Выбор по напряжению производим по формуле

где - коэффициент учитывающий повышение напряжения в сети;

- коэффициент запаса по напряжению;

- максимальное значение обратного напряжения на вентиле;

- повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии.

Принимаем ,

Напряжение , где - действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора, так как проектируемая схема не будет содержать трансформатора то равно напряжению сети и равно

Следовательно, необходимы тиристоры с , т.е. 11 класса по напряжению.

Окончательно принимаем: тиристоры Т142-50-11

2. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ ПАССИВНОЙ ЗАЩИТЫ СИЛОВЫХ ПРИБОРОВ

ВЫБОР ЗАЩИТНЫХ RC-ЦЕПОЧЕК

В цепях преобразователей электрической энергии происходят переходные процессы, при которых возникают перенапряжения. Перенапряжения могут приводить к пробою приборов и, как следствие, к коротким замыканиям в силовой схеме. Для уменьшения уровня перенапряжений и скорости нарастания потенциала на вентилях, а также для исключения возможности коротких замыканий используются системы защиты, которые представляют собой R-C цепи включаемые параллельно вентилю.

рисунок 2.1 - защитная R-C цепочка

Так как расчет RC-цепей достаточно сложен и требует учета ряда факторов, воспользуемся номограммой :

конденсатор C: К10-29-0,47 мкФ5%,

резистор R: МЛТ-40-35 Ом5%.

Выбор и расчет анодного реактора.

Требуемое значение индуктивности анодного реактора для ограничения тока короткого замыкания на уровне ударного

; (2.2)

где К_п - коэффициент, учитывающий наличие свободной составляющей в токе короткого замыкания; К_п = 1,6 2,0 ;

I_{уд. -} ударный ток, который может протекать по прибору;

п - количество реакторов, ограничивающих ток короткого замыкания.

; ; ; n=2; .

Анодный реактор выбирается из каталога по соотношениям:

L_{н кат.} L_АР,=0.9мГн;

U_{н кат} U_1Н =380В;

I_{н кат} I_1Н =39А;

Выбираем анодный реактор со следующими параметрами:

; ; ; .

Выбор сглаживающего дросселя.

Определяем требуемую постоянную времени электрической цепи исходя из условий огра-ничения зоны прерывистого тока

;

c.

где - постоянный коэффициент схемы выпрямления;

с- для трехфазной мостовой полу управляемой;

- максимальное значение относительного граничного тока зоны прерывистого тока;

;

I_{гр мах}=

I_Б- базовое значение тока, ;

.

U_m- максимальное значение анодного напряжения U_m=440В;

R_П- активное сопротивление якорной цепи в граничном режиме

(в режиме прерывистого того тока), ;

R_я- сопротивление якоря двигателя, берется по справочнику:

;

R_ар.- активное сопротивление анодного реактора:

;

R_сп.- активное сопротивление силового преобразователя, учитывающее падение напряжения на вентилях и проводах, ;

n -число вентилей, последовательно включенных, проводящих ток в один и тот же момент времени n =1.

Определяем требуемую индуктивность якорной цепи и требуемую индуктивность сглажи-вающего дросселя

сложность реализации по сравнению с другими СИФУ.

Система импульсно-фазового управления горизонтального типа

Функциональная схема СИФУ горизонтального типа представлена на рисунке 3.3

рисунке 3.3. Функциональная схема СИФУ горизонтального типа

В нее входят:

устройство синхронизации (УС);

интегратор ();

элемент сравнения (ЭС) опорного напряжения (U_о) и напряжения развертки (U_р);

компаратор;

формирователь длительности импульсов (ФДИ);

импульсный усилитель (ИУ);

гальваническая развязка (ГР) цепей управления и силовой цепи;

генератор импульсов (ГИ).

Принцип работы СИФУ горизонтального типа представлен на рисунке 3.4

рисунок 3.4 - Временные диаграммы работы СИФУ горизонтального типа

Из временных диаграмм работы СИФУ горизонтального типа следует, что преобразование напряжения управления в угол управления осуществляется изменением (за счет изменения напряжения управления U_у на входе интегратора) наклона напряжения развертки, при постоянном опорном напряжении U_о, в отличие от системы вертикального типа, в которой наклон напряжения развертки неизменен, но меняется опорное напряжение, которое в этой системе является напряжение управления.

К достоинствам системы фазового управления (СФУ) горизонтального типа относятся:

высокая помехоустойчивость системы к импульсным помехам, так как интегратор обеспечивает сглаживание помех;

относительная простота реализации СФУ.

Недостатками СИФУ горизонтального типа являются:

низкое быстродействие;

нелинейность коэффициента передачи, а именно его зависимость от напряжения управления .

4. ПОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ

Исходя из данных, приведенных в литературном обзоре, для управления вентильным набором проектируем цифровую СИФУ вертикального типа, так как данная схема управления наиболее полно удовлетворяет требуемым принципам управления.

Структурная схема СИФУ представлена на рисунке 4.1.

рисунок 4.1 - Структурная схема СИФУ выпрямителя

На данной структурной схеме приняты следующие обозначения:

- УС -- устройство синхронизации;

- ГОН - генератор опорного напряжения;

- НО - нуль-орган (компаратор);

- ФДИ - формирователь длительности импульсов;

- РИ - распределитель импульсов;

- ВФ - выходной формирователь;

- U_y1-6 - напряжение разрешения подачи импульсов на вентили:

- U_СИН - напряжение синхронизации;

- U_ОП - опорное напряжение;

- U_СМ - напряжение смещения;

- U_Y - напряжение управления;

- U_НО - выходное напряжение нуль-органа;

- U_ФДИ - выходное напряжение ФДИ;

- U_ОТКР - последовательность открывающих импульсов.

Опишем принцип работы такой схемы и назначение каждого из ее блоков.

Устройство синхронизации УС обеспечивает связь с сетью и согласование напряжений, а также их фильтрацию, т.е. получение из напряжения, питающего выпрямитель неискаженного синусоидального напряжения, потенциально развязанного с сетью с соответствующей амплитудой и фазой. Помимо этого УС формирует последовательность импульсов U_СИН которые строго синхронизированы с моментами естественного открывания тиристоров, а также последовательность импульсов U_y1-6, которые определяют порядок подачи открывающих импульсов на соответствующие тиристоры. Поскольку в трехфазной мостовой схеме моменты естественного открывания вентилей сдвинуты на /6 относительно момента перехода соответствующей фазной синусоиды через ноль, то УС должно обеспечивать смещение соответствующей фазной синусоиды на этот угол, т.е. получение напряжений U'_a, U'_b и U'_c- пороговые элементы УС в соответствии с полученными напряжениями U'_a, U'_b и U'_c формируют напряжения U_y1, U_y2 и U_y3, определяющие моменты разрешения включения соответствующих тиристоров. В момент перехода напряжений U_y1, U_y2 и U_y3 через ноль, сравнивающее устройство УС формирует короткий импульс, последовательность этих импульсов и будет являться строго синхронизированной с моментами естественного открывания вентилей.

Формирование опорного напряжения (пилообразного) U_oп осуществляется генератором опорного напряжения ГОН, возврат которого в исходное состояние происходит в момент подачи синхроимпульса от УС.

Сумматор осуществляет алгебраическое суммирование сигналов опорного напряжения U_ОП, напряжения управления U_Y и напряжения смещения U_cm. Напряжение смещения u_cm необходимо для того, чтобы поставить в соответствие увеличению напряжения управления увеличение выходной ЭДС выпрямителя, величина U_СМ выбирается таким образом, чтобы при напряжении управления равном нулю, угол открывания тиристоров был равен начальному углу открывания _нач, при котором обеспечивается работа выпрямителя в зоне непрерывного тока. Для трехфазного мостового полууправляемого выпрямителя начальный угол открывания равен 180°. В момент прохождения этого суммарного напряжения через ноль нуль-орган НО изменяет свое состояние на противоположное (с 0 на 1 или наоборот), выдавая последовательность импульсов U_НО. При этом формирователь длительности импульсов ФДИ формирует управляющий импульс по длительности достаточной для надежного открытия тиристора, и имеет на выходе последовательность импульсов U_ФДИ.

Импульсы с ФДИ поступают на распределитель импульсов РИ, который в зависимости от разрешающих импульсов U_Y1-6 подает импульс, сформированный по длительности на тот или иной выходной формирователь ВФ, отвечающий за открытие того или иного тиристора. Выходной формирователь ВФ осуществляет формирование открывающего импульса по амплитуде и мощности.

5. ВЫБОР ТИПОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

В схеме будут использованы операционные усилители КР1407УД2.

Основные характеристики усилителя:

Uп = (9,5...14,5)В;

I_вх = 0,15 мкА;

Uвых = ±10В;

Выбираем усилитель с напряжением питания Uп = 10В

рисунок 5.1 - внешний вид и габариты усилителя

рисунок 5.2 - внешний вид и габариты усилителя

Для реализации логических функций И-НЕ, ИЛИ-НЕ будем использовать микросхемы серии K561, т.к они имеют Uп до 12В, а следовательно уровни выходных сигналов

Основные параметры микросхемы 561ЛА7(2И-НЕ):

Uп =10В;

Uвых0=2,5В;

Uвых1=5В;

Iвх=5мкА;Iвых =0,55мА;

Основные параметры микросхемы 561ЛА10(3И-НЕ):

Uп =10В;

Uвых0=2,5В;

Uвых1=8В;

Iвх=5мкА;

Iвых =1мА;

рисунок 5.3 - габариты микросхемы 561ЛА7 и 561ЛА10

6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМ СИФУ

Схема электрическая принципиальная УС для одного канала (канала А, например) представлена на рисунке 6.1:

Устройство синхронизации обеспечивает гальваническую развязку системы управления с сетью, отмечает моменты перехода через нуль сетевого напряжения и формирует прямоугольные импульсы. Принципиальная схема устройства синхронизации напряжения представлена на рисунке 6.1:

рисунок 6.1 - Схема электрическая принципиальная УС.

Трансформатор TV1 необходим для согласования напряжения питающей сети с напряжением питания схемы управления, а также для осуществления потенциальной развязки цепей управления с силовыми цепями.

Считая напряжение в схеме управления равным 10 В, предполагаем на базе трансформатора ТСЗ-1-115-40/0,38 изготовить трансформатор, имеющий следующие параметры: напряжение первичной обмотки U_1Ф = 220 В; напряжение вторичной обмотки U_2Ф = 10 В; мощность 10 В-А.

Представленное устройство синхронизации имеет то же техническое решение, что и для каналов фаз В и С. Поэтому произведем расчет только для канала А.

Резистор R7 ограничивает входной ток операционного усилителя DA1, а также, совместно с конденсатором С7, составляет времязадерживающую цепочку, обеспечивая сдвиг по фазе сетевой синусоиды на угол /6.

R-C цепочка сдвигает сетевую синусоиду на угол /6, а операционный усилитель формирует прямоугольное периодическое напряжение, совпадающее с синусоидой по фазе и частоте, но имеющее постоянную амплитуду 10 В (напряжения U_y1, U_y2, U_y3).

Исходя из условия ограничения входного тока DA1, определим сопротивление резистора R7:

(6.1)

где U_вх - входное напряжение операционного усилителя, равное фазному напряжению вторичной обмотки трансформатора TV2, В;

I_вх - входной ток операционного усилителя, А.

. Т.к. усилитель имеет внутреннее сопротивление

Исходя из необходимости сдвига фазной синусоиды на угол /6, рассчитаем емкость конденсатора С7. Сдвиг синусоиды на угол /6 будет соответствовать сдвигу на 1/12 периода сетевой синусоиды, а, следовательно, на 0,0017 секунды временного интервала. Как известно, время задержки R-C цепочки определяется произведением емкости на сопротивление, следовательно:

,

где - величина временной задержки.

.

В соответствии со схемой подключения операционного усилителя, R8=R9=1 10³ Ом.

Резистор R10, R11 ограничивает входной ток логических элементов, исходя из этого рассчитаем его сопротивление:

, (6.2)

где U_вх - входное напряжение логического элемента, равное выходному напряжению операционного усилителя, В;

I_вх- входной ток логического элемента, А.

МОм

Так как усилитель имеет собственное внутреннее сопротивление, то значение этих сопротивлений принимаем ниже расчетных.

R10=R11=1кОм.

Диоды VD1,VD2 необходимы для отсечки отрицательной полуволны прямоугольного напряжения поступающего на логические элементы, т.к. подача на логику отрицательного потенциала недопустима. Выбираем диоды Д311А имеющий максимальное обратное напряжение 30 В, номинальный прямой ток 0,08 А [5].

; (6.3)

;

; (6.4)

.

В итоге выбираем:

* в качестве резистора R7 - резистор МЛТ-0,05-0,125-10 к0м±10% [4];

* в качестве резисторов R8, R9 - резисторы МЛТ -0,125-1 кОм±10% [4];

* в качестве резисторов R10, R11 - резисторы МЛТ-0,125-1кОм 5% [4];

* в качестве конденсаторов С7 - К10-50-1мкФ 5%Ч10В [4].

Расчет одновибратора

Принципиальная схема одновибратора представлена на рисунке 6.2:

рисунок 6.2 - Схема электрическая принципиальная одновибратора.

Цепочки R12-C8, R13-C9 предназначены для осуществления временной задержки, соответствующей времени импульса напряжения синхронизации. Uсин. Считаем, что ширина импульса напряжения синхронизации составит 10 мкс, следовательно, задаваясь емкостью конденсаторов равной 0,01 мкФ, можно определить величину сопротивления резисторов:

; (6.5)

.

Определим мощности используемых резисторов:

; (6.6)

.

В итоге выбираем:

* в качестве резисторов R12, R13 - резисторы МЛТ-0,05-1 к0м±10% [4],

* в качестве конденсаторов С8, С9 - конденсаторы керамические К10У-5 - 50В-10 нФ±10%[4].

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ГПН)

Принципиальная схема генератора пилообразного напряжения приведена на рисунке 6.3. В соответствии с этой схемой, выберем элементы, составляющие генератор и определим порядок работы схемы.

рисунок 6.3 - Схема электрическая принципиальная ГПН.

рисунок 6.4 - временные диаграммы работы ГПН

В соответствии с этой схемой выберем элементы составляющие ГПН.

Принимаем U_{оп вх}= 8 В, U_пм=10 В. На рисунке 6.4 показан вид пилообразного напряжения U_п.

Пренебрегая входными токами усилителя DA3 и током коллектора транзистора VT1 в закрытом состоянии, и т.к. ₂= 0, схема замещения ГПН на интервале 0... t_раб. имеет вид ( рисунок 6.5 )

рисунок 6.5 - Схема замещения ГПН

Зададимся С10= 0,5мкФ. Тогда, по формуле (6.7), имеем:

Ом.

Резисторы R15, R16 - это делитель напряжения с общей точки которого снимается максимальное значение опорного напряжения . Считая опорное максимальное равным напряжению питания схемы и следовательно равным 10В, получим, что для такого режима отношение сопротивлений резисторов R15 и R16 делите равно единице, следовательно, эти резисторы имеют равные сопротивления. Для данной схемы практически наиболее часто применяются резисторы балансировки равные 10кОм.

Сопротивление резисторов R18 также равно 10 кОм, исходя из схемы подключения операционного усилителя.

Резистор R17 и конденсатор C10 образуют времязадающую цепь, которая определяет период опорного напряжение (т.е. время его нарастания от нуля до максимума). Зададимся периодом достаточным, для того чтобы напряжение на выходе усилителя достигало своего максимума за период паузы при подаче импульсов . Время паузы составляет при подаче импульсов составляет 10мс, то задавшись емкостью конденсатора С5, определим значение R11. Задаемся емкостью конденсатора С10=0,5мкФ:

(6.7)

где - период опорного напряжения.

Так как токи питания усилителя достаточно малы, а включаемые резисторы имеют значительное сопротивление, то их мощности не выходят за приделы 0,2 Вт.

Транзистор VT1 выбираем по условиям:

; (6.15)

, (6.16)

где к_зi= 1,21,5; к_зи=1,52,0.

Ток коллектора I_k равен току разряда конденсатора С10. Запишем это в виде формулы:

. (6.17)

Считая, что разряд конденсатора С10 происходит при постоянном токе, из формулы (6.17), имеем:

; (6.18)

А.

С учетом к_зi= 1,5; к_зи= 2, из условий (6.15), (6.16), имеем:

А;

В.

Из справочника [2] выбираем транзистор П505 со следующими параметрами:

U_{кэ max}= 30 В

I_{к max}= 10 mA;

= 10...35.

Ток базы транзистора VT1 вычисляем по формуле:

; (6.19)

А.

Тогда величину сопротивления R14 найдем из соотношения:

; (6.20)

Ом.

Рассчитаем мощность сопротивления R14 по формуле:

; (6.21)

Вт.

В итоге выбираем:

- в качестве резистора R14,R17 - резистор С2-33Н-0,125-20 кОм±5%;

- в качестве резисторов R15, R16, R18-- С2-33Н-0,125-10 кОм±5%;

- в качестве конденсатора C10 - конденсатор керамический К10-17-0,5 мкФ*20В±10%

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМПАРАТОРА (К)

Принципиальная схема компаратора приведена на рисунке 6.6. В соответствии с этой схемой, выберем элементы, входящие в схему реализации компаратора и поясним порядок работы схемы.

