Расчет управляемого преобразователя автоматизированного электропривода

курсовая работа

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ БЛОКА СИФУ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Система импульсно-фазного управления (СИФУ) формирует для управления тиристорами сдвоенные прямоугольные импульсы, фаза которых относительно силового напряжения на тиристорах изменяется пропорционально напряжения, поступающему управляющий орган СИФУ. Структурная схема проведена на рисунке 1.

Рисунок 1

В состав блока СИФУ входит:

1. УС - устройство синхронизации; обеспечивает гальваническую развязку СУ с питающей сетью, отмечает переходы через 0 сетевого напряжения, а так же формирует на своем выходе разрешающие сигналы Up1и Up2, которые используются для управления тиристорами.

2. ГРН - генератор развертываемого напряжения; формирует пилообразное напряжение Uп, возвращаясь в исходное состояние в момент подачи импульсов Uсинхр.

3. НО - нуль-орган; сравнивает пилообразное Uп и напряжение управления Uу и в момент равенства меняет свое выходное состояние.

4. ФДИ - формирователь длительности импульсов; по «рабочему» фронту сигнала Uно формирует прямоугольные импульсы с длительностью, достаточной для надежного открывания тиристоров силового блока.

5. РИ - распределитель импульсов; управляется сигналами Up1иUp2 с выхода УС и служит для распределения импульсов UGTпо тиристорам.

6. ВФ1, ВФ2 - выходные формирователи; формируют открывающие импульсы по мощности, необходимой для надежного включения тиристоров, и обеспечивают потенциальную развязку СУ с силовым блоком.

Диаграмма работы СИФУ представлена в графической части листа 3.

Принципиальная схема приведена в графической части листа 2.

Напряжение синхронизацииUR(US,UT), находящееся в фазе с силовым питанием, подается на каналы СИФУ со вторичных обмоток трансформаторов. Это напряжение фазосдвигающей цепочкой R1, R2, С1 задерживается приблизительно на 33 эл. градуса (1,8 мс) и подается на компараторы DA1иDA2.

Схема совпадения на диодах VD3 и VD4 формирует короткий отрицательный импульс, запускающий ждущий генератор пилообразного напряжения, выполненный на ОУDA8и транзисторе VT3. Амплитуда пилообразного напряжения, имеющая отрицательную полярность, регулируется потенциометром R21.

На ОУDA12 осуществляется сравнение величины пилообразного напряжения с управляющим, поступающим с выхода усилителя DA11.

На инвертирующем входе ОУ DA11 осуществляется суммирование следующих сигналов: стабилизированного напряжения +9В, подаваемого через транзисторы VT1 или VT2 с анода стабилитрона VD14. Управление тиристорами выполняет блок логики раздельного управления; отрицательного напряжения смешения от источника -15В, регулируемого потенциометром R21.

При нулевом задающем напряжении (Uупр=Uрт=0) результирующее напряжение смещения от источника +9В и - Uсм имеет положительный знак, обеспечивая на выходе ОУ DA11 (контрольная точка 148) отрицательное напряжение около 6В. Регулированием величины -Uсм выставляется начальный угол запаздывания зажигания 120-125°, т.е. в районе точки естественного зажигания тиристора следующей фазы. Так как протекание тока, а следовательно и вращение двигателя, возможно только при положительном напряжении на якоре двигателя (б>120°), то в случае установки б>120° в характеристике управления приводом появится «мертвая зона»;

напряжения управления от регулятора тока РТ. Согласование однополярной характеристики управления СИФУ с двухполярным выходным напряжением регулятора тока осуществляют ключи на транзисторах VT1 и VT2, управляемые блоком логики раздельного управления преобразователями.

В зависимости от направления вращении напряжение на одном из каналов фиксировано на уровне +9В (точки А или В). Отрицательное Uyпр проходит по прямому каналу через резистор R13, а положительное через инвертор ОУ DA7. Таким образом, эта схема одновременно играет роль классического переключателя характеристик.

Диод VD7 в обратной связи ОУ DA12 ограничивает максимальную величину положительного выходного напряжения на уровне 0,7В, что исключает возможное «срыва» генерации управляющих импульсов при малых углах, т. к. амплитуда положительного выброса напряжения пилообразной формы составляет +2 В.

Выходное напряжение ОУ DA12 имеющее прямоугольную двухполярную форму дифференцируется конденсатором С10и поступает на базу транзистора VT4. Положительный дифференциальный импульс открывает транзистор VT4 и одни из транзисторов VT5 или VT6, на диодном входе которого (VD12 или VD13) отрицательное напряжение с компараторов DA12 или DA2. Коллекторный ток открытого транзистора VT5 или VT6 через диодные сборки

VD13, VD19-VD22 и т. д., открывает выходные транзисторы СИФУ VT7, VT8, VT9 и VT10 формируя импульс 1 управления тиристорами. Нагрузкой выходного транзистора являются трансформатор.

Разделение каналов осуществляется от блока логики раздельного управления: сигналы «В» (вперед), или по часовой стрелке, и «Н» (назад), или против часовой стрелки. На рабочий канал подается напряжение питания +20В.

Каналы фаз S и Т работают аналогично. Диодная сборка VD8, VD9 и VD10 формирует сигнал защиты от пропадания пилообразного напряжения.

5. АНАЛИЗ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ БЛОКА

Выбор типов элементов (конденсаторов, резисторов, диодов, транзисторов, микросхем и т.д.) предопределяется также условиями работы электропривода. Каждый тип элемента имеет определяющее значение, ясное понимание его содержания и возможностей, является совершенно необходимым при проектировании ЭП.

Наиболее широкое применение получили следующие типы элементов.

