|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)Стр 1 из 20Следующая ⇒
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)
В.С. Мишуров
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
Методические указания и примеры выполнения Курсового проекта
2010
Рецензенты: канд. техн. наук, доцент кафедры ПрЭ ТУСУРа Коновалов Б.И.; канд. техн. наук, доцент кафедры ПрЭ ТУСУРа Семёнов В.Д.
Мишуров В.С. Энергетическая электроника : Методические указания и примеры выполнения курсового проекта / В.С. Мишуров. — Томск : Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2010. — 148 с
Ó Мишуров В.С., 2010 Ó ТУСУР, 2010 Содержание
Введение. 5 1 Требования к оформлению курсового проекта. 7 1.1 Титульный лист. 7 1.2 Реферат. 7 1.3 Техническое задание на проектирование. 8 1.4 Содержание проекта. 11 1.5 Введение. 11 1.6 Основная часть. 11 1.7 Заключение. 12 1.8 Список использованных источников. 13 1.9 Приложения. 13 1.10 Требования к тексту расчетно-пояснительной записки. 13 1.11 Требования к оформлению графической части проекта. 15 2 Основные положения проектирования. 17 2.1 Назначение основных блоков СГЭП и их реализация. 20 2.2 Описание работы СГЭП по структурной схеме. 26 2.3 Расчет основных блоков СГЭП.. 27 2.3.1 Расчет входного выпрямителя и фильтра. 27 2.3.2 Выбор и расчет схемы силового инвертора. 33 2.3.3 Расчет силового трансформатора. 47 2.3.4 Расчет выходного фильтра. 49 2.3.5 Расчет параметров аккумуляторной батареи. 51 2.3.6 Расчет разрядного устройства. 52 2.3.7 Расчет зарядного устройства. 59 2.3.8 Расчет усилителей мощности. 72 2.3.9 Схема управления СГЭП.. 76 2.3.10 Блок обратной связи. 81 2.3.11 Блок защиты.. 84 2.3.12 Устройство контроля напряжения питающей сети. 85 2.3.13 Блок питания собственных нужд. 87 Заключение. 90 Список использованных источников. 91 Приложение А (обязательное) Признаки построения силовой части проектируемого объекта. 94 Приложение Б (обязательное) Технические параметры проектируемого объекта. 96 Приложение В (справочное) Ряды номинальных сопротивлений и емкостей. 97 Приложение Г (справочное) Резисторы постоянные. 98 Приложение Д (справочное) Резисторы переменные. 99 Приложение Е (справочное) Конденсаторы.. 100 Приложение Ж (справочное) Дроссели. 104 Приложение К (справочное) Данные обмоточных проводов круглого поперечного сечения. 107 Приложение Л (справочное) Характеристики электротехнической стали 109 Приложение М (справочное) Магнитопроводы из электротехнической стали. 110 Приложение Н (справочное) Магнитопроводы ферритовые. 115 Приложение П (справочное) Транзисторы биполярные. 120 Приложение Р (справочное) Транзисторы полевые. 123 Приложение С (справочное) Диоды.. 125 Приложение Т (справочное) Стабилитроны и стабисторы.. 128 Приложение У (справочное) Тиристоры.. 130 Приложение Ф (справочное) Микросхемы аналоговые. 131 Приложение Х (справочное) Стабилизаторы напряжения серии 142 ЕН.. 135 Приложение Э (справочное) Микросхемы цифровые. 137 Приложение Ю (справочное) Аккумуляторы.. 140 Приложение Я (обязательное) Пример выполнения схемы электрической принципиальной и перечня элементов. 145
Введение
Задачей курсового проекта по дисциплине «Энергетическая электроника» является разработка устройства преобразования параметров электрической энергии на этапе эскизного проектирования без конструкторской проработки. При проектировании преобразователей исходными данными в общем случае могут быть: – параметры входного напряжения; – значения выходного напряжения и тока нагрузки; – пределы плавной или ступенчатой регулировки выходного напряжения; – значение и характер изменения импульсной составляющей тока нагрузки; – нестабильность выходного напряжения; – уровень переменной составляющей постоянного выходного напряжения; – характеристики качества выходного переменного (синусоидального) напряжения; – допустимые нормы превышения выходного напряжения и тока нагрузки; – энергетические показатели; – нормы индустриальных радиопомех; – показатели надежности. Варьированием вышеуказанных данных формируются различные темы проектов. В большинстве случаев питание радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) осуществляется от промышленной сети переменного тока с частотой 50 Гц. Напряжение такой сети регламентируется на уровне 380/220В с допустимыми отклонениями плюс 10 % минус 15 %. В некоторых странах используют сеть переменного тока с частотой 60 Гц. В автономных объектах дизель-генераторы вырабатывают напряжение переменного тока частоты 400 Гц с отклонениями от номинального напряжения в пределах плюс 13 % минус 25 %. В реальных сетях случаются провалы напряжения до нуля, т.е. отключения сети как на короткие промежутки времени (сравнимые с периодом переменного напряжения), так и на сравнительно длительные (секунды, минуты). Большой диапазон изменения входного напряжения при значительном разбросе требуемых уставок выходного напряжения может сказаться на выборе структуры проектируемого устройства, а наличие провалов питания требует использования промежуточных накопителей энергии, в связи с чем, может встать вопрос о необходимости применения систем гарантированного электропитания (СГЭП). В некоторых случаях источником питания может служить сеть постоянного тока. Высокий КПД устройств энергообеспечения РЭА и ЭВМ является одним из основных условий проектирования. Для повышения КПД необходимо применять импульсные методы преобразования параметров электроэнергии. В свою очередь импульсные режимы работы полупроводниковых элементов приводят к генерированию электромагнитных помех, что вынуждает применять специальные меры по обеспечению электромагнитной совместимости (ЭМС). Результатом проектирования является схема электрическая принципиальная устройства, снабженная перечнем элементов. В пояснительной записке должны быть представлены расчеты всех элементов, приведенных на принципиальной схеме. Полностью разработанное устройство должно быть представлено схемой электрической функциональной.
1 Требования к оформлению курсового проекта
Расчетно-пояснительная записка (РПЗ) к курсовому проекту должна отвечать требованиям ГОСТ 2.105-95, методическим указаниям по оформлению технической документации [7,19], раскрывать замысел проекта, содержать описание методов расчетов, сравнение рассматриваемых вариантов, сопровождаться иллюстрациями (графиками, диаграммами, схемами и т.д.), быть выполнена на русском языке и содержать в указанной ниже последовательности следующие структурные элементы: – титульный лист; – реферат; – техническое задание на проектирование; – содержание; – введение; – основная часть проекта; – заключение; – список использованных источников; – приложения.
Титульный лист
Титульный лист должен быть выполнен в соответствии с [19].
