Контрольная работа по "Электронике"

Содержание

Введение	4
1.Управляемый выпрямитель	5
Однофазный управляемый выпрямитель	5
2.Выходные данные	14
3.Расчет однофазного мостового  управляемого выпрямителя	15
3.1 Расчет диапазона регулирования	15
3.2 Расчет элементов схемы  выпрямления	16
Расчет сглаживающего фильтра	18
4.Система управления	20
5.Принцип работы СК	21
5.1 Расчет системы управления	23
5.2 Усилитель – инвертор на операционном усилителе ДА2	26
Заключение	29
Список использованной литературы	30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Постоянный прогресс в  области электроники привел к  непрерывному совершенствованию элементарной базы электронного оборудования, которая  дает возможность разрабатывать  новое оборудование, что на отмену с разработанными раньше владеют  важными преимуществами, такими как:

- улучшение основных параметров;

- повышение надежности;

- простота схемной реализации;

- удобство в эксплуатации;

- универсальность;

- низшая себестоимость  и др.

Управляемые выпрямители(КВ) широко вошли в современную технику и успешно вытесняют электромашинных преобразователей. Успехи в создании полупроводниковых управляемых вентилей большой мощности - тиристоров - открыли новые перспективы дальнейшего расширения областей применения выпрямителей и привели к бурному развитию научных, проектных и производственных работ по созданию все возможных вентильных установок и тяжелых автоматических систем, которые имеют Кв. КВ в современной технике все больше и больше играют роль органов управления автоматических систем.

Теперь с развитием микроконтроллерной отрасли и возникновением оптотиристоров на большие токи и напряжения появилась возможность спроектировать управляемые выпрямители по очень простой схеме.

Применение оптотиристоров привело к упрощению исходной части схемы управления. Применение микроконтроллеров привело к:

- упрощение схемы управления  почти до одной микросхемы;

- включить у себя функцию  короля входных и исходных  напруг;

- автоматическое регулирование  исходного напряжения по заданному  алгоритму в зависимости от  внешних факторов;

- отдаленному контролю  и управлению

 

 

 

 

 

 

 

1. Управляемый выпрямитель

Управляемым называется выпрямитель, который кроме выпрямления переменного  напряжения одновременно регулирует среднее  значение выпрямленного напряжения (постоянную составляющую). Регулирование  осуществляется путем задержания отпирания  тиристора в пределах полпериода сетевого напряжения, где угол задерживания отпирания тиристора называется углом управления,чем меньше угол задержки, тем меньшее значение . Среднее значение выпрямленного напряжения выпрямителей, которые построены на управляемых вентилях - диодах, зависит от напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

В управляемых выпрямителях неуправляемые вентили(или часть вентилей) заменены управляемыми вентилями - тиристорами. На отличающуюся от полупроводникового диода, тиристор в положительный период переменного напряжения не открывается к моменту подачи импульса напряжения на управляющий электрод. Руководящий импульс напряжения сдвинут на фазовый угол относительно начального момента положительного полпериода напряжения питания, потому этот фазовый угол называют углом отстирывания.

К моменту подачи руководящего импульса тиристор закрыт, и напряжение питания не приходит к потребителю. С момента подачи управляемого импульса тиристор прыжком открывается, соединяя потребителя с источником питания. Выключается тиристор обратным напряжением  в момент начала отрицательного периода  переменного напряжения. С увеличением  фазового угла длительность включенного  состояния тиристора уменьшается  и соответственно уменьшается среднее  значение выпрямленного напряжения на потребителе.

Таким образом, в тиристорному управляемом выпрямителе изменение выпрямленного напряжения осуществляется не за счет изменения амплитуды переменного напряжения, подведенного к потребителю, а за счет длительности включения потребителя к сети в каждом периоде переменного напряжения.

1.1 Однофазный управляемый выпрямитель

На рисунке 1 изображена типичная схема однофазного управляемого выпрямителя

 

 

 

 

Рисунок 1 - Однофазный управляемый выпрямитель

 

Однофазный управляемый  выпрямитель имеет как преимущества, так и недостатки :

Преимущества :

- Минимальное количество

- Простота реализации;

- Простота схемы управления.

Недостатки:

- Низкий КПД;

- Высокая пульсация выпрямленного  напряжения.

 

 

1.1.1. Однофазный управляемый выпрямитель со средней точкой

 

Схема одно фазного управляемого выпрямителя со средней точкой изображена на рисунке2

 

Рисунок 2- Схема одно фазного управляемого выпрямителя со средней точкой

Преимущества:

- Разгрузка режима работы  тиристоров;

- Высокий КПД;

- Низкая пульсация выпрямленного  напряжения.

Недостатки:

- Усложненная схема управления;

- Увеличенные размеры

 

 

1.1.2 Однофазный один - и двуходнопериодный управляемый выпрямитель

 

На рисунке 3 изображенная схема управляемого однофазного однопериодного выпрямителя

 

Рисунок 3- Схема управляемого однофазного однопериодного выпрямителя

 

Управление исходным выпрямленным напряжением сводится к управлению во времени моментом отстаивания тиристора. Это осуществляется короткими импульсами с крутым фронтом(игла). Если тиристор открыт на сквозняке всего полпериода, то на выходе получаем пульсирующее напряжение, аналогично неуправляемому выпрямителю. При переменные времени задержки отстаивания тиристоров изменяется выпрямленное напряжение в сторону уменьшения. Это видно из графиков ниже. Для каждой задержки отвечает определенный угол сдвига по фазе между напругами на тиристоре и сигналом управления. Этот угол и является углом управления и определяется α=ωtз. tз - время задержки, ω - угловая частота(ω=2πf).

