Разработка схемы фазосдвигающего устройства (ФСУ). Принципиальная схема синхронной ФСУ с косинусоидальным законом формирования угла управления. Назначение устройства, схема которого приведена на рисунке 2.28 состоит в формировании сигнала на открытие тиристора, сдвинутого относительно синусоиды напряжения питающей сети на угол α=f(Uy). Принцип работы схемы опи-

сан в [15].

Расчет схемы заключается в выборе типа операционных усилителей (рекомендуется использовать микросхемы серии К140УД). В принципиальной схеме необходимо предусмотреть все необходимые для работы микросхемы элементы, а также руководствоваться следующими правилами:

сопротивление на входе ОУ не должно превышать 1МОм ;

нагрузочная способность ОУ не ниже 2кОм;

для температурной стабильности проводимости входных цепей должны

Выбор транзистора VT необходимо осуществить по максимальному напряжению, оно определяется выходным напряжением интегратора

где Um 1В амплитуда напряжения на выходе интегратора, фазовый угол. Максимальное напряжение на выходе интегратора будет достигнуто при

. Для определения напряжения не обходимо предварительно задаться зна-

чениями R1 и C.

Выбор остальных резисторов рекомендуется осуществлять с учетом приведенных выше правил в диапазоне 10-20 кОм.

Для выбора элементов схемы ФСУ необходимо использовать справочную ли-

тературу [29, 35, 71].

2.3.3.4 Разработка схемы и расчет элементов блока питания системы управления

Блок питания состоит из маломощного трансформатора питания, выпрямителя и стабилизатора напряжения. Расчет составных частей блока питания производится исходя из заданной величины напряжения питания микросхем и потребляемого тока.

Расчет компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа (рисунок 2.29).

Задается минимальная величина падения напряжения на регулирующем транзисторе VT1 Umin = 3В. Тогда минимальное входное напряжение определяется по формуле

210

Для выбора типа регулирующего транзистора и площади теплоотвода определяют максимальную мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора

где Е вх.мах=1,2Uн максимальное входное напряжения, В.

Из справочника [71, 74] выбирают транзистор с максимально допустимой мощностью рассеивания с теплоотводом, превышающую расчетную не менее чем в 1,5 раза. Кроме того, максимально допустимый ток транзистора должен быть не менее чем в 1,5 раза больше тока нагрузки. Максимально допустимое напряжение, больше чем Евх.мах.

Величину сопротивления R1 резистора R1 определяют из условия обеспечения необходимого тока базы транзистора VT1 при минимальном входном напряжении, когда падение напряжения на VT1 равно минимальному ΔU = 3 В. При

где ΔUэб1 находят по входной характеристике выбранного транзистора при токе

Для определения мощности рассеяния резистора R1 определяют максимальный ток, который течет по нему при максимальном входном напряжении

211

При этом мощность, рассеиваемая на резисторе, равна IR1мax2∙R1. Из справочника выбирают резистор с близким значением сопротивления и мощностью, большей, чем расчетная.

Транзистор VT2 выбирают по максимальному току коллектора и максимальному напряжению коллектор-эмиттер с учетом максимальной мощности, рассеиваемой на коллекторе.

Максимальный ток коллектора VT2 Iк2мах возникает при максимальном входном напряжении и полностью открытом транзисторе VT2

где ΔUкэ2 можно принять, равным 1В.

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер транзистора VT2 равно максимальному входному напряжению, поэтому

Максимальная мощность, рассеивается на коллекторе транзистора VT2, при максимальном входном напряжении и минимальном токе нагрузки Iн = 0 .

В этом случае напряжение на коллекторе VT2 равно напряжению на

Из справочника выбирают транзистор с максимально допустимыми параметрами, превышающими максимальные величины тока, напряжения и мощности не менее чем 1,5 раза.

