4 Расчет и выбор элементов сифу

4.1 Проектирование устройства синхронизации

Принципиальная схема УС приведена на рисунке 4.1, в соответствии с этой схемой выберем элементы, составляющие устройство синхронизации.

Рисунок 4.1. Схема принципиальная устройства синхронизации (УС).

Трансформатор TV₁ необходим для согласования напряжения питающей сети с напряжением питания схемы управления, а также для осуществления потенциальной развязки цепи схемы управления с силовыми цепями. Считая напряжение в схеме управления равным 10 В, предполагаем на базе трансформатора ТСЗ-1-115-40/0,38 [3] изготовить трансформатор, имеющий следующие параметры: напряжение первичной обмотки U_1Ф = 220 В; напряжение вторичной обмотки U_2Ф = 10 В; мощность 10 В-А.

Как видно из рисунка 4.1 УС состоит из трех одинаковых цепей, не считая элементов DD₅ и DD_4.4. Поэтому, расчет, выбор соответствующих элементов и описание работы будем производить для одной цепи.

Сначала выберем цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. В качестве операционного усилителя будем использовать микросхему К140УД1Б, ее основные параметры приведены в таблице 4.1; для реализации логических функций И-НЕ будем использовать микросхемы серии К561, они имеют напряжение питания до 12 В, а следовательно высокие уровни входных сигналов, что обеспечивает хорошую помехоустойчивость, основные параметры используемых микросхем серии К561 приведены в таблице 4.2 ([4], [6]).

Таблица 4.1. Основные параметры операционного усилителя К140УД1Б.

Параметр	Значение
Входной ток Iвх., А	9 • 10 6
Напряжение источника питания Uп ,В	7...15
Выходное напряжение Uвых,, В	±10
Коэффициент усиления по напряжению Куu	1350….8000
Максимальный выходной ток Iвых. ,А	2,5 • 10 –3

Таблица 4.2. Основные параметры используемых микросхем серии К561.

Параметр	Значение
К561ЛА7 (четыре элемента 2И-НЕ)
Напряжение источника питания Uп , В питания Uп, ,.в	10
Выходное напряжение низкого уровня Uвых0 , В низкого уровня Uвых о, В	2,5
Выходное напряжение высокого уровня Uвых1 , В высокого уровня Uвых 1, В	8
Входной ток Iвх, А	5 • 10 6
Максимальный выходной ток Iвых , А ой ток I вых А	0,55 • 10 3
К561ЛА10 (три элемента 3И-НЕ)
Напряжение источника питания Uп, В	10
Выходное напряжение низкого уровня Uвых о, В	2,5
Выходное напряжение высокою уровня Uвых 1, В	8
Входной ток Iвх, А	5 • 10 -6
Максимальный выходной ток Iвых, А	1 • 10-3

Далее приступим к выбору остальных элементов. Резистор R₁ (R₆, R₁₁) ограничивает входной ток операционного усилителя DA₁, а также, совместно с конденсатором С₁ (С₄, С₇), составляет времязадерживающую цепочку, обеспечивая сдвиг по фазе сетевой синусоиды на угол /6.

R-C цепочка сдвигает сетевую синусоиду на угол /6, а операционный усилитель формирует прямоугольное периодическое напряжение, совпадающее с синусоидой по фазе и частоте, но имеющее постоянную амплитуду 10 В (напряжения U_y1, U_y2, U_y3).

Исходя из условия ограничения входного тока DA₁, определим сопротивление резистора R₁ (R₆,R₁₁):

R₁= U_вх/I_вх=10/(9·10^-6) =900 кОм, (4.1)

где U_вх - входное напряжение операционного усилителя, равное фазному напряжению вторичной обмотки трансформатора TV₁, В;

I_вх - входной ток операционного усилителя, А.

Исходя из необходимости сдвига фазной синусоиды на угол /6 рассчитаем емкость конденсатора С₁ (С₄, С₇). Сдвиг синусоиды на угол /6 будет соответствовать сдвигу на 1/12 периода сетевой синусоиды, а следовательно, 0,0017 секунд временного интервала.. Как известно время задержки R-C цепочки определяется произведением емкости на сопротивление, следовательно:

С₁ = / R₁ =0,0017/(1·10⁶)= 1,7 нФ, (4.2)

где  - время задержки, с.

Резистор R₂ (R₇, R₁₂) имеет сопротивление 10 кОм, в соответствие со схемой подключения операционного усилителя [4].

Резистор R₃ (R₈, R₁₃) ограничивает входной ток логических элементов, исходя из этого рассчитаем его сопротивление:

R₃= U_вх /I _вх = 10/(5·10^-б)=2 MOм, (4.3)

где U_вх - входное напряжение логического элемента, равное выходному напряжению операционного усилителя, В;

I_вх- входной ток логического элемента, А.

Диоды VD₁-VD₃ необходимы для отсечки отрицательной полуволны прямоугольного напряжения поступающего на логические элементы, т.к. подача на логику отрицательного потенциала недопустима. Выбираем диоды Д223 имеющий максимальное обратное напряжение 20 В, номинальный прямой ток 0,05 А [5].

Цепочки R₄-C₂, R₅-C₃, R₉-C₅, R₁₀-C₆, R₁₄-C₈ и R₁₅-C₉ предназначены для осуществления временной задержки, соответствующей времени импульса напряжения синхронизации. U_син. Поскольку большинство маломощных транзисторов имеют время надежного открывания меньше 10 мкс, то считаем, что ширина импульса напряжения синхронизации составит 10 мкс, следовательно, задаваясь емкостью конденсаторов равной 0,001 мкФ, можно определить величину сопротивления резисторов:

R₄ =  / С₂ = 10 • 10 ^-6 / (0,001·10^-6) = 10 кОм. (4.4)

В итоге выбираем:

• в качестве резисторов R₁, R₆, R₁₁ - резисторы С2-ЗЗН-0,125-1 МОм±5% [3],

• в качестве резисторов R₃, R₈, R₁₃ - резисторы С2-ЗЗН-0,125-2 МОм±5% [3];

• в качестве резисторов R₂, R₄, R₅, R₇, R₉, R₁₀, R₁₂, R₁₄, R₁₅ - резисторы

С2-ЗЗН-0,125-10 кОм±5% [3];

• в качестве конденсаторов С₁, С₄, С₇ - конденсаторы керамические КМ5-400-1,7нф±10% [2];

• в качестве конденсаторов С₂, С₃, С₅, С_6, С₈, С₉ - конденсаторы керамические КМ5-400-0.001 мкф±10% [2].