Система импульсно–фазового управления полупроводниковым преобразователем

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Расчёт силовой части

1.1 Выбор силовой схемы преобразователя

Исходные данные:

число фаз: 1;

схема выпрямления: с нулевым выводом;

тип выпрямителя: реверсивный;

номинальное выпрямленное напряжение, : 460 В;

номинальный ток нагрузки : 46 А;

: 6,6 В;

: 30⁰.

Рисунок 1 - Силовая схема преобразователя

1.2 Выбор тиристоров

Для силовой части схемы выпрямления выбираются по справочнику тиристорные ключи. Для данной схемы выпрямления принимаются оптроны, ток отпирания которых фактически соответствует выходному току схемы управления.

Все коэффициенты в формулах принимаются для заданной схемы управления из таблицы 1.

Таблица 1

Условные обозначения к таблице 1:

- среднее значение выпрямленного напряжения;

- фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора;

- ток вторичной обмотки трансформатора;

- среднее значение выпрямленного тока;

- мощность на выходе выпрямителя;

- полная мощность на вторичной обмотке трансформатора;

- полная мощность на первичной обмотке трансформатора;

- полная мощность трансформатора (габаритная);

- максимальное обратное напряжение на тиристоре;

- среднее значение тока через тиристор;

- коэффициент пульсации выпрямленного напряжения, рассчитанный для 2-ой гармоники.

Среднее значение выпрямленного напряжения:

Фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора:



Максимальное обратное напряжение на тиристоре

Среднее значение выпрямленного тока

Среднее значение тока через тиристор

Сопротивление

Условие выбора тиристора:

По справочнику выбираем оптронный тиристор ТО2-40-9.

Рисунок 2 - Тиристор типа ТО2-40-9

Таблица 2

Тип прибора	Предельные эксплуатационные данные
ТО2-40-9	При	А	В
	А		В	В					min	max
	40	70	900	900	800	20..100	20..40	100	0,2	0,5	2,8

Таблица 3

Тип прибора	Электрические параметры
ТО2-40-9	При	При
	В	А	При		мкс	мкс	мкс	мА	мА
			мА	В
	1,75	125	150	2,5	2	10	10	50..150	3	3	0,467

Условные обозначения к таблицам 2 и 3:

- средний максимальный ток в открытом состоянии;

- температура корпуса;

- повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии;

- повторяющееся импульсное обратное напряжение;

- ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии при t_и =10 мс длительность импульсного тока в открытом состоянии;

- критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии;

- критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии;

- максимально допустимая температура перехода;

- прямой импульсный ток управления;

- максимальное прямое импульсное напряжение управления;

- импульсное напряжение в открытом состоянии;

- импульсный ток в открытом состоянии;

- отпирающий постоянный ток управления;

- отпирающее постоянное напряжение управления;

- время включения;

- время задержки;

- время выключения;

- повторяющий импульсный ток в закрытом состоянии;

- повторяющий импульсный обратный ток;

- тепловое сопротивление переход-корпус.

1.3 Построение временной диаграммы

Строятся диаграммы мгновенного значения напряжения на нагрузке для заданного угла управления:

Рисунок 3 - Временная диаграмма работы преобразователя



Рисунок 4 - Регулировочная характеристика U_d = f(б)

1 - При активной нагрузке.

2 - При активно индуктивной нагрузке.

Находится среднее значение выпрямленного напряжения, среднее значение выпрямленного тока и среднее значение тока, протекающего через тиристор, при угле управления б = 30?:

;

;

.

2. Диаграммы закона регулирования

Для аналоговой системы управления принимаем косинусоидальный закон управления, при котором опорное напряжение Uоп изменяется по косинусоиде в диапазоне регулирования тиристора.

Строится диаграмма закона регулирования для заданной схемы выпрямления.

Диаграмма закона регулирования для однофазной схемы выпрямления

На диаграмме U_у текущее значение напряжения управления и соответствующий ему угол управления б.

Рассчитываются напряжение синхронизации, U_с и добавочное напряжение, U_доб. Для приведенной диаграммы

;

.

3. Синхронизирующее устройство

Схема синхронизирующего устройства формирует напряжения, совпадающие по фазе с силовым напряжением на тиристорах, и изолирует СИФУ от сети. Напряжения получают с помощью трансформаторов, схема соединения которых обеспечивает получения необходимых U_с.

Синхронизирующее устройство для однофазной схемы выпрямления

Выбираем трансформатор для синхронизирующего устройства из условия:

где - напряжение на вторичной обмотке трансформатора;

Выбираем стержневой трансформатор ТАН1-220-50, U₁=220В, I₁=0,37А, для синхронизирующего устройства используем обмотки 19-20 (21) и 22-23 (24) соединенные последовательно, у которых: U₁=220B, I₁=0,215A.



Схема выбранного трансформатора

Напряжение на отводах первичных обмоток трансформатора ТAН1 на 220 В:

- между выводами 1 и 2, 4 и 5 - 110 В;

- между выводами 2 и 3, 5 и 6 - 7 В.

При использовании трансформаторов ТAН1на 220 В необходимо:

- соединить выводы 2 и 4;

- подать напряжение 220 В на выводы 1 и 5.

Номера вторичных обмоток трансформатора и соответствующие напряжение

Условие расчета:

Принимаем ток входа операционного усилителя

Находим сопротивления делителя, принимая

Из ряда стандартных принимаем ближайшее значение сопротивления:

Резистор R₃ выбирается подстроечным и для создания U_вых= В настраивается таким образом, чтобы сопротивление было равно R_д - R₂.

Напряжение на выходе трансформатора равно В, поэтому:

Из ряда стандартных принимаем ближайшее значение сопротивления:

Выбираем резисторы:

R₁ - 0,125 820 Ом ±5%;

R₂ -

R₃ - .

4. Расчет формирователя опорного напряжения и фазосдвигающего устройства

Формирователь опорного напряжения, предназначен для получения опорного напряжения U_оп, изменяющегося по косинусойде в диапазоне регулирования тиристора. Он состоит из интегратора, сумматора и инвертора.

ФСУ - фазосдвигающее устройство, предназначено для получения сдвига фаз между синхронизирующим напряжением и управляющим импульсом на угол управления б в зависимости от величины напряжения управления. Оно выполняется на основе компаратора напряжений.

Коэффициенты передачи первых трех блоков должны быть такими, чтобы из напряжения U_вых получилось напряжение U_оп.

Структурная схема ФОН и ФСУ

Выбираем операционный усилитель (этот усилитель используем для построения интегратора, сумматора, инвертора и компаратора) из условия:

По справочнику выбираем усилитель.

Таблица 5 - Номинальные данные операционного усилителя

Тип	Uсф, В	Uп, В	Iпот, мА	Uвых, В	Iвх, нА	Есм, В
К104ОУД2	±20	±24	12	±22,5	2500	±50



Схема включения операционного усилителя

5.1 Расчет интегратора

Схема интегратора

Находим оптимальное входное сопротивление:

где входное напряжение блока этой схемы равно U_вых делителя.

Из ряда стандартных принимаем ближайшее значение

Сопротивление R₅ принимается равным сопротивлению R₄, поэтому R₅= 1,6 кОм.

Для того чтобы из напряжения на выходе делителя получить опорное напряжения необходимо выполнение следующего условия:

,

где .

Допустим из структурной схемы ФОН и ФСУ

Для схемы интегратора K_И всегда находиться по формуле:

Из формулы для коэффициента передачи интегратора находим емкость конденсатора С₁:

Принимаем

Выбираем резисторы:

R₄ - МЛТ 0,125 1,6 кОм ±5%;

R₅ - МЛТ 0,125 1,6 кОм ±5%.

Выбираем конденсатор:

C₁ - К50-6 750 мкФ 10 В.

5.2 Расчет сумматора

Схема сумматора

Находим оптимальное входное сопротивление:

где входное напряжение блока этой схемы равно U_с.

При условии, что, то для того чтобы из напряжения на выходе делителя получить опорное напряжения необходимо выполнение следующего условия: К_с=1.

, тогда .

Так как сопротивления подключены по отношению ко входу параллельно, то:

.

Сопротивление для сумматора равно входному, поэтому:

Принимаем .

Выбираем резисторы:

Выходное напряжение сумматора рассчитывается по формуле:

5.3 Расчет инвертора

Схема инвертора

Находим оптимальное входное сопротивление:



где входное напряжение блока этой схемы равно .

При условии, что , K_с = 1, то для того чтобы из напряжения на выходе делителя получить опорное напряжения необходимо выполнение следующего условия К_ин=1.

Для данной схемы:

, тогда .

Так как сопротивления включены по отношению ко входу параллельно, то , так как К_ин=1, то R₁₀ = R₁₁, соответственно , откуда следует что .

Принимаем .

Сопротивление для инвертора равно входному, поэтому .

Принимаем .

Выбираем резисторы:

R₁₀ - МЛТ 0,125 620 Ом ±5%;

R₁₁ - МЛТ 0,125 620 Ом ±5%.

Выходное напряжение инвертора U_оп рассчитывается по формуле:

Заключение

преобразователь тиристор выпрямление полупроводниковый

В соответствии с поставленной целью и выданным техническим заданием, спроектирована система импульсно - фазового управления полупроводниковым преобразователем.

Построены временные диаграммы работы системы импульсно - фазового управления полупроводниковым преобразователем, рассчитан канал управления системы импульсно - фазового управления и спроектирована его принципиальная схема.

Приобретены навыки, как необходимо выбирать электрические элементы.

Список источников

1 Резисторы: Справочник/В.В. Дубровский, Д.М. Иванов, Н.Я. Пратусевич и др.; Под ред. И.И. Четверткова и В.М. Терехова. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Радио и связь, 1991. - 528 с.: ил.

2 Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник /В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, В.М. Петухов. - М.: Радио и связь, 1987. - 576 с.: ил.

3 Массовая радиобиблиотека основана в 1947 году выпуск 1155. Тиристоры справочник, Москва.: Радио и связь, 1990. - 269 с.: ил.

4 Горячева Г.А., Добромысова Е.Р. Конденсаторы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1984. - 88 с., ил. - (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1079).

5 Диоды: Справочник/О.П. Григорьев, В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев, С.Л. Пожидаев. - М.: Радио и связь, 1990. - 336 с.: ил. - (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1158).

6 Полупроводниковые приборы: транзисторы Справочник, под общей редакцией Н.Н. Горюнова издание второе переработанное Москва энергоатомиздат 1985 - 897 с.: ил.

7 Диоды и тиристоры в преобразовательных установках / М.И. Абрамович, В.М. Бабайлов, В.Е. Либер. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 432 с.

Размещено на Allbest.ru