Расчет элементов управляемого выпрямителя, системы импульсно-фазового управления на операционных усилителях

Расчет элементов управляемого выпрямителя, системы импульсно-фазового управления на операционных усилителях

Министерство науки и образования Украины

Донбасская государственная машиностроительная академия

Кафедра автоматизации производственных процессов

Курсовая работа

по дисциплине: Электроника и микросхемотехника

Выполнил студентгруппы АПП 03-2 Скрипка А.Е.

Руководитель доцент Сус С.П.

г.Краматорск

2005

ДГМА

кафедра АПП

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине «Электроника и микросхемотехника»

студенту группы АПП03-2 Скрипке А.

Вариант №_______

Спроектировать двенадцатипульсный составной управляемый выпрямитель с параллельным включением вентилей

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Силовая схема выпрямителя:

- номер рисунка: 1.8.б

- напряжение питания: Uc=660В

- напряжение на нагрузке: Ucp=260В

- ток нагрузки: Icp=80А

- глубина регулирования: Д=25

- рекомендуемая схема СИФУ: рис. 1.16

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРОРАБОТКИ

а) расчет силовой части выпрямителя;

б) расчет СИФУ;

в) моделирование силовой части;

Задание выдано: 14 сентября 2005г.

Срок выполнения: 28 ноября 2005г.

Руководитель ____________ (Сус С.П.)

Задание принято к исполнению ____________ (Скрипка А.)

Реферат

Курсовая работа содержит 25 страниц, 13 иллюстраций, 1 приложение и 1 чертеж (принципиальная электрическая схема управляемого выпрямителя в сборе).

Объектом разработки является двенадцатипульсный составной управляемый выпрямитель с параллельным включением вентилей.

Целью курсовой работы является расчет элементов управляемого выпрямителя, системы импульсно-фазового управления на операционных усилителях, источника питания СИФУ, а так же проектировка принципиальной электрической схемы управления реверсивного выпрямителя.

Проектирование управляемого выпрямителя предполагает проектировку сначала силовой части (вентильного выпрямителя), а затем системы управления выпрямителем (СИФУ и источника питания).

Т.к. в выпрямителе используется 12 тиристоров, то для управления каждым предназначается многоканальная система импульсно-фазового регулирования. Функциональные схемы СИФУ одинаковы, но отличаются фазами синхронизирующих напряжений (они сдвинуты на 120 градусов так же, как и в соответствующих анодных цепях тиристоров).

Источником питания каждой СИФУ является параметрический стабилизатор напряжения. Спроектированная принципиальная схема управления выпрямителем требует больших аппаратных затрат, однако проста в сборке, управлении и наладке, предполагает возможность модификации, а так же обладает высокой надёжностью в работе, может применяться в различных областях.

Ключевые слова:

схема, выпрямитель, диод, тиристор, оптопара, СИФУ, стабилизатор.

Содержание

• 1. Расчет схемы управляемого выпрямителя
• 1.1 Выбор схемы и расчет основных параметров выпрямителя
• 1.2 Основные параметры выпрямителя в управляемом режиме
• 1.3 Выбор элементов управляемого выпрямителя
• 1.4 Расчет регулировочной характеристики управляемого выпрямителя
• 1.5 Выбор защиты тиристоров от перегрузок по току и напряжению
• 2. Проектирование СИФУ
• 2.1 Расчет параметров пусковых импульсов
• 2.2 Расчет цепи управления тиристорами
• 2.3 Расчет выходного каскада СИФУ
• 2.4 Расчет входного каскада СИФУ
• 2.6 Расчет разделительной цепи
• 2.7 Расчет схемы сравнения
• 2.8 Расчет схемы подавления помех
• 3. Расчет источника питания
• 3.1 Выбор схемы и расчет основных параметров источника питания
• 3.2 Расчет однофазного мостового выпрямителя и трансформатора
• 4. Моделирование силовой части
• Выводы
• Приложение А
• Список литературы
• Введение
• Цель данной курсовой работы -- спроектировать управляемый выпрямитель и систему импульсно-фазового управления для него.
• Выпрямитель -- устройство, преобразующее переменный ток в постоянный. Он состоит из трансформатора, преобразующего напряжение питающей цепи в требуемое по величине; вентильного блока, преобразующего переменное напряжение в пульсирующее; сглаживающего фильтра, уменьшающего (сглаживающего) пульсации выпрямленного напряжения до требуемой для нормальной работы потребителя величины. В данной курсовой работе рассматривается трехфазный полностью управляемый выпрямитель, построенный на использовании управляемых вентилей (тиристоров), и представляющий собой параллельное соединение двух трехфазных выпрямителей. В таком выпрямителе используется трансформатор с тремя обмотками. Вторичных обмоток две: одна соединяется звездой, а вторая -- треугольником. Сглаживающие фильтры выполнены на основе дросселей.
• Для управления тиристорами, использующимися в данном выпрямителе, используется система импульсно-фазового управления. Такой способ управления мощными тиристорами в настоящее время считается наиболее приемлемым. Суть способа состоит во включении запертых тиристоров почти положительными прямоугольными импульсами, подаваемыми на управляющий электрод тиристора сдвинутыми по фазе на угол б относительно момента естественного включения неуправляемых вентилей. Таким образом, основной задачей системы импульсно-фазового управления является преобразование входного регулирующего напряжения в соответствующий угол регулирования б (т.е. угол открытия тиристоров). Так как в данном выпрямителе используется 12 тиристоров, то для управления ими используется многоканальная система импульсно-фазового управления. При этом схемы всех каналов одинаковы и отличаются только фазами синхронизирующих напряжений, которые сдвинуты по фазе относительно друг друга, как и в соответствующих анодных цепях тиристоров. Каждое напряжение синхронизации синхронизирует начало рабочего интервала изменений угла б с точкой 0 естественного включения соответствующего тиристора.
• Для питания схемы системы импульсно-фазового управления используется стабилизированный источник питания с CRC-фильтром.

• 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:

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 Uвх1 - Uвх2 > 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 R15 являются разрядными и в тоже время выполняют роль делителя напряжения Еп. Обычно ток делителя принимают в 10 раз меньше тока потребления, т.е. 10 Iд = Iпотр.

Рисунок 2.7- Схема подавления помех

Ток потребления СИФУ составит:

Ток делителя через резисторы R14 и R15 составит:

Величина резистора R14 определяется из условий:

Принимаем резисторы R14 и R15 типа 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

3.1 Выбор схемы и расчет 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 RБ типа ПЭВ-18-27Ом±10%.

конденсатор С11 типа К50-6-100?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: