Выбор силовой схемы реверсивного тиристорного преобразователя

 

I_пр.max, ³ I_пр.VD6 = I₁=125mA ,  

                    U_обр.max ³  U_bmax.VD6  = 2·U_п= где  I₁ - ток первичной обмотки импульсного трансформатора

.

Параметры выбранного диода  заносим в таблицу 4.6.

Таблица 4.6.

Тип диода	КД510А
Максимально допустимое обратное напряжение Uобр.max,В	50
Обратное импульсное максимальное напряжение Uобр.и.max,В	70
Прямой максимальный ток Iпр.max, mA	200
Прямой максимальный импульсный ток Iпр.и.max, A	1,5
Время интегрирования tи,мкс	10
Время восстановления tвос.обр.,нс	4

 

Требуемый (суммарный) коэффициент передачи базового тока транзисторов VT1, VT2, включенных по схеме Дарлинтонга

,

где k_s =1.5…3.0 - коэффициент насыщения (обычно принимают k_s = 2)

  I ^'_б – предварительное значение базового тока транзистора VT1. Принимается равным выходному току элемента ИЛИ – НЕ DD2.2 (рис.4.8).

Требуемый коэффициент  передачи базового тока каждого транзистора должен быть не менее

.

При выборе транзисторов следует руководствоваться следующими соображениями:

- транзистор VT1 выбирается малой или средней мощности, средней или высокой частоты (типа КТ503, КТ608, КТ315);

- транзистор vt2 - средней или большой мощности, средней или высокой частоты (типа КТ815, КТ817, КТ630).

Можно также вместо двух транзисторов VT1 и vt2 использовать один составной типа КТ972 или КТ829. Выбор конкретного типа транзистора vt2 и VT1 [9] производится исходя из следующих условий:

I_к.max.VT2 ³ I₁,    h_21э.min.VT2  ³ h_{21э.расч},    U_{кэ.mах.VT2} ³ 2·U_п,

I_к.max.VT1 ³ I_к.VT1,  h_21э.min.VT1  ³ h_{21э.расч}, U_{кэ.mах.VT1} ³ 2·U_п,

где  I_к.VT1 = I₁ / h_21эVT2.

Выбираем следующие  транзисторы:

VT1 – КТ503Д, VT2 – КТ815В

После выбора транзисторов выписываем их основные параметры I_кmax, , Uкэ.мах, U_кэ.нас.

VT1 - I_кmax=300mA, =75, Uкэ.мах=60B,U_кэ.нас=0.05B,

VT2 - I_кmax=1.5A, =70, Uкэ.мах=60B, U_кэ.нас=0.2B,

 

Пересчитываем базовый  ток VT1

 

.

Определяем значение сопротивления R16

.

Рассчитываем и выбираем сопротивление R13 в цепи базы VT1

,

Из стандартного ряда выбираем сопротивление R₁₃=16 кОм.

где U_вх - напряжение на входе устройства равное элемента  
ИЛИ-НЕ;

 -базовый ток транзистора VT1.

Для уменьшения начального тока коллектора транзистора VT2 между базой и эмиттером ставим резистор R₁₅=1.5 кОм.

Этой же цели служит и  резистор R₁₄, включенный между базой и эмиттером транзистора VT1. Значение сопротивления R₁₄ выбираем  
10 кОм

 

 

 

4.5. Расчет и выбор элементов управляющего органа

 

Управляющий орган (УО) в реверсивных ТП с совместным согласованным управлением предназначен для получения двух равных по модулю, но разных по знаку напряжений управления, подаваемых затем на нуль-органы СИФУ. Кроме того, УО производит ограничение по модулю максимальной величины этих напряжений. Как правило, управляющий орган усиление входного сигнала не производит, т.е. его коэффициент усиления по напряжению равен 1. Поэтому в дальнейшем будем считать, что напряжение управления на выходе УО U_упр, до момента ограничения, равно напряжению заданию U_зад.

Принципиальная схема одного из вариантов управляющего органа представлена на рис.4.11.

