Розробка принципової схеми

4. Розробка принципової схеми

 

4.1 Разработка силовой части

 

Схема електрична принципова силової частини приведена на рис.2.

Рис.2 Схема електрична принципова силової частини.

Вхідна синусоїдальна напруга через мостовий випрямляч зібраний на діодах VD1-VD4 перетворюється у двохпівперіодну напругу й згладжується за рахунок LC-фільтра зібраного на дроселі L1 і конденсаторі С1.

Постійна напруги надходить на вхід інвертора із середньою точкою зібраного на транзисторах VT2, VT3 і трансформаторі Т1з обмотками W1 й W2.

Транзистори VТ2 та VТ3 відкриті більше ніж півперіоду, тобто працюють з взаємним перекриттям. На інтервалі gТ/2, коли відкриті обидва транзистори, відбувається накопичування енергії в дроселі до якого, через закорочення обмоток силового трансформатора, прикладається повна напруга живлення перетворювача. Передача енергії від джерела живлення в навантаження не відбувається і струм вторинної обмотки трансформатора дорівнює нулю. Діоди випрямляча виявляються закритими. При вимиканні одного з транзисторів енергія, накопичена в індуктивності, через трансформатор передається в навантаження. Електромагнітні процеси в даному режимі схожі з процесами у ШІП з підвищеною вихідною напругою.

Індуковане у вторинній обмотці W2 напруга, випрямляється мостовим випрямлячем на діодах VD6-VD9. На виході випрямляча одержуємо прямокутні імпульси. Згладжена вихідним фільтром на основі дроселя L2 і конденсатори С2 напруга надходить на активне навантаження, через яке протікає струм пропорційний прикладеній напрузі.

Діаграми роботи силової частини представлені на рис.3.

Рис.3 Діаграми роботи силової частини: вхідного випрямляча а), інвертора б) і вихідного випрямляча в).

 

4.2 Розробка системи керування

Мікропроцесорна система керування зібрана на мікроконтролері (МК) ATmega16, схема підключення якого взята зі специфікації.

Робота системи керування.

Система керування живиться від напруги 5В яка подається із блоку живлення А1.

При включенні стабілізатора мікроконтролер DD1, знімаючи напруги з резистора R2 дільника напруги, підключає силову частину, замикаючи транзистор VT1 тільки при проходженні напруги мережі через нуль.

Знімаючи напругу з дільника, включеного паралельно навантаженню мікроконтролер одержує інформацію про струм, що протікає в навантаженні. Залежно від співвідношення вихідного струму й необхідного струму мікроконтролер змінює коефіцієнт заповнення імпульсів керування транзисторами інвертора VT2, VT3. У підсумку одержуємо керуючі напруги як на мал.3б.

Установка вихідної напруги в межах 600-1000В здійснюється за допомогою змінного резистора R2 і відображається на чотирьох 7-сегментних індикаторах.

5. Розрахунок силової частини і вузлів системи керування

5.1 Розрахунок силової частини

1) Знайдемо напругу на вторинній обмотці. Вона буде рівна напрузі навантаження

Приймемо

2) Знайдемо коефіцієнт трансформації з формули (2.4)

3) Знайдемо напругу на первинній обмотці з формули (2.3)

4) Знайдемо

5)Знайдемо напруги прикладені на транзисторах в закритому стані

Максимальна напруга на транзисторах VT1(VT2) падатиме на інтервалі часу коли відкриті VT2 і VT3 для VT1 та VT1 і VT4 для VT2 і буде рівна:

Застосовуючи формули (2.2) і (2.3) отримуємо

На транзисторах VT3 i VT4 максимальна напруга падатиме при відкритих VT1 і VT4 для VT3, та VT2 і VT3 для VT4 і буде рівна

6) Знайдемо струм на первинній обмотці трансформатора

де

Струм на дроселі рівний

7) Знайдемо максимальний струм колектора для транзисторів

Виходячи з цих параметрів вибираємо транзистор:

фірми IR IRG4RC20F з допустимою напругою 600В і максимальним струмом 22 А. Припустима розсіювана потужність 66 Вт

8) Знаходимо струм на діоді VD1

Знаходимо максимальну зворотню напругу на діоді:

Вибираємо діод

6A4 фірми Rectron з максимальною зворотною напругою 400В і максимальним прямим струмом 6А.

9) Розраховуємо вихідний фільтр

Вибираєм конденсатор та дросель:

Конденсатор моделі К78-2 ємністю 2.2 мкФ і напругою 1000В.

Вибираєм дросель «PULSE» PE – 53121 з параметрами : L_др=2 мГн, I_L=5 A.

10) Розрахуємо вихідний випрямляч

Зворотня напруга на діоді

Вибираєм діоди:

M6 з максимальню зворотною напругою 800В і максимальним прямим струмом 1А.

11) Розрахунок трансформатора

Знайдемо габаритну потужність трансформатора

де

=0.2 Тл –зміна магнітної індукції (броньовий пластинчастий)

=2.2 А/мм² – густина струму

= 0.9 – коефіцієнт, ефективного заповнення площі поперечного перерізу сердечника магнітопровода (товщина 0.35мм)

=0.28 –степінь заповнення вікна сердечника міддю

Вибираєм наступний типорозмір сердечника Ш12х25, для якого

Знайдемо число витків в обмотках:

Знайдемо діаметр обмоточних проводів:

Вибираєм обмоточний провід для первинної обмотки ПЭТВ1(S_m=1.75 мм²,

D_m=1.7 мм, D_из=1.8 мм)

Вибираєм обмоточний провід для вторинної обмотки ПЭТВ1(S_m=0.92 мм²,

D_m=0.8 мм, D_из=0.85 мм)