Пример расчета «СТАБИЛИЗАТОР ТОКА»

В данной курсовой работе требуется рассчитать регулируемый стабилизатор тока (РСТ), поддерживающий на нагрузке постоянный ток.

Способ управления РСТ осуществляется с помощью угла отпирания тиристора – α.

Элементная база: Современные полупроводниковые приборы.

Разрабатываемый РСТ должен соответствовать требуемым параметрам:

- Уровень тока на нагрузке (при α=0) А

- Напряжение сети U_c = 220 В

- Пределы регулирования (α_min – α_max) 20º - 60º

- Сопротивление нагрузки не менее

- Наличие обратной связи (ОС) по току

Функциональная схема РСТ

Функциональная схема РСТ представлена на рис.1.1 и состоит из следующих основных элементов:

1. Силовой трансформатор (СТ) – выполняет роль согласователя напряжения сети с напряжением нагрузки, а также служит для гальванической развязки электрических цепей сети и РСТ.

2. Тиристорный выпрямитель (ТВ) – служит для получения периодического напряжения, содержащего постоянную составляющую от напряжения на выходе СТ.

3. Синхронизатор (С) – служит для создания точки отсечки угла α – угла отрицания тиристоров, при пересечении синусоидой напряжения сети нуля каждые пол периода.

4. Схема управления тиристорами (СУТ) – служит для формирования импульсов запуска тиристоров. Запуск тиристоров осуществляется с учётом сравнения напряжения обратной связи по току в соответствии с пределами регулирования.

5. Потенциометр (R_зад) – служит для регулирования заданного напряжения U_зад.

6. Сопротивление шунта (R_ш) – датчик тока на нагрузке. Подбирается таким образом, чтобы напряжение U_ос было пропорционально току нагрузки.

7. Сопротивление нагрузки R_н.

рис.1 Функциональная схема РСТ

рис.1 Диаграмма поясняющая принцип работы РСТ

Диаграмма поясняющая принцип работы РСТ представлена на рис.1.2.

Подаваемое напряжение сети U_с (рис.1.2(а)) преобразуется в СТ в напряжение U₂ (рис.1.2 (б)). Это напряжение, содержащее постоянную составляющую с частотой f = 2·f·c (рис.1.2 (д)). Это напряжение будет являться напряжением нагрузки .

Для поддержания постоянного тока на выходе РСТ будем регулировать угол α при помощи потенциометра R_зад.

Напряжение сети подаётся на С, который создаёт точки отсчёта угла отпирания тиристоров каждые пол периода -<α. На выходе С будут короткие импульсы напряжения U_синх (рис.1.2 (в)) с частотой СУТ, где вырабатываются короткие импульсы напряжения запуска тиристоров U_зап (рис.1.2 (г)).

Цель обратной связи шунта для того, чтобы выявит ошибку рассогласования между напряжением U_зад и напряжением на нагрузке и свести эту ошибку к нулю.

Таким образом на выходе РСТ поддерживается постоянный ток.

Расчёт силовой части РСТ

Схема силовой части РСТ представлена на рис.2.1 и состоит из следующих основных частей:

1. Т₁ – силовой трансформатор (СТ) с нулевым проводом.

2. VS1, VS2 – тиристоры

3. R₄ – Сопротивление нагрузки

На рис. 2.2 представлена диаграмма напряжений на силовой части РСТ

U_с(t) (рис.2.2(а)) – действующее напряжение сети U_c = 220 В

(рис.2.2 (а)) – амплитудное напряжение

- эффективное напряжение

U_ам – (рис.2.2 (в)) – средневыпрямленное напряжение

U_{2 max} (рис.2.2 (б)) – амплитудное напряжение на выходе СТ

Расчёт СТ

Схема СТ представлена на рис.2.1.1. Рассчитаем следующие параметры:

I₁ – ток, потребляемый из сети

I₂ – ток на выходе СТ

U₂ – напряжение на выходе СТ

Р₁ – габаритная мощность СТ

Р₂ – мощность на вторичной обмотке СТ

Р_н – мощность на нагрузке

А – ток на нагрузке

U_c = 220 В – напряжение сети

- сопротивление нагрузки

η = 0,95 – КПД СТ

1.

- связь средневыпрямленного тока с амплитудным значением тока через угол α

2. А

- максимальное амплитудное значение тока на выходе СТ

3. В

В – максимальное амплитудное напряжение на выходе СТ

4. Вт

Вт – мощность, потребляемая на выходе СТ

5. Вт

Вт – мощность, потребляемая каждым тиристором

6. Вт

Вт – мощность на вторичной обмотке СТ

7. Вт

Вт – габаритная мощность СТ

8. А

А – ток, потребляемый из сети

9. В

В – эффективное напряжение на выходе СТ

10. - связь с через сопротивление

На основании формулы п.10 формулу из п.1 можно записать следующим образом:

- по данной формуле рассчитаем зависимость (рис.2.1.2) и сведём в таблицу 1 результаты расчётов

Таблица 1

α1, град
, В	72,6	72,2	70,8	68,7	65,7		57,7	52,8	47,5	36,3		23,9	18,2	4,9

Регулировочная характеристика представлена графически на рис.2.1.1

рис.1 Принципиальная схема силовой части РСТ

рис.2 Диаграмма напряжений на силовой части РСТ

рис.2 Регулировочная характеристика

Синхронизатор

Принципиальная схема синхронизатора (С) представлена на рис.3.1 и состоит из следующих элементов:

1. Т₂ – трансформатор

2. ДА1, ДА2 – компараторы на основе ОУ

3. RC –цепь – дифференциальное устройство (ДУ)

4. VD1, VD2 – диоды

5. R_н – сопротивление нагрузки

Диаграмма напряжений, поясняющая принцип работы С представлена на рис.3.2. Напряжение сети U_c (рис.3.2 (а)) поступает на вход Е и в трансформаторе Т₂ преобразуется масштабно в напряжение U₃ = 6,3 В (рис.3.2 (б)), которое поступает на неинвертирующий вход компаратора ДА1 и на инвертирующий вход ДА2. На входе компараторов получаются периодические напряжения U_кI и U_кII (рис.3.2 (в и г)) взаимно-обратные друг другу. Эти напряжение поступают на ДУ, где дифференцируются и на выходе ДУ получаются короткие импульсы напряжений и соответственно I и II каналов (рис.3.2 (д и е)).

Диоды VD1 и VD2 срезают отрицательные сигналы этих напряжений: положительные импульсы длительностью θ = 20 мс суммируются в точке (з). На выходе С получаются короткие импульсы напряжений U_синх (рис.3.2 (з)) с частотой f = 2·f·c необходимые для создания точки отсчёта угла α.

Расчет синхронизатора.

1. Рассчитаем коэффициент трансформации n для Т₂:

2. В качестве DA1, DA2 выбираем компараторы широкого применения на основе ОУ типа 140УД6.

3. Рассчитаем параметры RC ДУ:

Рекомендуется брать конденсаторы с емкостью в пределах:

С = (0,01÷0,1) мФ.

Выбираем С = 0,1 мФ

Из формулы рекомендуемой длительности импульсов напряжения

θ = 2RC = 20 мс находим R:

кОм

С₁ = С₂ = 0,1 мФ; R₁ = R₂ = 1 кОм; θ₁ = θ₂ = 20 мс;

4. В качестве VD1, VD2 выбираем диоды широкого применения типа КД303

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: