Розробка регулятора змінної напруги з вольтододачею (стр. 6 из 7)
Мікроконтролер визначає момент переходу напруги через 0 і в цей момент відмикається перший симістор, потім АЦП зчитує сигнал зі змінного резистора і відповідно до цього вираховується час, через який відкриється другий симістор. Після проходження цього часу на симістор подається керуючий імпульс і з новим півперіодом цикл повторюється. Цей алгоритм представлений на рис. 3.2.1.
Рисунок 3.2.1 – алгоритм роботи системи керування
3.3 Розрахунок елементів схеми
3.3.1 Розрахунок вхідного трансформатора
Задаємо вихідні дані:
- напруга первинної напруги U1=220 B;
- напруга вторинної обмотки U2=12 В;
- потужність вторинних обмоток Р2=10 Вт.
Розміри магнітопровода вибраної конструкції, необхідні для отримання від трансформатора заданої потужності, можуть бути знайдені на підставі виразу:
 , |
Де:
Sст - перетин стали магнітопровода в місці розташування котушки;
Sок - площа вікна в магнітопроводі;
Вмах - магнітна індукція;
J - щільність струму;
Кок - коефіцієнт заповнення вікна;
Кст - коефіцієнт заповнення магнітопровода сталлю;
Величини електромагнітних навантажень Вмах і J залежать від потужності, що знімається з вторинної обмотки трансформатора ланцюга, і беруться для розрахунків з таблиць. Для даного трансформатора вони мають наступні значення:
Вмах=1,7 Тл;
J=5 А/мм2;
Коефіцієнт заповнення перерізу магнітопроводу сталлю Кст та коефіцієнт заповнення вікна Кок залежать від товщини сталі, конструкції магнітопроводу (пластинчаста, стрічкова) і способу ізоляції пластин або стрічок один від одного. Величини коефіцієнтів Кст та Кок також є табличними і для даного трансформатора вони дорівнюють:
Кст=0,85;
Кок=0,2.
Маючи значення всіх потрібних коефіцієнтів визначаємо розміри магнітопровода:
см4.Величину номінального струму первинної обмотки знаходимо за формулою:
,Де величини η і cosφ трансформатора, що входять у вираз, залежать від потужності трансформатора і можуть бути орієнтовно визначені з таблиць. Для даного трансформатора вони мають значення:
η=0,8;
cosφ=0,9.
Визначимо струм вторинної обмотки за формулою:
.Тепер можна визначити діаметр проводів в кожній обмотці без урахування товщини ізоляції. Переріз проводу в обмотці:
Sпр1 = I1/J=0,063/5=0,013 мм2;
Sпр2 = I2/J=0,83/5=0,17 мм2.
Діаметр проводів:
Визначаємо число витків в обмотках трансформатора:
Де:
n - номер обмотки;
dU - падіння напруги в обмотках, виражене у відсотках від номінального значення. Значення цього параметру береться з таблиць.
3.3.2 Вибір трансформатора вольтододачі
Зазвичай в реальних пристроях трансформатори вольтододачі розраховані на 10-20% від вхідної напруги, але для наочності та зручності оберемо трансформатор с коефіцієнтом передачі n=1 та напругою UW1=UW2=12 B. розрахунок трансформатора вольтододачі можна провести аналогічно пункту 3.3.1 при умові максимального навантаження, коли кут регулювання α наплижається до нуля.
3.3.3 Розрахунок симісторів
Спочатку проведемо розрахунок симістора VS1. Будемо розглядати ситуацію, найгіршу для експлуатації симістора, а саме коли він постійно відкритий, тобто α=0. Розрахунок зводиться до вибору симістора за струмом, який він здатний пропускати. струм через симістор VS1 буде дорівнювати відношенню напруги вторинної обмотки U2=12 В до навантаження Rн=50 Ом. Отже маємо:
Напруга, яку він має витримувати дорівнює напрузі його запирання, тобто напрузі на вторинній обмотці трансформатора TV2 UW2=12 В.
Тепер розрахуємо симістор VS2 для його найгірших умов, коли він постійно відкритий, тобто α=0о. Струм через VS2, буде проходити такий самий, як і через VS1, I=0,24 A. Напруга на ньому буде дорівнювати напрузі вторинної обмотки трансформатора TV1 U2=12 B.
Отримані параметри дозволяють використовувати оптосимістор MOC3061 з вихідним струмом І=1 А та вихідною напругою U=600 В. Застосування оптосимістора замість симістора значно спрощує схему керування, оскільки в одному елементі об’єднані керований елемент та опторозв’язка до нього. Також пропадає проблема з розробкою вузла комутації для симістора.
3.3.4 Розрахунок елементів системи керування
Оберемо номінали резисторів R1 та R2. Максимальна напруга на виході трансформатора 15 В, а АЦП мікроконтролера живиться від напруги 5 В, тому відношення значень опорів R2:R1=3:1. Обираємо R1=1 кОм та R2=3 кОм.
До діода VD особливих вимог немає, тому обираємо діод 1N1004.
Резистори R4 та R5 призначені для обмеження струму, що потрапляє на світло діод оптосимістора. Максимальний струм, який може пропустити через себе даний світло діод 20 мА, падіння напруги на ньому 1 В, тому
, але оскільки світлодіод працює в імпульсному режимі, в якому час паузи набагато більший за час самого імпульсу, то обираємо значення опорів R4=R5=150 Ом.Значення ємностей С1 та С2 повинні бути якомога більшими, тому обираємо їх рівними 1000 мкФ. Значення ємності С3 обираємо 1 мкФ.
В якості стабілізатора напруги для мікроконтролера обираємо LM7805.
4. Охорона праці
Вступ
Метою даного дипломного проектування є розробка та створення лабораторного макету регулятора змінної напруги з вольтодобавкою. Розглянемо умови праці інженера електроніки при експлуатації розроблювального пристрою в робочому приміщенні на ЦМДІ “Навігації та управління”. Робочим місцем для даного пристрою є кімната 4 × 6 м2.
Аналіз шкідливих факторів
Розглянемо шкідливі фактори, які впливають на працівника погіршуючи його здоров’я. Серед подібних факторів можна виділити наступні:
- Мікроклімат виробничих приміщень.
Згідно ДСН 3.3.6.042-99 визначаємо наступні параметри: категорія робіт - Іа (сидяча робота з незначними фізичними навантаженнями), період року - холодний.
Зведемо оптимальні і допустимі параметри мікроклімату для таких умов в таблицю 3.1.1. Туди ж занесемо і фактично виміряні параметри.
Таблиця 3.1.1 Оптимальні, допустимі і фактичні параметри мікроклімату.
| Показники | Температура, ОС | Відносна вологість, % | Рухливість повітря, м/с | ||||
| Опти-мальна | Допустима на постійних робочих місцях | Опти-мальна | Допустима на постійних робочих місцях | Опти-мальна | Допустима на постійних робочих місцях | ||
| Min | max | max | max | ||||
| Теоретичні | 22-24 | 21 | 25 | 40-60 | 75 | до 0,1 | 0,1 |
| Фактичні | 23 | 55 | 0,07 | ||||
Висновок: Абсолютно всі параметри мікроклімату в нормі.
- Шкідливі речовини в повітрі робочої зони.
Оскільки в приміщенні де працює даний прилад ніяких виробничих операцій не відбувається, то жодної шкідливої речовини в повітрі не міститься. Приміщення регулярно вентилюється, вентиляція – природна.
- Освітлення
Згідно до ДБН В – 2 – 05 – 2006 освітленість приміщення має становити не нижче 300 лк. Приміщення освітлюється природнім та штучним освітленням, яке було встановлено згідно з санітарними нормами.
- Шум, вібрація, інфразвук, ультразвук
Згідно з ДСН 3- 32-37-99 рівень звукових коливань на робочому місці не може перевищувати 50 дБАекв. На робочому місці дані норми виконуються.
- Виробничі випромінювання
Пристрій містить магнітний елемент – понижуючий малопотужний трансформатор. Його конструкція забезпечує майже повне замикання магнітного потоку в середині сердечника. Але його частина (менше 1%) виходить на зовні. Для захисту від можливого негативного впливу цього випромінювання достатньо аби зарядний пристрій знаходився на відстані більше 50 см від робочого місця.
- Електробезпека
На робочому місці присутні таки електроприлади: ПК, електролампа. Ці пристрою згідно техніки безпеки заземлені, дроти за ізольовані. Ці прилади живляться від мережі 220В, 50 Гц.
Кількість нещасних випадкiв з смертельним наслідком при електpотpавматизмі найбiльше (складає близько 40 %), при загальній кількості біля 1%. Виникнення електротpавм може бути викликано:дотиком до частин, що проводять струм; дотиком до апаратiв, що знаходяться у аварiйному режимi;попаданням пiд напругу кроку;наближенням до апаратiв високої напруги (поразка електричною дугою). Електротравми бувають:
1. Мiсцевi електричні травми - електричні опiки, електричні знаки або мiтки (круглi або овальні плями на тiлi у мiсцях входу та виходу електричного струму), металізація шкiри, електроофтальмію (опiк роговиці очей).