Реферат
1.2.1 Реферат, размещенный на отдельном листе, должен содержать: – сведения о количестве листов, иллюстраций, таблиц, использованных источников, приложений, листов графического материала; – перечень ключевых слов; – текст реферата. 1.2.2 Перечень ключевых слов должен включать от 5 до 15 наиболее характерных для РПЗ слов или словосочетаний. Они записываются в именительном падеже прописными буквами в строку через запятые. 1.2.3 Текст реферата должен отражать: – объект разработки; – методы и аппарат расчета; – полученные результаты и их новизну.
1.3 Техническое задание на проектирование
Техническое задание (ТЗ) на проектирование включает разработку устройства преобразования параметров электрической энергии на этапе эскизного проекта. Вариант задается преподавателем. Как пример рассмотрим вариант V = 123. В таблице 1.1 номеру 123 соответствует строка 19 и столбец 5. По номеру строки 19 в приложении А (Признаки построения силовой цепи проектируемого объекта) выбираем: – характер Uвх — переменное (синусоидальное) и постоянное от аккумуляторной батареи (АБ); – вход бестрансформаторный; – наличие трансформаторной развязки (питающая сеть — нагрузка) — есть; – тип преобразователя — двухтактный инвертор; – характер Uвых — переменное; – тип СГЭП — off-line; – тип АБ — FG; – характер нагрузки — активная; – схема силового инвертора — мостовая; – примечание — провал напряжения питающей сети Uвх на 10 мин с интервалом По результатам анализа признаков, приведенных в техническом задании, строится структурная схема силовой цепи. Для построения полной структуры объекта необходимо добавить блоки управления, питания собственных нужд, обратной связи, защиты, синхронизации и т.д. По номеру столбца 5 в приложении Б выбираются необходимые для построенной структуры электрические параметры: ≈ Uс — 127 В; ∆ Uс — (+10), (–15) %, fс — 50 Гц, напряжение АБ (Uвх = 96 В), Iнагр min — 0,1А, Iнагр max — 3 А, ≈ Uвых — 127 В, fвых — 50 Гц, Кн = 3 %.
П р и м е ч а н и е : из технических параметров, содержащихся в приложении Б, выбирать только необходимые для структурной схемы силовой цепи, сформированной по признакам приложения А.
Т а б л и ц а 1.1 — Варианты задания
При наличии избыточных данных в приложении Б, ненужные характеристики не используются. Например, если в техническом задании выходное напряжение переменное (синусоидальное), то для него не нужна такая характеристика, как коэффициент пульсаций, и при постоянном выходном напряжении не нужны признаки, характеризующие качество переменного напряжения — частота выходного напряжения (fвых), коэффициент несинусоидальности (Кн). При питании устройства от источника напряжения постоянного тока АБ не нужны характеристики ≈ Uс, ∆Uс — так как эти параметры определяется типом АБ.
Т а б л и ц а 1.2
Для реализации технического задания необходимо провести расчет параметров и выбор элементов разрабатываемого объекта, а также расчет статической точности замкнутой системы. Примечание: для системы гарантированного электропитания схема управления и другие дополнительные блоки по согласованию с преподавателем могут быть выполнены на функциональном уровне. В таблице 1.2 приведены примерные названия тем курсовых проектов, сформулированные по результатам анализа признаков построения силовых цепей преобразователей.
Содержание проекта
Содержание должно отражать все материалы, представляемые к защите. Введение
Во введении необходимо указать область применения разрабатываемого объекта и целесообразность разработки. Основная часть
Содержание основной части проекта включает в себя анализ технического задания, краткий обзор технической литературы, содержащий описание структурных или функциональных схем устройств, подобных разрабатываемому объекту, и описание работы проектируемого устройства по предложенной структуре с перечислением блоков и узлов, входящих в его состав. На этапе предварительного проектирования по известным параметрам питающей сети и выходным параметрам разработанной структурной (функциональной) схемы производится ориентировочный расчет токов и напряжений во всех цепях преобразователя. При этом необходимо приближенно задаться потерями в элементах. На основании проведенных расчетов произвести ориентировочный выбор элементов и составить принципиальную схему. На этапе уточненного проектирования необходимо произвести точное определение мгновенных, эффективных или средних значений токов и напряжений на элементах схемы, коэффициентов пульсаций и других необходимых параметров. Определение указанных величин можно проводить с использованием схем замещения, математических моделей и расчетом их на ЭВМ. По результатам уточненного расчета произвести выбор всех элементов, как силовой части, так и схемы управления, с учетом использования современной элементной базы. Функциональная схема устройства представляет собой набор функциональных частей (узлов) и связи между этими частями. Функциональные части изображаются в виде условных графических обозначений, установленных стандартами ЕСКД. Конечным результатом проектирования устройства является схема электрическая принципиальная, которая представляет собой графический материал проекта, и включенный в приложение к пояснительной записке перечень элементов. В отдельных случаях по предварительному согласованию с преподавателем схема управления может быть выполнена на функциональном уровне. Однако вопросы сопряжения схемы управления с силовой частью (усилители мощности) подлежат обязательной разработке. В обязательном порядке в пояснительной записке должны быть приведены временные диаграммы, поясняющие работу устройства. В пояснительной записке должны быть представлены расчеты и выбор всех элементов, используемых в схеме электрической принципиальной. Обязательным пунктом при проектировании является расчет статической точности устройства. Используемые в расчетах элементов исходные выражения должны быть приведены со всеми необходимыми пояснениями и ссылками на соответствующую литературу. Заключение
Заключение должно содержать краткие выводы по выполненному проекту, оценку полученных результатов, изложенных в проекте. Приложения
1.9.1 Материал, дополняющий основную часть проекта, оформляют в виде приложений. В них приводят графический материал, таблицы, справочный материал и т.д. 1.9.2 Приложения обозначают прописными буквами русского алфавита, начиная с А (за исключением Ё, З, И, О, Ч, Ь, Ы, Ъ), которые приводят после слова «Приложение». 1.9.3 Приложения должны иметь общую с основной частью проекта сквозную нумерацию страниц. Требования к тексту расчетно-пояснительной записки
1.10.1 Расчетно-пояснительная записка (РПЗ) должна быть выполнена [19] в соответствии с требованиями ГОСТ 2.105-95, ГОСТ 1.5-2001, ГОСТ 7.32-2001, как правило на белой бумаге формата А4 по ГОСТ 2.301-68 (210´297 мм) с одной стороны одним из следующих способов: – рукописным — разборчивым почерком, с высотой букв и цифр не менее 2,5 мм тушью, чернилами или пастой синего, фиолетового или черного цвета, с расстоянием между основаниями строк 6—10 мм; – машинописным — через 1,5 интервала. Лента только черного цвета. Формулы должны быть вписаны от руки тушью или черной пастой; – с применением компьютера и принтера: междустрочный интервал — полуторный; шрифт: Times New Roman, кегль 14, цвет — черный. 1.10.2 Иллюстрации, таблицы и распечатки с ЭВМ допускается выполнять на листах формата А3 по ГОСТ 2.301-68, при этом они должны быть сложены на формат А4 «гармоникой» по ГОСТ 2.501-88. 1.10.3 Пояснительная записка должна быть выполнена по формам с основными надписями, установленными ГОСТ 2.106 (пункт 10.1), ГОСТ 2.104-2006. В рамке формы 2 размещается первый (заглавный) лист, а в рамках формы 2а в соответствии с ГОСТ 2.104-2006 — второй и последующие листы записки. 1.10.4 Текст должен быть выполнен с соблюдением размеров полей от края листа: левое — не менее 25 мм, правое — не менее 10 мм, верхнее — не менее 15 мм, нижнее — не менее 20 мм. Абзацный отступ должен быть одинаковым по всему тексту и равен пяти знакам текста. 1.10.5 Фамилии, названия учреждений, организаций, названия изделий, приводятся на языке оригинала. 1.10.6 Титульный лист, реферат и ТЗ должны быть выполнены на бумаге согласно 2.1. В тексте пояснительной записи не допускается: – использовать математический знак (–) перед отрицательными значениями величин. Вместо математического знака (–) следует писать слово «минус»; – употреблять математические знаки без цифр. Перед обозначением параметра дают его пояснение, например: «температура окружающей среды — Т». Значения символов и числовых коэффициентов должны быть приведены непосредственно под формулой и в последовательности, в какой они приведены в формуле, каждый символ с новой строки. Первая строка расшифровки должна начинаться со слова «где» без двоеточия после него. Формулы, на которые имеются ссылки в тексте, должны нумероваться в пределах раздела арабскими цифрами. Номер формулы должен состоять из номера раздела и порядкового номера формулы, разделенные точкой. Ссылки в тексте на номер формулы дают в скобках. Цифровой материал должен быть оформлен в виде таблиц, с заголовком над таблицей посредине в соответствии с чертежом. Таблицы нумеруются в пределах раздела арабскими цифрами. Номер таблицы состоит из номера раздела и порядкового номера таблицы, разделенные точкой. Над правым верхним углом таблицы помещают надпись «Таблица» с указанием номера таблицы. Все иллюстрации именуются рисунками и должны быть выполнены на той же бумаге, что и текст, либо на кальке того же формата, и пронумерованы в пределах раздела. Иллюстрации должны иметь наименование, и, при необходимости, поясняющие данные — под ней. Номер иллюстрации помещают ниже поясняющих данных. На приводимых электрических схемах около каждого элемента указывают его позиционное обозначение и, при необходимости, номинальное значение величины. При ссылке в тексте на используемую литературу следует приводить порядковый номер по списку литературы, заключенный в квадратные скобки и, в необходимых случаях, страницы. Каждое приложение начинают с новой страницы с указанием в верхней части страницы симметрично тексту полужирным шрифтом и его увеличенным размером слова «Приложение».
1.11 Требования к оформлению графической части проекта
1.11.1 Графический материал может выполняться [19, 27]: – неавтоматизированным методом — карандашом, пастой, чернилами или тушью; – автоматизированным методом — с применением графических и печатающих устройств вывода ЭВМ; – цвет изображений — черный на белом фоне. 1.11.2 Схемы и чертежи следует выполнять на форматах, установленных ГОСТ 2.301. Оформление электрических схем должно соответствовать требованиям стандартов ЕСКД. Пример выполнения схемы электрической принципиальной и перечня элементов приведены в Приложении. Обозначение документов на разрабатываемое изделие должно включать в себя в указанной ниже последовательности: – индекс факультета; – двухбуквенную аббревиатуру (курсовой проект — КП); – шестизначную децимальную характеристику разрабатываемого изделия по классификатору; – порядковый номер (в пределах трех цифр); – шифр документа по ГОСТ 2.102-68.
Расчет основных блоков СГЭП
Предварительный расчет блоков и узлов силовых цепей преобразователя (СГЭП) проводится с целью определения электрических параметров всех элементов, составляющих принципиальную электрическую схему преобразователя. Расчет проводится на основе анализа функций, выполняемых тем или иным блоком или узлом, после выбора конкретной схемы их реализации, с учетом их неизвестных характеристик, например, КПД.
Суммарные потери в ключе: Рп = Р VTст + Р VT дин + Р VDст + Р VDдин = 3,0 + 41,5 + 2,2 + 0,55 = = 47,25 Вт. Формирование траектории переключения транзистора, приведенной на рис. 2.12, позволяет значительно уменьшить коммутационные потери мощности и повысить надежность работы инвертора [25].
Рисунок 2.12 — Временная зависимость тока и напряжения ключей инвертора с использованием цепи формирования траектории переключения транзисторов
Уменьшение динамических потерь в транзисторе при включении достигается путем последовательного включения в коллекторную цепь индуктивности, шунтированной обратным диодом с последовательно включенным мощным стабилитроном, ускоряющим процесс вывода энергии из индуктивности. Минимум потерь при включении достигается при выполнении условия [25]:
Выбираем дроссель Д17-1 с параметрами [Приложение Ж]: L = 0,02 мГн; Iп = 25 А; fгр = 100 кГц; R = 0,015 Ом, диод 2Д245А с параметрами [Приложение С]: Uобр = 400 В; Iп = 10 А; fгр = 200 кГц; стабилитрон Д815А с параметрами [Приложение Т]: Ucт = 5,6 В; Iст max = 1,4 А; Р = 5 Вт. Расчетная мощность стабилитрона определяется энергией, накопленной во вспомогательной индуктивности, рассчитывается по выражению:
Для уменьшения динамических потерь в транзисторе при его выключении и защиты его от перенапряжений используют RCD-цепь. Суммарные потери в транзисторе и RCD-цепи зависят от величины емкости конденсатора. При отношении времени заряда конденсатора до напряжения источника питания ко времени выключения транзистора, равном
Выбираем конденсатор [Приложение Е] К78-2 с емкостью С = 5,6 нФ и UСном = 1000 В. Диод, включенный последовательно с конденсатором, выбирается из условий максимального импульсного зарядного тока конденсатора, который равен коллекторному току транзистора, и обратного напряжения, прикладываемого к диоду, равного напряжению источника питания. Выбираем диод 2Д230Б, имеющий характеристики [Приложение С]: Uобр max = 600 В; I имп = 60А; t восст = 0,5 мкс. Сопротивление зарядного резистора выбирается из условия ограничения тока заряда конденсаторов RCD-цепей на уровне максимально допустимого импульсного коллекторного тока транзистора при коммутации ключей стойки инвертора, работающей на повышенной частоте в режиме х.х. при максимальном напряжении питающей сети. Однако в данной схеме этот ток ограничивается индуктивностью, установленной последовательно с транзистором, на уровне тока нагрузки, следовательно, зарядный резистор не нужен. Разряд конденсатора RCD-цепи осуществляется при открытом транзисторе, относительная длительность включенного состояния которого определяется, как
Конденсатор RCD-цепи в этом случае дозаряжается до напряжения источника питания. Сопротивление разрядного резистора определяется выражением:
Расчетная мощность разрядного резистора:
Выбираем резистор ОМЛТ-2 — 1,8 кОм [Приложение Г]. Динамические потери в транзисторах с цепями формирования траектории рабочей точки находим из выражения [25]:
где Мощность потерь по цепи управления транзистора незначительна, и ею можно пренебречь. Суммарные потери в ключе: Рп = Р VT ст + Р VT дин + Р VD ст + Р VD дин = 2,5 + 7,5 + 2,2 + 0,8 = = 13 Вт. Инвертор на полевых (MOSFET) транзисторах типа IRFB 17 N 50 L имеет потери значительно меньшие, чем инвертор на биполярных транзисторах, а, следовательно, его КПД выше. Максимальный ток затвора, который должен обеспечить выходной каскад усилителя мощности при включении транзистора(MOSFET) типа IRFB 17 N 50 L, определяется выражением [32]:
где Расчет потерь в инверторе на (IG В T) транзисторах типа IRG 4 BC 30 U с характеристиками [32]: UCES = 600 B, IC = 12 A, tr(on) = 20 нС , td(on) = 13 нС , tr(off) = 140 нС td(off) = 180 нС , С ies = 1100 пФ. Статические потери в инверторе на (IG В T) транзисторах определяются аналогично инвертору на биполярных транзисторах [29]:
Для определения динамически потерь используем выражение [29]:
Потери в обратных диодах ключей аналогичны потерям на диодах в ключах на биполярных транзисторах. Суммарные потери в ключе: Рп = Р VT ст + Р VT дин + Р VD ст + Р VD дин = 1,9 + 5,3 + 2,2 + 0,8 = = 10,2 Вт. Таким образом, и инвертор на IG В T транзисторах имеет более высокий КПД. Максимальный ток затвора, который должен обеспечить выходной каскад усилителя мощности при включении транзистора (IGBT) типа IRG 4 BC 30 U, определяется выражением [32]:
где
Расчет выходного фильтра
Определившись с видом модуляции, реализуемой силовым инвертором (однополярная, многократная по синусоидальному закону широтно-импульсного регулирования [11]), рассчитаем параметры выходного фильтра. Частота ближайшей искажающей гармоники [15]: fmin = (2 q – 3) fвых = (2 где Коэффициент гармоник выходного напряжения [15]:
где ωвых = 2 π fвых, ω0 — резонансная (собственная) частота фильтра.
Отсюда резонансная частота фильтра:
отсюда Емкостное сопротивление конденсатора фильтра на частоте первой гармоники пульсации fmin = 19850 Гц должно быть много меньше, чем Отсюда
Выбираем конденсатор [Приложение Е] К73-16-2,2 мкФ —160 В. Находим индуктивность фильтра:
Выбираем два последовательно включенных дросселя Д13-22 c параметрами [Приложение Ж]: L = 0,08мГн; I п = 8А; R обм = 0,025Ом; f = 100 кГц. Резонансная частота фильтра: Расчет зарядного устройства
Правильный заряд аккумуляторной батареи [5] является одним из наиболее важных условий, позволяющих обеспечить длительный срок их службы. Важно правильно спроектировать зарядное устройство, чтобы обеспечить оптимальный режим заряда батареи для восстановления номинальной емкости, определяющей количество электричества, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор. Заряд аккумуляторной батареи, как правило, осуществляется в две ступени. На первой ступени рекомендуется заряжать аккумулятор неизменным по значению током Iзар ≤ 0,25С. При этом аккумулятор получает основную часть энергии, в пределах 95 %. Зарядка аккумулятора на второй ступени происходит при стабильном напряжении. Этот режим обычно называют режимом подзаряда и используют для компенсации уменьшения емкости аккумулятора, вызванного токами саморазряда. На рис. 2.18 приведена функциональная схема зарядного устройства, силовая цепь которого выполнена на базе непосредственного преобразователя постоянного напряжения НПН понижающего типа [6,12,15,23]. Регулирование выходного напряжения в нем осуществляется за счет изменения относительной длительности открытого состояния силового транзистора при использовании широтно-импульсного регулирования.
Рисунок 2.18 — Зарядное устройство
Исходными данными для расчета зарядного устройства являются входное напряжение, выходные напряжение, ток и характеристики АБ. Используем в качестве питающего выпрямленное напряжение основного канала. Заряд аккумуляторной батареи может осуществляться только при условии, что напряжение питающей сети находится в допустимом диапазоне Uc = Uном
где (2,4 m = 6 — количество элементов в секции; n = 9 — количество секций в батарее. Примем UЗУвых max = 2,4 Для выбора величины тока заряда АБ необходимо знать не только емкость АБ, но и интервалы времени между аварийными режимами (время, предоставленное для восстановления необходимой емкости АБ). Статистические данные выхода напряжения сети переменного тока за допустимые пределы — (1÷2) раза в сутки. В этом случае для восстановления емкости АБ зарядный ток можно выбрать равным 0,2СН = 1,3А. Это не приведет к большой перегрузке входного выпрямителя СГЭП и не потребует перерасчета его параметров. На рис. 2.19 приведены диаграммы токов и напряжений, поясняющие работу зарядного устройства. На интервале времени t1 транзистор VT открыт, и под воздействием разности входного напряжения и напряжения АБ ток дросселя нарастает по линейному закону:
где ILmin — ток, протекающий через дроссель в момент включения транзистора.
Рисунок 2.19 — Временные диаграммы НПН понижающего типа
В момент времени t1 (рис. 2.19) транзистор выключается, включается диод, через который протекает спадающий ток дросселя IL, а на дросселе наводится напряжение обратной полярности, равное UАБ, и ток в нем спадает по линейному закону:
где I Lmax — ток в момент выключения транзистора. В момент времени t2 транзистор снова включается, и процессы повторяются. Для расчета параметров и выбора элементов силовой цепи зарядного устройства необходимо определить диапазон изменения относительной длительности открытого состояния транзистора.
Для выбора величины индуктивности дросселя, кроме величины γmin, необходимо определиться с амплитудой пульсаций зарядного тока. Так как АБ не предъявляет особых требований к форме зарядного тока, то выберем величину пульсаций произвольно — допустим 10 %. Определим величину индуктивности по выражению [12]:
Соединим последовательно четыре дросселя Д13-19 с параметрами [Приложение Ж]: L = 6 мГн; Iподм = 1 А; R = 0,225 Ом; ∆Uпер = 135 В при последовательном соединении двух обмоток дросселя. Максимальное напряжение, прикладываемое к транзистору, определяется наибольшим выпрямленным напряжением U VT max = = Ud m ax = 341 В. Ток, протекающий через транзистор, равен току заряда АБ I = 1,3А. Выбираем транзистор 2П938А с параметрами [Приложение Р]: UСИ = 500B; I C = 15 А; R CИ = 0,07 Ом; ß = 20; t вкл = tвыкл = 1,1 мкс (этот транзистор выбран с целью уменьшения номенклатуры используемых комплектующих). Статические потери в транзисторе: Рст = (Ic γmax)2 RCИ = (1,3 Используя линейную апроксимацию временной зависимости тока и напряжения в режиме переключения транзистора, определим динамические потери в нем по выражению [12]:
Суммарные потери мощности на транзисторе РΣ = РСТ + РДИН = 1,57 Вт не требуют установки транзистора на радиатор. Среднее значение тока, протекающего по диоду, равно: IVD ср = IЗ(1 – γmin) = 1,3 (1 – 0,24) = 1 А. Выбираем диод 2Д245А с параметрами [Приложение C]: UVD обр max = 400 В; IVD = 10 А; Tвыкл = 0,07 мкс. Для ограничения сквозного тока, протекающего через диод при включении транзистора за время восстановления запирающих свойств диода, устанавливают балластный (ограничительный) дроссель L2, индуктивность которого определяют по выражению:
Выбираем дроссель Д18-4В с параметрами [Приложение Ж]: L = 0,0315 мГн; Iп = 0,5 А; Rобм = 0,085 Ом; f = 100 кГц. Сопряжение цепи управления силовым ключом зарядного устройства с выходом схемы управления, приведенной на рис. 2.20, требует обеспечения гальванической развязки и согласования управляющего сигнала по мощности. Схема управления формирует импульсы необходимой длительности, обеспечивая работу силовой цепи в режимах стабилизации либо напряжения, либо тока по сигналам обратной связи, в зависимости от напряжения на АБ. Отрицательные обратные связи по току или по напряжению не должны работать одновременно, так как будут мешать одна другой. При напряжении АБ ниже номинального (АБ разряжена) зарядное устройство должно работать в режиме стабилизации выходного тока. При этом диод VD4 закрыт более положительным напряжением по отношению к выходному напряжению DA2 и обратная связь по напряжению отключена. Компаратор DA4 сравнивает напряжение сигнала ошибки по току, поступающее с выхода усилителя DA2 через усилитель рассогласования ошибки DA3 на его инвертирующий вход с развертывающим пилообразным напряжением, формируемым схемой управления силовым инвертором. Широтно-импульсный сигнал с выхода компаратора подается через логические элементы DD1 при разрешающем сигнале Uпуск на вход усилителя мощности, выполненного на транзисторе VT2. По мере заряда АБ напряжение на батарее возрастает до максимального и включается в работу обратная связь по напряжению (открывается диод VD3, запирается VD4), зарядное устройство при этом стабилизирует выходное напряжение. Задающее напряжение ОС по напряжению, поступающее с резистора R15, ограничивает длительность ширины импульса на входе усилителя мощности на уровне γmax = 0,6, удовлетворяющей требуемому диапазону изменения относительной длительности открытого состояния силового транзистора (0,24<γ<0,59) и обеспечивая работу трансформатора УМ без замагничивания сердечника (ток намагничивания спадает до нуля) при условии, что выполняется соотношение [4,15,17,21]:
из которого определится, что соотношение витков первичной обмотки и обмотки размагничивания должно удовлетворять условию
где W1 — число витков первичной обмотки трансформатора усилителя мощности; W2 — число витков обмотки размагничивания.
Рисунок 2.20 — Схема зарядного устройства
По напряжению транзистор VT2 выбирается из условия:
где UП = 15 В — напряжение питания усилителя мощности, поступающее с выхода блока питания собственных нужд; КЗ = 0,7 — коэффициент загрузки транзистора по напряжению. Максимальный коллекторный ток транзистора находится по выражению:
где UWу = 5 В — напряжение на обмотке Wу. По рассчитанным параметрам выбираем транзистор 2Т630В с характеристиками [Приложение П]: U КЭдоп = 150 В; I К = 1А; ß min = 40, Базовый ток транзистора VT2:
где Кнас — степень насыщения транзистора, работающего в ключевом режиме, принимаем равной 1,1. Сопротивление резистора
где Uп — напряжение питания. Выбираем резистор С2-13-0,25 [Приложение Г]. Ток, потребляемый от источника питания по цепи + 5 В, определяется током микросхемы DD1 и не превышает единиц миллиампер, по цепи +15В — не более 25 мА; по цепи –15В — не более 15 мА. Система стабилизации выходных параметров характеризуется неизменностью задающего воздействия. Задача такой системы — поддержание с допустимой ошибкой выходной величины при наличии возмущающих воздействий. В зарядном устройстве таковыми являются входное (питающее) напряжение и выходной ток. Для обеспечения статической точности поддержания зарядного тока или выходного напряжения ЗУ в режимах стабилизации соответствующих величин необходимо синтезировать структурную схему ЗУ как системы автоматического управления (САУ). Структурная схема САУ является графическим отображением математической модели, описывающей режимы ее работы. Динамические режимы исследуются по передаточным функциям структуры, статические — по частным случаям этих передаточных функций, когда оператор Р равен нулю. Структурная схема ЗУ, как системы автоматического управления [26], в замкнутом состоянии с обратными связями по току и напряжению приведена на рис. 2.21.
Рисунок 2.21 — Структурная схема ЗУ
Статический режим работы зарядного устройства при замыкании обратной связи (ОС) по току (рис. 2.22), описывается выражением:
Рисунок 2.22 — Структурная схема ЗУ с обратной связью по току
где К2; К3 — коэффициенты усиления усилителей DA2, DA3; Ud — напряжение питания зарядного устройства, изменяется в пределах от 170 В до 341 В; UАБ — напряжение аккумуляторной батареи (UАБmin = 73,5 В, UАбmax = 84 В) [Приложение Ю];
rАБ » 2 Ом — внутреннее сопротивление АБ (для кислотных аккумуляторов Высокой точности поддержания зарядного тока не требуется, поэтому зададимся D IЗ = 0,1IЗ = 0,04 А. Нестабильность зарядного тока определится выражением:
Амплитуды пульсаций зарядного тока при разряженной и заряженной АБ будут различными, и наибольшая амплитуда будет наблюдаться при UАбmin, поэтому расчет будем вести на минимальное напряжение АБ. При заданном уровне пульсаций зарядного тока задача сводится к нахождению К2К3 (коэффициентов усиления сигнала ошибки), необходимых для обеспечения заданной точности. Разрешив выше приведенное выражение относительно К1К3, найдем их произведение К1К3 = 3. Поддержание выходного напряжения ЗУ, работающего в режиме подзаряда АБ, с заданной точностью обеспечивается обратной связью по напряжению. Структурная схема замкнутой САУ по напряжению представлена на рис. 2.23. Уравнение, описывающее статический режим работы замкнутой системы, имеет вид:
где К3 — коэффициент передачи усилителя DA3; Косн » 0,02 — коэффициент передачи звена обратной связи по напряжению.
Рисунок 2.23 — Структурная схема ЗУ с обратной связью по напряжению
Возмущающими воздействиями, приводящими к отклонению выходного напряжения, являются изменение входного напряжения ЗУ в пределах от минимального до максимального и изменение зарядного тока, компенсирующего ток саморазряда АБ. Ток саморазряда АБ незначителен, и им можно пренебречь, не внеся при этом существенных погрешностей в расчеты. Нестабильность выходного напряжения, вызванная изменением входного напряжения, имеет вид:
Задавшись нестабильностью выходного напряжения в (3 Задавшись К3 = 2, получим К1 = 5, а К2 = 1,5. Расчет усилителей мощности
Сопряжение цепей управления ключами инвертора с низковольтным логическим выходом схемы управления требует обеспечения гальванической развязки и согласования управляющих сигналов по мощности. Гальваническая развязка может быть обеспечена как оптоэлектронными приборами, так трансформаторами. Одно из достоинств оптоэлектронной развязки — технологичность, но при этом имеется ряд недостатков: – низкий КПД передачи сигнала; – необходимость в дополнительных, гальванически развязанных источниках питания. Проще эта задача решается при использовании трансформаторов. Основным недостатком этого решения является наличие моточных изделий. Кроме того, для формирования низкочастотной огибающей выходного напряжения трансформатор усилителя мощности должен быть спроектирован на низкую частоту, а работать должен на частоте преобразования, т.е. повышенной частоте, что приводит к затруднениям в формировании фронтов управляющих импульсов. Для управления биполярными транзисторами ключей инвертора воспользуемся схемой, приведенной на рис. 2.24.
Рисунок 2.24 — Усилитель мощности с оптоэлектронной развязкой Такой усилитель обеспечивает активное выключение транзистора по управляющему входу, а также позволяет задавать необходимую степень насыщения транзистора, обеспечивая при этом хорошие динамические характеристики ключа. Работа силового транзистора в ключевом режиме предполагает два состояния. Первое — транзистор выключен, при этом к его базо-эмит-терному переходу приложено запирающее напряжение отрицательного источника (–UП) за вычетом прямого падения напряжения ∆UЭК открытого транзистора VT3, и это напряжение не должно превышать уровень, предельно допустимый для базо-эмиттерного перехода силового транзистора, т.е. должно соблюдаться условие: UП2 – ∆U VT3 ≤ UЭБдоп = 5 В. Выбираем напряжение источников питания UП1 = UП2 = 5 В. Импульсный ток, протекающий по коллекторной цепи транзистора VT3, определяется максимально необходимым базовым током силового транзистора инвертора:
где Кнас = 1,1 — степень насыщения транзистора инвертора, работающего в ключевом режиме (задаемся сами). В качестве VT3 выбираем транзистор 2Т830А с параметрами [Приложение П]: UКЭ = 30 В; UБЭ = 5 В; IК = 2А; βmin = 25; ∆UКЭ нас ≤ 0,6 В; ∆UБЭ нас ≤ 1,3 В. Сопротивление резистора R6:
Выбираем резистор МЛТ-1 — 5,1Ом ±10 %. При выключенном транзисторе, напряжение на его коллекторе велико, следовательно, заперт диод VD3 и к нему приложено напряжение, определяемое максимальным входным напряжением инвертора 341В. Выбираем диод 2Д204А с параметрами [Приложение С]: IVDmax = 0,4 А; U VD обр max = 400 В; U VD пр = 1,4 В; f = 50 кГц. Второе состояние — силовой транзистор открыт. Базовый ток протекает по цепи: плюс источника UП1, R5, коллектор-эмиттер VT2, база-эмиттер силового транзистора, общая точка (земля) источников питания данного усилителя мощности. Допустимый коллекторный ток транзистора VT2 должен быть больше 0,6А. Максимальное допустимое напряжение UVT2 должно быть не меньше напряжения UП1 = 5 В. Выбираем транзистор 2Т630А с параметрами [Приложение П]: UКЭ = 120 В; UБЭ = 7 В; IК = 1А; βmin = 40; ∆UКЭ нас = 0,3 В; ∆UБЭ нас = 1,1 В. Сопротивление резистора R 5:
где ∆UБЭ тр.и = 1,5 В — падение напряжения на базо-эмиттерном переходе транзистора инвертора; IБтр.и = 0,6А — базовый ток транзистора инвертора. Мощность, рассеиваемая резистором R5: PR5 = I 2 Б тр . и γ R5 = 0,6 2 где γ = 0,5 — относительная длительность управляющего импульса по низкой частоте. Выбираем резистор [Приложение Г] МЛТ-2 — 6,2 Ом±10 %. Сопротивление резистора R7 рекомендуется выбирать для мощных биполярных транзисторов 10 Ом. Выбираем резистoр С2-13-0,5 — 10 Ом±10 % [Приложение Г]. Коллекторный ток транзистора VT1 равен базовому току транзистора VT2:
Сопротивление резистора R4:
Выбираем резистор [Приложение Г] С2-13-0,5 — 220 Ом±10 %. Для обеспечения гальванической развязки цепи управления с силовой цепью инвертора используем оптопару диод-диод 3ОД-121 с параметрами [32]: Uвх = 1,7 В; К пер = 1,0 %; Uвх обр = 5 В; Uвых обр = 20 В; I вх = 10 мА; Uизол = 500 В.
Для согласования выходного тока оптопары с базовым током транзистора VT2 необходим усилительный каскад с коэффициентом усиления: для этого выбираем транзистор КТ973Б с параметрами [32]: UКЭ = 45 В; UБЭ = 5 В; IК = 4А; βmin = 750; ∆UКЭ нас = 1,5 В; ∆UБЭ нас = 2,5 В. Сопротивление резистора R3:
Выбираем резистор С2-13-05 — 43Ом±10 % [Приложение Г]. Резистор R2, шунтирующий базо-эмиттерный переход транзистора КТ973Б выбирается равным 1 кОм. Для ускорения переходных процессов, возникающих при переключении силового транзистора, используют форсирующую емкость, шунтирующую резистор R3. Емкость обычно составляет примерно сотни или тысячи пикофарад. Выбираем в качестве С1 конденсатор КМ-5-Н30 — 1500 пФ [Приложение Е]. Для усилителей мощности четырех силовых ключей необходимо иметь четыре источника +5 В по 0,5 А каждый и четыре источника –5 В по 0,25 А каждый. Такой усилитель мощности обеспечивает гальваническую развязку цепи управления и силовой цепи, хорошую динамику, но при этом требуется многоканальный источник питания, что является большим недостатком. Целесообразнее для этих целей использовать интегральные драйверы, которые подключаются к низковольтному источнику питания и обеспечивают управление затвором IGBT и МОП-транзисторов стоек инвертора с одновременной защитой от высокого напряжения. Для управления (IGBT) ключами стойки силового инвертора с напряжением питания Udmax = 341 В выбираем драйвер IR 2112 (рис. 2.25) с характеристиками [32]: Uout = (10 ¸ 20) В ; Uoffset = 600 B, I0+ = 0,2A, I0– = 0,42 A, ton / off = 125/105 нс.
Рисунок 2.25 — Схема подключения драйвера IR2112
Недостаток такого усилителя — отсутствие гальванической развязки цепи управления с силовой частью. Для управления ключами, выполненными на основе полевых (MOSFET ) транзисторов типа IRFB 17 N 50 L требуется драйвер с большими выходными импульсными токами (до 0,9А). Можно воспользоваться, например, высоковольтным драйвером IRS 21844 c токами I 0+ = 1,9 A , I 0– = 2,3 A .
Схема управления СГЭП
Функциональная схема управления силовым инвертором представлена на рис. 2.26, где: ВЧГ — высокочастотный генератор, определяющий частоту преобразования f пр = 10кГц; ГПН — генератор пилообразного напряжения частоты преобразования; ШИМ — широтно-импульсный модулятор; ФКП — формирователь коммутационных пауз в сигналах управления ключами силового инвертора; РИ — распределитель импульсов управления ключами высокочастотной и низкочастотной стоек силового инвертора; ГСН — генератор синусоидального напряжения выходной частоты инвертора; УР — усилитель рассогласования сигнала ошибки, обеспечивающий заданную статическую точность поддержания выходного напряжения; КЗ — корректирующее звено, обеспечивающее устойчивость замкнутой САР.
Рисунок 2.26 — Функциональная схема управления инвертором
а) Работа схемы управления инвертором по функциональной схеме
Последовательность прямоугольных импульсов частоты 10кГц с выхода задающего генератора поступает на вход генератора пилообразного напряжения, на выходе которого формируется линейно-нарастающее напряжение, поступающее на один из входов широтно-импульсного модулятора, на второй вход которого приходит напряжение сигнала ошибки, согласованное с уровнем пилообразного напряжения. Сигнал ошибки формируется на выходе сумматора, на прямой вход которого подается опорное синусоидальное напряжение частоты 50 Гц, а на инвертирующий вход поступает согласованное по уровню напряжение обратной связи с выхода инвертора. На выходе широтно-импульсного модулятора формируется импульсная последовательность с изменяемой по синусоидальному закону длительностью импульсов, поступающих на вход формирователя коммутационных пауз и один из входов распределителя импульсов. С выхода формирователя коммутационных пауз импульсы, обеспечивающие задержку включения очередных (открывающихся) ключей инвертора на время, пока полностью не закроются выключающиеся ключи, поступают на второй вход распределителя импульсов. На третий вход распределителя импульсов поступает низкочастотный сигнал с выхода генератора синусоидального напряжения для формирования сигналов управления ключами низкочастотной стойки инвертора. На четвертый вход распределителя импульсов подается сигнал с выхода блока защиты, снимающий управление со всех ключей инвертора в случае нештатной (аварийной) ситуации. Схема управления силового инвертора может быть реализована: – в аналоговом виде с использованием дискретных полупроводникoвых элементов; – в цифровом виде; – комбинированной — с использованием аналоговых и цифровых микросхем; – на базе микропроцессоров. Схема управления электрическая принципиальная в цифровом виде приведена на рис. 2.27. С выхода генератора, реализованного на микросхеме DD1, высокочастотный сигнал поступает на вход 1 счетчика DD2, формирующего нарастающий код (цифровой аналог пилообразного напряжения), синхронный аналоговый сигнал которого снимается с выхода цифро-аналогового преобразователя DA1 и подается на зарядное и разрядное устройства.
Рисунок 2.27 — Цифровая схема управления Счетчик DD7 формирует код, пропорциональный фазе требуемого синусоидального напряжения. В ПЗУ на микросхеме DD8 зашита программа, реализующая функцию умножения синусоидального напряжения на коэффициент К, пропорциональный среднему значению выходного напряжения силового инвертора, поступающий с выхода аналого-цифрового преобразователя DA2 через регистр DD10. В ПЗУ (микросхема DD3) зашита программа, реализующая функцию цифрового компаратора, формирующая на выходе широтно-импульсную последовательность в соответствии с кодом выхода регистра DD9, пропорциональным синуидальному напряжению. На выходах регистра DD4 сформированы поступающие на первые входы микросхем DD5 противотактные импульсные последовательности «ШИМ» и «НЕ-ШИМ» с учетом коммутационных пауз, необходимых для формирования траектории переключения ключей с малыми динамическими потерями. Импульсные последовательности с выходов логических элементов «И-НЕ» микросхем DD5, на вторые входы которых поступает сигнал разрешения от схемы защиты, передаются через микросхему DD6 на блок усилителей мощности. Аналогично организовано и управление ключами низкочастотной стойки силового инвертора импульсными последовательностями «UНЧ» и «НЕ-UНЧ» частоты выходного напряжения, формируемыми на выходах микросхемы DD6. Схема управления силовым инвертором может быть реализована в аналоговом виде, при этом могут быть использованы различные варианты реализации узлов (высокочастотный генератор, ГПН, ШИМ и т.д.), входящих в управление, подробно рассмотренные в ранее изучаемых дисциплинах. Ток, потребляемый схемой управления от источника питания собственных нужд, по цепи +5 В не превышает 2 А, по цепи +15 В не более 500 мА, по цепи –15 В не более 200 мА. Вопрос формирования опорных напряжений для цифро-аналогового и аналогово-цифрового преобразователей в данной работе не рассматривается.
Блок обратной связи
Задача блока обратной связи при выбранной схеме управления заключается в преобразовании выходного переменного напряжения частоты 50 Гц в постоянное согласованное со схемой управления по уровню напряжение. Для этого необходимо выходное напряжение инвертора понизить до приемлемого уровня (с помощью дополнительной обмотки на силовом трансформаторе), выпрямить это напряжение и выделить его среднее значение. Принципиальная электрическая схема блока обратной связи приведена на рис. 2.28. Выходное напряжение СГЭП, пониженное до уровня (2÷3) В, поступает на вход прецизионного выпрямителя, выполненного на операционных усилителях DA1, DA2 и диодах VD1, VD2, включенных в цепь обратной связи усилителя DA1. С помощью интегратора DA3 выделяется среднее значение выпрямленного напряжения за полупериод напряжения питающей сети и через ключ VT2 в конце каждого полупериода частоты измеряемого переменного напряжения передается в ячейку памяти С6, и далее через неинвертирующий усилитель DA4 c необходимым коэффициентом усиления передается на схему управления. После передачи информации в ячейку памяти интегратор обнуляется с помощью включения на короткое время транзистора VT1. При изменении выходного напряжения силового инвертора под воздействием дестабилизирующих факторов на выходе микросхемы DA4 формируется ступенчато-постоянное напряжение. На рис. 2.29 приведены диаграммы напряжений, поясняющие работу блока обратной связи. Ток, потребляемый схемой обратной связи от источника питания собственных нужд по цепям 15 В, не превышает 100 мА.