МЛТ - резисторы с металлоэлектрическим проводящим слоем. Предназначены в цепях постоянного тока, относятся к неизолированным резисторам. Масса не более 3,5г.

Резисторы ПЭ - резисторы ПЭ (проволочные эмалированные выпускаются на номинальное сопротивление от 1,0 Ом до 51 кОм и номинальную мощность рассеивания от 7,5 до 150 Вт.

КТ203А - Транзистор кремниевый эпитаксально-планарный p-n-p маломощный. Предназначен для работы в усилительных и импульсных схемах. Выпускается в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами. Обозначение типа приводится на корпусе. Масса не более 0,5 г.

2П701 - полевые транзисторы, кремневые эпитоксиально-плонарные с изолированным затвором и каналом n-типа. Предназначенные для применения в источниках вторичного электропитания переключающих и импульсных устройствах, стабилизаторах и преобразователях напряжения. Выпускаются в металлокерамическом корпусе с полосковыми выводами. Масса не более 6 г.

К75-10-220 - кремневые конденсаторы с постоянной емкостью. Номинальный максимальный ток 10А, напряжение 220В.

Д223Б - диоды кремневые, сплавные выпускаются в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами. Масса не более 0,53 г.

140УД6 - усилители среднего быстродействия, невысокой точности и малой выходной мощности.

К50 - электролитические фольговые алюминиевые конденсаторы постоянной емкости. К553УД2 - микросхема представляющая собой операционный усилитель средней точности. Содержит 36 интегральных элементов. Масса не более 1 г. Назначение выводов: 1, 2, 7, 8, 13, 14 - свободные; 3,9 - балансировка, коррекция; 4 - вход инвертирующий; 5 - вход не инвертирующий; 6,11 - напряжение питания; 10 - выход;, 12 - коррекция. Корпус типа 201.14-1 и 2103.14-1.

СП5-16ВА - резисторы переменные, предназначены для работы в электрических цепях переменного, постоянного и импульсного тока с частотой до 1000 Гц, применяются для печатного монтажа, Rном = 3,3-22 кОм. К140УД1

Микросхемы представляют собой операционные усилители средней точности без частотной коррекции. Корпус К140УД1 (А-В) типа 301.12-1, масса не более 1,5 г., КР140УД1 (А-В) типа 201.14-1 масса не более 1,5 г.

Рисунок 1

Электрические параметры:

Напряжение питания ……………………………....6,3 В ±0,5%

Максимальное выходное напряжение…………….± 2,8 В

Напряжение смещения нуля..…………………….. ±7 мВ

Ток потребления….………………………………... не более 4,5 мА

Входной ток ………………………………..………..±7 мкА

Разность входных токов………………..................не более 2,5 мкА

Коэффициент усиления напряжения……………...500...4500

Коэффициент ослабления синфазного входного напряжения не менее 60 дБ

Средний температурный коэффициент напряжения смещения - 60 мкВ/°C

Максимальная скорость нарастания выходного напряжения - 1 В/мкс

Время установления выходного напряжения - не более 1,5 мкс

Входное сопротивление…………………………………..50 кОм

К155ИМ1

Микросхемы представляют собой одноразрядный полный сумматор. Содержат 77 интегральный элемент. Корпус К155ИМ1 типа 201.14-1, масса не более 1 г., КМ155ИМ1 типа 201.14-8, масса не более 2,2 г.

Рисунок 2

Назначение выводов: 1 - вход инверсный слагаемого B3; 2 - вход инверсный слагаемого B4; 3 - вход переноса P1; 4 - выход инверсный переноса P2; 5 - выход суммы S; 6 - выход инверсной суммы S; 7 - общий; 8 - вход слагаемого A1; 9 - вход слагаемого A2; 10 - вход инверсный слагаемого A3; 11 - вход инверсный слагаемого A4; 12 - вход слагаемого B1; 13 - вход слагаемого B2; 14 - напряжение питания.

6. РАСЧЁТ И ВЫБОР ЗАЩИТНЫХ RC ЦЕПОЧЕК

Переходные процессы в цепях преобразователей электрической энергии часто сопровождаются перенапряжениями, основными их которых являются:

Перенапряжения, обусловленные внутренними процессами в полупроводниковых приборах в моменты коммутации тока; коммутационные перенапряжения, возникающие в моменты отключения внешних цепей с индуктивностями; перенапряжения, вызванные резонансными явлениями в преобразователях; внешние перенапряжения, поступающие из питающей сети. Перенапряжения могут привести к электрическому пробою приборов, вызывающему, как правило, возникновение коротких замыканий.

Защитные RС цепочки предназначены для ограничения скорости нарастания напряжения и снижения перенапряжений на вентилях схемы.

Точный расчет RС цепей достаточно сложен и требует учета ряда факторов и применения вычислительной техники. Параметры RС цепочек определяются компромиссным решением с учетом достаточного ограничения уровня напряжения и скорости изменения напряжения на вентиле, а также ограничения амплитуды разрядного тока защитного конденсатора в момент включения вентиля при максимальном угле регулирования.

Параметры RС цепочек, защищающих полупроводниковые приборы от внутренних перенапряжений, ориентировочно можно определить по следующим формулам:

(13)

(14)

где еК- напряжение короткого замыкания трансформатора в относительных единицах;

- максимальное значение прямого тока вентиля;

- максимальное значение обратного тока вентиля;

W-угловая частота питающей сети.

С другой стороны, на основании опытных данных, параметры RС цепей выбираются в пределах: R=ЗЗч200 Ом, С=0,1ч0,5 мкФ.

Тогда выбираем R=40 Ом, С=0,429 мкФ.

Делись добром ;)