Будем считать, что на входе ограничителя, выполненного на операционном усилителе DА6, стоит выходной резистор  регулятора тока якоря   
R₁₇ = 15 Ом и транзистор VT3 (элемент схемы защиты).

Принимаем R₁₈ = 2 кОм. Тогда для обеспечения коэффициента пе-редачи  ОУ на DА6 равного единице должно выполняться условие

.

Из стандартного ряда выбираем сопротивление R₂₁=2 кОм

Аналогично для второго ОУ на DА7 выбираем

R₂₂=R₂₅= R₂₁=2 кОм

Для установки начального угла управления a_нач =90° и компенсации ЭДС смещения операционных усилителей используются резисторы R₁₉ , R₂₀ и R_23, R₂₄. Значение сопротивления резисторов R₁₉ и R₂₃ выбирается равным R₂₁. Резисторы R₁₉ и R₂₃ являются нагрузочными для потенциометров R₂₀ и R₂₄. Чтобы уменьшить их влияние на работу делителей необходимо значение сопротивления резисторов R₂₀ и R₂₄ выбирать в 5 – 10 раз меньше значения R₁₉ и R₂₃. Выбираем  R₂₀ и R₂₄=200Ом

Стабилитроны VD7 и VD8 рассчитываются и из  условия ограничения максимального и минимального  углов открывания тиристоров.

Минимальный  угол открывания тиристоров a_min выбирается в пределах 10°…18°. В этом случае максимальное напряжение управления на выходе УО не должно превышать значения:

- при линейной форме  опорного напряжения 

Uупр.max= – .       

стабилитроны выбираются малой мощности с номинальным напряжением стабилизации

U_ст.ном »Uупр.max – U_пр= ,

где U_пр =0.7 В - учитывает прямое падение напряжения на втором стабилитроне. Параметры выбранных стабилитронов заносим в таблицу 4.7.

Таблица 4.7

Тип стабилитронов	2С191А
Напряжение стабилизации Uст.ном.,В	5,1
Максимальная рассеиваемая мощность Pmax, мВт	150
Ток стабилизации Iст.ном., мА	2

 

 

После выбора стабилитронов  рассчитываем действительные значения минимальных углов управления:

- при линейной форме  опорного напряжения 

. 

Полученные значения должны находится в указанном выше диапазоне (8°…25°). В данном нашем случае условие выполняется

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Разработка задатчика интенсивности

 

5.1. Расчет и выбор элементов задатчика интенсивности

 

Предполагаемая принципиальная электрическая  схема задатчика интенсивности  (ЗИ) изображена на рис.5.1.

Необходимые данные для  расчета задатчика интенсивности  берем из задания на курсовой  проект:  t_п; U_{зад max}=4,2В; U_{вых max} =5,05В.

Рассчитываем интегратор на (ОУ DA1.2).В качестве интегратора в данной схеме используем ОУ К544УД2А. Параметры данного ОУ приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Параметры  ОУ К544УД2А

 

Параметр	Значение
Коэффициент усиления
Входные токи , нА	0,1
Разность входных токов  , нА	0,1
Максимальное входное напряжение , В	±5,05
Максимальное входное синфазное  напряжение , В	±5,05
Нагрузка подключаемая к выходу ОУ  Rн.min.,кОм	2
Нагрузка подключаемая ко входу  ОУ RВХ., кОм	100

 

Конденсатор  С₁  должен  быть  неэлектролитическим, так как напряжение на выходе задатчика интенсивности U_вых может быть и положительным и отрицательным. Емкость конденсатора С₁ принимаем в   
С₁= 2,2 мкФ.

Выбираем по [8] стабилитроны с  U_стаб=5 В. – Д814Б

формулы находим значение R₂₇.

,

где U₁=U_{cтаб VD1}+ U_{пр VD2}= .

 

Т.к. значение R27 получается более 1.0 МОм., то для его уменьшения необходимо поставим делитель напряжения. Принимаем R ₂₇=1.0 МОм.

Находим уровень напряжения

.      

Выбираем R30 и R31 из условий  R₃₁<< R'₂₇ и R₃₀ R_{н min,}  
где R_{н min} минимальное сопротивление нагрузки выбранного ОУ.

Обычно принимают R₃₁ 0,05 R'₂₇.

Тогда, принимая R30= 5.1 кОм, находим

    и выбираем стандартное.

Принимая значение сопротивлений R₂₅=R₂₆=R₂₈ =8 кОм из диапазона  
рассчитываем и выбираем сопротивление R29

.

Окончательная схема задатчика интенсивности имеет вид (рис 5.2).

 

5.2. Описание работы задатчика интенсивности

 

Задатчик интенсивности  формирует плавное  изменение  задающего сигнала при переходе от одного уровня к другому, т. е. создает  линейное нарастание и спад сигнала.

Первый  ОУ  DA1.1 работает без обратной  связи, но с ограничением выходного  напряжения  U₁ и имеет характеристику прямоугольной формы.

Второй ОУ DA1.2 - интегратор с постоянным темпом нарастания.

Третий ОУ DA2.1- формирует отрицательное напряжение обратной связи U3.

При подаче на вход  задающего  напряжения Uзад напряжение на выходе линейно нарастает.

В  момент  времени t=t_пуска ( ) интегрирование прекращается и выходное напряжение остается на уровне .

.

 

6. Разработка схемы электронной защиты ТП

 

Согласно задания необходимо разработать защиту от перенапряжений в цепи якоря. Для этой цели применим датчик напряжения и компаратор. Схема  защиты приведена на рис.6.1.

Рис.6.1. Принципиальная схема защиты.

Выберем входные сопротивления компаратора RP9, RP10 – 4,7 кОм, R31, R32 – 47 кОм.

    Для ограничения  входного напряжения логического  элемента выберем стабилитрон VD21 КС147Б с напряжением стабилизации 4,7 В и с током стабилизации 10 mA.

 Для ограничения  тока ОУ DA12 рассчитаем сопротивление R33

.  

Т.к. по нагрузочной способности  данное сопротивление не подходит, то выбираем R33 – 2,2 кОм.

Рассчитаем дифференцирующую цепочку для подключения сигнала  сброса защиты. Выбираем R34 – 820 Ом.

Напряжение на конденсаторе С8 можно определить следующим образом:

                                  U_ВХ=U_СВ - U_ПР,

U_ВХ – входное напряжение «нуля» логического элемента, равное U⁰_ВХ=1,5 В.

                                           ,

где t=0,001с=1мс 

Из полученного выражения  находим τ:

                                                      

Из формулы 

                                            τ=R*C                      

находим С=τ/R=0.0028/820=3.4*10^-6 Ф. Из стандартного ряда выбираем значение С8=3,6 мкФ.

 

 

 

7. Расчет и построение регулировочной  и внешних характеристик ТП

 

Регулировочная характеристика СИФУ при линейной форме опорного напряжения

.            (7.1)

Регулировочная характеристика ВГ при не учете внутреннего сопротивления  преобразователя имеет вид

,                                   (7.2)

где U_d0 – наибольшая  величина среднего выпрямленного  напряжения.

Тогда характеристика управления ТП  в целом при  линейной пилообразной форме опорного напряжения:

.      (7.3)

Задавая значения U_упр в пределах от -10 В до +10 В, рассчитываем и строим характеристику управления ТП. В записке приводим пример расчета a и U_d для одного значения U_упр =5 В.Результаты расчета характеристики управления ТП  представляем в виде таблицы 7.1.

 

Таблица 7.1.

Результаты расчета  характеристики управления

Uупр, В	-10	-8	-6	-5	-4	-2	0	2	4	5	6	8	10
a, град	165	150	135	127,5	120	105	90	75	60	52,5	45	30	15
Ud, В	-535	-480	-391	-337	-277	-169	0	169	277	337	391	480	535

Внешняя  характеристика ТП - это зависимость среднего значения выпрямленного напряжения от тока нагрузки. Для управляемого выпрямителя при активно-индуктивной нагрузке внешняя характеристика рассчитывается по формуле

                     (7.4)