Принципиальная схема УИ и ВУ приведена на рис. 4.7.

T3 - импульсный трансформатор с числами витков обмоток и . Отсюда, значение коэффициента трансформации

.

Определим значение сопротивление цепи управляющего электрода тиристора

,

где - напряжение импульса

Рис. 4.8. Схема усилителя импульсов и выходного устройства.

.

Приняв падение напряжения на диоде VD16 и управляющем электроде тиристора по 0,7 В определим эквивалентное значение сопротивления

и требуемое значение сопротивления R21

.

Принимаем номинал R21 - 36 Ом.

Выбираем диод VD16 по прямому току (300 мА) и обратному напряжению (12 В) [11], табл. 1 - 2Д106А (прямой ток 300 мА, обратное напряжение 100 В). Стабилитрон VD15 выбираем по требуемому напряжению стабилизации (12 В) [11], табл. 11 - Д815Д.

Определяем ток первичной обмотки импульсного трансформатора

.

Отсюда находим требуемый коэффициент передачи базового тока транзисторов

,

где - ток базы первого транзистора усилителя, равный максимальному выходному току элементов логики.

.

Выбираем транзисторы КТ801Б ([12], стр. 56) со следующими параметрами:

коэффициент усиления тока базы ;

максимальный ток коллектора ;

максимальное значение напряжения между коллектором и эмиттером ;

напряжение коллектор-эмиттер при насыщении .

Пересчитываем ток базы транзистора VT1, взяв минимальное значение коэффициента усиления тока

.

Рассчитываем сопротивление R20

.

Принимаем номинал R20 - 15 Ом.

Определяем величину сопротивления R18

и выбираем 8,1 кОм.

Для уменьшения начального тока коллектора VT2 ставим сопротивление R19 - 1,2 кОм.

Выбираем диод VD13 ([11], табл. 1) - 2Д104А с прямым током 10 мА и обратным напряжением 30 В, VD14 - 2Д115А-1 с прямым током 30 мА и обратным напряжением 100 В.

3.5 Управляющий орган

Схема управляющего органа представлена на рис. 4.8. Он предназначен для сравнения опорного пилообразного напряжения с управляющим для определения моментов подачи управляющих импульсов на тиристоры.

Рис. 4.9. Принципиальная схема управляющего органа.

На входе стоит сопротивление R22, включенное на выход ОУ, на котором выполнен регулятор тока (номинал сопротивления 47 кОм) и транзистор VT3 для блокирования управляющего напряжения при срабатывании защит. Выбираем номинал сопротивления R23 - 47 кОм, R24 - 91 кОм, RP5 - 10 кОм.

Поскольку управляющее напряжение имеет диапазон изменения от ±10 В, а диапазон изменения опорного напряжения ±9,6 В, то управляющий орган должен обеспечивать коэффициент передачи

.

Рассчитаем величину сопротивления потенциометра RP6

и выберем - 150 кОм.

Приняв значение минимального угла открывания тиристоров рассчитаем уровень ограничения выходного напряжения управляющего органа

.

Выберем стабилитроны VD17, VD18 - 2С190А ([11], табл. 11) с напряжением стабилизации 9 В. Рассчитаем реальное значение минимального угла открывания тиристоров приняв прямое падение напряжения на стабилитроне 0,5 В

.

Для дальнейших расчетов, поскольку УО обеспечивает приведение управляющего напряжения к диапазону опорного напряжения будем считать, что максимальное значение опорного напряжения соответствует максимальному значению управляющего

.

3.6 Описание работы СИФУ

Подробно опишем работу канала ФИ1. Остальные каналы работают аналогично. Диаграммы работы СИФУ приведены на рис. 4.9.

В СИФУ используется опорное пилообразное напряжение. Максимальное значение опорное напряжение имеет в точках естественной коммутации тиристоров. Это достигается применением апериодического фильтра в ИСН (RP1, C1), который сдвигает сетевое напряжение на 30є. На операционных усилителях DA1…DA3 собран ГОН. На DA1 реализован компаратор и на его выходе напряжение имеет двухполярную прямоугольную форму знак которого противоположен знаку выходного напряжения фильтра ИСН. Таким образом на интервале 30…210є напряжение на выходе интегратора DA2 возрастает от до , а на интервале 210…30є - уменьшается. Интегратор DA2 имеет ограничение благодаря стабилитронам VD3, VD4 в обратной связи. На DA3 реализован инвертор.

На нуль-орган каналов тиристоров VS1.1 и VS2.4, реализованный на DA4, подается инвертированное опорное напряжение и инвертированное напряжение управления с выхода УО

.

Таким образом, положительный фронт напряжения на выходе DA4 соответствует моменту подачи импульса на тиристор VS1.1, а отрицательный - VS2.4. На второй нуль-орган (DA5) подается неинвертированное опорное напряжение с выхода DA2 и инвертированное напряжение управления

.

Моменты его переключения соответствуют управляющим импульсам тиристоров VS1.4 и VS2.1.

Напряжение с выхода нуль-органов подается на ФДИ, собранные на элементах C5, C6, R8…R13, VD9…VD12. Дифференцирующие цепочки C5, R8 и C6, R9, совместно со стабилитронами VD9…VD12, служат для получения импульсов требуемой длительности и величины в моменты времени переключения состояния нуль-органов. Кроме того, стабилитроны служат для разделения импульсов по каналам. Далее на DA6, DA7 отрицательный импульсы инвертируются.

После ФДИ импульсы подаются на УРИ, собранные на логических элементах «И_НЕ» DD1, DD2, где учитывается сигнал разрешения импульсов, поступающий от блока защит. Кроме того на элементах DD2 добавляются поддерживающие импульсы, сдвинутые на 60є. Например для канала тиристора VS1.1 (DD2.1) приходит импульс от канала VS1.2.

С УРИ импульсы поступают на УИ, где усиливаются каскадом двух транзисторов VT1 и VT2, а затем на ВУ, в которых производиться гальваническая развязка цепей СИФУ и цепей управляющих электродов тиристоров импульсными трансформаторами T3.

В УО осуществляется ограничение управляющего напряжения для ограничения минимального угла открывания, благодаря стабилитронам VD17, VD18 в цепи обратной связи DA8.

Рис. 4.10. Диаграммы работы СИФУ.

4. Разработка задатчика интенсивности

4.1 Расчет и выбор элементов задатчика интенсивности

Принципиальная схема задатчика интенсивности приведена на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Принципиальная схема задатчика интенсивности.

Выберем сопротивления R25, R26, R29, R30 - 47 кОм. Для ограничения выходного напряжения компаратора DA9 выберем стабилитроны ([11], табл. 11) Д814Б с напряжением стабилизации . Выберем емкость конденсатора C7 в цепи обратной связи интегратора DA10 - .

Выходное напряжение интегратора будет изменяться по закону

,

где: - входное напряжение интегратора, после делителя на R27, R28;

- постоянная времени интегратора.

Таким образом, используя заданные длительность пуска и значение максимального напряжения задания получим

.

Первоначально, без учета делителя напряжения на R27, R28, взяв определим постоянную времени интегратора

и сопротивление RP7

,

что недопустимо. Выберем RP7 - 680 кОм и для обеспечения возможности регулировки примем для расчетов . Определим постоянную времени

и величину входного напряжения интегратора

.

Значит, делитель на сопротивлениях R27, R28 должен обеспечивать коэффициент передачи

.

Выбрав значение сопротивления R28 - 5,6 кОм, определим значение сопротивления R27.

.

Выбираем номинал R27 - 82 кОм.

4.2 Описание работы задатчика интенсивности

На DA9 собран компаратор с ограничением, таким образом, скорость изменения выходного напряжения интегратора на DA10 постоянна. Инвертор на DA11 служит, чтобы получить напряжение отличное по знаку от напряжения задания и имеет коэффициент передачи, равный единице. Таким образом получается, что когда напряжение задания не равно напряжению на выходе ЗИ, напряжение на выходе задатчика начинает изменяться с постоянной скоростью до тех пор пока не сравняется с напряжением задания.

5. Разработка схемы электронной защиты преобразователя

Принципиальная схема проектируемого узла защиты от понижения напряжения питания на величину более 20% от номинального значения приведена на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Схема защиты.

Выпрямленное напряжение сравнивается с эталонным, которое задается потенциометром RP9 от стабилизированного источника питания. Когда напряжение с выпрямителя, пропорциональное напряжению сети становиться меньше (по модулю) напряжения установки защиты на выходе компаратора DA12 напряжение становиться положительным, что приводит к срабатыванию RS-триггера, собранного на элементах DD3.1, DD3.2. При этом на базу транзистора УО подается напряжение, он открывается, и блокируется подача управляющего напряжения. Кроме того, на УРИ подается сигнал «0», который блокирует подачу управляющих импульсов на тиристоры. Для сброса защиты предусмотрена дифференцирующая цепочка для подачи импульса на вход сброса триггера при замыкании K1.

