Контрольная работа по "Электронике"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Выходные даные

 

1. Напряжение сети В;

2. нестабильность напряжения  сети, , ;

3. Частота сети  Гц;

4. Диапазон регулирования  напряжения на нагрузке:

В;

 В;

 В В;

5. Сопротивление нагрузки  Ом;

6. Коэффициент пульсации  напряжения на нагрузке К=5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет однофазного мостового управляемого выпрямителя

 

3.1. Расчет диапазона регулирования

 

1. С учетом падения  напряжения на элементах схемы  определяем максимальное выпрямленное  напряжение:

 

В;

 

где - падение напряжения на диоде и тиристоре выпрямителя; - падение напряжения на активном сопротивлении  соответственно дросселя фильтра и  обмоток трансформатора.

2. С учетом нестабильности  минимальное напряжение сети

 

В

 

где в относительных единицах;

3. Из уравнения регулирования  характеристики визначаемо min угол управления :

 

 

Поскольку значительно отличается от, надо использовать согласовывая и силовой трансформатор. Принимаем и определяем

 В;

 

, В.

4. Минимальное среднее  значение выпрямленного напряжения

В.

 

5. С учетом нестабильности  максимальное значение напряжения  сети

 

 

6. Максимальное значение  угла управления отвечает напряжению  сети  и выпрямленному напряжению :

;

7. Максимальное, минимальное  и номинальное значение тока  нагрузки :

А;

А;

 

 3.2. Расчет элементов схемы выпрямителя

 

Элементы схемы выпрямителя  выбирают, исходя из условий обеспечения  надежной работы в наиболее трудно возможном режиме. Для рассматриваемого выпрямителя такой режим будет  реализован при максимальном напряжении сети и минимальном куті управления. Для обеспечения запаса параметров элементов схемы расчет выполняют для угла управления, то есть для неуправляемого режима.

8. Режим работы нагрузки  при и напряжению:

В;

А.

Найдем параметры трансформатора :

Вт

 

9. Основные параметры  вентилей выпрямителя. Поскольку  характер нагрузки выпрямителя  индуктивный /используется LC- сглаживающий  фильтр/:

а) максимальное обратное напряжение на диодах и тиристорах и мак¬симальна прямое напряжение на тиристорах

В

б) средний ток череп  диоды и тиристоры

 

А;

 

в) действующий ток через  вентили выпрямителя

 

А.

С учетом вычисленных параметров выбираем оптронні тиристоры типа ТО2-10, которые имеют такие параметры:

 100 В;

10 мкс;

 

10 мкс;

  2,5 В;

0,12 А;

 10А.

3.3 Расчет сглаживающего фильтра

 

Для обеспечения заданного  коэффициента пульсации напряжения на нагрузке на выходе выпрямителя нужно поставить LC – сглаживающий фильтр.

10. Максимальное значение  коэффициента пульсации выпрямленного  напряжения отвечает углу управления 

 

 

11. Необходимый коэффициент  приглаживания

12. Определяем произведение  для фильтра:

ГнФ

где .

13. Нужная индуктивность  фильтра, которая обеспечивает режим непрерывного тока в дросселе фильтра и нагрузке :

Гн.,

где .

С учетом добытого значения индуктивности и максимального  тока нагрузки. Принимаем стандартный  дроссель Д271Т, который имеет такие  параметры, :

    9 A;

 0,01 Гн;

 1,75 Ом

Падение напряжения на обмотках дросселя .

14. Определяем емкость  фильтра :

 

мкФ.

 

С учетом того, что В выбираем конденсатор типа К50-76 емкостью 4,7-2200мкФ рабочим напряжением 6,3-450В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Система управления

 

Для смещения управляющих  импульсов на угол и распределения  сигналов управления на соответствующие  тиристоры необходимая система  управления выпрямителем. В настоящее  время больше всего применяется  система управления, которая реализует  принцип вертикального управления.

Структурная схема такой  системы управления приведена на рис. 11.

 

 

Рисунок 11- Структурная схема

 

Переменное напряжение с  частотой снабженческой сети подается на вход сигнализатора С, который задает частоту работы генератора пилообразного напряжения ГПН. На входы устройства сравнение(ПП) приходит пилообразное напряжение из выхода ГПН и управляющее напряжение . В момент равенства этих напряжений ПП производит импульс управления. Изменяя управляющее напряжение , можно регулировать угол . импульси управления из выхода ПП через распределитель импульсов РІ и усилители-формовщики ПФ1 И ПФ2 приходят на управляющие электроды соответствующих тиристоров VS1 и VS2 управляемого выпрямителя.

 

 

 

 

 

5. Принцип работы СК

 

Системы управления превращающих устройств строятся, как правило, на основе интегральных схем. Такие СК достаточно простые, имеют малые габариты и вес, потребляют незначительную мощность. Достаточно просто СК выпрямителя может быть построена на основе интегральных операционных усилителей(рис. 12). Часовые диаграммы для данной СК показаны на рис. 13.

На диодах VD1 и VD2 выполненное  ограничение напряжения, формирующее  из синхронизирующего синусоидального  напряжения напряжение, которое за формой приближается к прямоугольной(рис. 13, а). Это напряжение приходит к интегратору, собранному на микросхеме ГАИ. На входе его формируется треугольное линейно измененное напряжение(рис. 13, б),которая подается на один из входов схемы сравнения(компаратор), собранного на микросхеме ДАЗ. На второй вход компаратора - напряжение регулируемого резистора напряжения( R12 - R13 - R14) - . В момент равенства треугольного напряжения и напряжения, которое подается из распределителя, компаратор переключается из одного насыщенного состояния в противоположный (рис.13).

