Материалы сайта
Это интересно
Разработка тиристорного преобразователя
4. Расчет и выбор элементов схемы 1 Определение основных параметров силового трансформатора Исходя из обобщенной формулы для определения максимального выпрямленного напряжения находим минимально необходимое амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке силового трансформатора [pic], отсюда [pic] В, где m = 2 - число пульсаций выпрямленного напряжения за период сети. Так как существуют разброс напряжения сети и потери напряжения в обмотках трансформатора, то напряжение вторичной обмотки должно быть выше минимально необходимого. Номинальное амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора определяется по формуле: [pic] В. Принимаем U2н = 461.421 В. Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора равно [pic] В. Коэффициент трансформации равен [pic]. Номинальный выпрямленный ток равен [pic] А. Если считать ток нагрузки идеально сглаженным, то действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора равен [pic] А. Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора [pic] А. Габаритная мощность трансформатора [pic] В(А, где kp - коэффициент использования трансформатора. 2 Выбор силовых вентилей для выпрямителя Выбор вентилей (тиристоров и диодов) осуществляем по значению максимального среднего тока через вентиль: [pic] А, где m0 = 2 - число вентилей в схеме выпрямителя, имеющих общую точку. Из справочника [11] выбираем тиристоры Т222-20 их параметры: n пороговое напряжение - 1.15 В; n отпирающее постоянное напряжение управления - 7.5 В; n ток включения при Iупр.и=0.18 А - 0.13 А; n повторяющееся обратное импульсное напряжение - 100-1200 В; n максимально допустимое постоянное обратное напряжение - 60-720 В; n максимально допустимый средний ток в открытом состоянии - 20 А; n минимально допустимый импульсный ток управления - 0.55 А. Из справочника [12] выбираем диоды Д112-25 их параметры: n максимально допустимый средний прямой ток - 25 А; n максимально допустимый импульсный ударный ток - 330 А; n максимально допустимое обратное напряжение-100-1400 В; n пороговое напряжение - 0.9 В; n дифференциальное сопротивление - 6.1 Ом. Осуществляем проверку правильности выбора силовых тиристоров. Определяем мощность, рассеиваемую на тиристоре в классификационной схеме [pic] Вт, где U0 = 1.15 В - пороговое напряжение вентиля, Iвср = 20 А - справочное значение допустимого тока через вентиль, kфкл = 1.57 - коэффициент формы выпрямленного тока для классификационной схемы, [pic] Ом - дифференциальное сопротивление тиристора в проводящем состоянии. Определяем мощность, рассеиваемую на тиристоре в используемой схеме выпрямления [pic] Вт, где U0 = 1.15 В - пороговое напряжение вентиля, I*вср = 10.64 А - реальное значение тока через вентиль, [pic] - коэффициент формы выпрямленного тока для используемой схемы, rд = 0.02 Ом - дифференциальное сопротивление тиристора в проводящем состоянии. Так как [pic], то тиристоры выбраны верно. Осуществляем проверку правильности выбора силовых диодов. Определяем мощность, рассеиваемую на диоде в классификационной схеме [pic] Вт, где U0 = 0.9 В - пороговое напряжение диода, Iвср = 25 А - справочное значение допустимого тока через вентиль, kфкл = 1.57 - коэффициент формы выпрямленного тока для классификационной схемы, rд = 6.1 Ом - дифференциальное сопротивление диода в проводящем состоянии. Определяем мощность, рассеиваемую на диоде в используемой схеме выпрямления [pic] Вт, где I*вср = 10.64 А - реальное значение тока через вентиль, [pic] - коэффициент формы выпрямленного тока для используемой схемы, Так как [pic], то диоды выбраны верно. 3 Определяем необходимую длительность импульса управления тиристорами Схема замещения выпрямителя при коммутации тока имеет вид рис. 60. Рис. 60. Схема замещения выпрямителя при коммутации тока Переходной процесс в данной схеме описывается уравнением [pic], где Е0 = (0.3(0.4)U2н =(0.3(0.4)(461.421=(138.423(184.568) В, [pic] Ом - активное сопротивление нагрузки. Решением приведенного дифференциального уравнения является выражение вида [pic]. Так как длительность импульса должна быть такова, чтобы ток через тиристор мог достигнуть значения достаточного для нормального включения вентиля - Iвкл, то исходя из приведенного выше выражения можно найти требуемую длительность импульса [pic] с, где Iвкл = 0.13 А - ток включения тиристора. 4 Расчет и выбор элементов ФДИ Для надежного включения тиристоров необходимо чтобы длительность формируемого ФДИ импульса соответствовала выражению [pic]. В выбранном ФДИ (рис. 57) длительность импульса определяется из формулы [pic]. Принимаем R1 = 10 кОм, тогда значение С1 определяем из выражения [pic] Ф. Выбираем для R1 резистор С2-1-0.25-10 кОм(1% [9]. Для C1 берем конденсатор К10-47 вариант “а” - 51 нФ(1% с рабочим напряжением 50 В [9]. 5 Выбираем элементы генератора ВЧ заполнения Для снижения габаритов импульсного трансформатора используем модуляцию управляющего импульса, генерируемого ФДИ прямоугольными импульсами высокой частоты. Для возможности модуляции частота генерируемых импульсов должна быть 50-100 кГц. Исходя из этого условия определяем параметры генератора (рис. 58). Частота генерируемых импульсов определяется по формуле: [pic]. Принимаем R1=2 кОм, R2=2 кОм. Тогда для f = 50 кГц значение емкости С1 определится по формуле [pic] нФ. Выбираем для R1 и R2 резистор С2-1-0.25-2 кОм(1%, для С1 конденсатор К10-47 вариант “а” - 5.1 нФ(1% с рабочим напряжением 250 В [9]. 4.6 Рассчитываем и выбираем элементы для построения импульсного усилителя[pic] Схема импульсного усилителя представлена на рис. 43. Для определения параметров импульсного усилителя, обеспечивающих нормальное включение тиристоров, строим диаграмму управления тиристором, используя график зависимости Uу(Iу) для выбранного тиристора рис. 61 Рис. 61. Диаграмма управления тиристором Исходя из построенной нагрузочной характеристики имеем: n Iкз = 1.2 А - ток короткого замыкания цепи управления тиристором, n Uхх = 12 В - напряжение холостого хода цепи управления тиристором. Точке А отвечает наибольший потребляемый ток от выходного формирователя, поэтому производим расчет формирователя на ток Iф’=0.9 А. Определяем необходимый коэффициент трансформации импульсного трансформатора TV1 [pic], где Uпит = 24 В - принятое напряжение питания усилителя. С учетом полученного коэффициента трансформации находим ток в первичной обмотке трансформатора TV1. [pic] А. Тогда сопротивление резистора R3 в схеме рис. 43 равно [pic] Ом. Принимаем[pic]из таблицы номиналов сопротивлений R3 = 56 Ом. Действующее значение тока через резистор R3 определяется следующим образом [pic] мА, где Tс = 1/fc = 1/50 = 20 мс - период напряжения питающей сети, tи = 2.36(10-4 с - длительность управляющего импульса. Мощность, рассеиваемая на резисторе R3 равна [pic] Вт. Выбираем для R3 резистор С2-1-0.25-56 Ом(1% [9]. С целью ограничения обратного выброса напряжения на первичной обмотке импульсного трансформатора используем для VD2 стабилитрон Д815Е с напряжением стабилизации Uст = 15 В и максимальным током стабилизации Iст = =550 мА > 0.45 А [4]. Для замыкания тока самоиндукции применяем для VD1 диод Д229Ж с допустимым средним прямым током Iдср= 700 мА > 0.45 А [4]. Выбираем транзистор VT2 рис. 43 из условий: Uкэмакс ( Uпит + Uст = 24+15 = 39 В; Iкмакс ( Iф = 0.45 А. Приведенным требованиям удовлетворяет высокочастотный транзистор КТ626Б, его параметры [10]: Uкэмакс = 60 В; h21э = 30-100; Iкб0 = 1.5 мкА; Iкмакс = 0.5 А; fгр = 75 МГц. Находим значение сопротивления R1 в схеме рис. 43 [pic] кОм. Выбираем для R1 резистор С2-1-0.25-150 кОм(1% [9]. Выбираем транзистор VT1 рис. 43 из условий: Uкэмакс ( Uпит = 24 В, этому требованию удовлетворяет высокочастотный транзистор КТ625А, его параметры [10]: Uкэмакс = 40 В; h21э = 20-200; Iкб0 = 30 мкА; Iкмакс = 1 А; fгр = 20 МГц. Рассчитываем сопротивление R2 схемы рис. 43 [pic] Ом. Принимаем R2 = 1.5 кОм. Мощность, рассеиваемая на резисторе R2 равна [pic] мВт. Выбираем для R2 резистор С2-1-0.25-1.5 кОм(1% [9]. Так как в построенной схеме преобразователя усиливаемые импульсы поступают на импульсный усилитель с логических микросхем КМДП типа, у которых уровень логического нуля определяется напряжением около 3 В, а уровень логической единицы напряжением близким к напряжению питания, а нашем случае это 15 В, то при подаче импульсов на импульсный усилитель необходимо ограничить величину входного тока, при выходном напряжении микросхемы соответствующем уровню логической единицы и обеспечить закрытое состояние транзисторов импульсного усилителя при поступлении на его вход сигнала логической единицы. Это можно обеспечить используя резисторы R’ и R’’ в схеме рис. 43. Резистор R’ ограничивает входной ток транзистора VT1 и может быть определен из выражения [pic] кОм. Мощность, рассеиваемая на резисторе R’ равна [pic] мВт. Выбираем для R’ резистор С2-1-0.25-20 кОм(1% [9]. Резистор R’’ обеспечивает закрытое состояние транзистора VT1 при наличии на входе импульсного усилителя напряжения логического нуля и может быть определен из выражения [pic] Ом. Выбираем для R’’ резистор С2-1-0.25-2.2 кОм(1% [9].