Регулятор температуры

1. Задание на курсовой проект

Требуется разработать регулятор температуры, который будет поддерживать температуру в соответствии с графиком задания Рис. 1.

Точность соответствия температуры заданию должна быть не ниже 12%.

t⁰C

80

-10

~Uвх,В

0 100 200 220

Функциональная схема устройства :

Uп = 140+/-30%

Uвх

ЗИ Р СУ VT1

Дt Rн

Требования к узлам устройства:

1. Задатчик интенсивности :

1.1. Uвх₀ = 0 В.

1.2. Uвх₁ = ~220 В ; (напряжение сети).

1.3. Время нарастания температуры 32 с.

1.4. Задатчик должен обеспечивать потенциальную развязку от напряжения сети.

2. Система управления импульсным ключом:

2.1. Обосновать выбор типа модуляции.

2.2. Разработать принципиальную схему.

2.3. Рассчитать элементы.

3. Импульсный ключ:

Выбрать требуемый транзистор импульсного ключа

по току и напряжению.

4. Нагревательный элемент :

Мощность нагревательного элемента 250 Вт.

5. Датчик температуры:

Выполняется на диоде.

6. Регулятор :

Пропорционально интегральный регулятор.

2. Импульсный ключ.

Выбор силового ключа производится из расчета максимального напряжения Uкэ max и максимального тока I_{к max}

U_{n max} = U_н + 30% = 182 B = U _{кэ max}

I_н = P/U_н = 1.786 A Номинальный ток через транзистор

I_max = U _{кэ max} I_н / U_н Максимальный ток через транзистор

Транзистор выбираем с запасом по току и напряжению 30%.

U _{кэ max} = U_{п max} + 30% = 236 B

 

I _{к max} = I _max + 30% = 3.9 A

Выбран транзистор КТ858А  , из раздела высокочастотные мощные, со следующими параметрами :

I _{к max} = 7А ; U _{кэ max} = 400 В ; b = 10 ; U _{бэо max} = 6 В ; U _{кэ нас} = 1 В

К_IД = b / 3 = 3.33 Динамический коэффициент передачи по току

I_бmax = I _max / K_IД = 0.905 А

3. Система управления импульсным ключом.

 

3.1. Предоконечный каскад.

Выбор транзисторов в предоконечном каскаде проводится по следующим параметрам :

1. U_n < U_{бэо max(силового ключа)}

2. I_кmax = I_{б(силового ключа) max} + 50%

3. U _{кэ max} = 2U_n + 30%

Примем Un = 5 B

Тогда :

U _{кэ max} = 13 В

I_кmax = 1.358 А

Для как можно большего уменьшения тока управления необходимо в предоконечный каскад поставить транзистор с большим коэффициентом усиления. Важным условием так же является широкая полоса рабочих частот.

По этим параметрам выбран составной высокочастотный транзистор КТ972Б со следующими параметрами :

I _{к max} = 4А ; U _{кэ max} = 45 В ; b = 750 ; U _{бэо max} = 5 В ; U _{кэ нас} = 1.5 В

К_IД = b / 3 = 250 Динамический коэффициент передачи по току

Определим ток базы составного транзистора :

I_{б max} = I_кmax / K_IД = 0.005 А

Ток базы достаточно мал, значит можно уже использовать микросхему.

Для более быстрого отключения силового транзистора необходимо притянуть накопившиеся на его базе заряды к отрицательному полюсу источника питания.

Для этого необходимо использовать транзистор типа p - n - p .

Произведем выбор этого транзистора .

1. U _{кэ max} = 2U_n + 30%

2. I_кmax = I_{б(силового ключа) max} + 50%

Выбран транзистор 2Т830А со следующими параметрами :

I _{к max} = 2А ; U _{кэ max} = 25 В ; b = 25 ; U _{бэо max} = 12 В ; U _{кэ нас} = 0.6 В

3.2. Управление ключом поручим АЦП .

K554CA3Б

3 W

4  2

7 Q

R

8 R  9

11 Q

6 +U

-U

Выберем компаратор К554СА3Б со следующими параметрами:

U_n = +/-15 B (+/-1.5 В) ; I_пот1 < 7.5 mA ; I_пот0 = 5 mA ;

U_cм < 7.5 mB ; I_вхср < 0.25 mkA ;

Для управления импульсным ключом необходимо на его вход подавать управляющие импульсы, преобразованные из аналоговых сигналов задания и сигнала с датчика температуры. Для этой цели выберем широтно импульсную модуляцию ШИМ - 1. Я реализую ШИМ - 1 модулятор на компараторе. Более точная модуляция в данном проекте не требуется т.к. на входе компаратора сигнал не сложной формы. А ШИМ - 1 более прост в настройке ( легко можно посмотреть на экране осциллографа ). На один вход компаратора подаются контрольные импульсы с генератора пилообразных импульсов. На другой вход компаратора подаются сигнал задания и сигнал с датчика температуры, обработанные определенным образом.

На выходе компаратора образуются управляющие импульсы.