторної батареї, як правило, здійснюється в два ступені. На першому ступені рекомендується заряджати акумулятор незмінним за значенням струмом IЗ=0,25САБ. При цьому акумулятор отримує основну частину енергії, в межах 95%. Зарядка акумулятора на другому ступені відбувається при стабільному напрузі. Цей режим зазвичай називають режимом подзаряда і використовують для компенсації зменшення ємності акумулятора, викликаного струмами саморозряду.
Зарядний пристрій виконано на базі безпосереднього перетворювача постійної напруги НПН понижуючого типу. Регулювання вихідної напруги в ньому здійснюється за рахунок зміни відносної тривалості відкритого стану силового транзистора при використанні широтно-імпульсного регулювання. Частота перетворення зарядного пристрою fЗУ=22 кГц.
Вихідними даними для розрахунку зарядного пристрою є вхідна напруга, вихідна напруга, струм і характеристики АБ. Використовуємо як живлячої випрямлена напруга мережі. Заряд акумуляторної батареї може здійснюватися тільки за умови, що напруга живильної мережі знаходиться в допустимому діапазоні.