На выходе компаратора  включается дифференциальную цепь R15 - C4, который формирует в момент переключения компаратора импульс управления тиристором(рис. 13, г). Этот импульс усиливается за мощностью эмиторными повторителями VT1 и VT2 и через ограничивающий резистор R18 приходит к управляющему электрода одного из тиристоров выпрямителя.

Для формирования импульсов  управления второго тиристора, которые  смещены на 1800 относительно импульсов  управления первого тиристора, назначен второй канал СК, собранный на усилителе - инверторе ДА2, компараторе ДА4 и усилители мощности на транзисторах VT3 и VT4. Усилитель на микросхеме ДА2 имеет коэффициент усиливания . На его выходе формируется линейное треугольное напряжение, которое содержится в против фазе с исходным напряжением интегратора(рис. 13, б). Дальше сигнал управления во втором канале формируется аналогично.

Рисунок 12

 

Рисунок 13

5.1 Расчет системы управления

 

Как усилитель ДА1...ДА4 в рассматриваемой СК можно использовать интегральные операционные усилители общего назначения. Выбирает операционные усилители типа К140УД7 с такими параметрами:

Напряжение питания = ±15±10

Входное напряжение 0,1 В

Исходное напряжение ±10,5В ;

Входной ток =400нА

Коэффициент усиления К=30 000

 

 

5.1.1Ограничитель напряжения

 

Как диоды ограничивающего  напряжения целесообразно выбирать диоды с малым динамическим сопротивлением прямой части ВАХ. Выбираем диод КД510А, которые имеют такие параметры:

 В

А;

В.

Для получения синхронизирующего  напряжения, которое отвечает за формой прямоугольной, необходимо, чтобы амплитуды  синхронизирующего синусоидальное напряжения выбирали с условием:

В.

Следовательно, действующее  значение синхронизирующего синусоидального напряжения ,

                 В

Выбираем стандартное  значение напряжения В. Задаемся максимальным током через ограничивающие диоды VD1 и VD2, который равняется 0.2 А, и определяем величину промежуточного резистора

 

Рассчитываем мощность Р1 для резистора R1 :

 Вт,

где А.

Выбираем резистор класса С 2-33: С2-33-0.125-36 Ом±5

 

5.1.2 Интегратор на операционном усилителе ДА1

 

Для осуществления медленного регулирования угла управления амплитуда  треугольного напряжения должна иметь  достаточную величину. Берем 

В.

Для ограничения входных  токов операционного усилителя  при его работе в линейном режиме для использованного типа операционных усилителей рекомендовано последовательно  со входом ставить резистор порядка /10...100/ кОм. Выбираем резисторы R2 и R3 номиналом 51 кОм класса С 2-33.

С2-33-0, 125-52КОм±5yозраховуємо  мощность Р2, Р3 для резисторов R2, R3:

Вт

 

Исходное напряжение интегратора :

Поскольку в данном случае 1,1 В, c

 

время интегрирования

мс

равняется половине периода  сетевого напряжения, а  В.В.

Находим емкость конденсатора С1 :

 

 

Выбираем стандартный  конденсатор емкостью 20нФ КМ5-А. Для  улучшения характеристик интегратора  используем отрицательную обратную связь /ВЗЗ/ за постоянным током с  помощью резистора R4. Его номинал  выбираем при условии, что кОм, то есть номинал резистора класса С 2-33 равняется 510 кОм.

Рассчитываем мощность Р4 для резистора R4 :

 

Вт

Компаратор на операционных усилителях ДА3 и ДА4

 

В схеме компаратора операционный усилитель работает в импульсном режиме. Для данного режима ограничивающие резисторы, которые отомкнутые последовательно  из входа усилителя, рекомендовано избрать порядку /10...50/ кОм. Выбираем номиналы резисторов кОм класса С 2-33.

Рассчитываем мощность Р5, Р6, Р10, Р11 для резисторов R5, R6, R10, R11:

Вт

 

 

 

5.2Усилитель-инвертор на операционном усилителе ДА2

 

 Чтобы достать коэффициент  усиления , необходимо выполнить условие . Рекомендованная величина кОм. Следовательно, кОм ; то есть номинал резистора класса С 2-33 равняется 51кОм ;

Рассчитываем мощность Р7, P8 для резистора R7, R8:

Вт;

Сопротивление

Рассчитываем мощность Р9 для резистора R9 :

 

Вт;

 

Распределительные конденсаторы С2 и СЗ

Данные конденсаторы не пропускают постоянное напряжение смещения на вход компараторов. Емкость выбирают за условием

где ; - период синхронизирующего напряжения ; с, тогда

Ф =5мкФ.

Принимаем стандартный конденсатор  КМ5-А.

 

5.3 Регулирующий делитель напряжения

 

Делитель напряжения питается от суммарного напряжения источника  питания  В.

Для обеспечения регулирования  угла управления в полном диапазоне  в крайних положениях движка потенциометра  делитель должен обеспечивать напряжение:

 

В;   В

Следовательно, на резисторе  должно падать напряжение

 

В.

Приняв ток делителя мА находим сопротивление резистора