Материал: Методика вивчення основ перетворення постійного електричного струму на уроках фізики та факультативних заняттях

Головною перешкодою на шляху їх використання у високовольтному приводі із прямим перетворенням частоти й при потужностях вище 1 - 2 МВт на даний момент є технологічні обмеження. Збільшення комутованої напруги і робочого струму приводить до збільшення розмірів транзисторного модуля, а також вимагає більш ефективного відводу тепла від кремнієвого кристала.

Нові технології виробництва біполярних транзисторів спрямовані на подолання цих обмежень, і перспективність застосування IGBT дуже висока також й у високовольтному приводі. В даний час IGBT транзистори застосовуються у високовольтних перетворювачах у вигляді послідовно з'єднаних декількох одиничних модулів.

Структура та принцип роботи низьковольтного перетворювача частоти на IGBT транзисторах

Типова схема низьковольтного перетворювача частоти представлена на рис. 20. У нижній частині рисунка зображені графіки напруг і струмів на виході кожного елемента перетворювача.

Змінна напруга живильної мережі (uвх.) з постійною амплітудою і частотою (U вх = const, f вх = const) надходить на керований або некерований випрямляч (1).

Для згладжування пульсацій випрямленої напруги (uвипр.) використовується фільтр (2). Випрямляч і ємнісний фільтр (2) утворять ланку постійного струму.

З виходу фільтра постійна напруга ud надходить на вхід автономного імпульсного інвертора (3).

Автономний інвертор сучасних низьковольтних перетворювачів, як було відзначено, виконується на основі силових біполярних транзисторів з ізольованим затвором IGBT. На даному малюнку зображена схема перетворювача частоти з автономним інвертором напруги як отримала найбільше розповсюдження.

Частотний перетворювач Івано-Франківськ

Рис. 20

У інверторі здійснюється перетворення постійної напруги ud в трифазну (або однофазну) імпульсна напруга u і змінюваної амплітуди і частоти. За сигналами системи управління кожна обмотка електричного двигуна приєднується через відповідні силові транзистори інвертора до позитивного і негативного полюсів ланки постійного струму. Тривалість підключення кожної обмотки в межах періоду проходження імпульсів модулюється за синусоїдальним законом. Найбільша ширина імпульсів забезпечується в середині напівперіоду, а до початку і кінця напівперіоду зменшується. Таким чином, система управління забезпечує широтно-імпульсну модуляцію (ШІМ) напруги, що прикладається до обмоток двигуна. Амплітуда і частота напруги визначаються параметрами модулюючої синусоїдальної функції.

При високій несучій частоті ШІМ (2... 15 кГц) обмотки двигуна внаслідок їхньої високої індуктивності працюють як фільтр. Тому в них протікають практично синусоїдальні струми.

У схемах перетворювачів з керованим випрямлячем (1) зміна амплітуди напруги uі може досягатися регулюванням величини постійної напруги ud, а зміна частоти - режимом роботи інвертора.

При необхідності на виході автономного інвертора встановлюється фільтр (4) для згладжування пульсацій струму. (У схемах перетворювачів на IGBT в силу низького рівня вищих гармонік у вихідній напрузі потреба у фільтрі практично відсутній.)

Таким чином, на виході перетворювача частоти формується трифазна (або однофазна) змінна напруга

.1 Технологія виготовлення друкованих плат

Лазерно-утюжкова технологія виготовлення друкованих плат

Порівняння різних технологій виготовлення друкованих плат в домашніх умовах і опис лазерно-прасувальну технології нанесення малюнка доріжок для подальшого травлення друкованої плати

Тут показано лазерно-прасувальна технологія (ЛУТ) виготовлення друкованих плат. Але спочатку наведемо табличку-порівняння різних технологій виготовлення плат.

Як видно з таблиці, ЛУТ є оптимальним з перерахованих варіантів по співвідношенню "складність / якість". Розглянемо цю технологію в деталях.

Етап 1. Малюємо плату. Можна користуватися спеціальними програмами, які автоматично розводять плату за принциповою схемою, наприклад Sprint Layout 6.

Ставимо сітку 2,54 мм (0,1 дюйма) - це крок між «ногами» мікросхем і цілком вистачає на більшість деталей (якщо розміщувати резистори і діоди «стоячи», між їх ногами буде якраз такий крок). Малювати зручніше з боку деталей, при цьому схема виходить більш наочною, а при друку зображення доріжок не треба перевертати. Зручно зробити окремі шари для друкованих провідників і для зображення деталей (можна ввімкнути / вимкнути при перегляді і друку). Доріжки малюються лінією 2pt, майданчики під висновки кільцями 0,7 / 1,5-2,0 мм, під дроти 1,25 / 2,5-3,0 мм (внутрішній / зовнішній діаметр). Після остаточної компонування деталей і розводки плати зручно обвести її по контуру з припуском 0,5-1 мм лінією 1pt на шарі провідників, для обрізки (особливо актуально для плат зі складним контуром). Також позначаємо на шарі провідників отвори для кріплення і інші технологічні мітки.

Увага: перед тим, як щось робити далі, обов'язково двічі перевірте розводку провідників (особливо, якщо робили не в спеціалізованій програмі, а в графічному редакторі) і чи потрібно відобразити зображення перед друком. Загальне правило таке: якщо на малюнку друковані провідники (неважливо якого шару) видно зі свого боку плати, перед друком зображення ПОТРІБНО відобразити (неважливо, від горизонталі або вертикалі, головне один раз). Якщо ж провідники видно «крізь плату» (наприклад, малюємо провідники із зворотного боку плати, а дивимося з боку деталей), то відображати малюнок НЕ ПОТРІБНО. Якщо сумніваєтеся, роздрукуйте зображення кожного шару (це, до речі, рекомендується робити і для перевірки розводки) і прикиньте необхідність відображення "вживу". Тільки пам'ятайте, що один раз зображення відобразиться при перенесенні з паперу на текстоліт.

Етап 2. З склотекстоліти вирізається заготівля плати з припуском не менш 5 мм. Потім бік, на якій будуть провідники, ретельно зашкурюємо "нульовкою", поки вся поверхня не покриється дрібними подряпинами, придбавши золотавий колір не окисленої міді. Після цього знежирюємо всю поверхню спиртом і даємо останньому повністю випаруватися. Самі ж у цей час переходимо до наступного кроку.

Етап 3. Береться лазерний принтер і друкується малюнок доріжок на дуже тонкій крейдованому папері. При друку не забудьте залишити краю приблизно в половину відповідного розміру плати (ліворуч і праворуч - половину ширини, зверху і знизу - висоти). Я використовую HP LaserJet 1010 з максимальною "чорнотою" (відключити економний режим, максимальна насиченість) і папір з журналів "Нерухомість та ціни". У неї крім дуже маленької товщини є особливість застрявати в принтері перед грубкою, тому після витягування аркуша ми отримуємо незакріплене зображення. Але якщо ваша папір грубку пройшла, має вийти не гірше. Хоча якщо робити плати доводиться часто, може має сенс зробити можливість відключення грубки у вашого принтера:). Інший варіант паперу, теж працює не гірше - глянсовий папір (завалялася пачка з 80-х років), тільки не знаю, чи продається вона зараз.

Етап 4. Отриману роздруківку кладемо на стіл зображенням вгору. Готуємо смужки скотчу шириною сантиметр-два і довжиною залежно від розмірів плати. Накладаємо заготівлю плати на папір підготовленої стороною до зображення і загортаємо краї паперу, фіксуючи папір приготованими смужками скотчу. Папір повинні бути злегка натягнутій, щоб плата не могла зміститися всередині обгортки. Після цього загортаємо весь "бутерброд" ще одним листом звичайного паперу (в один шар). Тепер береться звичайний праска, включений на максимальну температуру (можна було прогріти його заздалегідь:) і ставиться на загорнуту в папір плату з боку малюнка. Плата прогрівається 20-30 сек. під власною вагою праски, після чого праска кілька разів з натиском проводиться по поверхні плати. Для маленьких плат і незакріпленого зображення (див. вище про мою папір) досить 4-6 разів з не дуже сильним натиском (не всім вагою). При сильному натиску тонер може поповзти і сусідні доріжки злипнуться, при слабкому - не приклеїтися.

Етап 5. Після охолодження знімаємо зовнішню папір і зрізаємо папір із зворотного боку плати. Потім кидаємо плату з прилип папером у гарячу (градусів 40-50, тобто терпимо гаряча на дотик) воду і чекаємо, поки папір не розмокне. Коли це відбудеться, папір можна буде відокремити від плати, а тонер залишиться, надійно припечена до плати (пальцем не відшкребеш). Пальцем під водою скачуємо залишки паперу. Плата сушиться (без додаткового підігріву, щоб тонер не почала відходити), після чого озброюємось лупою і переглядаємо дефекти. Можна акуратно промокнути плату туалетним папером, щоб прискорити процес сушіння. При правильно пророблених попередніх кроках найбільш часто зустрічається дефект - не до кінця дистанційна папір, що при травленні може призвести до замикання провідників. Папір видаляємо гострим предметом: шилом, голкою, кінчиком ножа. При зворотній проблемі - відсутності провідників там, де вони повинні бути, можна підправити малюнок лаком або незмивною маркером (потрібно заздалегідь випробувати маркер щоб переконатися в його стійкості).

Етап 6. Травимо плату в хлорному залозі. Розчин краще підігріти до тих же 40-50 градусів, правда він все одно остигає швидше, ніж труїться плата. Може бути розчин вже підсівший. Основна проблема при травленні - плата повинна лежати малюнком вниз (щоб продукти реакції опускалися на дно, а не лежали на платі), але при цьому потрібно забезпечити доступ розчину. Я вирішую цю проблему приклеюванням до країв (той самий припуск) сірники, а якщо плата більша можна просвердлити отвори і вкласти в них пластикові (не металевими!) Стійки для материнських плат. Або ті ж сірники. Після того, як малюнок повністю протравами, плату виймають, заклеюють бік з малюнком скотчем, щоб уникнути подальшого протравлювання доріжок, після чого перевертають і стравлюють фольгу з боку деталей. Можна труїти плати і у вертикальному положенні, наприклад у вузькому стакані, тоді описаних складнощів можна уникнути, але важче забезпечити рівномірність травлення.

Етап 7. Змиваємо тонер, наприклад, уайт-спиртом, потім свердлимо отвори, вирізаємо плату за необхідним контуру, покриваємо каніфольним лаком, обслужуємо контактні площадки. Далі монтаж деталей і все інше, як звичайно.

Зауваження про двосторонні плати. Для виготовлення такої плати вам буде потрібно: зашкурена і знежирена двостороння заготівля, дві роздрукованих картинки із зображеннями провідників, кілька тонких голок. Основне завдання - поєднати зображення обох сторін. Для цього на обох сторонах розмічають кілька технологічних (наприклад, кріпильних) отворів в різних кінцях плати. Потім додаємо одне із зображень до плати малюнком назовні, фіксуємо його будь-яким чином щодо плати (тільки не клейте до зворотної сторони - на неї ще малюнок переносити!) І керна вищезгадані техотвори. Знімаємо малюнок, свердлимо отвори в платі і проколюємо їх же на обох малюнках. Тепер вставляємо в отвори на платі голки і одягаємо листи з зображеннями сторін на ці голки, кожен зі свого боку малюнком до плати і фіксуємо весь отриманий "бутерброд". Потім голки виймаємо, гріємо, як звичайно, праскою, тільки гріти вже потрібно з обох сторін (з другої прогрівати менше, тому плата вже прогрілася, але прасувати так само), відмочується, трави і т.д. Головне, на що звернути увагу - точно намічати отвори і не бруднити плату (тому обидві сторони робочі, то треба акуратно братися за неї руками, не клеїти на сторони скотч і т.п.).

Висновок:

В даній роботі розробляли DC-DC перетворювач на базі мікросхеми МАХ 1674, який працює як зарядний пристрій для мобільних телефонів та пристроїв які не потребують великих струмів для заряду акумуляторів.

Список використаних джерел

1. Іванов-Циганов А.І. Електротехнічні пристрої радіосистем: Підручник. - Вид. 3-є, перероб. і доп.-Мн: Вища школа, 200

2.      Алексєєв О.В., Китаєв В.Є., Шіхін А.Я. Електричні пристрої / Під ред. А.Я. Шіхіна: Підручник. - М.: Енергоіздат, 200 - 336 с.

.        Шустов М.А. Практична схемотехніка. Джерела живлення і стабілізатори. Кн. 2. - М.: Альтекс а, 2002. -191 С.