Розрахунок керованого випрямляча за схемою з нульовим виводом
Розрахунок керованого випрямляча за схемою з нульовим виводом
РЕФЕРАТ
Курсова робота містить сторінок, 12 ілюстрацій, 1 додаток - схема керованого випрямляча в зборі, функціональна схема з характеристиками, 5 джерел.
Ціль курсової роботи - розрахунок керованого випрямляча за схемою з нульовим виводом, СІФУ (у даному випадку - система імпульсно-фазового керування), джерела живлення, що включений у схему СІФУ.
У курсовому проекті проводиться опис схеми керованого випрямляча, обгрунтування вибору елементів, розроблений захист пристрою від аварійних режимів, при розрахунку враховувалось коливання величини живлячьої напруги, для підсилення несинусоїдальних сигналів на вході випрямляча передбачений нульовий вентиль.
Розроблений випрямляч може використовуватись для живлення двигунів постійного струму і регулювання швидкості їхнього обертання. Зарядки акумуляторів,у зварювальних апаратах, електроапаратурі.
Схема разрахованного випрямляча має наступні достоїнства: відносна простота, використання однієї СІФУ, мала кількість елементів, простота в керуванні, налагоджені і с борці. До недоліку можна віднести великий коефіцієнт пульсації і в наслідок цього необхідні необхідність застосування в деяких випадках додаткові стабілізатори.
Зроблено докладний розрахунок схеми випрямляча, стабілізатора, тригера Шмідта, що є елементо сіфу, що дозволяє в разі потреби модифікувати схему.
СХЕМА, РОЗРАХУНОК, ФОРМА НАПРУГИ, ВИПРЯМЛЯЧ, СІФУ, КЕРУВАННЯ.
Зміст
Введення
1. Розрахунок схема керованого випрямляча
1.1 Вибір схеми і розрахунок основних параметрів випрямляча
1.2 основні параметри випрямляча в керованому режимі
1.3 Вибір елементів керованого випрямляча
1.4 Розрахунок регулюючої характеристики керованого випрямляча
1.5 Вибір захисту тиристорів від перевантажень по струму та напрузі
2. Проектування СІФУ
2.1 Розрахунок параметрів пускових імпульсів
2.2 Розрахунок керування тиристорами
2.3Визначаємо параметри вхідного ланцюга керування тиристорами
2.4 Розрахунок параметрів блокінг генератора
2.5 Розрахунок ланцюга, що диференціює
2.6 Розрахунок елементів блоку синхронізації
3. Розрахунок параметрів джерела живлення СІФУ
3.1 Вибір схеми і розрахунок основних параметрів джерела живлення
3.2 Розрахунок параметрів фільтрів, що згладжує
3.3 Розрахунок мостового випрямляча
4. Модулювання
Висновки
Додаток А Перечень елементів керованого випрямляча і СІФУ
Перелік посилань
ВВЕДЕННЯ
В наш час системи перетворення змінної синусоїдальної напруги і струму в постійну практично повністю представлені напівпровідниковими випрямлячами. Дуже часто необхідно релегувати величину отриманої постійної напруги. Економічно та вигодно поставити випрямляч с системо імпульсно-фазового керування через її відносну дешевизну, високий ККД і її крипакність.
В даній курсовій роботі розглядується двополуперіодний керований випрямляч. Його призначення - перетворення напруги, що змінюється, по синусоїдальному закону в пульсуюче. Даний випрямляч складається з наступних складових частин: трансформатор - для перетворення напругу живлення в необхідну по велечені; блок вентилів, що змінює форму напруги в необхідну.
Виконаний випрямляч побудований на керованих вентилях (тиристорах), для керування якими використовуються система імпульсно-фазового керування. Її задача - подати на керуючі електроди тиристорів прямокутні імпульси з необхідним зсувом по фазі щодо самостійного включення вентиля.
1 РОЗРАХУНОК СХЕМИ КЕРОВАНОГО ВИПРЯМЛЯЧА
1.1 Вибір схеми і розрахунок основних параметрів випрямляча.
Відповідно до завдання приймаємо схему випрямляча з нульовим виводом
Рисунок 1.1 -- Керований випрямляч з нульовим виводом
На початку розрахунок проводимо в некерованому режимі, тобто при . Оскільки напруга мережі може коливатися в межах визначимо величини випрямленої напруги на навантаженні:
де випрямлена напруга на навантаженні при нормальній напрузі мережі;
випрямлена напруга при підвищеній напрузі мережі.
З визначуваний:
де - максимальна зворотна напруга на тиристорах.
де - середнє значення струму тиристора.
Із значень і вибираємо тип тиристора КУ108М.
Визначаємо активний опір фази трансформатора:
де --
-- коефіцієнт, залежний від схеми випрямляння;
B -- магнітна індукція в магнітопроводі;
S -- число стрижнів магнітопровода для трансформаторів.
N -- число тиристорів в схем N=1, оскільки в кожен момент часу працює 1 тиристор.
