Материал: Система управління імпульсного перетворювача постійної напруги

Вхідний подільник ПН складається з опорів R1, R3, R4. Деякій напрузі зворотного зв'язку изз відповідає вхідний струм Ід, який проходить через опір R1. Максимальне значення струму вхідного подільника з метою забезпечення достатньої точності роботи ОП задається з умови . Вхідний опір ПН визначається таким чином:

Визначаємо інші елементи подільника:

,

де  .

Коефіцієнт передачі вхідного подільника:

.

Задавальне коло складається зі змінного опору R6, який визначає зміну заданої напруги, та опорів R7 і R8. Задаємося величиною змінного опору:

Опір R8 служить для компенсації спадання напруги на елементах подільника від протікання вхідних струмів ОП:

Стала часу повинна бути порядку часток секунди. Приймаємо . Тоді:

.4 Розрахунок широтно-імпульсного модулятора

Широтно-імпульсний модулятор виконано на компараторі DA3 типу 521СА3(554СА3). За своїми параметрами даний компаратор підходить для роботи в схемі ІППН на частотах до 100 кГц. Обмежувальний подільник утворено двома резисторами R9 и R10. Струм подільника вибирається з наступних умов:

імпульс індуктивність модулятор конденсатор

Візьмемо .

Опори подільника визначаються таким чином:

5. Розрахунок енергетичних параметрів та стійкості імпульсних перетворювачів

.1 Розрахунок енергетичних параметрів імпульсних перетворювачів

ІППН можна представити у вигляді передаточної ланки, в якій є входи і виходи. Якщо мати на увазі основну функцію ІППН - стабілізацію заданої величини вихідної напруги, то вхідною величиною можна вважати напругу, вихідною - напругу на навантаженні . Поряд з цими величинами можна вказати й інші, які впливають на роботу ІППН або характеризують його параметри, наприклад: напруга живлення , вихідний струм , зміна температури навколишнього середовища. Для визначення будь-якого параметра ІППН (або системи взагалі) потрібно як вхідні та вихідні величини розглядати ті, які найбільше залежать від даного параметра. Наприклад, при визначенні коефіцієнта зниження пульсацій вхідною і вихідною величинами ІППН будуть змінні складові напруги живлення  та напруги на навантаженні .

Статичні параметри ІППН характеризують його при роботі в сталому режимі або коли вхідні і вихідні величини змінюються досить повільно. До найбільш значущих статичних параметрів ІППН можна віднести вихідний опір , коефіцієнт стабілізації  і коефіцієнт корисної дії (ККД) .

Для визначення вихідного опору потрібно визначити залежність між збільшеннями вихідної напруги ІППН  і вихідного струму , тому

що . Структурна схема ІППН у сталому режимі показана

на рис. 5.1. На схемі зображено кілька вхідних впливів:  - зміна задавальної напруги;  - зміна напруги живлення;  - зміна струму навантаження.

Рис. 5.1.

Вважається, що зміни мають сталий характер. Вихідна величина - зміна вихідної напруги . Спочатку візьмемо, що  і . Тоді , звідки .ПН - статичний коефіцієнт передачі ПН, обумовлений посиленням ОП на низьких частотах:

.

ШІМ - коефіцієнт передачі ШІМ, який пов'язує зміну коефіцієнта заповнення γ зі зміною напруги регулювання Uрег на виході ПН:

.

СЧγ - коефіцієнт передачі силової частини відносно зміни коефіцієнта заповнення при номінальному його значенні:

.

Kε - коефіцієнт передачі прямого зв'язку, тобто власне СУ від заданої напруги до відносної ширини імпульсів γ на базі VT6 і силової частини ІППН:

.

СЧ - деякий еквівалентний опір силової частини, який відбиває активні втрати в силових колах ІППН і диференціальних опорах ключових елементів:

.

Коефіцієнт стабілізації показує відносну нестабільність вихідної напруги ІППН проти нестабільності вхідної:

,

де - коефіцієнт передачі силової частини відносно зміни вхідної напруги ІППН.

.

Враховуючи це, .

Важливим показником ефективності ІППН є ККД. Визначаємо його для номінальної вихідної напруги і максимального струму навантаження:СЧ - втрати в силовій частині, PСУ - витрати потужності на систему управління.

.

.2 Розрахунок стійкості імпульсних перетворювачів

Реакція ІППН на змінні в часі (непостійні) впливи (головним чином вхідна напруга) характеризується динамічними параметрами. Це можуть бути параметри. перехідних процесів і частотні характеристики. Розглянемо їх з метою визначення запасу стійкості. Розраховані параметри елементів схем задовольняють необхідні статичні характеристики. Разом з тим ІППН являє собою замкнуту по управлінню систему автоматичного регулювання (CAP).

Структурна схема ІППН для малих приростів величин показана на рис. 5.2.

Рис 5.2.

Структурні ланки позначені передавальними функціями у формі зображень за Лапласом:

підсилювач неузгодженості: ;

широтно-імпульсний модулятор: ;

ланка запізнювання: .

ЛАЧХ і ЛФЧХ розімкнутої по управлінню системи ІППН відповідає підношенню збільшення вихідної напруги до збільшення заданої напруги . Необхідне значення вихідної напруги дорівнює заданому. Запишемо ПФ ІППН без 33 у вигляді

.

Коефіцієнт затухання ξ, фільтруючого кола ІППН залежить від навантаження:

.

Спочатку визначимо частоту ідеального резонансу силового фільтра:

.

Сталі часу розраховуємо за частотами:

;

;

;

.

Елементи частотної корекції ПН визначаються за спряженими частотами сформованої ЛАЧХ:

,

де за рис. 5.3 ;

;

;

Побудова ЛАЧХ

Ланка запізнювання: ;

пропорційно-диференційна ланка, яка входить до ПН: ;

інерційна ланка, яка входить до ПН: ;

інтегруюча ланка, яка входить до ПН: ;

коливальна ланка (силова частина): .

.

.

Побудова ЛАЧХ за допомогою асимптот:

.

.

Визначаємо за рис. 5.3. та рис. 5.4. запаси стійкості: , .

Рис.5.3.

Висновок

В результаті виконання курсового проекту була розрахована система управління імпульсного перетворювача постійної напруги.

Деякі розрахунки були виконані за приблизними формулами, тому у реальності деякі параметри можуть бути дещо інші. Отримані значення щодо стабілізації напруги свідчать про досить ефективну стабілізуючу здатність ІППН. Але не було ураховано усіх дестабілізуючих факторів. При спільній дії всіх дестабілізуючих факторів реальна нестабільність вихідної напруги може бути порядку часток одиниць відсотків від номінального значення.

Розрахований ККД приблизно рівний тому, який був на меті досягнення. Але розраховані значення ККД отримано за наближеними формулами. ККД реальних ІППН у номінальному режимі буде трохи вищий.

При аналізі СУ ІППН були побудовані та використані ЛАЧХ та ЛФЧХ. Аналізуючи ЛАЧХ та ЛФЧХ було досягнуто потрібних значень параметрів, що вимагали цього.

Усі результати розрахунків та аналіз дає можливість зробити висновок, що електронні елементи були підібрані вірно і система управління ІППН відповідає поставленим вимогам проектування.

Список використаної літератури

1. Діоди і тиристори / Під заг. ред. О.О. Чернишова. - М.: Енергія, 1980. - 176 с.

2. Мелешин В.І. Транзисторна перетворювальна техніка. - Москва: Техносфера, 2005. - 632 с.

3. Напівпровідникові пристрої: Довідник / Під заг. ред. М.М. Горюнова. - М.: Енергоатоміздат, 1983. - 904 с.

4. Павлов Г.В., Обрубов А.В., Покровский М.В. Розрахунок систем управління імпульсних перетворювачів постійної напруги: Методичні вказівки. - Миколаїв: УДМТУ, 2003. - 52 с.

5. Силові напівпровідникові пристрої: Довідник. - М.: Енергія, 1980. - 512 с.