4. Компаратор и формирователь длительности импульса

Принципиальная электрическая схема компаратора и формирователя длительности импульса приведена на рис.5.1.

Рис.5.1. Принципиальная электрическая схема компаратора и формирователя длительности импульса

Временные диаграммы, поясняющие работу схемы, изображенной на рис.5.1, приведены на рис.5.2 при значении напряжения - пуска и защиты “равном” логической единице.

Рис.5.2. Временные диаграммы, поясняющие работу компаратора и формирователя длительности импульса

В качестве компаратора можно использовать компаратор 554СА3

Справочные данные:

не более 6,0 мА

не более 5,0 мА

не более 3,0 мВ

не более 100 нА

не более 10 нА

не менее 1,5

не более 1,5 В

не более 300 нс

Предельно допустимые электрические режимы эксплуатации.

Напряжение между выводами 11 и 6 4,5…33 В

Синфазное входное напряжение В

Предельное входное напряжение 30 В

Напряжение между выводами 9 и 2 33 В

Мощность рассеивания при Т<=75 500мВт

А в качестве логических элементов логические элементы И-НЕ 155 серии. Выберем К155ЛА3

Справочные данные:

U ,В не менее 2,4

U ,В не более 0,4

t , нс не более 15

t , нс не более 22

U ,В не более -1,5

раз 10

Примечания:

1 Т=+25С

2 U =4,75В

3 I =-0,4мА

Длительность импульса управления определяется параметрами дифференцирующей цепочки:

, (5.1)

где величина сопротивления резистора определяется выбранным типом логических элементов .

Отсюда, имея =1кОм, получим

Примем =1кОм

Так как для “нормального” функционирования тиристорного выпрямителя необходимо на тиристоры подать “сдвоенные” импульсы управления (см. рис.1.3), то для получения в каждом из шести каналов управления сдвоенных импульсов осуществляется связь между каналами как это показано на рис.9.1.

Угол управления тиристорами выпрямителя зависит от напряжения управления и определяется следующей зависимостью:

(5.2)

То есть, изменяя от 0 , получаем, изменяется от 0 до 90

4. Усилитель мощности

Принципиальная электрическая схема усилителя мощности приведена на рис.6.1.

Рис.6.1. Принципиальная электрическая схема усилителя мощности

На вход усилителя мощности поступают “сдвоенные” с интервалом между импульсами и длительностью импульсы напряжения с выхода формирователя длительности импульса. При изменении напряжения управления изменяется и угол управления тиристором выпрямителя “V1” (см. рис.1.1). Упрощенная временная диаграмма, поясняющая работу усилителя мощности, приведена на рис.6.2. При построении временных диаграмм были приняты допущения, что трансформатор является идеальным (нет потерь и индуктивности рассеивания равны нулю), что на интервале открытого состояния транзистора V2 напряжение ,

Рис.6.2. Временные диаграммы, поясняющие работу усилителя мощности

Так как реальный трансформатор управления имеет конечное значение индуктивности намагничивания , то реальная форма импульсов управления тиристором “V1” имеет вид, изображенный на рис.6.3.

Рис. 6.3. Временные диаграммы импульсов управления

Для расчета параметров трансформатора управления , обеспечивающего такую форму импульсов управления, используем расчетную схему замещения, приведенную на рис.6.4.

Рис.6.4. Расчетная схема замещения для интервала открытого состояния транзистора V2

В расчетной схеме замещения трансформатор заменен индуктивностью намагничивания , сопротивление между управляющим электродом и катодом тиристора “V1” принято постоянным и независящим от величины тока управления, падение напряжения на открытом транзисторе V2, диодах V1 и V4 принято равным нулю. Так как стандартное напряжение управления у низкочастотных тиристоров и лавинных тиристоров составляет приблизительно три вольта, то при напряжении питания 15 вольт целесообразно выбрать коэффициент трансформации . Тогда падение напряжения на резисторе без учета реального падения напряжения на V2 и V1 будет составлять 6 вольт. Резистор включен в схему, как будет показано ниже, для увеличения скорости нарастания тока управления .

При заданных для расчета значениях , и выбранном значении значения этих токов, приведенные к первичной обмотке равны:

Так как ток, протекающий через индуктивность, не может измениться мгновенно, то и

(6.2)

В области изображения преобразования Лапласа выражение для токов , , имеют следующий вид:

(6.3)

Обратное преобразование из области изображений в область оригиналов для уравнений (6.3), (6.4) и (6.5), имеет следующий вид:

(6.6)

(6.7)

, (6.8)

Для заданных значений тока и получим уравнение, из которого можно определить необходимое значение :

(6.9)

(6.10)

(6.11)

Определив величину индуктивности намагничивания трансформатора , в качестве магнитопровода выбираем тороидальный сердечник из феррита марки 2500 НМС1:

Гн/м

Тл

м

Рис. 6.5. Эскиз тороидального сердечника с обозначением размеров

Величину индуктивности намагничивания тороидального сердечника с числом витков первичной обмотки можно определить по следующей приближенной формуле:

(Гн) (6.12)

где м² – сердечник магнитопровода,

м – длина средней линии магнитопровода.

По формуле (6.12) найдем w :

витка

Тогда витка

Для того, чтобы материал сердечника магнитопровода не “попадал” в область насыщения магнитная индукция не должна превышать :

(6.13)

(6.14)

Тогда подставляя полученный ток из формулы (6.14) в формулу, имеем

Используя уравнения (6.12), (6.13) и (6.14) можно подбором выбрать “правильные” размеры сердечника и число витков первичной обмотки. При выборе сечений проводов первичной и вторичной обмоток необходимо исходить из допустимой плотности тока, например, 2. А/мм². Окно магнитопровода должно иметь размеры достаточные для намотки проводов витков и , и расположения изоляционного материала между обмотками и .

Для расчета фронта нарастания тока управления и скорости нарастания тока управления необходимо знать индуктивность рассеяния трансформатора: , где

- индуктивность рассеяния первичной обмотки

- индуктивность рассеяния вторичной обмотки , приведенная к первичной обмотке.

Предположим, что первичная и вторичная обмотки намотаны равномерно по длине магнитопровода и имеется зазор между первичной и вторичной обмотками. Эскиз расположения обмоток с обозначениями размеров показан на рис.6.6:

Рис. 6.6. Эскиз расположения обмоток и на магнитопроводе.

Площадь сечения рассеяния равна:

(6.15)

где - внешний и внутренний диаметры и высота магнитопровода и зазор между обмотками.

Тогда индуктивность рассеяния может быть определена по следующей формуле:

(6.16)

Для расчета длительности фронта тока управления воспользуемся упрощенной схемой замещения, приведенной на рис.6.7:

Рис. 6.7. Схема замещения для расчета длительности фронта импульса управления.

В области изображения преобразования Лапласса выражение для имеет следующий вид:

(6.17)

В области оригиналов равно:

(6.18)

Уравнение (6.18) позволяет определить длительность фронта импульса управления при рассчитанных ранее значениях , , и

Выберем тип транзистора V2- n-p-n-транзистор серии ТМ10Б.

Справочные данные:

1)Постоянное напряжение коллектор-база и коллектор-эмиттер: 30В

2)напряжение эмиттер-база: 3В

3)Постоянный ток коллектора: 10 мА

4)Напряжение насыщения база-эмиттер: 2В

Выберем сопротивления: