Автономні інвертори

Автономними інверторами (АІ) називають вентильні перетворювачі постійного струму у змінний, що працюють на автономне навантаження. Вимоги до автономних інверторів різноманітного застосування відрізняються дуже разюче, що обумовлює різноманітні рішення як по силових схемах, так і по схемах системи керування інверторів. В АІ потрібно застосовувати повністю керовані вентилі, які виконують роль ключів, котрі почергово підключають фази навантаження в ланцюги змінного струму до позитивного і негативного полюсів джерела постійного струму. Якщо в схемах використовують як ключі звичайні тиристори, то для їх закривання застосовують примусову комутацію.

За кількістю фаз вихідної напруги АІ поділяються на однофазні та трифазні, котрі можуть бути виконані за схемами з середньою точкою, мостовими і напівмостовими.

За характером протікання електромагнітних процесів АІ поділяються на інвертори струму, резонансні інвертори та інвертори напруги.

При розгляді схем припускаємо: вентилі є ідеальними ключами, час перемикання дорівнює нулю, внутрішній опір джерела живлення дорівнює нулю і воно має двосторонню провідність, опір з'єднувальних проводів дорівнює нулю.

На рис. 1 наведена схема однофазного мостового інвертора напруги.

Рис. 1

В інверторах напруги джерело живлення працює в режимі генератора напруги. При живленні від джерела з великим внутрішнім опором на вході інвертора встановлюється конденсатор великої ємності для забезпечення провідності джерела напруги в зворотному напрямі. необхідний, коли в колі навантаження є реактивні елементи будь-якого типу.

2. Розрахунок системи керування

2.1 Розрахунок двотактного вихідного підсилювача потужності

Вихідні дані для розрахунку:

напруга живлення вихідних підсилювачів В;

напруга живлення логічних елементів В;

частота проходження вихідних імпульсів Гц;

амплітуда вхідного керуючого імпульсу, що відповідає рівню логічної

одиниці на виході елементів DD1 і DD2, В;

максимальний струм колектора силового транзистора А.

Амплітуда керуючого струму, необхідна для насичення транзистора інвертора:

А

де - мінімальний статичний коефіцієнт передачі струми бази транзистора КТ945А; коефіцієнт насичення транзистора, значення якого беруть b=1,3...2 (обираємо ).

Визначаємо середнє значення струму, що проходить через діоди VD6...VD9:

А

Як діоди VD6...VD9, що створюють затримку відпираючого імпульсу струму, використовуємо низькочастотні кремнієвий діоди КД202А з параметрами:

допустимий середній струм = 5 А;

допустима зворотна напруга = 50 В.

Визначаємо амплітуду керуючої напруги на вихідних обмотках підсилювача.

Задаємось спадом напруги на струмообмежуючих резисторах R5...R8 із умови , де - спад напруги на емітерному переході відкритого силового транзистора.

За вхідною характеристикою транзистора КТ945А, знятою при , для струму бази А знаходимо В. Беремо

В

За статичною вольт-амперною характеристикою діода КД202А при струмі А визначаємо прямий спад напруги на діодах VD6...VD9:

В.

В

Амплітуда має бути не більше за максимально допустиму зворотну напругу між емітером і базою силових тиристорів для вибраного типу транзистора.

Для транзистора КТ945А В; щоб зменшити час розсмоктування носіїв у базі силових транзисторів, як діоди VD10...VD13 використовуємо високочастотні діоди типу КД212А з параметрами:

допустимий середній струм = 1 А;

допустима зворотна напруга = 200 В;

імпульсний струм = 50 А (при тривалості імпульсу до 10 мс);

допустима робоча частота 100 кГц.

Опір струмообмежуючих резисторів R5...R8 в колах баз транзисторів інвертора

Ом

Беремо Ом

Потужність, що виділяється на резисторах R5...R8

Вт

Вибираємо резистор типу С2-23-0,82 Ом.

Визначаємо максимальний струм колектора відкритого транзистора підсилювача в режимі насичення:

А,

де - ККД підсилювача; = 0.8...1.5 В - спад напруги на відкритому транзисторі в режимі насичення; - прямий спад напруги на відкритому діоді VD3; беремо: ; В; B.

Максимальна напруга між емітером і колектором закритого транзистора VT1:

В

За здобутим значенням , вибираємо транзистор типу КТ630Б з параметрами:

допустимий струм колектора = 1А;

допустима напруга між колектором і емітером В;

статичний коефіцієнт передачі струму бази = 80...240;

гранична частота підсилення в схемі із загальним емітером мГц;

максимально допустима потужність розсіювання Вт.

Прямий струм через діод VD3

A

Вибираємо діод VD3 типу КД212А.

Визначаємо струм бази, необхідний для насичення транзистора підсилювача:

мА,

де - коефіцієнт насичення; - мінімальний статичний коефіцієнт передачі струму бази.

За вхідною характеристикою транзистора КТ630Б для струму мА визначаємо напругу між емітером і базою насиченого транзистора В.

Опір R3 і R4 навантаження логічних елементів відповідно DD1.1 і DD1.2

Ом

Вибираємо резистори R3 і R4 типу С2-23-0,47 кОм.

Визначаємо вихідний струм мікросхеми DD2 при логічному нулі на її виході:

мА < ,

де В - напруга вихідного сигналу "0" мікросхеми К155ЛА8; мА - допустимий вихідний струм мікросхеми.

Втрати потужності на транзисторі в режимі насичення (з урахуванням втрат у базовому колі).

Вт

Втрати потужності на транзисторі в режимі перемикання

Вт

де - стала часу транзистора, c;- коефіцієнт що залежить від схеми підсилювача і коефіцієнта насичення транзисторів. Для двотактного підсилювача з нульовою точкою значення вибираємо залежно від значення . При : . Оскільки гранична частота підсилення транзистора , потужністю втрат на перемикання можна знехтувати.

Сумарні втрати в транзисторі (потужністю втрат у режимі відсічки нехтуємо)

Вт

Переконуємось, що .

Визначаємо ємність конденсатора

мкФ

Вибираємо конденсатор С3 типу К73-16 ємністю 0,15 мкФ з робочою напругою 63 В.

Максимальна зворотна напруга і максимальний струм зворотних діодів VD4 i VD5:

B

A

Вибираємо діоди VD4 i VD5 типу Д223А з параметрами:

А

B

Вихідний трансформатор TV1 розраховуємо за методикою, наведеною в [4]. Як матеріал осердя трансформатора вибираємо сталь Е350 товщиною 0,08 мм.

Габаритна потужність трансформатора:

BA

Відповідно до рекомендацій для ВА, частоти Гц і вибраної марки сталі беремо:

максимальне значення індукції в осерді Тл;

густину струму в обмотках А/мм2;

ККД трансформатора ;

коефіцієнт заповнення вікна міддю ;

коефіцієнт заповнення осердя сталлю .

Визначаємо добуток площі перерізу магнітопроводу на площу вікна осердя :

см4

Вибираємо тороїдний магнітопровід ОЛ25/40-12,5, для якого

см4

см2

см2

Кількість витків первинної обмотки трансформатора

вит

Кількість витків обмотки керування

вит

Діюче значення струму в первинній і вторинних обмотках:

A

A

Діаметри проводу обмоток:

первинної

мм

вторинної

мм

Вибираємо провід ПЕЛШО з діаметрами 0,21 і 0,48 мм.

2.2 Розрахунок задаючого генератора