Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт – Энергетический институт
Направление – Электротехника, электромеханика, электротехнологии
Кафедра – Электропривод и электрооборудование
ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Курсовой проект
по дисциплине «Силовые преобразователи электрической энергии»
Студент гр.7А84 ___________ Кадыров Р.И.
___________
Руководитель
___________ Петрович В.П.
___________
Томск - 2011
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
|
|
С. |
|
ВВЕДЕНИЕ |
2 |
1. |
ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР СХЕМЫ СТАБИЛИЗАТОРА |
4 |
2. |
РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ СТАБИЛИЗАТОРА |
5 |
3. |
РАЗРАБОТКА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
|
14 |
4. |
РАЗРАБОТКА СИСТЕМ ЗАЩИТЫ
|
16 |
|
ЗАКЛЮЧЕНИЕ |
20 |
|
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ |
21 |
|
|
|
|
|
|
Введение
При проектировании сложных полупроводниковых преобразовательных устройств необходимо уделять надлежащее внимание всему комплексу технических, эксплуатационных, конструктивно-технологических и экономических требований.
К эксплуатационным требованиям относятся:
качество обеспечения основных технических характеристик
полупроводниковых преобразовательных устройств,
надежность,
простота обслуживания,
ремонтопригодность,
обеспечение габаритных размеров и массы.
К конструктивно-технологическим требованиям относятся:
конструктивная преемственность,
технологичность конструкции,
защита от воздействия внешних факторов.
Экономические требования учитывают:
затраты труда, времени, материальных средств на разработку, изготовление и эксплуатацию полупроводниковых преобразовательных устройств.
При выборе и разработке источника питания необходимо учитывать ряд факторов, определяемых условиями эксплуатации, свойствами нагрузки, требованиями к безопасности и т.д.
Проектируемые устройства преобразования напряжения должны жестко соответствовать определенным требованиям, которые определяются как требованиями к самой аппаратуре в целом, так и условиями, предъявляемыми к их работе и условиям эксплуатации. Любой из параметров стабилизатора, выходящий за границы допустимых требований, вносит диссонанс в работу устройства. Поэтому, прежде чем начинать проектирование предполагаемой конструкции, необходимо внимательно проанализировать все имеющиеся варианты и выбрать такой стабилизатор, который будет максимально соответствовать всем требованиям и возможностям.
Импульсные стабилизаторы обладают следующими достоинствами по сравнению со стабилизаторами с непрерывным регулированием: в несколько раз меньшая мощность рассеяния регулирующего транзистора за счет работы его в импульсном режиме, более высокий К.П.Д., простота изготовления и эксплуатации, дешевизна комплектующих, а также лучшие массогабаритные показатели.
1. Обоснование и выбор схемы стабилизатора
Повышающие схемы импульсных преобразователей постоянного тока работают на основе накопления энергии в индуктивном элементе (магнитном поле дросселя) и периодического сбрасывания её в конденсатор, к которому подключено сопротивление нагрузки Rн. Замыкая ключ К, мы пропускаем по обмотке дросселя ток и при этом накапливается энергия в магнитном поле дросселя. Размыкая К, мы сбрасываем накопленную энергию в конденсатор С за счёт ЭДС самоиндукции дросселя.
Замыкая и размыкая периодически ключ К мы обеспечиваем непрерывную подкачку энергии в конденсатор. При этом напряжение возрастает в квадратичной зависимости, что характеризует следующее соотношение при наступлении энергетического баланса:
(при
условии равенства поступления энергии
в конденсатор и энергии поступающей в
нагрузку).
Рисунок 1. Принципиальная схема повышающего импульсного стабилизатора постоянного тока
Транзисторным стабилизатором с импульсным регулированием (импульсным стабилизатором) называется устройство, стабилизирующее постоянное напряжение, с регулирующим транзистором, работающим в импульсном (ключевом) режиме. В импульсных стабилизаторах энергия поступает от источника (или к нагрузке) прерывисто с определённой частотой. Меняя длительность импульса, можно менять среднее значение выходного напряжения. Регулирующие элементы импульсных стабилизаторов могут строиться по различным схемам, каждая из которых представляет собой импульсную систему автоматического регулирования, в которой поддерживается постоянным среднее значение выпрямленного напряжения за счёт автоматического изменения времени закрытого и открытого состояния регулирующего транзистора. При этом меняется коэффициент заполнения q импульсов тока, протекающих через регулирующий транзистор. Изменение q определяется модулятором длительности (МД), который управляется усиленным сигналом отрицательной обратной связи, поступающим от схемы сравнения СС с усилителем постоянного тока.
Импульсные стабилизаторы обладают следующими достоинствами по сравнению со стабилизаторами с непрерывным регулированием: в несколько раз меньшая мощность рассеяния регулирующего транзистора за счёт работы его в импульсном режиме и более высокий КПД; и следующими основными недостатками: большая величина напряжения пульсаций, большая сложность и худшие параметры переходного процесса при импульсном изменении тока нагрузки.
Транзисторные импульсные стабилизаторы целесообразно применять, когда в качестве источника питания используются источники постоянного напряжения, в частности аккумуляторы и т. п. Их также применяют при использовании источников переменного напряжения с выпрямителями без фильтров. Выходное напряжение должно рассчитываться с учётом допусков на изменение входного напряжения, тока нагрузки и на регулировку выходного напряжения. Кроме того, необходимо задаться предполагаемым КПД стабилизатора, который определяется главным образом потерями в регулирующем транзисторе, коммутирующем диоде и дросселе.