Параметры двигателя АД-32B, взятые из документации, заданы в таблице 2.

Таблица 2. Параметры двигателя АД-32B

1. Выбор конфигурации и расчет выходного каскада

Выходная мощность микросхемы определяется как:

следовательно, условие выполняется.

2.2 Выбор согласующего трансформатора

Согласующий трансформатор выбирается по значению коэффициента трансформации n и номинальной мощности трансформатора Р_ном-тр согласно условию:

каскад трансформатор асинхронный двигатель

По справочнику выбираем трансформатор Т 0.5-5. в таблице 5 приведены параметры трансформатора Т 0.5-5.

Таблица 5 - Параметры трансформатора Т 0.5-5

Рассчитаем емкости разделительных конденсаторов С1, С2 и С3, используемых для развязки по постоянному напряжению между каскадами усиления. Определим параметры разделительных конденсаторов по формуле:

Выбираем С₂ =С₁= 0.68 (мкФ).

Для расчета найдем приведенное эквивалентное сопротивление на входе согласующего трансформатора Т2.

Выберем R_пр=1,2 (кОм).

где r1 - сопротивление первичной обмотки, r2 - сопротивление вторичной обмотки, n-коэффициент передачи, R_н - сопротивление нагрузки трансформатора.

выберем из соотношения:

Выберем С₃= 1 (мкФ).

2.4 Расчет подавителя квадратурной помехи

Подавитель состоит из последовательно включенных демодулятора, RC-звена и модулятора, рисунок 4.

Рисунок 4 - Подавитель квадратурной помехи

Выберем полевые транзисторы VT3, VT. КП304А - кремниевый диффузионно-планарный полевой с изолированным затвором и индуцированным каналом. Паспортные характеристики транзистора приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Паспортные характеристики транзистора КП304А

Для нахождения емкости конденсатора С' необходимо задаться - постоянной времени заряда конденсатора С'. Она выбирается из условия:

где T - период следования сигнала.

С' =

Выберем С'=1 (мкФ).

R' возьмем значительно меньшим (хотя бы в 5 раз), чем R''. А сопротивление R_п - хотя бы в 5 раз меньшим, чем R', R'=1.16к (Ом), Выберем резистор номиналом 1,2 (кОм).

R_п=232 (Ом).

Конденсатор С_П рассчитаем по формуле:

Выберем конденсатор номиналом 17,2 (кОм).

Амплитудное значение напряжения U_{УПР ПКП} должно удовлетворять требованию открывания транзистора:

U_зи> U_{УПР ПКП макс}> U_ПОР,

30> U_{УПР ПКП макс}> 5,

Диоды D1 и D2 можно взять маломощные. Возьмем КД510, характеристики которого представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Паспортные характеристики диода КД510

Отсюда можно найти сопротивления R_ОГ1= R_ОГ2 по формуле:

,

выберем R_ОГ=510 (кОм).

3. Организация питания выходного каскада и операционных усилителей

3.1 Организация питания выходного каскада

Рисунок 5 - Схема диодного блока

Целесообразно использовать диодный блок (в интегральном исполнении), в котором диоды соединены по мостовой схеме, рисунок 5. Для выбора блока необходимо знать средний и максимальный токи через диоды и обратные напряжения на них.

Так, как на выходной каскад должно подаваться сглаженное напряжение, то необходим фильтрующий (сглаживающий) конденсатор С_Ф1..

Для выходного каскада известны и . Средний ток через диод определяется по формуле:

Рассчитаем эквивалентное сопротивление нагрузки источника питания:

Зададимся некоторым коэффициентом пульсации Кп?6-7%. При таком коэффициенте пульсации можно аппроксимировать временную диаграмму напряжения, получаемого на выходе фильтра, отрезками прямых. Тогда справедлива формула для расчета емкости конденсатора: Кп=5%.

Выберем конденсатор 330 мкФ.

Чтобы оценить пиковые значения зарядного тока I_пик, протекающего через диоды и конденсатор, можно воспользоваться специальными таблицами (графиками), дающими зависимость . Можно также прибегнуть к графическому методу оценки: зная и , найдем постоянную времени цепи разряда: ф =. Затем построим диаграмму напряжения, отложив ф по оси времени, рисунок 6.

Рисунок 6 - диаграмма напряжений

Отсюда графически оценим отношение времен заряда и разряда (t_зар/ t_разр).

Соотношения токов разряда и заряда приблизительно обратно пропорциональны соотношениям соответствующих времен: (I_разр / I_зар.)= (t_зар /t_разр).

Поскольку при максимальном потреблении тока от источника:

I_разр=I_п-макс,

то ток заряда найдем как:

I_зар.= I_п-макс (t_разр /t_зар)= 1.94 (А).

Пиковый ток через диод:

I_пик =I_зар+ I_п-макс =2.593 (А).

Максимальный ток через диод:

I_д-макс= I_пик =2.593 (А).

С учетом падения напряжения на открытых диодах на входе моста необходимо обеспечить:

U_{вх.D4 макс}= U_{п - макс}+2 U_д.прям=17.031+2*1=19.031 (В).

Обратное напряжение на диоде определим по формуле:

U_д-обр= U_{вх.D4 макс} - U_д.прям=19.031-1=18.031 (В).

где U_д-пр - падение напряжения на прямо включенном (открытом) диоде, приблизительно равное 1В.

Далее выбираем диодный блок D4 из условий:

Выберем диодный блок, в таблице 8 приведены данные на диодный блок КЦ 407А - диоды кремниевые в пластмассовом корпусе, соединенные по мостовой схеме.

Таблица 8 - Диодный блок КЦ 407А

3.1 Организация питания операционных усилителей

Микросхемы операционных усилителей требуют питания сглаженным стабилизированным напряжением. Для организации такого питания можно использовать интегральную сборку сдвоенного диодного моста и микросхему двуполярного стабилизатора напряжения, или же отдельно два мостовых выпрямителя и два стабилизатора напряжения. Мы используем последний вариант. Он показан на рисунке 7. По требуемому для ОУ значению U_{п мс}=±15В, выберем из справочника стабилизаторы D7, D8 КР142ЕН8В, характеристики которого приведены в таблице 9.

Рисунок 7 - Организация питания микросхемы ОУ

Таблица 9 - Характеристики стабилизатора КР142ЕН8В

В паспорте на микросхему КР142ЕН8В рекомендовано придерживаться следующих условий:

Однако необходимо обеспечить уровень пульсаций напряжения на входе КР142ЕН8В, при котором бы оно не опускалось ниже =17.5В. Зададимся амплитудным значением напряжения на выходе диодного моста D5, например, U_{вых.D5 макс} = 20В. Тогда приемлемым будет уровень пульсаций менее 2,5В. Потребуем 2В, т.е. 10%. Выясним, какая понадобится емкость конденсатора С4 для обеспечения таких пульсаций.

Определим из рисунка 9 требуемую постоянную времени ф1. Отложим на диаграмме U_{вых.D5 макс} = 20В и U_{вых.D5 мин} = 18В. Через полученные точки A и B проведем наклонную прямую. На пересечении с осью абсцисс имеем ф1.

Рисунок 9 - Диаграмма напряжений

Найдем эквивалентное сопротивление нагрузки для одного из диодных блоков. Ток, потребляемый стабилизатором, определяется потреблением трех ОУ и собственным потреблением микросхемы стабилизатора. Значит,

Cреднее напряжение на выходе диодного блока при U_{вых.D5 макс} = 20В и уровне пульсаций 10% составит U_{вых.D5 ср} =19В. Тогда эквивалентное сопротивление нагрузки:

.

Отсюда требуемая емкость фильтрующего конденсатора:

Выбираем C4=20 (мкФ).

Для С6 получим тот же результат. С5 и С7 можно взять согласно рекомендации паспорта на микросхему КР142ЕН8В (10 мкФ). Необходимое напряжение на входе мостов:

U_{вх.D5 макс}= U_{вых.D5 макс}+2 U_д.прям=22 (В),

Прямое падение напряжения на диоде U_д.прям ?1В. Пиковый ток через диоды:

I_.пикD5= I_выхD5 (t_разр1 /t_зар1)+ I_выхD5 = 128 (мА),

где времена t_разр1, t_зар1 определяются графически. Средний ток: I_срD5 = I_выхD5=32 (мА).

Обратное напряжение на диоде определим по формуле:

Выбираем диодные блоки D5, D6 из условий:

Выбираем диодный блок КЦ 407А - диоды кремниевые в пластмассовом корпусе, соединенные по мостовой схеме. Параметры блока приводятся в таблице 10.

Таблица 10 - Характеристики диодного блока КЦ 407А

3.3 Требования к выбору силового трансформатора

Необходимо обеспечить питание выходного каскада и операционных усилителей, а также управление подавителем квадратурных помех, используя силовой трансформатор, запитанный общим напряжением питания системы. Чтобы удовлетворить всем заданным требованиям, необходим трансформатор с одной первичной обмоткой и 5 вторичными. При выборе учитываем, что. Трансформатор должен быть рассчитан на частоту 400 Гц. Климатические условия - такие же как и для работы двигателя. Электрическая схема трансформатора представлена на рисунке 11.

Рисунок 11 - Электрическая схема трансформатора

Действующие значения напряжений на вторичных обмотках:

U1= U_{вх.D4 макс}/v2= 13.5 (В) (для питания выходного каскада)

U2=U3=U_{вх.D5 макс}/v2= 15.6 (В) (для питания ОУ)

U4=U5=U_{УПР ПКП макс}/v2= 11.3 (В) (для управления подавителем помех)

Необходимо обеспечить баланс мощностей, то есть необходимая мощность силового трансформатора:

Р _сил.тр > Р_упр + 2Р_{расс.ут} + Р_{потр.ОУ},

где Р_{потр.ОУ} - мощность, потребляемая блоком питания ОУ:

Р_{потр.ОУ} ?2 U_{вых.D5 ср} I_выхD5=

Р _сил.тр > 5.5+2.14+1.28=8.92

Список источников

1 В.В. Дубровский., Д.М. Иванов и др. «Резистроы: Справочник». Москва. Радио и связь. 1991 г.

2. В.А. Веселов, Е.Б. Коротков Исполнительные устройства систем автоматики Часть 2 1983 г.

3. В.Г. Гусев, Ю.М. Гусев «Электроника». М.: Высшая школа, 1991

4. Н.Н. Горюнов «Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник Изд.2».

Размещено на Allbest.ru