1.2 Основні параметри випрямляча в керованому режимі.Визначаємо максимальний і мінімальний кути регулювання:Мінімальний і максимальний кути провідності тиристорів:Мінімальна напруга на навантаженні:Струм в тиристорі:Струм в навантаженні:Максимальний струм через діод:1.3 Вибір елементів керованого випрямлячаВентилі до тиристорів вибираються з умови максимальної зворотної напруги і найбільших значень струмів.для тиристорів - Uo6p макс =139,9(В); Iа=42,9 (А); для діодів -Uo6p макс 387,8 (В); Iд.ср=43,1 (А); для нульового вентиля - Uo6p. макс =387,8 (В); 10=60 (А).Вибираємо для випрямляча два тиристори типу КУ108М. Для охолоджування тиристорів «застосовуємо типові охолоджувачі М-6а.»Принимаємо тиристори и діоди с допустимим обраною напругою:Uобр max = 387,8(В).Припустимі токи через тиристори і силові вентилі залежать від кута провідності и не перевищують 40%*Iн.Тиристори на струмНульовий діод на струм
1.4 Розрахунок регулювальної характеристики керованого випрямляча.
Загальна розрахункова формула для всього сімейства характеристик навантажень:
1.5 Вибір захисту тиристорів від перевантажень по струму і напрузі.
Для захисту тиристорів від перевантажень застосовуємо плавкий швидкодіючий запобіжник. Досить поставити запобіжник в ланцюзі навантаження.
Струм плавкої вставки:
де Кэ.пер - коефіцієнт можливого експлуатаційного перевантаження, Кэ.пер=1,2.
Kl - коефіцієнт, що характеризує співвідношення струмів в ідеальному випрямлячі, К1=0,5.
Ki - коефіцієнт враховує відхилення форми опорною юка нежилей від прямокутної, Ki=l,05
n - коефіцієнт трансформатора, n=1,5.
Приймаємо до установки швидкодіючі запобіжники типу ПНБ-5-380/100.
Захист від комутаційних перенапруженні здійснюється включенням RC ланцюжків на вхідних тванях перетворювача
Рисунок 1.3 - схема захисту вентильних блоків від перевонтажень по струму і напрузі.
Для ослаблення перенапруження використовуваний - ланцюжки, які включаються паралельно тиристору. Такий ланцюжок спільно з індуктивностями ланцюга комутації утворює послідовний коливальний контур. Конденсатор обмежує перенапруження, а резистор -- струм розряду цього конденсатора при відмиканні і запобігає коливанням в послідовному контурі. Параметри ланцюжків визначимо по наступних співвідношеннях:
Знаходимо кількість вітків колективної і базової обмотки трансформатора:
Приймаємо Wk/Wб=12, отже, навантажувальна обмотка буде містити:
Приймаємо: Uсм=0,2Ек=0,220=4(В).
Знаходимо величину опору в ланцюзі емітера:
Приймаємо до установки R12=25(Ом).
Знаходимо величину шунтируючого діода по сумарній напрузі на колекторі транзистора в момент ударного порушення контуру Uк=2Ек=40(В) і струму колекторній обмотці Iµ=Ik=1,5(А). вибираємо діод КД 208А.
2.5 Розрахунок тригера Шмідта
Рисунок 2.4 - Схема тригера Шмідта.
Вихідні данні: амплітуда вихідних імпульсів Um=(1,1…..15) Uсм=7,2(В); період проходження імпульсів запуску Т=0,02(с); мінімальна тривалість імпульсів, tu.зап.=0,1tu.у=0,2310-3(с), напруга джерела живлення Ек=20(В).
Визначаємо максимальну тривалість вихідного імпульсу граничного пристрою з умови:
tu.вих.макс.?(б-г)5610-6+2,310-4=3,45(мс)
Вибираємо транзистор VT3, VT2 з умови:
Uк.доп.?Ек=20(В)
Цим вимогам задовільняє транзистори КТ 104А с параметрами: Uк.доп.=30(В); Iк.доп=50(мА); в=36; f=5(мГц); Iк0=300(мкА); P=150(мВТ).
Визначаємо струм насичення :
Iкн=0,8Iк.доп=0,850=40(мА)
Знаходимо величину резистора R7:
Визначаємо припустиме потужність розсіювання на резисторі R7:
Приймаємо резистор R7 типу ОМЛТ 510 (Ом), 1 (Ут).
Знаходимо величину опору резистора R5 зі співвідношення:
R5= (2…3)R7=3510=1530(Ом)
Знаходимо припустиме потужність розсіювання на резисторі R5
Приймаємо резистор R5 ОМЛТ 1500 (Ом), 5 (Ут).
Знаходимо величину резистора R9:
Знаходимо припустиме потужність розсіювання на резисторі R9
Приймаємо резистор R9 ОМЛТ 1200 (Ом), 2 (Ут).
Обчислюємо ємність конденсатора, що прискорює,зС:
Приймаємо С3 типу ПМ на 35 (пФ).
Обчислюємо величину опору R8 зі співвідношення:
Приймаємо R8=30 (кОм).
Обчислюємо велечену опору R6 зі співвідношення:
Приймаемо R6 7000 (Ом).
