--PAGE_BREAK--1. Расчет схемы управляемого выпрямителя 1.1 Выбор схемы и расчет основных параметров выпрямителя
В соответствии с заданием принимаем схему двенадцатипульсного составного управляемого выпрямителя с параллельным включением вентилей.
Рис.1.1 — Двенадцатипульсный составной управляемый выпрямитель с параллельным включением вентилей
В начале расчет проводим в неуправляемом режиме, т.е. при . В связи с тем, что напряжение сети может колебаться в пределах , определим величины выпрямленных напряжений на нагрузке:
где выпрямленное напряжение на нагрузке при нормальном напряжении сети;
выпрямленное напряжение при повышенном напряжении сети.
Из прил.2 определяем:
— максимальное обратное напряжение на тиристорах;
— среднее значение тока тиристора.
Определяем активное сопротивление фазы трансформатора:
,
где
— коэффициент, зависящий от схемы выпрямления
B— магнитная индукция в магнитопроводе
S— число стержней магнитопровода для трансформаторов
Определяем индуктивность рассеяния обмоток трансформатора:
,
где .
Определяем напряжение холостого хода с учетом сопротивления фазы трансформатора и падения напряжения на дросселе :
где — число пульсаций в кривой выпрямленного напряжения за период сети.
— падение напряжения на тиристорах;
— падение напряжения на дросселях; .
Напряжение на вторичных обмотках трансформатора .
Действительный ток вторичной обмотки .
Коэффициент трансформации для обмоток «треугольник-треугольник» коэффициент трансформации для обмоток «треугольник-звезда» тогда действительный ток первичной обмотки трансформатора
Действительное значение тока тиристора
Типовая мощность трансформатора:
Определяем угол коммутации:
.
Определяем минимально допустимую индуктивность дросселя фильтра:
.
Внутреннее сопротивление выпрямителя:
.
КПД выпрямителя:
— коэффициент полезного действия трансформатора;
— потери мощности на выпрямительных диодах;
N— число тиристоров в схеме.
продолжение
--PAGE_BREAK--1.2 Основные параметры выпрямителя в управляемом режиме
Определяем максимальный и минимальный углы регулирования:
Минимальное напряжение на нагрузке
В управляемом режиме работы выпрямителя находим:
Минимальный и максимальный углы проводимости тиристоров:
Ток в тиристоре
Максимальное обратное напряжение
1.3 Выбор элементов управляемого выпрямителя
Тиристоры выбираем по : тиристор Т242-80-8 и типовой охладитель М-6А.
1.4 Расчет регулировочной характеристики управляемого выпрямителя
Общая расчетная формула для всего семейства нагрузочных характеристик:
Рис.1.2 — Регулировочная характеристика выпрямителя
1.4 Выбор защиты тиристоров от перегрузок по току и напряжению
Для защиты тиристоров от перегрузок используем быстродействующие плавкие предохранители. Достаточно поставить два предохранителя в первичной обмотке для обеспечения защиты.
Ток плавкой вставки:
Выбираем плавкую вставку ПНБ-5-380/100.
Для ослабления перенапряжений используем -цепочки, которые включаются параллельно тиристору. Такая цепочка совместно с индуктивностями цепи коммутации образует последовательный колебательный контур. Конденсатор ограничивает перенапряжения, а резистор — ток разряда этого конденсатора при отпирании и предотвращает колебания в последовательном контуре. Параметры цепочек определим по следующим соотношениям:
Величина напряжения на конденсаторе ток разряда контура
Мощность рассеяния на резисторе
По справочнику выбираем конденсаторы C2 — КСЛ-310 пФ, резисторы R2 — ПЭВ-100-620±10%.
Рис.1.3 — Схема управляемого выпрямителя с защитой
2. Проектирование СИФУ 2.1 Расчет параметров пусковых импульсов
Определяем требуемую длительность импульса управления , исходя из знания угла коммутации , определенного при расчете силовых схем:
2.2 Расчет цепи управления тиристорами
Для тиристоров Т242-80-8 определяем токи и напряжения управления:
Цепи управления тиристорами питаются от импульсного усилителя через оптрон и ограничивающие сопротивление и шунтирующий диод:
Рис.2.1 — Цепь управления тиристором
По значению выбираем оптрон ТО125-12,5 с параметрами:
Определяем параметры элементов, входящих в цепь управления:
По току выбираем шунтирующий диод типа КД202А.
По значениям и выбираем резистор типа МЛТ-1-11Ом±5%.
