Расчет выходного каскада системы управления тиристорами

Усилитель импульсов предназначен для усиления амплитуды импульсов управления, если на выходе ФДИ она недостаточна.

В качестве выходных каскадов систем управления тиристорами на практике часто используются блокинг-генераторы, работающие в ждущем режиме, и усилители на транзисторах, работающие в ключевом режиме. Блокинг-генераторы используются в качестве формирователей "узких" импульсов управления тиристорами длительностью не более нескольких десятков мкс. Импульсные транзисторные усилители могут использоваться для получения более "широких" импульсов длительностью до нескольких мс. В современных тиристорных преобразователях в качестве выходных каскадов СУ обычно применяют транзисторные усилители импульсов. Транзисторный усилитель усиливает по напряжению, току и мощности импульсы, поступающие с выхода формирователя длительности импульсов (ФДИ), до значений, обеспечивающих надежное открывание тиристоров силовой части преобразователя. Усилитель должен обеспечивать минимальное время включения тиристора за счет высокой скорости нарастания тока управления тиристора I _у.

В качестве выходного каскада системы управления тиристорами однофазного управляемого выпрямителя применяем двухкаскадный усилитель импульсов на транзисторах с импульсным трансформатором на выходе, управляемый сигналами низкого уровня (рисунок 3.3). Импульсный трансформатор, осуществляет гальваническую развязку системы управления и силовой части преобразователя. Диод VD 2 устраняет перенапряжения на транзисторе VT 2 в момент его запирания. Диоды VD 3 и VD 4 исключают попадание импульсов отрицательной полярности на управляющий электрод тиристора. Транзисторы VT 1 и VT 2 в данной схеме работают в ключевом (импульсном) режиме. Для повышения надежности работы схемы на базу выходного транзистора подаем отрицательное напряжение, поддерживающее транзистор в закрытом состоянии при отсутствии входного управляющего сигнала.

 

Рисунок 3.3 - Усилитель импульсов управления тиристорами

 

Исходными данными для расчета выходного усилителя импульсов являются.

) Рассчитанные ранее значения выходных параметров: напряжение холостого хода (U _{у. хх}) и ток короткого замыкания (I _{у. кз}), которые должны быть обеспечены на выходе усилителя импульсов.

) Параметры выбранных тиристоров: время включения (t _вкл.) и время выключения (t _выкл.).

) Параметры импульсов управления: длительность импульсов (t _и) и частота следования импульсов (F _и).

) Параметры импульсов действующих на входе оконечного усилителя, которые формируются предыдущими каскадами системы управления: амплитудные значения входного тока (I _{вх. м}) и входного напряжения (U _{вх. м}).

Расчет параметров усилителя

1. Определим значение резисторов R 5 и R 6 ограничивающих амплитуду тока управляющих импульсов

 

 

Из ряда стандартных значений резисторов выбираем стандартное значение резистора R 5 = R 6 = 62 Ом.

2. Величину напряжения коллекторного питания транзистора VT 2 выбираем равным 15 В.

3. Коэффициент трансформации импульсного трансформатора находим по формуле

 

,

 

где  - напряжение на коллекторе транзистора в режиме насыщения. Принимаем =1В.

.

4. Максимальное значение тока коллектора транзистора VT 2

,

 

где - ток нагрузки, приведенный к коллекторной обмотке;

 - ток намагничивания трансформатора.

 

.

 

5. Выбираем из справочника транзистор, удовлетворяющий условиям

, ,

где - максимально - допустимое напряжение на коллекторе;  - максимально - допустимый ток коллектора транзистора.

Заданным условиям удовлетворяет транзистор типа КТ817Б, имеющий параметры [11]: коэффициент усиления по току b = 40 - 70; напряжение насыщения база-эмиттер   = 2 В; напряжение насыщения коллектор - эмиттер,   =0,6 В; максимально-допустимое напряжение коллектор-эмиттер,   = 40 В; максимально-допустимый ток коллектора,   = 1.5 А; максимально-допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе с радиатором   =10 Вт (без радиатора 1Вт).

6. Рассчитаем ток базы транзистора VT 2, обеспечивающий режим насыщения

 

,

 

где S = 1,2…1,5 - коэффициент насыщения транзистора VT 2;

b _{2 min} - минимальное значение коэффициента усиления транзистора.

 

 

7. Сопротивление резистора R 3 найдем из соотношения

 

,

 

где  - напряжение питания транзистора VT 1, Е₁ =15В;  - напряжение насыщения "коллектор-эмиттер" транзистора VT 1, =1В;  - напряжение насыщения "база-эмиттер" транзистора VT 2; = 2 В.

 

 Ом.

 

Принимаем R 3 =560 Ом.

8. Ток коллектора транзистора VT 1 в насыщенном состоянии равен

 

,

 

где  - напряжение на коллекторе VT 1 в насыщенном состоянии (U_{к1. нас} = 1 В).

= 15 В, = 2 В.

 А

 

9. Выбираем транзистор VT 1 из условий:

; .

Заданным условиям удовлетворяет транзистор типа КT361А, имеющий параметры [11]:

коэффициент усиления по току, b = 20 - 300; напряжение база-эмиттер, =1 В; максимально-допустимое напряжение коллектор-эмиттер, = 40 В; максимально-допустимый ток коллектора, =50 мА; максимально-допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе, = 0,15 Вт.

.   Определим ток базы

,

где S = 1,2…1,5 - коэффициент насыщения транзистора VT 1; b _{1 min} - минимальное значение коэффициента усиления транзистора.

 

 

11. Сопротивление резистора R 2 находим из условия:

 

 

где =0,4В - уровень логического нуля цифровой интегральной микросхемы с выхода которой подается сигнал на вход усилителя импульсов.

 

 

Выбираем стандартное сопротивление R 2 = 4,6 кОм.

. Расчет основных параметров импульсного трансформатора

а) магнитопровод выбираем в виде ферритового кольца, марки НМ-6000 [14].

б) рассчитаем геометрические размеры магнитопровод по формуле

 

 

где L - средняя длинна магнитопровода; S - площадь поперечного сечения сердечника; D B - приращение индукции (D B =700-2000 Гс); m _н - начальная магнитная проницаемость материала (m _н =300-5000 Гс/Э); t _и - длительность импульса. Выбираем D B = 2000, m_н = 5000.

 

Выбираем ближайшее стандартное значение =0,047

L = 22 мм, S = 0.0213 см².

 

в) число витков первичной коллекторной обмотки трансформатора находим по формуле

 

,

 

где m_D - импульсная магнитная проницаемость материала.

w 1 = 1303 витка.

г) число витков вторичной нагрузочной обмотки трансформатора равно

 

 витка.

 

Выбор диодов производится, исходя из следующих параметров:

–  допустимого прямого импульсного тока;

–  допустимого обратного напряжения.

Прямой импульсный ток в схеме не превышает 300 мА, а обратное напряжение 15В. Исходя из этого, выбираем диоды VD 1… VD 3 типа КД226А с параметрами:

· допустимый прямой импульсный ток I _пр. = 0,3 А;

· допустимое обратное напряжение U _обр. = 300 В.

 

Заключение

 

Широкое применение в промышленности находят нереверсивные ведомые сетью преобразователи постоянного напряжения на базе тиристорных управляемых выпрямителей. Наиболее часто встречающаяся область их применения - электроприводы постоянного тока, предназначенные для управления скоростными режимами поточных линий и отдельных машин различных производств. Преобразователи обеспечивают возможность построения нереверсивных электроприводов постоянного тока с обратной связью по скорости или ЭДС двигателя.

Управление тиристорами преобразователей осуществляется посредством системы импульсно-фазового управления (СИФУ), предназначенной для генерирования и формирования управляющих импульсов определенной формы и длительности, распределения их по фазам и изменения момента подачи на управляющие электроды вентилей преобразовательного установки. В настоящее время проявляется тенденция к унификации СИФУ различных устройств.

Список использованной литературы

 

1 Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учеб. пособие. - Ростов н/Д: изд-во "Феникс", 2000. - 448с.

. Розанов Ю.К. Силовая электроника: учебник для вузов / Рябчицкий М.В., Кваснюк А. А.; 2-е изд., стер. - М.: МЭИ, 2009. - 632 с.

. Шкарупин А.Я. Методические указания к курсовому проекту по теме "Управляемый выпрямитель на тиристорах" / Юж. - Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2009. - 15 с.

. Шкарупин А.Я. Расчёт систем управления тиристорами: Методические указания к курсовому проекту по преобразовательной технике. / Новочерк. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2009. - 20 с.

. Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Недошивин Р.П. Силовые полупроводниковые приборы: Справ. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 400с.

. Справочник по интегральным микросхемам / Б.В. Тарабрин, С.В. Якубовский, Н.А. Барканов и др.; Под ред. Б.В. Тарабрина. - 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1981. - 816 с.

. Диоды, тиристоры, транзисторы и микросхемы широкого применения. Справочник. / Б.Ф. Бессарабов, В.Д. Федюк, Д.В. Федюк. Воронеж: ИПФ "Воронеж", 1994. - 720 с.