Введение 5
1 Описание проектируемой системы 7
1.1 Исходные данные для проектирования системы
электропитания 7
1.2 Анализ технического задания 8
1.3 Расчёт усреднённых максимальной и минимальной мощностей
источника энергии 10
1.4 Разработка структурной схемы системы электропитания 16
2 Выбор марки термоэлектрогенератора, расчёт их количества и
способа соединения в батарею в источнике энергии 18
2.1 Расчет требуемого количества модулей термоэлектрогенераторов
в составе батареи термоэлектрогенераторов 19
2.2 Построение мощностных характеристик источника энергии 26
2.3 Выбор типа аккумулирующих элементов для накопителя энергии
и определение количества аккумулирующих элементов в составе накопителя энергии 28
2.4 Выбор марки импульсных стабилизированных преобразователей 36
3 Разработка схемы принципиальной ограничителя напряжения на
накопителе энергии 39
3.1 Моделирование процессов в системе электропитания в режиме ограничения напряжения на накопителе энергии 41
Заключение 45
Список сокращений 46
Список использованных источников 47
Приложение А 49
Приложение Б 50
Приложение В 51
Приложение Г 52
Приложение Д 53
Приложение Е
На сегодняшний день, в связи с повсеместным внедрением электронных технологий в различных сферах жизнедеятельности человека, растет необходимая потребность в создании системы электроснабжения электронных устройств на базе автономного источника питания, то есть СЭП, которая не получает электроэнергию от промышленных источников питания.
Вопрос обеспечения электропитанием различных электронных устройств особенно важно в полевых условиях и условиях научных выездных экспедиций. В этих условиях практически никогда не найти различных линий электропередач, а транспортировка громоздких генераторов, работающих на жидком топливе, может оказаться невозможной из-за местности, погодных условий, ограниченного бюджета или отсутствия транспорта.
Также, на производстве зачастую возникает вопрос о дополнительном источнике питания для устройств, потребляющие малое количество энергии. Хоть такие устройства и потребляют небольшое количество энергии, но на производстве их может использоваться больше количество, например, датчики мониторинга систем и управления, сигнализация об опасности, камеры и передатчики систем наблюдения и т.д.
При таких обстоятельствах, когда отсутствует электроэнергия, самым рациональным решением является использование альтернативных источников энергии. Но, при этом, использование источников, которые вырабатывают энергию с помощью фотоэлектрических преобразователей, не всегда возможно, особенно в ночное время или в плохих погодных условиях, а также в различных северных регионах, где солнечный свет бывает крайне редко.
Вот почему термоэлектрические генераторы (ТЭГ) рассматриваются как источник энергии. Они менее прихотливы, в отличии от аналогов, и для их работы требуется только наличие разницы температуры между охлаждаемой и нагреваемой сторонами термоэлектрических генерирующих элементов.
Учитывая вышеизложенное, актуальной задачей можно считать создание автономной системы электропитания, использующей термоэлектрические генераторы в качестве источников электроэнергии.
Цель работы: разработка автономной системы электропитания на основе энергии геотермального источника
Задачи:
а) Изучить принцип действия и основные характеристики термоэлектрогенерирующих элементов, использующих эффект Зеебека;
б) Разработать структурную схему автономной СЭП;
в) Рассчитать максимальную и минимальную мощности, потребляемые нагрузкой;
г) Выбрать промышленные термоэлектрогенерирующие элементы и импульсные стабилизаторы напряжения, удовлетворяющие требованиям технического задания;
д) Выбрать тип элементов для накопителя энергии и разработать накопитель энергии для СЭП;
е) Исходя из технического задания, разработать накопитель энергии, который отдает энергию во время потребления кратковременной пиковой нагрузки.
ж) Спроектировать схему ограничителя заряда НЭ и рассчитать параметры элементов, входящих в нее;
з) Провести проверку работоспособности СЭП в виртуальной среде.
В ходе выполнения ВКР была разработана система автономного электропитания на основе геотермального источника.
В ходе работы был проанализирован рынок термоэлектрогенераторов, из которых был выбран наилучший термоэлектрогенератор, исходя из требований технического задания. Был проведён расчет количества термоэлектрогенераторов и способ их соединения в источник энергии, который вырабатывает энергию, необходимую для выполнения требований технического задания.
Так же, были выбраны импульсные стабилизаторы напряжения с высоким КПД, в соответствии с техническим заданием.
В связи с наличием нагрузки, которая потребляет значительную импульсную мощность, была разработана структурная схема системы электропитания, в состав которой введён накопитель энергии. Проанализировав различные варианты в качестве элементов накопителя энергии были выбраны ионисторы, преимуществом которых является высокий ресурс работы. Были разработана схема принципиальная для ограничителя заряда и рассчитаны параметры эго элементов.
В виртуальной среде Multisim была разработана имитационная модель СЭП, с использованием которой в которой были проведены эксперимента для двух режимов работы системы электропитания. Первый режим работы - режим работы при минимальной разнице температур на сторонах источника энергии и максимальной усреднённой мощности нагрузки. Второй режим работы - режим работы при максимальной разнице температур на сторонах источника энергии и минимальной усреднённой мощности нагрузки. Моделирование процессов в системе электропитания в этих крайних режимах показало работоспособность системы и обеспечение требований по генерируемой мощности и исключение превышения напряжения на накопителе энергии допустимого уровня.