Внутреннее сопротивление управляющего перехода тиристора
продолжение
--PAGE_BREAK--2.3 Расчет выходного каскада СИФУ
Нагрузкой выходного каскада на транзисторе VT2 является ток управления оптотиристора (рисунок 2.2). Следовательно, в режиме насыщения через транзистор VT2 должен протекать ток коллектора не менее тока управления оптотиристора.
В связи с этим принимаем . Так как СИФУ питается двухполярным напряжением, то выходной каскад подключен на напряжение
.
Учитывая, что имеем:
.
По напряжению и току выбираем транзистор VT2 типа КТ611А с параметрами , , , .
Рисунок 2.2 — Выходной каскад СИФУ
Определяем величину ограничивающего сопротивления резистора R13:
где — падение напряжения на открытом транзисторе,
— падение напряжения на светодиоде оптотиристора.
Определяем мощность рассеивания на резисторе :
Принимаем резистор типа МЛТ-2-240Ом±10%.
Определим ток базы транзистора VT2:
Определяем ток коллектора транзистора VT1:
Вычисляем мощность рассеяния на транзисторе VT1:
.
По току , напряжению и мощности рассеивания выбираем транзистор VT1 типа КТ301Б с параметрами:
Определим минимальный ток базы транзистора VT1:
2.4 Расчет входного каскада СИФУ
Входной каскад СИФУ выполняет две функции: функцию синхронизации и функцию генератора прямоугольных импульсов. Функция синхронизации импульсов управления и анодного напряжения оптотиристора в управляемом выпрямителе осуществляется путём подключения входного трансформатора TV1 и силового трансформатора к одной и той же фазе напряжения сети. В исходной схеме прямоугольные двухполярные импульсы образуются на стабилитронах VD1, VD2 (рисунок 2.3).
Рисунок 2.3 — Схема образования прямоугольных двухполярных импульсов.
Для получения импульсов, близких к прямоугольным, на стабилитронах VD1 и VD2 должно выполняться условие:.
Принимаем:
Выбираем из справочника стабилитроны VD7, VD8 типа КС133А с
параметрами:,
а также принимаем к установке трансформатор со следующими параметрами:
.
Определяем величину сопротивления ограничительного резистора R7:
Находим мощность рассеивания на резисторе R7:
Принимаем резистор R7 типа МЛТ-1-270Ом ±5%.
2.5 Расчет генератора треугольных импульсов
Генераторы треугольных импульсов (рисунок 2.4) реализуются на базе генератора прямоугольных импульсов и интегратора. Параметры импульсов:
амплитуда:
частота:
Определим длительность входных импульсов:
.
Определим ток нагрузки входного каскада и входной ток интегратора из того условия, что:
По справочнику выбираем операционный усилитель DA1 типа К153УД5 с параметрами:
При подаче на вход интегратора постоянного напряжения на его выходе
получаем линейно изменяющееся напряжение:
где .
Принимаем: тогда:
.
Исходя из того, что значение очень мало, принимаем:
резисторы R8, R9типа МЛТ-0,125-100кОм ±10% ,
конденсатор С7 типа К73-5-0,1мкФ ±5%.
Величина выходного напряжения на выходе интегратора составит:
,
где — входное напряжение ограничителя.
Рисунок 2.4 – Генератор треугольных импульсов
продолжение
--PAGE_BREAK--2.6 Расчет разделительной цепи Разделительная цепь С8, R10 (рисунок 2.5) выполняет две функции: разделяет постоянные составляющие напряжений и уменьшает дрейф операционных усилителей.
Постоянная времени разделительной цепи равна:
и выбирается исходя из условия минимального искажения выходного сигнала:
.
Величина сопротивления резистора R10 по условиям разряда конденсатора не должна быть меньше величины сопротивления резистора R8.
Принимаем: постоянную времени разделительной цепи , а величину сопротивления резистора R10=R8=100(кОм). Тогда величина емкости конденсатора С8 составит:
.
Выбираем конденсатор С8 типа К73-5-1мкФ±10%.
Резисторы R10 типа МЛТ-1-100кОм±10%.
Рисунок 2.5 — Разделительная цепь
2.7 Расчет схемы сравнения
В качестве схемы сравнения напряжения питания Uп и напряжения регулирования Uр (оно же напряжение управления Uу) используем нелинейный режим работы операционного усилителя. Передаточная характеристика операционного усилителя содержит участок положительного и отрицательного насыщения в зависимости от величин входных напряжений на входах: Uвх1, Uвх2. Поскольку коэффициент усиления КUоу очень велик, то напряжение переключения (Uвх1 — Uвх2) весьма мало. Выходное напряжение операционного усилителя при ½Uвх1 — Uвх2 ½> Uпер зависит от того, какое из входных напряжений больше, т.е. операционный усилитель является схемой сравнения напряжений (рисунок 2.6).
