Зависимый преобразователь переменного напряжения в постоянное мощностью Р=10 кВт; U=380 В

При следующее переключение распределителя РИ произойдёт ещё через 1/6 периода питающей сети. Таким образом будут последовательно сформированы импульсы управления на все 6 вентилей. Для предотвращения срыва работы выпрямителя в режиме прерывистого тока ВФ необходимо спроектировать с возможностью одновременной подачи УИ на n-й и (n-1)й тиристор. [1]4.3.5. Разработка принципиальной схемы СИФУ.Разработка принципиальной схемы генератора линейно изменяющегося (опорного) кода.Разработка генератора счётных импульсов.ГСИ выполним на основе таймера КР1006ВИ1. Приведём краткое описание данной микросхемы.Микросхема представляет собой таймер для формирования импульсов напряжения длительностью (R и C - внешние времязадающие элементы) от нескольких микросекунд до десятков минут, с погрешностью не более 0,3% при допусках внешних времязадающих элементов не более 5%.Предназначена для применения в стабильных датчиках времени (не требует внешних стабилизирующих элементов), генераторах импульсов, широтно-импульсных, частотных и фазовых модуляторах, преобразователях напряжения и сигналов, ключевых схемах, исполнительных устройствах в системах управления, контроля и автоматики. Содержит 51 интегральный элемент. Корпус типа 2101.8-1 и 4309.8-A.Рис. 10 Принципиальная схема ГСИРекомендуемая величина ёмкости времязадающего конденсатора . вычисляется по формуле , где - длительность и период следования (принимаем их равными) импульса в секундах.Необходимая частота определена как:Где, - частота сети.n – глубина квантования. Принимаем n=8, при этом обеспечивается дискретность угла управления порядка Тогда длительность (период следования) импульса вычисляем как:СледовательноВеличины фильтрующих конденсаторов: и рекомендуются разработчиком ИМС. Разработка принципиальной схемы счётчика CT1.Сформулируем требования к счётчику:Максимальное число импульсов, которое должен отработать счётчик за половину периода питающей сети. Число разрядов счётчика Определим предустановленный код в двоичной форме:Для построения логики СИФУ используем цифровые ИМС серии 555 (ТТЛШ). Счётчик соберём на трёх микросхемах К555ИЕ7, которые представляют собой двоичные реверсивные счётчики с возможностью предустановки. Предустановка производится при наличии лог.0 (по отрицательному спаду) на входе C (предустановки) счётчика. Для логики ТТЛШ справедливы следующие уровни: и Построим принципиальную схему счётчика:Рис. 11 Принципиальная схема счётчикаРазработка принципиальной схемы устройства синхронизации.Как было сказано ранее, УС должно синхронизировать СИФУ по точкам естественной коммутации (ТЕК) вентилей.Рис. 12 Кривая фазного напряженияДля точки естественной коммутации первого вентиля это отрицательное амплитудное значение напряжения фазы B. Фиксируя его, можно довольно точно определить момент естественной коммутации первого вентиля. УС построим на основе данного принципа.Схемотехнически такой подход реализуем при помощи аналоговых компараторов, на которых будут сравниваться пониженное с помощью трансформатора напряжение и некие опорные постоянные напряжения. Для того, чтобы расположить кривую целиком в положительной области, применим многоступенчатый делитель напряжения. В его ступени с большим сопротивлением включим подстроечные резисторы, которые позволят регулировать в небольших пределах время срабатывания УС, тем самым давая возможность максимально точно настроить СИФУ. [3]Также необходимо отметить, что счётчик СT требует синхронизации по отрицательному фронту и фиксированную длительность (не более 10мкс) импульса синхронизации, также требуется согласование по уровню ТТЛШ. Поэтому на выходе УС поставим формирователь импульсов прямоугольной формы серии 555. [1] Представим схему устройства синхронизации:Рис. 13 Принципиальная