рисунок 6.6 - Схема электрическая принципиальная компаратора.

Компаратор осуществляет преобразование U_у в фазовый сдвиг- угол открывания .

Развертываемое напряжение находим по формуле:

. (6.22)

Для момента времени, при котором произошло равенство напряжений, для входной цепи компаратора можно записать:

; (6.23)

. (6.24)

Примем R19=R20=R21. Тогда .При U_у=U_уmin угол открывания =_нач, а U_п= -U_см

Тогда формула (6.22) примет вид:

; (6.25)

.

Максимальное значение Uу определяется по формуле:

; (6.26)

Минимальное значение Uу определяется по формуле:

; (6.27)

Резистор R22 предназначен для согласования уровней напряжений (выходного с компаратора и входного для распределителя импульсов).

; (6.28)

где U_вых - выходное напряжение компаратора, В;

I_вх - входной ток распределителя импульсов, А.

Ом.

Так как усилитель имеет собственное внутреннее сопротивление, то значение этих сопротивлений принимаем ниже расчетных.

R22 принимаем равным 10кОм

Диод VD3 необходим для отсечки отрицательной полуволны прямоугольного напряжения поступающего на логические элементы, т.к. подача на логику отрицательного потенциала недопустима. Выбираем диоды Д311А имеющий максимальное обратное напряжение 30 В, номинальный прямой ток 0,08 А [5].

В итоге выбираем:

*в качестве резисторов R19, R20,R21 - резисторы С2-33Н-0,125-2 кОм±5%

[4],

* в качестве резистора R22 - резистор С2-33Н-0,125-15 кОм±5%[4].

рисунок 6.7 - временные диаграммы работы компаратора

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ ИМПУЛЬСОВ

Принципиальная схема распределителя импульсов (РИ) приведена на рисунке (6.8). Для реализации логических элементов были выбраны микросхемы К561ЛА7.

рисунок 6.8 - Схема электрическая принципиальная РИ

Для реализации логических элементов выберем микросхему К561ЛА7

6.6 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЫХОДНОГО ФОРМИРОВАТЕЛЯ

Принципиальная схема выходного формирователя (ВФ) приведена на рисунке (6.9).

рисунок 6.9 - Принципиальная схема ВФ

Определяем U_{отп.хх.min} , при снижении на 15% напряжения U_п.

В. (6.29)

Минимальное значение тока I_{отп.хх.к.з.min} при максимальном внутреннем сопротивлении, увеличение которого на 5% вызвано разбросом параметров и сопротивлений элементов

А. (6.30)

Определяем номинальные значения

В. (6.31)

А. (6.32)

Номинальное значение внутреннего сопротивления источника определяем по формуле:

; (6.33)

Ом.

Максимальное значение U_{отп.хх.max} и I_{отп.к.з.max} с учетом возможного повышения напряжения на 10% и уменьшения внутреннего сопротивления источника на 5%:

В; (6.34)

А ; (6.35)

Принимаем к установке трансформатор ТИ176 и транзистор ТМ3А (U_кэ=0,6В, =18, I_К=100 10^-3А) [4,5]

Номинальное напряжение источника питания определяем из соотношения:

; (6.36)

В.

Принимаем номинальное напряжение источника питания 14 В.

Минимальное значение внутреннего сопротивления источника определяем по формуле:

; (6.37)

Ом.

Максимальная мощность в управляющем переходе на максимальной ВАХ (максимум мощности имеет место при R_G=R_вн.min ) определяеться по формуле:

; (6.38)

Вт.

На основании расчетных данных выбираем в качестве диодов VD4 диоды Д311 с U_обрmax=30 В [5]. В качестве диодов VD5 диоды 2Д222АС I_пр=3А, U_обр=20В [5].

Резистор R23 ограничивает входной ток базы транзистора VT2

, (6.39)

где определяется из соотношения:

, (6.40)

где - коэффициент усиления. Принимая =18, из формулы (6.40), получим:

А.

Подставляя полученный результат в формулу (6.39), определим величину сопротивления R23:

Ом;

R-C цепи представляют собой выходной фильтр.

