2. Описание разработанной системы управления

Рисунок.1-Электрическая принципиальная схема управления ТЭД

]Схема состоит из системы управления тиристорами (VS1 и VS2) и силовой части (Г-образного L₁C₁-фильтра, тиристоров, дросселя L₂, обратного диода VD_о конденсатора С2 и ТЭД).

Принцип работы данной схемы заключается в следующем. При подаче управляющего импульса на тиристор VS1 он открывается, при этом замыкается цепочка “+ - L₁ – VS1 – L₂ – M - -“.Также в этот момент заряжается конденсатор С₂. Для того чтобы закрыть тиристор VS1 необходимо приложить обратное напряжение, для этого в схеме предназначен конденсатор С₂ и тиристор VS2. При подаче управляющего сигнала на тиристор VS2 на тиристор VS1 действует обратное напряжение накопленное на конденсаторе С₂ и тиристор VS1 закрывается. В данной схеме дроссель L₂ предназначен для сглаживания пульсирующего напряжения, Г – образный L₁C₁ – фильтр предназначен для сглаживания питающего напряжения, VD_о используется в качестве разрядника для устранения влияния накопившейся противо-ЕДС при отключении тиристора VS1.

Диаграмма токов и напряжений данной схемы при скважности ξ=0,8

В курсовом проекте проводится расчет только системы управления.

Структурная схема управления состоит из:

— ГПН - генератор пилообразного напряжения;

— ОН - ограничитель напряжения;

— К - компаратор;

— И - инвертор;

— ФИ - формирователь импульсов;

— РИ – распределитель импульсов каналов.

Рисунок.2-Структурная схема системы управления ТЭД с ШИМ

При подаче опорного напряжения U_о на ГПН на его выходе получается пилообразное напряжение (двустороннее), которое подается на компаратор КМ на котором происходит сравнивание по величине двух сигналов и с генератора пилообразного напряжения и с ограничителя напряжения ОН. На выходе компаратора формируется сигнал прямоугольной формы.

Этот сигнал передается по двум каналам:

-один на формирователь импульсов ФИ1 на котором формируется импульс ;

-второй на инвертор и где происходит инвертирование сигнала, а далее на ФИ2, где формируется сигнал. Эти импульсы подаются на тиристоры VS1 и VS2 (двусторонние).

3. Расчет функционального узла

3.1. Расчет ограничителя напряжения

Рисунок.3-Схема ограничителя напряжения

Ограничитель напряжения (Рис.3) представляет собой инвертирующий каскад на операционном усилителе с ключевым элементом в виде транзистора(VT1) в цепи обратной связи и предназначен для ограничения выходного сигнала задания на уровне 10В.

Для построения ограничителя напряжения выбираем операционный усилитель К544УД1Б.

Технические характеристики операционного усилителя К544УД1Б:

1. Напряжение питания

— положительный источник +U_ип, В +15

— отрицательный источник –U_ип, В -15

2. Входное (дифференциальное) напряжение U_вх.дф, В ±10

3. Синфазное входное напряжение U_сф.вх, В ±10

4. Сопротивление нагрузки R_н, кОм 2

5. Емкость нагрузки С_н, пФ 500

6. Потребляемый ток I_пот, мА 3,5

7. Напряжение смещения |U_см|, мВ 50

8. Средний входящий ток I_вх, мА 1

9. Коэффициент усиления напряжения k_дс•10³ 10-20

10. U_вых⁺, |U_вых^-|, В ±10

12. Частота единичного усиления f₁, мГц 1

13. Скорость нарастания V_{U вых}, В/м•с 2

Исходя из заданной величины выходного сопротивления ограничителя напряжения, выбираем значение резистора R₁ в 20 раз больше, таким образом, R₁=20 кОм.

Чтобы уменьшить влияние сдвига входного напряжения вызываемого протеканием входящих токов операционного усилителя через входные цепи, выбираем резистор R₂ из следующего соотношения:

, (1)

(кОм).

Соответственно сопротивление резистора обратной связи R₃ выбираем равным R₁ =20 кОм, соответственно R₂ =10 кОм. Для ключевого элемента цепи обратной связи выбираем транзистор типа КТ361А имеющий следующие технические характеристики:

1. Мощность на коллекторе, P_к, мВт 150

2. Ток коллектора, I_к, мА 100

3. Напряжение коллектор – эммитер ,U_кэ ,В 20

4. Общее тепловое сопротивление ^оС/мВт 0,67

5. Обратный ток коллектора при U_иб=10 В, мкА 1

6. Статический коэффициент усиления тока базы

(U_к=10 В, I_э=<1мКА) 20÷90

7. Температура пробоя р-n перехода, ºС 120

8. Общий ток эмиттера при U_бэ=5 В, I_э, мКА <30

Ток, протекающий через коллектор транзистора, находим из формулы соотношений:

, (2)

где I_k – ток коллектора, А

U_з – напряжение задания, В

R₁ – входное напряжение, Ом

тогда:

Ток базы транзистора:

, (3)

где I_б – ток базы транзистора, А

I_к – ток коллектора транзистора, А

β- статический коэффициент усиления тока базы, β =20

Напряжение база-эмитер определяется как:

, (4)

где U₁ – выходное напряжение ограничителя, В

U_r5 – напряжение приложенное к сопротивлению R₅, В.

В виду того, что токи, протекающие через базу транзистора VT, имеют малые значения, применяем величину резистора R₄=5,5 кОм, R₅=400 кОм:

(5)

Принимаем тип сопротивления (R₁,R₂,R₃, R₄, R₅) типа МЛТ- 0,125

Технические характеристики резистора МЛТ-0,125

Номинальная мощность 0,125 Вт

Пределы номинального сопротивления 8,2 Ом…..1,1 МОм

Допустимое отклонение сопротивления от номинального ,% 5;10

Предельное рабочее напряжение 200 В

Диапазон рабочих температур -60…..+200 С ⁰