Резистор R2 выбирают из условия обеспечения тока базы транзистора VT2, необходимого для создания максимального тока коллектора транзистора VT2

где β2 - коэффициент усиления транзистора VT2 в схеме с общим эмиттером. Максимальное выходное напряжение операционного усилителя DA1, как

правило, не превышает напряжение питания минус 2В. Поэтому величину сопро-

В данной схеме к операционному усилителю предъявляются следующие требования:

возможность работы с однополярным источником питания (определяется по отсутствию вывода, соединяемого с нулевой клеммой источника питания),

212

возможность работы с низкими значениями напряжения питания (для стабилизаторов с низким входным напряжением),

относительно большой выходной ток (5-10)мА,

достаточно большой коэффициент усиления (больше 10000).

Расчет цепи измерительного моста.

Цепь измерения разности выходного и опорного напряжений состоит из источника опорного напряжения, выполняемого на стабилитроне VD1 и резисторе R5, и делителя напряжения, состоящего из резисторов R3 и R4.

Стабилитрон VD1 выбирают из справочника с напряжением стабилизации Uст, равным примерно половине напряжения нагрузки Uн, для облегчения работы ОУ с однополярным питанием. Ток стабилизации (Iст) стабилитрона выбирают примерно в середине диапазона токов стабилизации данного стабилитрона.

Величины сопротивлений резисторов R3 и R4 выбирают из следующих условий: напряжения на VD1 и R4 должны быть одинаковыми при Uн = Uн.ном. Напряжение на верхнем конце резистора R3 должно быть равно Uн. Величину сопротивления резистора R4 выбирают из диапазона (1 - 100)кОм, учитывая большое входное сопротивление ОУ. Можно принять R4 = 10кОм. Сопротивление R3 выбирается из условия

затем рассчитывают мощность, рассеиваемую на резисторах, и выбирают тип резисторов по справочнику.

Величину емкости конденсатора С1 выбирают из условия примерного равенства величин реактивного сопротивления конденсатора для напряжения пульсации и номинального сопротивления нагрузки

Рабочее напряжение конденсатора должно быть чуть больше напряжения на нагрузке.

Из справочника выбирают электролитический конденсатор типа К50-б, К50-31, или другого типа, с параметрами, удовлетворяющими расчетным.

Расчет мостовой схемы выпрямления (рисунок 2.30).

Задачей расчета является определить электрических нагрузок на вентили в схеме и выбор вентилей, определение основные параметры трансформатора.

213

Рисунок 2.30 Мостовая схема выпрямления

Основными исходными данными для расчета выпрямителей являются параметры нагрузки, для питания которой предназначен выпрямитель. Эти параметры задаются двумя величинами из следующих четырех:

Ud – среднее значение напряжения на нагрузке; Id – среднее значение тока нагрузки;

Pd – средняя мощность нагрузки; Rd – сопротивление нагрузки.

Два других параметра определяются по заданным с помощью очевидных соотношений. Дополнительными данными для расчета являются напряжение питающей сети Uc, температура окружающей среды tокр, частота питающей сети fc и др.

В ходе расчета учитывается неидеальность характеристик вентилей и трансформатора. Для вентилей принимается во внимание падение напряжения при протекании прямого тока, обратный ток считается пренебрежимо малым. Потери в трансформаторе учитываются введением в расчетные формулы величины сопротивления обмоток трансформатора.

Определение параметров нагрузки:

ток нагрузки определяется как сумма токов всех цепей подключенной к выпрямителю схемы (в том числе и стабилизатора), либо при известном сопротивлении нагрузки по формуле

По найденным величинам Ia и Uобр m производится выбор вентиля по справочным данным [71].

Для установки в схему выбираем кремниевый вентиль типа КД202С со следующими основными параметрами.

Определение основных параметров трансформатора:

214

суммарное активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к вторичной обмотке определяется по формуле

Rтр = Rd ν , Ом, (2.207)

где ν – коэффициент, определяемый по графику (рисунок 2.31 [71]) как функция активной мощности трансформатора;

приближенное значение сопротивления вентиля в прямом включении

действующее значение э.д.с. вторичной обмотки с учетом падения напряжения на диоде и активном сопротивлении обмоток трансформатора

Рисунок 2.31 – Зависимость коэффициента ν от мощности

215