Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Расчет элементов силовой части

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Типовой расчет

по курсу

“Анализ Дискретных Схем”

Выполнил: Горбачев А.А.

Группа: Эр-02-06

Проверил: Серегин Д.А.

Москва 2011

Оглавление

1. Задание. 3

2. Описание принципов работы силовой части. 4

3. Расчет элементов силовой части. 6

4. Моделирование силовой части. 10

5. Система управления. 18

6. Расчёт параметров системы управления. 19

7. Моделирование схемы по усредненной модели. 24

7.1. Моделирование схемы с обратными связями в пакете Mathcad. 24

7.2. Моделирование схемы в пакете PSpice. 26

Задание

Рассчитать параметры элементов схемы источника питания, выполненного по схеме, изображенной на рис. 1.

Исходные данные:

§ Питание от источника постоянного тока.

§ Напряжение питания: ; .

§ Номинальный средний уровень выходного напряжения: .

§ Точность поддержания среднего уровня выходного напряжения: ± 1%.

§ Пульсация выходного напряжения на частоте, кратной частоте преобразования электрической энергии: (полный размах от пика до пика).

§ Характер нагрузки – резистивный.

§ Максимальное значение тока, потребляемого нагрузкой: .

§ Минимальное значение тока, потребляемого нагрузкой: .

§ Частота пульсации напряжения на конденсаторах выходного фильтра: .

Дополнительные требования к разрабатываемому устройству:

§ Ограничение амплитуды тока силовых транзисторов на уровне, который превышает её значение при максимальной нагрузке не более, чем на 20%.

Описание принципов работы силовой части

Рис. 1. Силовая часть источника питания.

Это схема двухтактного полумостового преобразователя напряжения. Схема работает в симметричном режиме в два такта: во время первого такта проводит ключ VT2, во время второго такта ключ VT1. При подаче управляющего сигнала на транзистор VT2 первичная обмотка трансформатора W1 оказывается подключенной к положительной шине питания - одним концом и к конденсатору С11 - другим концом. Таким образом, на обмотке W1 действует положительное напряжение равное половине напряжению питания. Происходит передача энергии от источника в нагрузку и нарастание магнитного потока в трансформаторе и дросселе. По первичной стороне течет ток по контуру: источник питания Е, транзистор VT2 в прямом направлении, от начала обмотки W1 к концу, через конденсатор С11, источник питания Е. На вторичную сторону передается энергия и трансформируется ток. Ток по вторичной стороне течет через диод VD9, смещенным в положительном направлении, в нагрузку. К дросселю L1 приложено напряжение ,

где - падение напряжение на диоде,

n – коэффициент трансформации,

E – напряжение первичного источника питания,

- напряжение на выходе преобразователя.

В конце первого такта, в момент времени запирания силового ключа VT2, прекращается потребление энергии от источника питания, ток по первичной обмотке трансформатора прекращает протекать. Но магнитные потоки в дросселе и трансформаторе не прерываются. Ток дросселя L1 замыкается через диод VD11, потенциал точки 1 (рис.1.) становится равным .

Ток намагничивания трансформатора протекает от начала к концу обмотки W22 через диод VD10 и диод VD11. Это означает, что напряжение на обмотке W22 строго равно 0. Значит, ток намагничивания остаётся постоянным на этом участке. На этом этапе к обмотке дросселя приложено напряжение .

Первый такт заканчивается, когда включают VT3. Во втором такте процессы аналогичны тем, что были в первом такте, только теперь проводит VT3 и VD10.

Регулировочную характеристику получаем из равенства вольт-секундных площадей на дросселе:

(1)

Регулировочная характеристика имеет следующий вид:

(2)

Расчет элементов силовой части

Дано:

Найдём коэффициент трансформации в наихудшем случае (исходя из регулировочной характеристики (2)), при условии, что .

Найдем минимальный коэффициент регулирования:

Расчет индуктивности дросселя Lw1:

Выберем Lw1 с запасом 15мкГн.

Расчёт индуктивности намагничивания трансформатора:

Когда открыт транзистор VT2, к первичной обмотке приложено напряжение E/2. В этот момент ток намагничивания меняется от до . Как правило, индуктивность намагничивания трансформатора выбирают так, чтобы пульсация тока в ней составляла 20% от выходного тока.

Поэтому .

В худшем случае Lmag надо рассчитывать при минимальном выходном токе.

Выберем Lmag с запасом 3.3мкГн.

Расчёт выходной ёмкости.

Рассчитаем выходную ёмкость при максимальной пульсации тока.

Тогда изменение заряда на обкладках конденсатора:

Вычислим емкость с учетом резистивной составляющей:

Выберем С12 с запасом из ряда номиналов Е24 равной 15мкФ

Рассчитаем пульсации с учетом резистивной составляющей:

Рассчитаем конденсаторы C10 и C11 и резисторы R15, R16.

Расчёт ёмкостей произведем так, чтобы пульсация напряжения на них не превышала . А мощность потерь на резисторах не превышала 0,1% от номинальной мощности преобразователя. Во время импульса через параллельное соединение конденсатора и резистора проходит половина пересчитанного к первичной обмотке тока нагрузки (для упрощения пренебрегаем током намагничивания трансформатора и пульсацией тока в дросселе, и резисторе).

Тогда:

Зададим допустимый коэффициент пульсаций: , тогда допустимая амплитуда пульсаций:

Амплитуда пульсации напряжения на конденсаторе составляет половину от :

При этом мощность которая выделяется на данном интервале в резисторе: .

Составим систему для нахождения номиналов:

Зададим пульсации:

Зададим потери в активных сопротивлениях:

Выбираем резисторы и конденсаторы из номинального ряда Е24 с запасом С10=С11=1,6мкФ, R15=R16=82кОм.

Выбор силовых транзисторов VT2 и VT3.

Обратное напряжение, которое прикладывается к транзисторам, составляет напряжение питания. Поэтому транзисторы должны быть выбраны на обратное напряжение Emax=420В. Возьмём с запасом на 450В. Максимальный средний ток, который течёт через транзисторы, равен: