Магнитоэлектрический бесконтактный генератор с импульсным регулятором напряжения

Схема на Рис. 20 позволяет получить на выходе напряжение меньше напряжения на входе. Стабилизатор включает в себя силовую часть (регулирующий транзистор VT, фильтр LC и VD1); схему управления, состоящую из импульсного элемента: схемы сравнения и усиления.

Коэффициент передачи по напряжению схемы на Рис. 20 равен:

Ku=Uвх/Uвых=Тз/Т=Тз•f<1,

где Т=Тз+Тр=1/f - период частоты переключе

ния; f- частота переключения.

Предполагая, что мощность в нагрузке равна произведению средних значений напряжения и тока нагрузки, получаем баланс энергий:

Uвх·Iвх=Uвых·Iвых,

где Iвх и Iвых - среднее значение токов i1 и i2 соответственно/24/. Это уравнение показывает, что регулятор постоянного напряжения обладает "трансформаторным" эффектом.

В регуляторах постоянного напряжения с ШИМ в качестве импульсного элемента используется генератор, длительность выходного импульса или паузы которого изменяется в зависимости от постоянного сигнала, поступающего на его вход с выхода схемы сравнения. Временные диаграммы работы силовой части регулятора показаны на Рисунке. 21.

2.3 Выбор и расчет схемы выпрямителя

Выбираем трехфазную мостовую схему выпрямления по схеме Ларионова Рис.22, по сравнению с трехфазной она имеет следующие преимущества: обратное напряжение на вентиле в 2 раза меньше; меньшая амплитуда и большая частота пульсации, возможность работы без трансформатора и т.д.

Исходные данные для расчета выпрямителя:

Максимальный и минимальный ток нагрузки Id=30 A (ток берется заведомо больше с запасом), Idmin=5 A; мощность Pd=Id·Ud В·А, номинальное входное напряжение Ud=26 .170 В; работа выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку.

Рис. 22 Трехфазная мостовая схема выпрямления.

1. Выпрямленное напряжение Ud пульсирует с частотой fп, в 6 раз большей частоты переменного напряжения поступающего с генератора.

,

где p-число пар полюсов (p=6), n- частота вращения ротора относительно статора. При частоте вращения генератора частота пульсации fп1=0.1·6·1700=1020 Гц, а при , fп2=0.1·6·10800=6480 Гц (Здесь и далее индексы 1 и 2 обозначают значения величин при минимальной и максимальной частотах вращения генератора).

2. Пульсация выпрямленного напряжения при соединении обмоток генератора по схеме "звезда" равна /22/:

Udmin=1.5Uфmax -минимум, и Udmax= 1.73 Uфmax - максимум.

DUd=(1.73-1.5)·Uфmax, тогда среднее значение выпрямленного напряжения (период пульсации равен Т/6): Ud=1.65· Uфmax

DUd=0.139· Ud - пульсация выпрямленного напряжения.

При Ud1=28 В , DUd1= 0.139·28=3.89 В;

при Ud2=170 В , DUd2= 0.139·170=23.63 В;

3. Напряжение на фазе генератора должно быть равно:

при Ud1=28 В,

при Ud2=170 В,

Минимальное и максимальное значение выпрямленного напряжения равно:

Udmin1=1.5·Uфmax1= 25.5 B Udmax1= 1.73·Uфmax1= 29.41 B

Udmin2=1.5·Uфmax2= 154.5 B Udmax2= 1.73·Uфmax2= 175.1 B

4. Среднее значение выпрямленного тока равно: Id=0.955· Idmax; так как Id=30 А, то Idmax=31.4 А, а ток фазы генератора Iф= 24.5 В.

5. Выбор вентилей. Определяем параметры вентилей Uобр, Iпр ср,Iпр. Напряжение Uобр находим по максимальному значению выпрямленного напряжения. Udmax2= 175.1 B, тогда Uобр=1.05· Udmax2=1.05·175=183.9 В.

Прямой средний ток через вентиль для трехфазной мостовой схемы равен Iпр ср= Id/3=10 А, а прямой ток равен Iпр=0.58· Id=0.58·30=17.4 А.

Таким образом нужно подобрать вентиль с параметрами не хуже:

Uобр=183.9 В, Iпр ср= 10 А, Iпр=17.4 А.

Выбираем из справочника /43/ вентиль 2Д2999А с параметрами:

Uобр=200 В, Iпр max=20 А, падение напряжения на диоде DUd= 1 В, частота преобразования до f=100 кГц.

6. Определяем напряжение холостого хода выпрямителя:

Udх.х1= Ud1+DUd·N=28+1·2=30 В, где N-число вентилей в группе.

Udх.х2= Ud2+DUd·N=170+1·2=172 В.

7. Внутреннее сопротивление выпрямителя при изменении тока от 0 до Id:

R0=( Udх.х2- Ud2)/ Id=(172-170)/30»0.067 Ом.

КПД выпрямителя: h=P2/(P2+ Iпр ср·DUd·6)=0.988 то, примерно 98%.

2.4 Расчет силовой части импульсного регулятора

Схема силовой части регулятора приведена на Рисунке. 23. Необходимо рассчитать все элементы этой схемы: силовой транзистор, диод, дроссель.

Исходные данные: импульснй регулятор должен обеспечить отклонение выходного напряжения не более чем на 28 ± 0.3 В, при значениях входных напряжений полученных при расчете выпрямителя.

Uвх1= Ud1=28 В; Uвхmin1=25.5 B; Uвхmax1=29.41 B;

Uвх2= Ud2=170 В; Uвхmin2=154.5 B; Uвхmax2=175.1 B;

Uвых=28 В; Iнmin=30 А, Iнmax=30А -выходные напряжение, максимальный и минимальный номинальные токи регулятора.Необходимо обеспечить мощность отдаваемую нагрузке не менее Pd= Uвых· Iнmax=840 В·А.

1. Определяем максимальное значение относительной длительности открытого состояния транзистора gmax.

Для Uвх1=28 В -транзистор открыт,

для Uвх2=170 В .

2. Определяем минимальное значение относительной длительности открытого состояния транзистора gmin.

Для Uвх1=28 В

для Uвх2=170 В

2.4.1 Расчет дросселя

Определяем значение критической индуктивности исходя из условия безразрывности тока дросселя /41/.

, где fп - частота переключения ключа.

Выберем частоту переключения равной 20 кГц, это значение частоты обеспечивает удовлетворительные массогабаритные показатели стабилизатора, уменьшает потери и находясь выше частоты порога слышимости не оказывает вредного влияния на органы слуха.

Lкр2= 0.12 мГн - из условия обеспечения непрерывного тока через дроссель.

По заданной индуктивности дросселя необходимо рассчитать его параметры.

Были проведены расчеты дросселей с магнитопроводом и без магнитопровода. Расчет был проведен с помощью математического пакета MathCAD, результаты расчета приведены в Приложениях Б и В.

- Расчет параметров дросселя с магнитопроводом.

Дроссель такого фильтра обычно выполняется на П или Ш-образном сердечнике из стальных пластин или ленты. Он должен обеспечивать заданную индуктивность L=0.0002 Гн при токе I=30 А, текущем через обмотку дросселя. Расчет дросселя приведен в Приложении Б. Программа определяет ширину стержня а, поперечное сечение S, оптимальный зазор lz/2, коэффициент М, относительную длину воздушного зазора lz (в % от lm), эффективную магнитную проницаемость материала сердечника mz и толщину набора с. Также определяются основные габаритные размеры дросселя, диаметр наматываемого провода d, число витков w, омического сопротивления R и коэффициента заполнения окна медью Km.

 Скачать реферат