Система керування

1.2 Система керування

Система керування (СУ) випрямляча призначена для формування керуючих імпульсів необхідної амплітуди й тривалості; для твердої синхронізації їх з напівперіодами фазних напруг; для розподілу керуючих імпульсів по трьох каналах, відповідно до числа фаз випрямляча; для стабілізації вихідної напруги шляхом автоматичної зміни кута керування α при впливі дестабілізуючих факторів.

Принципова схема, шестиканальної системи керування, у якій реалізований метод ШІМ-1, наведена на рис.1.6. Схема побудована при використанні операційних підсилювачів загального призначення.

Синусоїдальна напруга фази А, що знімається c додаткової (синхронізуючої) обмотки силового трансформатора TV1, надходить на вхід синхронізатора, зібраного за схемою симетричного двостороннього обмежника напруги на діодах VD1, VD2. Через нелінійність вольтамперных характеристик діодів на виході синхронізатора формується трапецеїдальна напруга з амплітудою U_огр, рівної спаданню напруги на відкритому діоді й тривалістю фронту ωt_ф . Прямий струм через діоди обмежується резисторами R₁, R₂.

З виходу обмежника трапецеїдальний сигнал надходить на вхід операційного підсилювача DA1 з метою збільшення крутості фронтів і наданні напрузі прямокутної форми з амплітудою U_п .

Дана напруга призначена керування польовим транзистором VТ₁. Для того щоб час відкритого стану транзистора було багато менше періоду СУ включає RC- ланцюжок, що складається з C₁ і R₃.

Під час відкритого стану транзистора VТ1 відбувається заряджання конденсатора С₂ до вихідної напруги підсилювача зворотного зв'язка (ПЗЗ), зібраного на мікросхемі DA4.

Розряджається конденсатор постійним струмом. Джерело струму складається з ОУ DA2, резисторів R₄, R₅, R₆ і транзистора VТ2.

Напруга конденсатора С2 надходить на вхід, що інвертує, компаратора DA3 і рівняється з порівняльним значенням. Доти поки на конденсаторі буде напруга на виході компаратора буде 0. Дана напруга відображає кут регулювання.

Позитивний імпульс вихідної напруги компаратора через обмежуючий резистор R7 надходить у ланцюг бази транзистора VТ3, що виконує функцію вихідного підсилювача потужності. При відмиканні транзистора в його колекторному ланцюзі протікає імпульс керуючого струму з амплітудою I_у0 , під дією якого світлодіод оптрона випромінює світловий імпульс і переводить силовий тиристор фази А у включений стан. Для обмеження амплітуди керуючого струмі включається резистор R₉. В інтервалі часу, коли вихідна напруга компаратора негативно, транзистор VT3 закритий.

Стабілізація вихідної напруги здійснюється ланцюгом зворотного зв'язка, що складає з вимірювального елемента, джерела опорного (еталонного) напружена й підсилювача зворотного зв'язка. Функцію вимірювального елемента в схемі виконує дільник напруги R₁₄, R₁₅, R₁₆, підключений до вихідних клем випрямляча. Частина вихідної напруги, що знімається з нижнього плеча дільника, рівняється з еталонною напругою опорного стабілітрона VD3 .

Необхідний струм стабілізації встановлюється резистором R₁₇. Різниця між вихідною й еталонною напругою підсилюється підсилювачем зворотного зв'язка (мікросхема DA4) надходить через транзистор VТ1 на конденсатор С₂, а також на входи компараторів каналів формування імпульсів фаз B і С.

Необхідний коефіцієнт підсилення ПЗЗ установлюється резисторами R₁₁, R₁₂. При зміні напруги на навантаженні під дією дестабілізуючих факторів, наприклад при його збільшенні, напруга на не вході, що інвертує, ПЗЗ зростає. Це приведе до збільшення напруги на його виході, внаслідок чого конденсатор С₂ буде довше розряджатися, тобто кут α буде зростати. У результаті вихідна напруга зменшиться майже до первісної. При зменшенні напруги на навантаженні (наприклад, внаслідок зменшення напруги в мережі або збільшення струму навантаження) напруга на виході ПЗЗ зростає й кут керування α зменшується.