Учитывая, что:
напряжение регулирования Up = UВХ1 = ± 3,3(В),
амплитуда треугольного напряжения Uп = UВХ2 = ± 3,3(В),
максимальный ток нагрузки IН=IБ1=0,0008(А),
минимальное выходное напряжение Uн min = UБЭ1 = 3(В),
принимаем в качестве схемы сравнения операционный усилитель DA2 типа К153УД5 у которого:
Uвых.max=10(B), Iвых.мах=5(мА), Rвых.оу=150(Ом); Коу=125*10 3.
Рисунок 2.6 — Схема сравнения СИФУ
Определим напряжение переключения операционного усилителя:
Величина сопротивления резистора R*определяется из соотношений:
R*>Rвых.оу=150(Ом);
Принимаем резистор R*типа МЛТ-0,125-2,4кОм±10%.
Величины сопротивлений резисторов R11=R12 определим из следующих условий:
Принимаем резисторы R11, R12 типа МЛТ-0,5-2,7мОм±10%
Величину сопротивления резистора R13 (делителя напряжения) определим, если примем, что ток делителя напряжения Iд=(5…10)Iвх.оу.
Исходя из этого, принимаем резистор R13 типа СП-0,15-2,4(мОм)±20%.
2.8 Расчет схемы подавления помех
В данной схеме (рисунок.2.7) резисторы R14, и R15являются разрядными и в тоже время выполняют роль делителя напряжения Еп. Обычно ток делителя принимаютв 10 раз меньше тока потребления, т.е. 10 Iд = Iпотр.
Рисунок 2.7– Схема подавления помех
Ток потребления СИФУ составит:
Ток делителя через резисторы R14и R15составит:
Величина резистора R14определяется из условий:
Принимаем резисторы R14и R15типа МЛТ-0,5-1600Ом±5%.
Ёмкость конденсатора определим по следующей формуле:
Тогда:
Из справочника принимаем конденсаторы С9 и С10 типа К73-5-0,3мкФ±5% .
3. Расчёт источника питания
3.1Выбор схемыирасчет основных параметров источника питания
Для выбора схемы источника питания рассчитаем суммарный ток нагрузки:
,
где — ток нагрузки,
— общий ток потребления СИФУ (в схеме их 12 штук, подключённых параллельно к стабилизатору).
Зная ток нагрузки и напряжение нагрузки примем в качестве схемы стабилизатора схему параметрического стабилизатора напряжения (рисунок 3.1) .
Рисунок 3.1 – Схема источника питания
По справочнику по известному току нагрузки выбираем 2 стабилитрона Д815В со следующими параметрами:
Следует отметить, что в схеме стабилитроны VD7 и VD8 ставятся последовательно для обеспечении стабилизации нужного напряжения и в сумме дают необходимое напряжение (одного не хватает).
Рассчитаем параметрический стабилизатор исходя из следующего из условия: .
Воспользуемся следующей формулой:
где — выходное напряжение,
— минимальный ток стабилитрона,
— максимальный ток стабилитрона,
— балансное сопротивление;
— сопротивление нагрузки;
— входное напряжение.
Определяем и из уравнений приведенных выше учитывая то, что напряжение сети может колебаться в пределах +0,05 U1...-0,15 U1:
Решив данную систему уравнений, получим:
Таким образом, минимальное и максимальное напряжения принимают следующие значения:
Для выбранных и определим минимальный и максимальный токи стабилизации:
Определяем мощность рассеяния на резисторе RБ:
По справочнику выбираем:
Резистор RБтипа ПЭВ-18-27Ом±10%.
конденсатор С11 типаК50-6-100 мкФ±5%.
конденсатор С12 типа К50-6-1000 мкФ±5%.
3.2 Расчёт однофазного мостового выпрямителя и трансформатора
Найдём величину выпрямленного напряжения:
Определим анодный ток на диодах:
Определим максимальное обратное напряжение на диодах:
Необходимо учесть, что из-за использования фильтра максимальное обратное напряжение на диодах примет удвоенное значение:
По справочнику выбираем диоды VD11-VD14 типа КД226В с параметрами:
Определим основные параметры силового трансформатора:
-напряжение на вторичной обмотке:
-ток на вторичной обмотке:
-типовая мощность трансформатора:
-коэффициент трансформации трансформатора:
-ток первичной обмотки трансформатора:
продолжение
--PAGE_BREAK--