Выберем сопротивления RP8, RP9 - 47 кОм, а R31 и R32 - 470 кОм. Приняв ЭДС вторичной обмотки трансформатора 12 В определим ток через RP8 для выбора диодов выпрямительного моста (VD21…VD26).

и выберем диоды выпрямительного моста 2Д104А ([11], табл. 1) с прямым током 10 мА и обратным напряжением 300 В. Приняв напряжение уставки защиты, снимаемое с RP9 рассчитаем величину напряжения, которое должно быть выставлено на движке потенциометра RP8 в нормальном режиме

.

Для защиты DA12 по входу выберем диоды VD28 и VD29 2Д104А ([11], табл. 1) с прямым током 10 мА и обратным напряжением 300 В.

Поскольку назначение R33 и VD30 такое же, как и R10, VD9 в схеме ФДИ, то выберем такие же элементы R33 - 680 кОм, VD30 - КС147Г.

Рассчитаем дифференцирующую цепочку для подключения сигнала сброса защиты аналогично расчету дифференцирующей цепочки ФДИ.

.

Выбираем R34 - 18 кОм, R35 - 180 кОм. Время задержки переключения для логических элементов составляет 15…22 нс ([10], табл. 3.9). Поэтому принимаем длительность импульса и рассчитываем постоянную времени и емкость конденсатора

,

.

Выбираем емкость C8 - 6,8 нФ.

6. Расчет и построение регулировочной и внешних характеристик преобразователя

Выражение для регулировочной характеристики преобразователя [1], (2.33)

,

где - угол открывания тиристоров.

Характеристика управления СИФУ при пилообразном опорном напряжении имеет вид [1] (2.59)

,

где: - максимальное значение опорного напряжения (10 В);

- напряжение управления на входе СИФУ.

Таким образом, выражение для регулировочной характеристики преобразователя совместно с СИФУ будет следующим

.

При

.

Для остальных значений - аналогично. Результаты расчетов сводим в таблицу 7.1, по которым строим характеристику, представленную на рис. 7.1.

Таблица 7.1. Регулировочная характеристика преобразователя

,

Остальные значения рассчитываются аналогично. Результаты расчетов приведены в таблице 7.2, а внешние характеристики - на рис. 7.2. Характеристика 1 - при , 2 - , 3 - , 4 - , 5 - .

Таблица 7.2. Внешние характеристики преобразователя

7. Расчет энергетических показателей

Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 224 с.

Анхимюк В.Л., Опейко О.Ф. Проектирование систем автоматического управления электроприводами: Учеб. пособие для вузов по спец. «Электропривод и автоматизация промышленных установок»: - Мн.: Выш. шк., 1986. - 143 с.

Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами / Под ред. В.И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, М.Л. Самовера. - 3_е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 416 с.

Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник / И.Х. Евзеров, А.С. Горобец, Б.И. Мошкович и др.; Под ред. канд. техн. наук В.М. Перельмутера. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 319 с.

Справочник по проектированию электропривода, силовых и осветительных установок / Под ред. Я.М. Большама, В.И. Круповича, М.Л. Самовера. - 2_е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1974. - 728 с.

Справочник по электрическим машинам: В 2 т. / Под общ. ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. Т. 1. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 456 с.

Тиристоры: Справочник / О.П. Григорьев, В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, С.Л. Пожидаев. - М.: Радио и связь, 1990. - 272 с.

Силовые полупроводниковые приборы: Справочник / О.Г. Чебовский, Л.Г. Моисеев, Р.П. Недшивин. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

Сацукевич М.Ф., Мехедко Ф.В. Справочник электротехника. - Мн.: «Беларусь», 1969. - 400 с.

Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы: Справочное пособие / С.В. Якубовский, Н.А. Барканов, Л.И. Ниссельсон и др.; Под ред. С.В. Якубовского. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1984. - 432 с.

Диоды: Справочник / О.П. Григорьев, В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, С.Л. Пожидаев. - М.: Радио и связь, 1990. - 336 с.

Мощные полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник / Б.А. Бородин, В.М. Ломакин, В.В. Мокряков и др.; Под ред. А.В. Голомедова. - М.: Радио и связь, 1985. - 560 с.

Размещено на Allbest.ru