Содержание

Исходные данные 3

Введение 4

1 Особенности импульсного метода регулирования постоянного напряжени 5

2 Описание разработанной системы управления 8

3 Расчет функционального узла 11

3.1 Расчет ограничителя напряжения 11

3.2 Расчет генератора пилообразного напряжения 15

3.3 Расчет компаратора 19

3.4 Расчет распределителя импульсов 21

3.5 Расчет формирователей импульсов 22

4 Моделирование компаратора 24

Список используемой литературы 27

Исходные данные

1. Опорное напряжение, U_сп, В 5

2. Напряжение задания, U_з,, В 05

3. Напряжение источника питания, U_ист, В ±15

4. Длительность импульса, t_и1, с 15•10^-6

5. Длительность импульса, t_и2, с 25•10^-6

6. Частота импульса, f, Гц 150

Введение.

Электрификация неэлектрифицированных участков железных дорог Украины , разработка и выпуск нового электроподвижного состава, модернизация локомотивного парка – это все тесно взаимосвязано и в последние годы многим обязана внедрению полупроводниковой и микросхемной технике как в силовых цепях, так и в системах управления. Замена традиционных контактно-реостатных систем регулирования тягового привода, которые существуют уже длительное время, на новые системы бесконтактного широтного управления тяговыми электродвигателями позволяет значительно повысить надежность работы оборудования электропоезда благодаря обеспечению более гибкого управления ТЭД и резкому сокращению числа контактных аппаратов.

При использовании на ЭПС электронных аппаратов, имеющих блочную конструкцию, устройств диагностики и контроля достигается ощутимое снижение трудоемкости работ и затрат по их обслуживанию.

Тиристорно-импульсные преобразователи, являющиеся наиболее перспективными на сегодняшний день, позволяют путем регулирования напряжения на ТЭД произвести плавный безреостатный пуск и разгон поезда. При этом экономится значительная часть электроэнергии, а из сети потребляется максимальный ток.

Таким образом, значительная экономичность и большая эффиктивность тиристорного-импульсного регулирования дают все основания для его дальнейшего развития и широкого внедрения на ЭПС.

Принципиально новая система управления тяговыми машинами с использованием полупроводниковых регуляторов напряжения и тока возбуждения тяговых машин позволяет применять рекуперативное торможение, при этом улучшаются динамические показатели ЭПС, сокращается расход электроэнергии на тягу.

1. Особенности импульсного метода регулирования постоянного напряжения.

Для регулирования постоянного напряжения потребителя применяют импульсные преобразователи (ИП), с помощью которых источник постоянного напряжения периодически подключается к нагрузке. В результате на выходе преобразователя формируются импульсы напряжения. Если регулирующий элемент преобразователя считать идеальным ключом и пренебречь сопротивлением соединительных проводов, то в интервале, когда ключ замкнут (интервал проводимости), мгновенное напряжение на нагрузке равно напряжению источника питания, а в интервале, когда ключ разомкнут (интервал паузы), мгновенное напряжение на нагрузке равно нулю.

Напряжение на паузе регулируется изменением времени открытого состояния импульсного элемента регулятора по отношению к периоду коммутации. При этом регулируется относительное время проводимости ключа за период, что приводит к плавному изменению среднего значения напряжения на нагрузке. Выходное напряжение идеального преобразователя представляет собой последовательность прямоугольных импульсов с постоянной амплитудой и изменяющейся скважностью.

Для преобразования импульсного напряжения преобразователя в постоянное служит демодулятор, который представляет собой дроссель и диод. В течении интервала проводимости в дросселе запасается энергия; в течении интервала паузы эта энергия передается нагрузке через диод, в результате ток нагрузки получается сглаженным, а ток источника ЭДС i пульсирующим. Относительный интервал проводимости импульсного элемента регулируется либо изменением интервала проводимости ключа при постоянстве частоты её прерывания, либо изменением частоты при постоянстве интервала проводимости импульсного элемента. Регулирование при постоянной амплитуде импульса называют широтно-импульсным, а преобразователи - широтно-импульсными преобразователями (ШИП). При жестких требованиях к величине пульсаций выходного напряжения применяется первый метод, позволяющий при постоянной частоте использовать фильтры с меньшим значением LC. Второй метод реализуется более простыми и экономичными устройствами, однако не обеспечивает жестких ограничений пульсаций. ШИП широко применяются для регулирования и стабилизации параметров электроэнергии различного рода нагрузок (в электротранспорте, приводе металлообрабатывающих станков, питания бортовых систем и т. д.), что объясняется преимуществами, к которым относятся:

1. Высокий КПД, т.к. потери мощности на регулирующем элементе преобразователя незначительны по сравнению с потерями мощности в случае непрерывного регулирования.

2. Незначительная чувствительность к изменениям температуры окружающей среды, поскольку регулирующим фактором является время проводимости ключа, а не величина внутреннего сопротивления регулирующего элемента, что имеет место при непрерывном регулировании.

3. Возможность получения значительных пусковых моментов электрических двигателей.

4. Гибкость регулирования выходного напряжения в широком диапазоне.

Однако ИП присущи и некоторые недостатки:

1. Импульсный режим работы регулирующего элемента обуславливает значительные пульсации выходного напряжения, что приводит к необходимости устанавливать громоздкие фильтры.

2. Наличие громоздких фильтров приводит к инерционности процесса регулирования в замкнутых системах.

3. Импульсные преобразователи неустойчиво работают на импульсную нагрузку.

4. Высокие скорости включения и выключения тока в силовой цепи ШИП приводят к возникновению радиопомех. Несмотря на указанные недостатки, применение импульсных преобразователей перспективно в тех случаях, когда на первое место выдвигаются требования высокой экономичности, надежности, малых габаритов, малой чувствительности к колебаниям температуры.