Рисунок 2.28 — Схема обратной связи
Рисунок 2.29 — Временные диаграммы схемы ОС
Блок защиты Защиту основных узлов СГЭП от перегрузки по току нагрузки на уровне 1,2Iном выполняет схема защиты снятием управления с ключей инвертора. Для этого в выходную цепь силового канала установлен датчик тока нагрузки, который может быть выполнен на основе токовых шунтов, трансформаторов тока или других элементов. В данном случае используем трансформатор тока, так как он обеспечивает гальваническую развязку силовой цепи переменного тока высокого напряжения с низковольтной цепью схемы управления. Схема блока защиты приведена на рис. 2.30.
Рисунок 2.30 — Блок защиты
Схема работает следующим образом. При нажатии кнопки S1 на вход 5 микросхемы DD1 поступает сигнал логического нуля и на его выходе 6 формируется сигнал логической единицы, разрешающий подачу сигналов управления на управляющие входы силового инвертора. Если ток нагрузки не превышает допустимых пределов 1,2IНОМ, то напряжение на входе 3 компаратора DA1 меньше, чем на неинвертирующем входе 2, а на выходе 7 компаратора DA1 поддерживается сигнал логической единицы. При увеличении тока нагрузки выше 1,2IНОМ на выходе 6 компаратора появляется логический нуль и RS-триггер, реализованный на элементах 2И-НЕ микросхемы DD1, формирует на выходе сигнал логического нуля, прекращающего подачу импульсов управления на управляющие входы силового инвертора. Повторный запуск осуществляется путем нажатия кнопки S1 после устранения причины, вызвавшей увеличение тока нагрузки. Расчет трансформатора, выполняющего роль датчика тока, производится по известным методикам. Ток, потребляемый схемой защиты от источника питания собственных нужд по цепям + 5 В и + 15 В, не превышает 10 мА.
Заключение В рассматриваемом варианте проектирования системы гарантированного электропитания (СГЭП) основное внимание было уделено расчёту параметров и выбору элементов силовых цепей устройства. Эти вопросы и их решение являются наиболее общими при проектировании практически любого устройства. В каждом конкретном случае могут быть включены различные дополнительные требования, например, вопросы электромагнитной совместимости, уменьшения массы и габаритов устройства, контроля и индикации о состоянии отдельных блоков или узлов устройства и т.д. Ввиду многообразия вариантов решения этих вопросов в данном случае они не рассматриваются. Резисторы переменные
Конденсаторы керамические
Конденсаторы К73-16 с металлизированными обкладками и пленочным полиэтилентерефталатным диэлектриком, непропитанные
Предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и пульсирующего токов и в импульсных режимах c частотой до 105 Гц. Данные в таблице приведены для частоты 1 кГц.
Конденсаторы К78-2
DС = ±5 %; ±10 %; ±20 %; по конструктивному исполнению.
Конденсаторы К50-6 и К50-15 алюминиевые оксидно-электролитические (полярные)
Конденсаторы К50-20 и К50-29 алюминиевые оксидно-электролитические (полярные)
Примечание: для конденсаторов К50-6, К50-15, К50-20, К50-29 допустимые напряжения переменной составляющей пульсации на частотах до 1000 Гц включительно вычисляются по формуле
Дроссели на рабочие частоты до 5 кГц
Lобм, Гн — индуктивность при номинальном токе; Iп, A — номинальный ток подмагничивания; Rобм, Ом — сопротивление обмотки дросселя. Дроссели Д201÷Д274 имеют две идентичные обмотки, но приведены данные при использовании одной обмотки.
Поперечного сечения
Характеристики тиристоров
Микросхемы аналоговые Микросхемы цифровые
Выводы 14 микросхем 1533 (ЛА, ЛЕ, ЛИ, ЛН, ЛП, ТЛ2, ТМ2), выводы 16 микросхем ТВ15, ТМ8, ТР2, АГ3, ИЕ6, 7, 9, 10, ИД4, 7, вывод 5 микросхемы ИЕ2 ,вывод 24 микросхемы ИД3 подключить к шине питания +5 В, а выводы 7 микросхем (ЛА, ЛЕ, ЛИ, ЛН, ЛП, ТЛ2, ТМ2), выводы 8 микросхем ТВ15, ТМ8, ТР2, АГ3, ИЕ6, 7, 9, 10, ИД4, 7, вывод 10 микросхемы ИЕ2, вывод 12 микросхемы ИД3 подключить к шине питания «общий».
Аккумуляторов
Разрядные характеристики никель-кадмиевых АБ ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-10; Просмотров: 330; Нарушение авторского права страницы
5 час.
Uвых — (+3), (–3) %,
, наблюдается минимум динамических потерь, и величина емкости конденсатора определяется из соотношения:
.
. При многократной модуляции с широтно-импульсным регулированием по синусоидальному закону относительная длительность открытого состояния ключей высокочастотной стойки инвертора изменяется в диапазоне от 0 до 1. При γ, изменяющейся в диапазоне от 0 до 0,5, времени для разряда конденсатора может быть недостаточно, но и ток, протекающий через транзистор, меньше, чем 0,5 Iнmax, так как cos φ = 0,87, т.е. близок к единице, и перенапряжение на транзисторе в этом случае невелико (меньше напряжения питающей сети) и определяется по выражению:
— отношение времени заряда конденсатора к времени выключения транзистора (времени нарастания тока в дросселе к времени включения транзистора).
= 2 Uпит УМ = 30 В.
= 0,8 В , 
= 0,05 Ом ,
где t вкл = t выкл = 200х10–9 с — время переключения силового транзистора (задаемся самостоятельно, но не менее чем td ( on ) = 13 нс и td ( off ) = 180 нс).
= 2 U пит УМ = 30 В.
200 – 3) 50 = 19850 Гц,
— кратность квантования при частоте fм = 10 кГц.
— относительная частота,
— сопротивление нагрузки, приведенное к напряжению первичной обмотки трансформатора.
%. В этом случае минимальное выпрямленное напряжение Udmin = 170 В, а максимальное — Udmax = 1,1Udmin / 0,85 = 311 В. Выходные параметры зарядного устройства определяются параметрами АБ. Выходное напряжение зарядного устройства для заряда АБ типа FG20651 [Приложение Ю] c номинальным напряжением U АБ = 12х7 = 84 В и емкостью СН = 6,5 АЧ, работающей в цикличном режиме, определяется по выражению [12]:
,
2,45) В — максимальное напряжение на элементе АБ;
6 
0,59) 2 
,
= 1 В.
— напряжение задатчика по току, принятое из соображений, что при Uр = 5 В (амплитуда развертывающего напряжения) необходимо обеспечить g £ 0,6;
для щелочных — 
);
— коэффициент передачи звена обратной связи по току.
5) %, получим D Uвых » 4 В, и, разрешив выражение относительно К1К3, найдем К1К3 » 10.
0,5 
Приложение Е (справочное)
, а при частотах свыше 1000 Гц по формуле 
, где Um50 — допустимая пульсация на частоте 50 Гц. 
