Расчет реверсивного электропривода (стр. 4 из 7)

Существуют системы управления, построенные по горизонтальному и вертикальному принципу. Горизонтальное управление не нашло широкого распространения, так как мостовые фазовращатели критичны к форме и частоте подаваемого напряжения. Из-за этого выбираем систему управления, построенную по вертикальному принципу.

Функциональная схема СИФУ изображена на рис 3.1 и содержит:

ИСН - источник синхронизирующего напряжения (трехфазный трансформатор);

ГОН - генератор опорного напряжения;

Н01,Н02- нуль-органы;

УИ - усилитель импульсов;

ВУ - выходное устройство;

ФИ - формирователь импульсов;

УО- управляющий орган.

4. РАСЧЕТ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ (СИФУ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Для расчета основных элементов системы импульсно-фазового управления (СИФУ) преобразователя принимаем для конструирования цифровые микросхемы серии К176, а аналоговые типа К140УД8А.

Микросхемы серии К561.

Параметры	Значения
1	2
Напряжение источника питания, ВНапряжение логического нуля, ВНапряжение логической единицы, ВВходной ток, мкАТок потребления, мА	101,09,0± 0,320…250

Микросхема К140УД8А. Операционный усилитель общего назначения с полевыми транзисторами во входном каскаде и внутренней частотной коррекцией.

Параметры	Значения
1	2
Напряжение источника питания, ВТок потребления, мАВходной ток, нАРазность входных токов, нАВыходное напряжение положительного уровня, ВВыходное напряжение отрицательного уровня, ВКоэффициент усиления напряжения, ВСопротивление нагрузки, кОм	± 155≤ 0,2≤ 0,0210-10≥ 50 0002

4.1 Расчет и выбор генератора опорного напряжения

Для работы СИФУ используется косинусоидальное или линейное пилообразное опорное напряжение, максимальное значение которого должно находиться в точках естественной коммутации вентилей.

Выбираем генератор опорного косинусоидального напряжения (рис 4.1). Он состоит из трансформатора синхронизации (ИСН), действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки U₂_m = 15 В, и инвертирующего усилителя (на основе операционного усилителя).

Чтобы максимальное значение опорного напряжения находилось в точках естественной коммутации вентилей, берем напряжение последующей фазы трансформатора синхронизации и инвертируем его с помощь инвертирующего усилителя. Этим достигается нужный сдвиг косинусоиды на 60°.

Рис 4.1. Электрическая схема генератора опорного напряжения.

Выбираем R_з=R₄=12 кОм, тогда коэффициент передачи усилителя на ОУ будет равен единице, т.к. для пропорционального П-регулятора собранного на DA1.1 преобразование входного сигнала осуществляется с коэффициентом k=^R⁴/_R₃=¹²/₁₂=1.

Амплитудное значение опорного напряжения на входе инвертора

U_о_nm=(1,1... 1,2)∙U_зад_max= (1,1... 1,2)∙10 = 12 В. Для соответствия напряжения U₂_mс U_о_nmна входе инвертора ставим делитель напряжения (R₁, R₂). Тогда коэффициент передачи делителя напряжения:

K_д=

=0,8.

Так как делитель напряжения является источником по отношению к инвертирующему усилителю, то должно выполняться условие R₁+R₂«R₃.

Принимаем значение R₂ в пределах 820 Ом... 1,0 кОм, т.е. R₂= 910 Ом и из соотношения

Кд=

получаем R₁= R₂∙

=910

≈ 227,5 Ом.

Из стандартного ряда выбираем значение R₁=230 Ом.

4.2 Расчет и выбор нуль-органа

С помощью нуль-органа опорное напряжение генератора сравнивается с управляющим напряжением U_ynp преобразователя. Когда опорное напряжение в (процессе его увеличения или уменьшения) достигает напряжения U_ynp на выходе нуль-органа возникает импульс, который поступает на формирователь отпирающих импульсов. Принципиальная электрическая схема нуль-органа представлена на рис. 4.2.

Рисунок 4.2. Электрическая схема нуль-органа.

Выбираем R₅=R₆=12 кОм. Амплитудное значение опорного напряжения равно 12В, а максимальное напряжение управления равно 10В. Максимальное значение их разности составляет 22В, что превышает максимально допустимое значение входного напряжения ОУ. Поэтому для защиты ОУ ставим два диода, включенных встречно-параллельно. Выбор диодов производим по прямому току и по максимальной величине обратного напряжения с коэффициентом запаса равным 2. Выбираем по [8] тип диода и записываем его параметры.

Из справочника выписываем технические данные применяемых полупроводниковых диодов

Тип диода	I_доп., мА	U_обр.,В
КД521В	50	50

Проверяем диод по параметру U_обр. Для данной схемы диод должен удовлетворять условию U_обр> 22∙2= 44В. В данном случаи условие соблюдается, так как 50> 44 В.

Определим прямой ток: I_пр=

= 0,00092А=0,92 mA. Условие I_доп= 50mA>I_пр=0,92 mA – выполняется.

4.3 Расчет и выбор формирователя длительности импульсов и элементов согласования с логикой

Формирователь длительности импульсов служит для формирования отпирающих импульсов определенной длины, которые после усилителя поступают на управляемый тиристор.

Принципиальная электрическая схема формирователя длительности импульсов и элементов согласования с логикой представлена на рис.4.3.

Рисунок 4.3. Формирователь длительности импульсов

Формирователь импульсов собран на ОУDА2.1. Он представляет собой дифференцирующее с замедлением звено, который описывается уравнением

h(t) =

где Т₁= С₁∙ R8 ,Т₂ = С₁∙R7-постоянные времени.

Вход данной цепи подключен к нуль-органу и переход напряжения на входе составляет ∆U_вх=2U_{оу нас}.

Величину напряжения импульса принимаем равным U_ynp=9 В.

Для нормального открывания тиристоров необходимо обеспечить длительность импульса 7° -10º.

Время импульса составляет:

t_u=

=0,39÷0,56 мс.

Принимаем t_u =0,5мс.

Скачёк напряжения на выходе формирователя длительности импульсов в момент переключения нуль-органа примем: U_u_max=12B.

В начальный момент времени t=0, подставив в переходную функцию получим:

U_упр_max=

∙ ∆U_вх.

Отсюда

= U_упр_max/∆U_вх.

Далее, подставляя в соотношение

U_вых= ∆U_вх ∙

значения U_вых=U_ynp, U_вых=∆U_вх =26В;

и время t=t_u=0,5мc, находим Т₂:

Т₂= –

=–

= 1,74 мс.

Принимаем величину С₁=82...150нФ, берём С₁= 110нФ= 1,1∙10^-7Ф определяем сопротивление R₇

R7 =

=15820 Ом и выбираем ближайшее стандартное значение

R7= 16 кОм.

Из соотношения

рассчитываем значение R8:

R₈=

∙16= 7,38 кОм, принимаем R₈= 7,5 кОм.

Из критерия величины нагрузки для ОУ выбираем R₉=9,1 кОм.

Для согласования сигналов формирователя длительности импульсов по уровню и знаку с логическими элементами служит стабилитрон VD3, напряжение стабилизации U_cmкоторого выбирают в пределах 10... 12 В, выбираем стабилитрон Д814В у которого напряжение стабилизации U_ст=10,2 В.

Выбираем величины сопротивлений инвертирующего усилителя, собранного на ОУ DA2.2, исходя из того, что необходимо получить коэффициент передачи равный единице. Принимаем R₁₀=R₁₁=12 кОм.

4.4 Расчет и выбор усилителя импульсов

Мощность сигнала, получаемого из выхода формирователя длительности импульсов мала. Усилитель импульсов предназначен для усиления импульсов перед их подачей в цепь управляющего электрода силового тиристора.

Принципиальная электрическая схема усилителя импульсов представлена на рис.8.

Рисунок 4.4. Электрическая схема усилителя импульсов

На схеме (рис.4.4) ТЗ-импульсный трансформатор с числом витков w₁=225 и w₂= 150. Исходя из этого коэффициент трансформации равен