схема устройства синхронизации с сетьюВ данной схеме пониженное фазное напряжение прикладывается к выводу 1 компаратора DA1 и выводу 2 DA2, “нулевой” провод включается между второй и третьей ступенями делителя напряжения, образованного резисторами R1-R6. C выхода компараторов сигнал попадает на второй инверсные входы одновибратора К555АГ1, который срабатывает по отрицательному перепаду напряжения на любом из входов А1 и А2. Длительность импульса УС задаётся параметрами R7C1. Сигнал с формирователя DD1 снимается с инверсного выхода, как этого требует счётчик CT1 в генераторе линейно изменяющегося кода. [1]Для правильной работы УС делитель должен обеспечить соотношения , где 12В – напряжение на делителе. Соответственно соотношения сопротивлений его ступеней равны , считая от входа. Соответственно выберем:Сопротивления и оптимизируются в процессе настройки СИФУ.Для микросхемы К555АГ1 параметр С1 находим из известных и . Значение R7 рекомендовано разработчиком микросхемы.Напряжение на выходе трансформатора: Разработка принципиальной схемы генератора кода управления.В данной схеме используем АЦП в качестве преобразователя «напряжение управления - код управления». В качестве преобразователя используем БИС К1108ПВ1А, которая представляет собой 10 разрядный прецизионный АЦП со встроенным ГСИ, предназначенный для работы с логикой ТТЛШ (К1108ПВ1 – с ТТЛ). Максимальная амплитуда входного напряжения составляет 3В. [1]Используем схему включения с внешним источником опорного напряжения:Рис. 14 Принципиальная схема генератора кода управления.Все значения кроме R3 и R4 взяты из справочной литературы. Делитель R3R4 рассчитан следующим образом.При код на выходе преобразователя: . Иными словами чувствительность АЦП по входному напряжению составляет Для получения на выходе кода потребуется напряжение:При входном напряжении делителя равном 5В, соотношение его сопротивлений: , если принять , то Резистор R4 переменного сопротивления. Угол поворота его движка определяет его сопротивление, напряжение на входе АЦП и код на его выходе, а следовательно, и угол отпирания вентилей α.Разработка схемы сравнения и выбор триггера.Схема сравнения основана на широко распространённых четырёхразрядных цифровых компараторах серии 555 – К555СП1. На входы A компараторов подадим опорный код, а на входы И – код управления. Результат сравнения младших разрядов, в соответствии с ранее установленным принципом, подаётся на счётный вход счётчика в РИ, старших разрядов – на вход сброса того же счётчика. T – триггер получаем путём объединения J и K входов JK триггера на микросхеме К555ТВ6. Триггер управляется положительными синхроимпульсами от УС. [1] Приводим принципиальную схему СС:Рис.15 Схема электрическая принципиальная схемы сравнения.Разработка принципиальной схемы распределителя импульсов.В соответствии с подробной структурной схемой СИФУ производим выбор комплектующих. Используем четырёхразрядный счётчик К555ИЕ7. Формирователи импульсов выполним на микросхеме К555АГ1. Дешифратор также выполним на ИМС серии 555 – К555ИД6. Данная микросхема имеет инверсные выходы, поэтому для правильной работы СИФУ на выход дешифратора необходимо включить инвертор, в качестве которого мы используем специализированную ИМС К555ЛН1.Примем длительность управляющего импульса . Исходя из этого, определим значение времязадающей ёмкости C для микросхемы К555АГ1. Также примем . Значение R рекомендовано разработчиком микросхемы. [1]Схема распределителя импульсов:Рис. 16 Принципиальная схема распределителя импульсовРазработка принципиальной схемы выходных формирователей.В выходных формирователях используем составные транзисторы по схеме Дарлингтона и магнитоимпульсный трансформатор МИТ-4. Данный трансформатор имеет две вторичных обмотки, что позволят реализовать схему подачи подтверждающих импульсов. [1]Схема выходного формирователя следующая:Рис. 17 Принципиальная схема выходного формирователя4.5.Разработка источника вторичного электропитания.Требования к ИВЭП следующие:Напряжения на выходе, В: +5, -5,2, +12, +24.Нестабильность напряжения на выходе 5%.Примерная мощность по всей СИФУ: Для получения стабилизированного питания +5, +12 и +24 В используем соответствующие микросхемы стабилизаторов: КР142ЕН5А, КР142ЕН8Б и КР142ЕН9Б. Стабилизированное питание -5,2 в снимем при помощи стабилитрона КС451А. Для понижения напряжения сети и выдачи применим трансформатор ТС-25А 220/27 В, с расслоённой на 4 части вторичной обмоткой. Выпрямительные мосты – моноблочные сборки КЦ405А. Для снижения пульсаций выпрямленного напряжения перед стабилизаторами поставим фильтрующие ёмкости С=1000 мкФ. [1]Приведём ниже принципиальную схему ИВЭП.Рис. 18 Принципиальная схема источника вторичного электропитания4.6.Электрическая принципиальная схема преобразователя с СИФУ.Данная схема представлена в Приложении А. Временные диаграммы, поясняющие работу СИФУ находятся в Приложении Б.4.7.Спецификация.Полный перечень использованных элементов приведён в Спецификации (Перечень элементов)Приложение Б.ПриложенияПриложение А. Схема электрическая принципиальная преобразователя с системой импульсно–фазового управления.Приложение БСпецификацияПозОбозн.НаименованиеКол.ПримечаниеКонденсаторыС1Конденсатор КМ-5-1,5 пкф ОЖО.460.050ТУ1С2Конденсатор К74-6-0,47 мкф ОЖО.464.031ТУ1С3Конденсатор КМ-5-25 пкф ОЖО.460.050ТУ1С4, С8Конденсатор К74-6-0,1 мкф ОЖО.464.031ТУ2С5, С6Конденсатор К73-17-1,0 мкф ОЖО.462.036ТУ2С7Конденсатор К74-6-0,01 мкф ОЖО.464.031ТУ1С9Конденсатор К50-6-110 мкф ОЖО.464.031ТУ1С10-С12Конденсатор КМ-5-2,7 пкф ОЖО.460.050ТУ3С13-С16Конденсатор К50-16-1000 мкф ОЖО.464.033ТУ4С17-С22Конденсатор КМ-5-1,6 пкф ОЖО.460.050ТУ6С23Конденсатор К50-16-620 мкф ОЖО.464.033ТУ1Резисторы МЛТ ГОСТ7113-77R1, R6МЛТ-0,125-1,5 кОм 10%2R9, R11, R12МЛТ-0,125-1,5 кОм 10%3R7, R14МЛТ-0,125-10 кОм 10%2R15, R21МЛТ-0,125-1,5 кОм 10%2R10МЛТ-0,125-0,91 кОм 10%1R13МЛТ-0,125-3,3 кОм 10%1R3, R4МЛТ-0,125-2,7 кОм 10%2R16-R20МЛТ-0,25-1,3 кОм 10%5R28МЛТ-0,25-1,3 кОм 10%1R22-R27МЛТ-0,25-24 кОм 10%6Резисторы СП5-2R2, R5СП5-2-0,25-0,47 кОм 5%2R8СП5-2-0,25-2,7 кОм 5%1Диоды VD1-VD4Диод Д215А4VD7-VD22Диод Д22616Диодные сборкиVD31-VD34Мост КЦ405А4Стабилитроны VD35Стабилитрон КС451А12005.000001.04.КПИзм.Лист№ док.ПодпДата Разработал ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВЛит Лист ЛистовПроверил 4749Рецензент ВТУЗ, гр. 1433Н. КонтрольУтвердилПозобозначНаименованиеКол.ПримечаниеТранзисторы VT1-VT6Транзистор КТ503Б6VT7-VT12Транзистор КТ 903Б6Микросхемы DA1Компаратор аналоговый К554СА31DA2Стабилизатор К142ЕН8Б1DA3Стабилизатор К142ЕН9Б1DA4Стабилизатор К142ЕН5А1DD1, DD11, DD14Формирователь импульсов К555АГ13DD3Компаратор цифровой К555СП11DD4JK Триггер К555ТВ61DD5Элемент ЗИЛИ К555ЛИЗ1DD7Таймер КР1006В11DD8-DD11Счетчик К555ИЕ73DD15Дешифратор К555ИД61DD16Инвертор К555ЛН11DD17Микросхема АЦП К110ВПВ1А1Тиристоры VS1-VS4Тиристор Т2-12-44Трансформаторы Тр1Трансформатор ТМГ-12 220/31Тр2-Тр5Трансформатор импульсный МИТ-44Тр8Трансформатор ТС25А 220/271Тр9Трансформатор согласующий1Литература1 .Исхаков А.С., Музыка М.М., Черевко А.И.Проектирование полупроводниковых преобразователей. Учебное пособие. – Северодвинск: Севмашвтуз, 2007.2.Ковалёв Ф.И., Мосткова Г.П. Полупроводниковые выпрямители. - М.: Энергия, 1978.3.Розанов Ю.К. Основы силовой преобразовательной техники. – М.: Энергия, 1979.4. Анисимов Я.Ф. Судовая силовая полупроводниковая техника. – Л.: Судостроение, 1979.5.Тиристоры штыревой конструкции//element.zp.ua›info/rus/t142_80.pdf6. Справочник по преобразовательной технике. Под ред. И.М. Чиженко. К., «Техника», 1978.7.Черевко А.И. Расчет и выбор судовых силовых трансформаторов для полупроводниковых преобразователей. Учебное пособие. – Северодвинск: Севмашвтуз, 2007.