Материал: Проектирование прямоходового импульсного преобразователя постоянного тока

Проектирование прямоходового импульсного преобразователя постоянного тока

Аннотация

Пояснительная записка к курсовому проекту содержит:

Страниц - 12

Рисунков - 7

Источников-3

Графического материала-1

Объектом проектирования является прямоходовой импульсный преобразователь постоянного тока.

Цель работы: Выбор и обоснование силовой части. Расчет силовой части. Разработка системы управления и защиты.

Курсовой проект выполнен в текстовом редакторе Microsoft Word 2013 на белой бумаге формата А4 с использование программ T-Flex CAD 7.2, Paint 5.1, Microsoft Visio 2010.

Содержание

Введение

Выбор и обоснование силовой части

Разработка структурной схемы системы защиты и управления

Расчет силовой части

Расчёт трансформатора

Заключение

Список литературы

Введение

В данном курсовом проекте проектируется прямоходовой импульсный преобразователь постоянного тока.

Прямоходовой преобразователь (Forward) - это одноключевой преобразователь, в котором для передачи энергии из первичной цепи во вторичные цепи используется трансформатор. Энергия передаётся из первичной обмотки во вторичную, когда ключ замкнут и через него течёт ток.

Рис. 1. Схема прямоходового преобразователя постоянного тока

Достоинства:

·        Наличие всего одного ключевого микросхема;

·        Магнитопровод импульсного трансформатора имеет меньшие габариты, чем магнитопровод трансформатора обратноходового преобразователя при прочих одинаковых условиях эксплуатации и близких режимах работы.

Недостатки:

·        У прямо ходового преобразователя постоянного тока возникает подмагничивание сердечника трансформатора, вызванное несимметричным циклом перемагничивания петли гистерезиса. Из-за этого КПД такого преобразователя обычно меньше, чем у двухтактных преобразователей с симметричным перемагничиванием импульсного трансформатора.

·        Принципиальная невозможность использования эффективных систем симметрирования в прямо ходовых импульсных преобразователях постоянного тока является недостатком. Предельную петлю гистерезиса магнитопровода однотактного прямо ходового преобразователя может спасти только быстродействующая система защиты, в противном случае они будут выведены из строя.

Выбор и обоснование силовой части

Есть несколько схем прямо ходового импульсного преобразователя постоянного тока. Но наиболее часто встречается две схемы. Эти схемы представлены на рис. 2 и 3.

Рисунок 2 - Прямоходовой импульсный преобразователь постоянного тока

прямоходовой преобразователь постоянный ток

Рисунок 3 - Прямоходовой импульсный преобразователь постоянного тока с вентилем обратного тока.

Разработка структурной схемы системы защиты и управления

Для расчёта своего курсового проекта я взял за основу схему изображённую на рисунке 2,а так же дополнил схему системой управления и системой защиты для долго срока службы схемы. Структурная схема с системой защиты и управления представлена на рисунке 4.

Рисунок 4. Прямо ходовой импульсный преобразователь постоянного тока с вентилем обратного тока.

Рассмотрим систему защиты и принцип её работы представленную на рисунке 5.

Рисунок 5.

Здесь УВ - управляемый выпрямитель, работающий с системой управления (СУВ) реализующей вертикальный способ управления. Потенциометром Ry можно регулировать

уровень напряжения управления от нуля до максимального значения, определяемого амплитудой пилообразного напряжения при котором система управления полностью запирается и формирования импульсов управления не происходит. В случае возникновения аварийного режима сигналом с датчика тока включается тиристор зашиты Т₃ и подаёт на вход системы управления запирающее напряжение, действием которого формирование импульсов управления прекращается

Рассмотрим систему стабилизации выходного напряжения и принцип её работы представленную на рисунке 6.

Рисунок 6. Система стабилизации выходного напряжения ИППТ

Для схемы ИППТ изображённого на рисунке 4 необходимо обеспечить стабилизацию выходного напряжения преобразователя который по заданию должен равняться примерно 2%. Поэтому в разработке схемы управления решил применить схему с обратной связью т. к он компенсирует Kcт равный 2 %. Здесь ГПН - генератор пилообразного напряжения, формирующий последовательность пилообразных импульсов постоянной частоты н амплитуды рисунок 7. Эти импульсы сравниваются в компараторе К с напряжением Uy, в результате чего формируются прямоугольные импульсы с длительностью tи, которая может регулироваться уровнем напряжения управления Uy.

Рис. 7. Диаграмма, поясняющая работу системы управления нереверсивным ИППТ

Расчет силовой части

Все расчеты производим по формулам, взятым из источника №1

Исходные данные:

U_ист=30 В ± 5%; Р_Н=500 Вт; U_Н=220 В; K_т=1%.

1. Расчёт сглаживающего фильтра

Рассчитываем ток в нагрузке

 (А)

Сопротивление нагрузки

 (Ом)

Коэффициент сглаживания определяется по выражению

 - коэффициент пульсаций, для однополупериодной схемы выпрямления,

=0,01 - коэффициент пульсаций, который необходимо обеспечить

Частоту выбираем из соображения минимума массы трансформатора. Для сердечников, выполненных из электротехнической стали эта частота лежит в диапазоне от 3 до 5 к Гц. Принимаем значение f = 4 кГц.

Принимаем ёмкость С из стандартного ряда Е24 С=1 мкФ

Для LC - фильтра справедливо выражение:

Из этого выражения определяем индуктивность сглаживающего фильтра L.

 мГн

Условия необходимые, для нормальной работы фильтра X_c??R_d и X_L ??R_d

выполняются.

Принимаем, что коэффициент заполнения в нашем случае

Найдём напряжение на вторичной обмотке.

 В

2. Расчёт сглаживающего дросселя

1. Находим величину

. По кривой рис.9-2 определяем 80

. Из табл. П 2-1 выбираем предварительно магнитопровод Ш 25 * 40 для которого

. По формуле 9-5 находим

. Из кривых рис. 9-1 находим

0,024

. По данным табл. 9-1 выбираем плотность тока

. По формуле 9-4, где

Определяем возможные значения а

Выбираем типоразмер пластины Ш - 25 (а = 2,5 см)

. Окончательно выбираем типоразмер магнитопровода Ш25*40 из табл. П 2-1   

. По данной формуле находим

По формуле находим

. Определяем число витков обмотки по формуле

. Произведём конструктивный расчёт дросселя в результате которого определяем:

Провод марки ПЭВ - 1

Принимаем:

Расчёт трансформатора

1. Расчётная мощность трансформатора

Для однополупериодной схемы выпрямителя расчётная мощность трансформатора в три раза больше, чем нагрузки из-за того, что полезную мощность переносит только первая гармоника.

. Выбираем ленточный магнитопровод из стали Э340, толщина ленты 0,15 мм.

. Находим ориентировочные величины: индукцию (табл. 5-1) уменьшаем на 5% для того, чтобы при увеличении напряжения питающей сети в пределах 5% максимальная индукция не превышала табличное значение.

Принимаем  0,8 Tл

Плотность тока лежит в границах

Принимаем 1,5

Коэффициент заполнения окна принимаем

Коэффициент заполнения магнитопровода принимаем

. Определим произведение сечения стали магнитопровода на площадь его окна по формуле

. Из табл. П 2-2 выбираем магнитопровод ШЛ 20*25 у которого

. Определяем потери в стали по формуле

удельные потери в стали по рис. 5-2 для

. Находим активную составляющую тока холостого хода по формуле

с учётом превышения напряжения на 5%

. Находим полную намагничивающую мощность по формуле 1-62

удельная намагничивающая мощность

. Реактивная составляющая тока холостого хода

. Находим абсолютное и относительное значение тока холостого хода по формуле

По формуле

 и  находим из табл. 5-5 принимаем

Что допустимо.

. Найдём ориентировочные величины тока и сечения проводов обмоток.

. Вбираем стандартные сечения проводов марки ПЭВ - 2

. Определяем осевую длину обмотке на гильзе

. Находим число витков в одном слое и число слоёв каждой обмотки.

где k - коэффициент укладки по рис. 2-27  и

Выбор силовых ключей

1. Транзистор VT1

Условия выбора:

Выбираем MOSFET - транзистор 2N4391CSM с параметрами

. Диод VD1

Условия выбора:

Выбираем диод 2N4391CSM с параметрами

. Диод VD2

Условия выбора:

Выбираем диод 2N4391CSM с параметрами

. Диод VD3

Условия выбора:

Выбираем диод 2N4391CSM с параметрами