В итоге выбираем:

· в качестве резисторов R23 - резисторы МЛТ-0,250-180Ом10% [4];

· в качестве резисторов R25 - резисторы МЛТ-0,25-100кОм10% [4];

· в качестве конденсаторов С11- конденсаторы Н50-25В-0,1мкФ10% [4].

Расчет ГВЧ

Для реализации ГВЧ используем микросхему К224ГГ1 [6], которая представляет собой мультивибратор. Условное обозначение и назначения выводов показаны на рисунке

Рисунок 6.10 - Условное обозначение и назначения выводов мультивибратора.

Назначение выводов:

1,7 - входы (прямой и инверсный) ;

2 - база;

3,4 - подключение время задерживающей цепочки;

5 - коллектор;

6 - питание;

8 - выход.

Параметры микросхемы:

Uп=7,2…10,8В;

Uвых=7В;

=220…270 мс;

Схема подключения ГВЧ представлена на рисунке (6.11)

Рисунок 6.11 - Схема подключения ГВЧ

Задаемся выходной частотой 10 кГц, тогда длительность импульса =100 мс.

Задаемся резистором R73=27кОм, тогда емкость конденсатора С24 определяется из соотношения:

; (6.41)

В итоге выбираем:

· в качестве резистора R73 - резистор МЛТ-0,125-27кОм10% [1];

· в качестве конденсатора С24 - конденсатор К10-17-2-25В-3000пФ10% [4].

7. СОСТАВЛЕНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И ПЕРЕЧНЯ ЭЛЕМЕНТОВ К НЕЙ. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ СХЕМЫ.

Таблица 7.1 Перечень элементов

Описание принципа работы выпрямителя:

Рассмотрим на примере фазы А (каналы фаз В и С работают аналогично):

Временные диаграммы работы выпрямителя с СИФУ представлены на рисунке 7.1:

Рисунок 7.1 - Временные характеристики работы выпрямителя с СИФУ

С помощью трансформатора TV1, сетевое напряжение понижается до уровня 10 В, который можно подавать на логику схемы управления (диаграмма А). Так как моменты открывания тиристоров в трёхфазной мостовой схеме сдвинуты на угол р/6 от момента естественного открывания, то с помощью времязадерживающей цепочки R7-C7 производится соответствующее смещение на р/6 синусоиды сетевого напряжения (диаграмма B). Положительная полуволна полученного напряжения подается на неинверсивный вход операционного усилителя DA1, отрицательная - на инверсивный вход операционного усилителя DA2. На выходах операционных усилителей мы получаем постоянные знакопеременные напряжение синхронизации и, обрезая отрицательную их часть с помощью диодов VD1 и VD2 соответственно, получаем разрешающие импульсы, синхронизированные, соответственно, с положительной и с отрицательной полуволнами питающего напряжения (диаграммы С, D). После чего сигнал с устройства синхронизации подается на одновибраторы, где по фронту 0-1 импульсов синхронизации формируются короткие (10 мс) разрешающие импульсы, подающиеся на генератор опорного напряжения (диаграммы E и F). Опорное напряжение представляет собой положительное пилообразное напряжения. Для его формирования на базу транзистора VT1 подаются, просуммированные через логические элементы ИЛИ-НЕ (DD 3.1, DD3.2) разрешающие импульсы, которые сбрасывают напряжение пилы на ноль, путем разряда конденсатора С10. Основным элементом СИФУ является компаратор или нуль-орган, который преобразует напряжения управления в фазовый угол сдвига. Для это го на компаратор подается опорное напряжение Uп, напряжение управления Uу и , так как напряжение управления подается с отрицательным знаком, подается напряжение смещения Uсм. Компаратор, выполненный на операционном усилителе DA4 меняет знак выходного напряжения в те моменты времени, когда сумма напряжений управления и смещения равна напряжению пилы. Обрезая отрицательную часть этого сигнала с помощью диода VD3, получаем разрешающие импульсы Uк (диаграмма К).

Так как в трехфазной мостовой схеме выпрямления каждый тиристор анодной группы работает последовательно с двумя тиристорами катодной группы и наоборот, возникает необходимость подачи второго разрешающего импульса на открытый тиристор одной группы в момент смены тиристоров другой группы. Для того чтобы избежать этого, мы будем подавать на распределитель импульсов не короткий импульс открытия, а совокупность коротких импульсов высокой частоты на всем интервале открытого состояния тиристора. Для этого на логические элементы распределителя импульсов наряду с напряжениями Uк и Uc, подаем сигнал с генератора высокой частоты D10. На выходе получаем искомую совокупность коротких импульсов высокой частоты (диаграммы H и L). Полученные импульсы подаются на базу транзисторов VT2, VT3. Данные транзисторы замыкаю цепь и по обмоткам импульсных трансформаторов TV3, TV4 начинает протекать ток. Данные трансформаторы необходимы для усиления сигнала до уровня надежного отпирания тиристора, а также для обеспечения гальванической развязки силовой схемы и цепи управления. Полученные усиленные сигналы отпирают тиристоры VS1 и VS 4 соответственно.

8. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ВНЕШНЕЙ И РЕГУЛИРОВОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫПРЯМИТЕЛЯ, РЕГУЛИРОВОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИФУ

ВНЕШНЯЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Внешней характеристикой выпрямителя называется зависимость выходного напряжения U от тока нагрузки I при постоянном значении угла открывания , т.е. зависимость U=f(I) при =const.

Обобщенно выпрямитель можно представить следующей схемой замещения (рисунок 8.1):

рисунок 8.1 - Схема замещения выпрямителя.

На рисунке 8.1 обозначены:

Е- среднее значение выпрямленной ЭДС, - для полностью управляемых выпря-миттелей;

R_a- суммарное активное сопротивление последовательно включенных элементов схемы, по которым протекает ток нагрузки в один и то же момент времени, R_a=R_тр.;

R_k- коммутационное сопротивление, ;

- сумма падений напряжения на полупроводниковых приборах, по которым в данный момент времени протекает ток нагрузки;

R_др.- активное сопротивление дросселя.

Согласно схеме замещения внешняя характеристика выразится формулой

(8.1)

В режиме непрерывного тока, а также при представлении вентилей активными сопротивле-ниями, внешние характеристики выпрямителя представляют собой ряд параллельных прямых, на-клоненных к оси тока.

Таким образом, внешние характеристики строим для углов ₁=_min и б₂=_max по двум точкам: I=0 и I=I_H.

Вид внешних характеристик показан рисунке 8.2:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

рисунок 8.2 - Внешние характеристики выпрямителя

РАСЧЕТ И ПОСТОРОЕНИЕ РЕГУЛИРОВОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Регулировочная характеристика - это зависимость выпрямленной ЭДС от величины угла управления. Зависимость выходного напряжения от угла регулирования определяется формулой:

(8.2)

Для построения характеристики заполняем таблицу:

Таблица 8.2 - Зависимость выходного напряжения от угла регулирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

рисунок 8.3 - Регулировочная характеристика выпрямителя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения курсового проекта была спроектирована схема трехфазного мостового симметрично управляемого выпрямителя для питания двигателя постоянного тока. Выходные параметры выпрямителя задаются при помощи СИФУ, расчёт которой подробно рассмотрен в пояснительной записке. Также в пояснительной записке дан краткий литературный обзор различных систем управления выпрямителями.

Графическая часть содержит полную принципиальную схему системы управления и схема управляемого выпрямителя с подключенной к ней нагрузкой - двигателем постоянного тока.

Особенностью СИФУ предложенной в схеме является простота ее исполнения и наладки, отсутствие необходимости использования дорогостоящих силовых ключей и сложных микросхем для реализации системы управления. Не смотря на то, что в настоящее время все большее применение получают цифровые системы управления из-за большей точности и возможностей регулирования, разработанная аналоговая СИФУ так же может найти применение как наиболее простая и удобная в управлении.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Гульков Г.И., Улащик Н. М. «Методическое пособие к курсовому проектированию по силовой преобразовательной технике для студентов специальности 1-53 01 05- “Автоматизированные электроприводы”», Мн, 2006

2. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник / О. Г. Чебовский, Л. Г. Моисеев, Р. П. Недошивин. _ 2-е изд._ М.: Энергоатомиздат, 1985.

3. Справочник по электрическим машинам / Под ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1,2. _ М.: Энергоатомиздат, 1988.

4. Акимов Н.Н. и др. «Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА. Справочник» изд «Беларусь», Мн, 1994

5. Электронный справочник «Полупроводниковые приборы» т.6 изд «ИДДК», М, 1999

6. Галкин В.И. «Аналоговые интегральные схемы», изд «Беларусь», Мн, 1993

7. Электронный справочник «Большой справочник радиолюбителя», изд. «ИДДК», М., 1999

Размещено на Allbest.ru