2.2 Анализ работы электрической схемы

Переменное напряжение однофазной сети поступает на мостовой выпрямитель VD2 – VD5 (приложение 1). Выпрямленным напряжением 42 В питают собственно инвертор, выполненный по известной «схеме Ларионова» на транзисторах VT2 – VT10 с защитными диодами VD6 – VD11. Нагрузку, соединенную «треугольником» или «звездой», можно подключать через разделительный трансформатор или без него.

Элементы DD1.1 и DD1.2 образуют задающий генератор, а микросхемы DD2 – DD4 вместе с элементами DD1.3 – DD1.5 – распределитель импульсов, управляющих силовыми ключами. Микросхемы питают через стабилизатор напряжения, состоящий из резистора R2, стабилитрона VD1 и транзистора VT1. Для защиты инвертора от перегрузки служит подключенный параллельно стабилитрону тринистор VS1. На его управляющий электрод поступает часть пропорционального току нагрузки напряжения, падающего на резисторе R4. Если она превысит порог открывания тринистора, последний «замкнет» стабилитрон и напряжение питания микросхем уменьшится почти до нуля.

Задающий генератор и распределитель импульсов прекратят работу, причем все силовые ключи окажутся закрытыми. О срабатывании защиты сигнализирует погасший светодиод HL1. Чтобы вновь запустить инвертор, необходимо нажать на кнопку SB1.

Налаживание устройства следует начинать с установки порога срабатывания защиты. Для этого следует, установив движок подстроечного резистора R3 в крайнее верхнее (по схеме) положение, вытащить разъем XS1. Затем подать на крайние выводы резистора R3 от внешнего источника напряжение 1,2 В (плюс – к нижнему по схеме выводу), соответствующее падению напряжения на резисторе R4 при протекании через него тока силой 10 А. Медленно вращая движок резистора R3, добиваются срабатывания защиты. После этого внешний источник напряжения отключают и цепь восстанавливают. В заключение следует установить подстроечным резистором R9 частоту выходного напряжения инвертора равной 200 Гц. Частота повторения импульсов на выходе элемента DD1.2 должна быть в шесть раз больше – 1200 Гц.

Электрическую схему можно разбить на 3 модуля:

1. Органы управления и индикации (HL1, SB1);

2. Управляющая часть;

3. Силовая часть.

К силовому модулю следует отнести элементы, через которые протекает большой ток. К ним относятся: транзисторы VT3, VT4, VT6, VT7, VT9, VT10; диоды VD2 – VD5, VD6, VD7, VD8, VD9, VD10, VD11.

Остальные элементы схемы, за исключением элементов коммутации, относятся к управляющему модулю, потребляющему ток не более 0,15 А.

2.3 Обоснование выбора элементной базы

В силовой части схемы применяются мощные низкочастотные диоды Д242, имеющие следующие параметры [12]:

Максимальный прямой ток, А 10

Максимальное обратное напряжение, В 100

Диапазон температур, С -60…+130

Диоды Д242 устанавливаются на монтажные платы или на радиаторы и закрепляются на них при помощи гаек.

Диоды VD6, VD7, VD8, VD9, VD10, VD11 – КД202В применяются для защиты транзисторов от пробоя при работе на индуктивную нагрузку. Они имеют следующие параметры [13]:

Максимальный прямой ток, А 5

Максимальный импульсный прямой ток, А 30

Максимальное обратное напряжение, В 100

Диапазон температур, С -60…+125

Вариант установки – аналогично диодам Д242.

Транзисторы VT3, VT4, VT6, VT7, VT9, VT10 – КТ827Г и КТ825Г – кремниевые среднечастотные транзисторы n-p-n и p-n-p структур. Предназначены для работы в цепях постоянного и переменного тока частотой до 4 МГц. Их параметры [13]:

Максимальный ток коллектора, А 20

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер, В 60

Максимальная рассеиваемая мощность, Вт 125

Максимальная температура коллектора, С 100

Максимальная температура коллекторного перехода, С 200

Коэффициент передачи h_21э 750…18000

Напряжение насыщения, В 2

Температурный коэффициент R_Т , С/Вт 1,4…10,9

Резистор R4 – С-5-16В, 0.51 Ом, 10 Вт. Предназначен для печатного монтажа по вариантам установки Iа и IIа [2]. Температурный диапазон от -20 до +120С.

С учетом применяемой в силовой части элементной базы, а также учитывая, что все силовые диоды и транзисторы предназначены для установки на монтажные платы или на радиаторы, то принимаем решение о размещении этих элементов на отдельной монтажной плате из текстолита и вид монтажа в данном случае – объемный. Резистор R4 предназначен для печатного монтажа, но так как через него протекает большой ток, размещаем этот резистор на краю печатной платы управляющей части и соединяем с силовой частью объемным монтажом.

Подстроечные резисторы R3 и R9 мощностью по 0,25 Вт – однооборотные графитовые, имеют начальный скачек в 15%, предназначены для печатного монтажа. Остальные резисторы МЛТ и ОМЛТ - резисторы общего назначения с металлодиэлектрическим проводящим слоем (ОМЛТ), предназначенные для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока [2]. Варианты установки Ia, IIa. Температурный диапазон от -20 до +80С.

Конденсаторы С3 и С1 – оксидные, предназначены для работы в низкочастотных цепях и цепях постоянного тока. Имеют высокую емкость и большие токи утечки. Используются в качестве фильтрующих конденсаторов. Варианты установки Ia, IIa [2]. Температурный диапазон от -20 до +80С.

В качестве остальных конденсаторов применены низковольтные керамические конденсаторы КМ-6, предназначенные для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Стабилитрон VD1 – имеет напряжение стабилизации 5 В и ток стабилизации 10…20 мА [13, 2]. Варианты установки Ia, IIa [2]. Температурный диапазон от -20 до +80С.

В схеме управления использованы 4 микросхемы.

К155ЛН3 – содержит 6 буферных выходов с повышенным коллекторным напряжением [3, с.58]. Корпус 201.14-1.

К155ИЕ4 – счетчик-делитель на 12 [3, с.58]. Корпус 238.16-1.

К155ЛА4 – три элемента 3И-НЕ [3, с.58]. Корпус 201.14-1.

Микросхемы серии К155 имеют следующие характеристики [3, с.524]:

Интервал рабочих температур, С -10…+70

Относительная влажность воздуха при температуре 20С, % 98

К555ИД7 – двоичный дешифратор на 8 направлений [3, с.282]. Корпус 238.16-1. Характеристики этой серии [3, с.526]:

Интервал рабочих температур, С -10…+70

Относительная влажность воздуха при температуре 25С, % 98

Атмосферное давление, Па 665…297198

Анализ элементов управления и индикации.

В качестве органа управления служит кнопка SB1 типа К1 с нормально разомкнутыми контактами без фиксации. Ее характеристики [2, 13]:

Рабочее напряжение, В 250

Мощность коммутации, Вт 250

Рабочий ток, А 5

Сопротивление контакта, Ом 0,1

Усилие включения, Н 10…50

Стойкость, тыс.включений 10…50

В качестве индикации используется светодиод АЛ307В зеленого цвета свечения.

Вариант установки: Ia, IIa. Также применяется в сборке.

Интервал рабочих температур, С -10…+70

Прямое падение напряжения, В 2,5

Прямой ток, мА 20

Из анализа температурных диапазонов всех элементов схемы, получаем, что диапазон температур трехфазного инвертора составляет не менее -10…+60С, что соответствует техническому заданию.