 

 

 

Рисунок 4- Принцип управления выпрямленным напряжением задержкой открывания

 

На рисунке4 изображенный принцип управления выпрямленным напряжением задержкой открывания

Ниже на рисунке 5 изображенная схема однофазного двух-однопериодный выпрямителя импульсно-фазовым управлениям.

 

 

Рисунок 5- Схема однофазного двух-однопериодный выпрямителя импульсно-фазовым управлениям

Напряжение из выхода фазообертача R1C1 поступает на вход усилителей-ограничителей(VT1, VT2). Диоды VD5, VD6 срезают позитивные полуволны этого напряжения. Напряжение трапецеидальной форм из выхода усилителя-ограничителя поступает на дифференцирующие цепи R4C2, R5C3, а потом на управляющие входы тиристоров VS1, VS2. Диоды VD7, VD8 предотвращают падение негативных импульсов на управляющие электроды тиристоров. Усилители-ограничители питаются от отдельного выпрямителя VD1 - VD4.

1.1.3 Однофазный мостовой управляемый выпрямитель

 

В однофазной мостовой схеме  можно все четыре диода заменить тиристорами, однако это не является принципиально необходимым. Поскольку  в мостовой схеме последовательно  с нагрузкой всегда включены два  вентиля, достаточно, чтобы хоть один из них был управляемым. Рассмотрим роботу мостового выпрямителя, в  которого как вентили в катодной группе используют оптронно тиристоры рисунок 6

 

Рисунок 6- Мостовой выпрямитель

 

При позитивной полярности напряжения питания, пока на тиристоры  от системы управления СК не подан  управляющий сигнал , они будут закрыты, и напряжение на нагрузке будет равняться нулю. В момент времени от системы управления СК на тиристор VS1 подается управляющий сигнал. Тиристор открывается и к нагрузке прикладывается в течение части полпериода синусоиды входного напряжения(рис.7, а, бы, в). В момент времени напряжение в сети изменяет полярность и под действием обратного напряжения тиристор VS1 закрывается.

Напряжение на нагрузке опять равняется нулю. В момент времени от системы управления приходит импульс для открывания тиристора VS2 и к нагрузке опять прилагаемая часть полпериода синусоиды входного напряжения. Смещая момент представления импульса управления относительно момента прохождения через нуль напряжения сети питания, подают на нагрузку больше или

 

 

 

 

Рисунок 7- Полпериоды синусоиды входного напряжения

Меньшую часть полпериода напряжения питания, чем регулирует среднее значение выпрямленного напряжения.

Интервал(электрический  угол) задержки открывания вентиля, который  отчисляется относительно момента  естественного открывания вентиля, называется углом управления.

 

 

С учетом этого зависимость  среднего значения выпрямленного напряжения от угла управления, которая называется регулируемой характеристикой выпрямителя, может быть описана так:

 

 

 

График регулируемой характеристики подан на рисунке 8.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8 - График регулируемой характеристики

 

Из графика видно, что  с изменением угла управления от _до к среднее значение выпрямленного напряжения плавно изменяется от максимального значения к нулю. Таким образом, основное преимущество управляемого выпрямителя - это возможность плавного регулирования среднего значения выпрямленного напряжения на нагрузке. Однако, когда используются управляемые выпрямители, возникают такие осложнения:

- надо вводить дополнительное  устройство - СК, в числовой части  схемы диоды надо заменить  тиристорами, что усложняет схему  и увеличивает ее стоимость;

- увеличивается коэффициент  пульсации выпрямленного напряжения;

- при регулировании увеличивается  фазовый сдвиг первой гармоники  тока, который потребляется от  сети, относительно напряжения сети, которая приводит к снижению  коэффициента мощности из увеличением  угла управления .

В данном курсовом проекте  я использую однофазный мостовой выпрямитель из LC – сглаживающим фильтром, схема, которого представлена на рисунке 9.

Рисунок 9 - Однофазный мостовой выпрямитель из LC – сглаживающим фильтром

Также поданы часовые диаграммы  при работе схемы выпрямителя(рис.10)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 10 - Часовые диаграммы при работе схемы выпрямителя

 

Выбор данного управляемого выпрямителя среди предварительно рассмотренных обусловлен такими их преимущества сравнительно с другими:

- оптимальное использование  возможностей трансформатора;

- высокий КПД;

- низкая пульсация выпрямленного  напряжения.

Для приглаживания пульсаций  выпрямленного напряжения до уровня, при котором происходит нормальная работа потребителя, я в разработанную  схему включаю LC - фильтр, который  состоит из двух фильтров, : емкостного и индуктивного. Емкостный згладжувальний фильтр представляет собой конденсатор, включенный параллельно нагрузке, а индуктивный - катушку индуктивности(дроссель), которая включена последовательно с нагрузкой. Сначала даем пульсации в индуктивность, потом остальные в какая включена последовательно с нагрузкой. Сначала даем пульсации в индуктивность, потом остальные в конденсатор.