2.6 Розрахунок ланцюга, що диференціює
Розрахунок ланцюга, що диференціює, робимо з урахування наступних даних:
Ємність ланцюга, що диференціює, вибираємо з умов С2>>CП=510 (nФ).
Тоді опір ланцюга,що диференціює і визначається як:
Приймаємо R10=14 (МОм).
Амплітуда вихідних імпульсів з ланцюжка, що диференціює:
Імпульсний діод VD3 вибираємо по Uвих.мах. типу Д103.
2.7 Розрахунок елементів блоку синхронізації
Рисунок 2.5 - Схема блока синхронізації.
Розрахунок блоку синхронізації робимо з урахування наступних даних:
IН>Iбv1, UН>Uвv1=U'2=30 (В), Ек= (В).
Максимальна потужність:
Pmax=IEk=0,002520=0,05(Вт)
Обираємо транзистор типу КТ 203 Б з наступними параметрами: Uк.доп.=30(В); Iк.доп=10(мА); в=30-150; fа=5(мГц); Uе.б.=15(В); Pроз.=150(мВТ).
Визначаємо опір R2:
Потужність, що розсіюється опором R2 визначається як:
PR2=Ik2R2=0,01500=0,05(Вт).
Приймаємо опір R2 МЛТ-0,1-500 (Ом).
Визначаємо величину струму бази:
Визначаємо опір R1:
Потужність, що розсіюється опором R1 визначається як:
PR1=Iб2R1=0,001629375=2,4(Вт)
Приймаємо опір R1 ОМЛТ-5-10 (кОм), конденсатор С1=10 (мкФ).
Коефіцієнт трансформації трансформатора:
Через малу потужність розрахунок трансформатора не проводиться. Вторинна обмірка трансформатора може розташуватися на силовому трансформаторі джерела живлення.
3 РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ СІФУ
3.1 Вибір схеми і розрахунок основних параметрів джерела живлення.
Максимальна потужність розсіювання на транзисторі VT1:
Pkv1=Uek.maxIвих.max.=300,2=6(Вт)
Вибираємо транзистор типу П214 з параметрами: Pк.доп=10(Вт). Uек.доп.=45(В); Iк.мах.=5(А); в1=30.
Знаходимо коефіцієнт згладжування фільтра:
Опір R1 знайдемо як:
Потужність розсіювання на цьому опорі:
PR1=Iн2R1.= 0,222,5=0,9(Вт)
Коефіцієнт передачі постійної напруги з входу на вихід:
Тоді коефіцієнт фільтрації фільтра:
Визначаємо добуток R1C1:
3.3 Розрахунок мостового випрямляча
Величина випрямленої напруги:
Задаємо струм дільника Iд=5…10(мА). Коефіцієнт передачі дільника:
Визначаємо анодний струм і зворотна напруга для діодів VD1…VD4:
Вибираємо по довіднику діоди VD1…VD4 типу КД202Г с припустимим струмом та напругою: Iмакс=3,5(А); Uобр.макс.=100(В).
Визначаємо параметри силового трансформатора:
Знаходимо коефіцієнт трансформації:
Струм первинної обмотки трансформатора:
З довідника по типовій потужності Sm вибираємо уніфікований трансформатор типу ТПП-248-127/220-50.
4. МОДЕЛЮВАННЯ СИЛОВОЇ ЧАСТИНИ ВИПРЯМЛЯЧА
Для моделювання схеми силової частини випрямляча використовувалася програма Proteus 7 Professional
Схема моделі прийняла наступний вигляд:
Рисунок 4.1 -- Модель силової частини випрямляча
Із-за особливостей програми Proteus 7 Professional замість трансформатора було використано джерело змінної напруги з необхідними вихідними характеристиками (розрахунковими вихідними характеристиками трансформатора).
Не було враховано падіння напруги на трансформаторі і коливання напруги мережі, проводився облік падіння напруги на вентилях.(оскільки в даній моделі були присутні елементи, що ідеалізувалися.)
Рисунок 4.2 - Свідчення осцилографа
ВИСНОВКИ
У силу розглянутих переваг дана схема СІФУ і випрямляча є одна із кращої для випрямлення однофазного синусоїдального струму та напруги. Напруга на виході має високий коефіцієнт пульсації,тому необхідно в деяких випадках використати додаткові стабілізатори. Від цього недоліку урятовані трифазні випрямлячі, але вони із значно більшої кількості елементів і більш складні. Таким чином, дана система діє гайні результати при невеликих витратах. У побуті трифазна напруга часто не доступно, це багато в цьому визначає область застосування пристрою.
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1. Приборы и устройства промышленной электроники /В.С. Рудненко, В.И. Сененко, В.В. Трифонюк (Б-ка инженера). - К.: Техника, 1990. - 386с.
2. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя /Терещук К.М. - К.: Наукова думка, 1981. - 670 с.
3. Тиристоры: справочник /Григорьев О.П., Замятин В.Я. - М.: Радио и связь, 1982. - 520с.
4. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: справочник /Перельман В.П. - М.: Радио и связь, 1982 - 529с.
5. Москатов Е.А. Справочник по полупроводниковым приборам. - М.: Журнал “Радио”, 2005. - 208 с.