2. Расчёт силовой части

Расчёт и выбор элементов силовой части схемы.

Расчёт и выбор элементов силовой части схемы нагрузочного устройства произведём по методике в лит.(4). Предварительно зададимся следующими условиями:

Частоту работы силового транзисторного ключа примем равной f_кл =10 кГц ;

напряжение насыщения коллектор-эммитер силового транзистора примем равным U_{к.э нас}=1,5 В ;

падение постоянного напряжения на активном сопротивлении дросселя примем равным В ;

нагрузочное сопротивление R_н=1 Ом.

Исходя из этого определим максимальное падение напряжения на нагрузочном сопротивлении

В

Определим минимальное падение напряжения на нагрузочном сопротивлении :

В.

Определим рассеиваемую мощность нагрузочного резистора.

Вт.

В качестве нагрузочного сопротивления для разряда аккумуляторной батареи выбираем резистор типа ПЭ-150-1,0 Ом 5% с допустимой мощностью рассеяния 150Вт (справочник(5)).

Определим максимальное и минимальное значения относительной длительности управляющих импульсов:

;

;

Определим необходимую величину индуктивности дросселя:

Гн.

Кроме того, сглаживающий дроссель должен быть рассчитан на ток подмагничивания, не ниже величины А.

Расчёт сглаживающего дросселя произведём по методике, описанной в лит.(6).

Для реализации дросселя выбираем броневой магнитопровод из стали марки Э42 с толщиной пластины мм.

Определим величину :

Гн А²

По графику (рис. 9-2 лит.(6)) определим необходимый объём сердечника в см³ :V_ст=20 см³.

Из ряда стандартных магнитопроводов выбираем магнитопровод типа ШЛ 12х16, у которого объём сердечника равен V_ст=19,6 см³, т.е. близок к необходимому.

По таблице из лит.(6) определим коэффициент заполнения сердечника, зависящий от толщины пластин: для мм, К_СТ=0,93.

Определим удельную электромагнитную нагрузку сердечника:

Из графиков (рис.9-1 (лит.6)), определяем величины:

эффективная проницаемость стали: ;

относительный воздушный зазор: l_з=0,24%.

По данным (табл. 9-1. Лит.6), выбираем допустимое значение плотности тока: j=4,4 А/мм² .

Для дросселей броневого типа (т.к ), тогда .

Определим коэффициент заполнения окна: .

Определим размер ширины сердечника:

см.

Окончательно выбираем типоразмер магнитопровода ШЛ12х16, имеющего ширину сердечника a=1,2 см и следующие параметры:

V_ст=19,6 см³,

S_ст=6,9 см²- площадь сердечника;

l_cт=10,2 см- средняя длина магнитной силовой линии.

Определим суммарный немагнитный зазор:

см.

Определим толщину немагнитной прокладки:

см=0,15 мм.

Определим число витков дросселя:

витков.

Определим расчётное значение сечения проводника обмотки дросселя (в мм²):

мм²

Для обмотки дросселя используем медный обмоточный провод марки ПЭВ-1 круглого сечения с номинальным диаметром провода без изоляции D_w.ном=1,68 мм, номинальным сечением S_w.ном=2,217 мм² и диаметром изолированного провода D_w.из=1,76 мм.

Определим величину изменения тока в дросселе:

А.

Определим величину напряжения и ёмкости фильтрового конденсатора:

U_c.ф>Е_0.MAX=24 В.

Ф,

где 0,8-коэффициент, учитывающий отклонение ёмкости конденсатора от номинального значения на 20%.

Для реализации сглаживающего фильтра (по справочнику 5) выбираем параллельное включение конденсаторов типа К50-18-25 В-100000 мкФ 20% и К50-18-25 В-15000 мкФ 20% и К50-22-25 В-6800 мкФ.

Определим соотношения для выбора силового транзистора:

максимальный ток, протекающий через коллектор открытого транзистора:

А.

Максимальное напряжение, действующее между коллектором и эммитером закрытого транзистора:

В.

Исходя из этих соотношений (по справочнику 7), выбираем транзистор типа КТ827В с параметрами:

U_К.Э.ДОП=60 В- допустимое напряжение коллектор-эмиттер при кОм;

I_К.ДОП=20 А- допустимый ток коллектора.

P_К.ДОП=125 Вт- допустимая мощность рассеивания на транзисторе.

V_К2.MAX=1,5 В;

В- напряжение насыщения база-эмиттер;

-минимальный коэффициент передачи тока базы;

t_вкл=0,5 мкс- время включения;

t_выкл=4 мкс- время выключения;

Определим мощность, рассеиваемую на транзисторе( она должна быть меньше параметра P_К.ДОП).

Вт,

Условие <P_К.ДОП выполняется.

Для надёжного отвода тепла, к транзистору следует прикрепить алюминиевый радиатор с площадью поверхности охлаждения из расчёта 20 см² на Вт рассеиваемой мощности. Определим соотношения для выбора коммутирующего диода.

Максимальный прямой ток, протекающий через диод:

А;

Максимальное обратное напряжение, прикладываемое к диоду:

U_ОБР.MAX>E_0.MAX=24 В.

Исходя из этих соотношений (по справочнику 8), выбираем диод типа КД2999 В с параметрами:

I_ПР.СР=20 А- прямой средний ток,

U_{ОБР.ДОП}=100 В-допустимое обратное напряжение.

В качестве датчика тока используется, как правило, резистивный датчик (шунт), на котором при номинальном значении тока выделяется напряжение 75мВ. Исходя из этого в качестве датчика тока разряда выбираем измерительный шунт типа 75 ШМС-10А.

В качестве датчика напряжения используется резистивный делитель, сопротивление которого удовлетворяет условию: R_д>>R_ЭКВ,

Где R_ЭКВ=E_0.MAX/I_P.MIN=24/1=24 Ом,

эквивалентное сопротивление разряда аккумуляторной батареи.

Исходя из этого в качестве датчика напряжения АБ выберем построечный многооборотный резистор (для более точной установки коэффициента деления) типа (П5-2ВА-0,5-100 кОм 10%).

Для соединения нагрузочного устройства с аккумуляторной батареей используем разъём типа СШР-2 с параметрами:

Количество контактов-2;

Напряжение в цепях контактов: до 800 В;

Токовая нагрузка на один контакт: до 15 А.

Для соединения нагрузочного устройства со схемой управления и защиты используем разъём типа СНП.