Дипломная работа: Проект гелеоисточника для энергохозяйства

Получили значения:

R1 = 3 кОм;

R2 = R4 = R6= R7 = R8 = R9 = R19 = R20 = R31 = 10 кОм;

R3 = R5 = R10 = R21 = R30 = 1 кОм; [14]

Диоды VD1 – VD3 в обвязке драйвера приняли HFA25PB60, (из описания на микросхему IR2135). Значения номиналов конденсаторов С1 – С5 также приведены производителем в документации [2].

Получили значения емкостей конденсаторов:

С1 = С2 = 47 мкФ;

С3 = С4 = С5 = 0,1 мкФ [15];

Для микросхемы Motorola MC3PHAC из документации были взяты номиналы элементов для автономного режима для задания требуемых выходных параметров. Выходная частота инвертора 50 Гц, частота ШИМ 5,3кГц. Микросхема позволяет задавать частоту ШИМ до 20 кГц однако, при ее увеличении значительно возрастают потери в силовых ключах. Выбранные IGBT – транзисторы позволяют работать на заданной (5,3 кГц) частоте, при минимальных потерях на переключение. Частота ШИМ задается напряжением на входе PWMFREQ/FxD [1].

Значения элементов в обвязке микросхемы МС3РНАС:

Резисторы:

R11 = R23 = R24 = R28 = 10 кОм;

R12 – R18 = 56 Ом;

R22 = R26 = R32 = 4,7 кОм;

R27 = R29 = R36 = R41= 1 кОм;

R37 = R40 = R42 = 3 кОм [14];

Конденсаторы:

С6 = С7 = 0,1 мкФ;

С8 = С9 = 0,22 мкФ [15];

Кварцевый генератор НС‑49 с частотой импульсов 4 МГц.

Кнопка без фиксации SB1 – B170H;

Кнопка с фиксацией S1 – PS850L;

Светодиод VD4 – КИПД 24 А-К;

Блок питания системы управления питает микросхемы управления, драйвера, операционные усилители, а также датчики напряжения и тока. Исходя из этого блок питания должен обеспечивать следующие выходные напряжения: ±15 В; +12 В; +5 В. Блок питания разработанный фирмой «Relainse» для питания электроники управления электроприводом подходит для питания элементов системы управления гелеоисточника. Схема электрическая принципиальная показана на рис. 6. Блок питания построен по схеме двухтактного импульсного (ключевого) источника питания. Это современные источники питания с высоким КПД. Традиционные линейные источники питания с последовательным регулирующим элементом сохраняют постоянное выходное напряжение при изменении входного напряжения или тока нагрузки благодаря изменению своего сопротивления. Линейный регулятор(стабилизатор) поэтому может быть очень неэффективным. Импульсный источник питания, однако, использует высокочастотный ключ (транзистор) с переменными величинами включенного-выключенного состояний, чтобы стабилизировать выходное напряжение. Пульсации выходного напряжения, вызванные ключевым режимом, отфильтрованы LC фильтром. Для данного блока питания рассчитали трансформатор TV2, с требуемыми выходными параметрами. Режим работы трансформатора отличается от режима работы, например, в выпрямительных устройствах, силовых цепях синусоидального напряжения. Напряжение, приложенное к первичной обмотке, имеет прямоугольную форму. Расчетные соотношения с учетом основные допущений [8]:

1) скорость перемагничивания сердечника постоянна;

2) дополнительные потери в первичной обмотке, вызванные намагничивающим током, не учитываются;

3) оптимальным является сочетание конструктивных данных, при котором отношение потерь мощности в каждой из обмоток к мощности, передаваемой через нее одинаково;

4) удельное сопротивление обмоток, расположенных вблизи и вдали от зон повышенного нагрева, считается одинаковым.