Рис.1.6.

2. Розрахунок силової частини

 

Трифазна схема Ларіонова зображена на рис. 2.1.

Вихідні дані:

f=50 Гц;

U_C =220 B;

δU_C = +/-10% B;

U_H =36 B;

δU_H= +/-1% B;

ΔU_H= +/-10% B;

Кп = 2%;

Рн = 2000 Вт;

Рн хв = 200 Вт.

Рис. 2.1.

Розрахунок граничних значень випрямленої напруги й мережного:

B;

B;

B;

B.

Розрахунок діапазону регулювання випрямляча:

Дана схема трифазного випрямляча буде працювати в режимі безперервного струму навантаження й позитивного выпрямленного напруги, при цьому кут регулювання змінюється в межах .

Регулювальна характеристика описується вираженням:

Задаємося мінімальним кутом регулювання .

Визначаємо  при  й :

B.

Коефіцієнти зміни живлячої напруги (Е₁=U_C):

;

.

 

Номінальна й максимальна фазна напруга на вторинній обмотці:

 

B;

B;

Максимальний кут регулювання :

 

;

.

Діапазон регулювання .

Розрахунок і підбор вентилів:

Середній струм тиристорів випрямляча:

 

А;

А;

Діюче значення струму тиристорів:

 

 А;

Зворотна напруга на вентилях випрямляча:

 В.

Тиристори: ТЕ 132-40-3 з параметрами: максимальний середній струм А; струм керування мА; максимальний струм керування А; максимальна зворотна напруга В; максимальне спадання напруги у відкритому стані В; діапазон робочої температури С.

Розрахунок LC- фільтра.

Для розрахунку фільтра необхідно знайти значення коефіцієнта пульсацій по першої гармоніки:

 

;

Де m_n= 1-1- число пульсацій, q = 1-1- № гармоніки.

 

;

Розрахуємо значення індуктивності L:

 

;

Добутку LC:

 

; де ;

;

Розрахунок значення ємності конденсатора З:

 

;

Вибираємо електролітичний конденсатор фірми Panasonic ECOSIAA394DA.

Розрахунок дроселя L:

Початкові умови:

L= 160 мкГн;

f= 300 Гц;

Ід=62А;

Сердечник стрічковий броньового типу. Магнітопровід зі сталі З423 з товщиною стрічки 0,15мм. Індукція Вm = про,9 Тл.

Розрахунок ведемо за методикою, викладеної в книзі Мелешина В.И. "Транзисторна перетворювальна техніка". З таблиці для даного типу сердечника й магнітопроводу записуємо значення Kj = 366 А/див² і в = -0,12.

Діюча напруга на обмотці:

 

В;

Добуток ScSo при коефіцієнті заповнення вікна Ки = 0,4:

 

см⁴;

З довідника вибирається сердечник ШЛ 12*25 з параметрами:

а = 12, в = 25, з=12, h = 30 мм, So = 3,6 див² , ScSo = 10,8 див⁴ , lc = 10,2 див, активний перетин сердечника ScKc =2,42 див², ScKcSo = 8,712 див⁴.

Число витків дроселя:

 

;

Знаходження повітряного зазору:

 

мм.

Коефіцієнт витріщання магнітного потоку в зазорі:

 

;

Уточнення необхідного числа витків:

;

Визначення щільність струму:

А/мм².

Розрахунок перетину проведення:

мм².

Вибираємо проведення ПЭТВ перетином 2,217 мм² і з питомим опором 0,00791.

Розрахунок опору дроселя:

Ом.

Розрахунок трансформатора.

Коефіцієнт трансформації:

.

Габаритна потужність трансформатора:

ВА.

Тип магнітопроводу: ТЛ25х40.

Активний опір трансформатора  й індуктивність розсіювання  обмоток трансформатора:

;

;

де — щільність струму в обмотках трансформатора, А/мм²;

 — амплітуда магнітної індукції, Т.

Визначаємо ,  :  А/мм², Т.

Визначаємо , :

Ом;

Гн.

Визначимо :

Ом.

Визначимо :

Ом.

Максимальне значення струмів первинної й вторинної обмоток трансформатора:

А;

А.