Исходные данные для расчета:

совокупность чисел, характеризующих фазность обмоток: m1=2, m2=3;

напряжение, подключённое к вторичной обмотке: U21=±15 В; U22=5; U23= 12

мощность: P2=60 Вт;

электродвижущая сила (ЭДС) прикладываемая к первичной обмотке: E1=600 B;

частота коммутаций силовых ключей: f=30 кГц;

температура окружающей среды: То=20 оС;

максимально допустимая относительная величина тока намагничивания:

Im max<=0.2;

максимально допустимая температура наиболее нагретой точки трансформатора: Tт max=130 оС;

коэффициент теплоотдачи: a=1.2×10-3 Вт/(см2 К);

коэффициент полезного действия (КПД): h=0.9.

максимальный коэффициент заполнения окна сердечника обмотки: l0 max=0.7.

Расчёт ориентирован преимущественно на проектирование трансформаторов тороидальной конструкции и состоит из двух частей: оценочного и конструктивного.

Целью оценочного расчета является определение основных параметров трансформатора, выполненного на кольцевом сердечнике разных типоразмеров их стандартного ряда.

Для работы на частоте от 10 кГц и выше в качестве материала сердечника применяются ферриты 2000НМ‑1, 1500НМ‑1 и др. Выбирали марку сердечника. Для этого построили зависимости удельных потерь мощности в сердечнике от перепада индукции DВ в нём:

                           (2.3)

где Рс - потери мощности в сердечнике, Вт;

Vc - объём сердечника, м3.

Использовали выражение:

 (2.4)

где f – заданная частота, кГц;

DВ-изменение магнитной индукции в сердечнике трансформатора за ту часть периода Т/2, когда это изменение происходило в одном направлении, Тл;

Hco, dHc/dBm, Rв – величины найденные по таблице 2.4.

По формуле (2.4.) рассчитали для каждого материала зависимость Рс.уд. от DВ в виде таблицы, задаваясь последовательно значениями:

где N – целое число;

х = 0,1.. 0,2;

Bm – амплитудное значение магнитной индукции, Тл (табл. 2.4).

Данные для расчета взяли из таблицы 2.4 [8]:

Таблица 2.4. Параметры аппроксимирующих выражений, описывающих магнитные свойства ряда ферримагнетиков

Для материала 6000 НМ:

Hco = 6.4 А/м,

dHc/dBm = 0 А/(м×Тл),

Rв = 4,4 кОм/м.

x = 0.15

Подставляя числовые значения в (2.3.) получилипри В = 0 Тл

Рс.уд.=0 Вт/м3

при В=0,1 Тл

Рс.уд.= 38,4 Вт/м3,

при В=0,2 Тл

Рс.уд.= 76,8 Вт/м3, и т.д.

Аналогично рассчитали зависимости Рс.уд.(В) для других материалов результаты вычислений занесли в таблицу 2.5.

Таблица 2.5. Рассчитанные значения Рс.уд., Вт/м3.

По данным таблицы 2.5. построили графики (рис. 2.8).

Анализируя график, увидели, что наименьшими удельными потерями в заданных условиях обладает материал 4000 НМ. Следовательно, выбрали для нашего сердечника материал 4000 НМ.

Определили типоразмеры сердечника в стандартном ряде размеров, начиная с которых сердечники пригодны для изготовления трансформатора с заданными параметрами. При этом мы приняли коэффициент укладки λ0=0,7. Для этого взяли два любых размера сердечника [9], например К10х6х3 и 2К20х12х6, из стандартного ряда размеров сердечников и нашли для них зависимость Рвыхмакс от объёма этих сердечников Vт.

Рассчитали объём Vc кольцевого сердечника [8]:

; (2.5)

где Dc=10∙10-3 - внешний диаметр кольцевого сердечника К10х6х3, в м;

dc=6∙10-3-внутренний диаметр кольцевого сердечника К10х6х3, в м;

hc=3∙10-3 - высота кольцевого сердечника К10х6х3, в м;

π=3,14 – константа.

Vc=0,25∙3,14∙(10∙10-3-6∙10-3) 3∙10-3=1.508∙10-7 м3

Аналогично рассчитали объём сердечника с размерами 2К20х12х6. Полученное значение объёма занесли в таблицу 2.6.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5