Расчет схемы управления тиристорными ключами

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Московский государственный университет путей сообщения

Нижегородский филиал

Контрольная работа

По дисциплине «Электроника»

Выполнил студент 3 курса

Шифр:1460-ц СДс-1193

Торговцев Д.В.

Проверил:Маралова В.А.

Н.Новгород 2017 год

Содержание

ЗАДАЧА 1. РАСЧЁТ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ КЛЮЧОМ ______________________________________________________3

ЗАДАЧА 2. РАСЧЁТ ДОПУСТИМОЙ ПЕРЕГРУЗКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРИБОРА ПО ТОКУ________________ 11

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ________________________________________15

ЗАДАЧА 1. РАСЧЁТ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНЫМ КЛЮЧОМ

В задаче требуется:

1. Рассчитать полупроводниковую схему управления тиристорным силовым однофазным ключом регулятора мощности. 

2. Выполнить схему регулятора мощности и описать его работу. 

3. Построить временные диаграммы работы регулятора мощности для заданного режима.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Решение

Расчет схемы управления тиристорными ключами

                                                              Рис 1.

Правильный выбор схемы управления и ее точный расчет в большой степени определяют долговечность и надежность тиристорного регулятора.

При расчете схемы управления тиристорами учитывают требования, определяемые параметрами проектируемой системы и физикой работы самих тиристоров.           

Расчет схемы управления (см. рис. 1) начинаем с выбора напряжения питания [12 В]. Затем рассчитываем выходной каскад на транзисторе VТ3, учитывая параметры цепи управления тиристора силового ключа. Нагрузкой в коллекторе транзистора VТЗ служит импульсный трансформатор ИТ2, нагруженный на управляющую цепь тиристора. Этот трансформатор определяет режим работы транзистора VТ3. Основной параметр импульсного трансформатора — индуктивность намагничивания . При выборе ограничение сверху накладывается нарастающими пропорционально паразитными параметрами; ограничение снизу — искажением плоской части импульса и током через транзистор. Основным является последнее условие.

Коэффициент трансформации импульсного трансформатора выбираем из неравенства

где — максимально допустимое напряжение управления тиристора;  — напряжение спрямления;  — напряжение питания схемы управления.

Берём

Рассчитываем ток в коллекторной цепи транзистора

где  — максимально допустимый ток управления; – ток спрямления.

Принимаем

Исходя из этого значения и максимального напряжения коллектор-эмиттер, равного напряжению питания, выбираем транзистор КТ209Г.

В качестве материала сердечника импульсного трансформатора выбираем феррит 2000НМ.

Определяем величину индуктивноститрансформатора

где  — максимально допустимый импульсный коллекторный ток транзистора, мА;  — ток управления тиристора;  — длительность импульса соответственно управления, переднего и заднего фронтов, мкс.

Выбираем марку магнитопровода для импульсного трансформатора и рассчитываем его геометрические размеры

где  для данного материала; — сопротивление входной цепи тиристора;  — начальная магнитная проницаемость;

Число витков первичной обмотки трансформатора.

где μ — импульсная проницаемость материала.

Число витков вторичной обмотки трансформатора

Проверяем напряженность магнитного поля в сердечнике

Задаваясь числом импульсов, вырабатываемых схемой управления в течение полупериода напряжения питания m = 20…50, определяем действующее значение тока в первичной и вторичной обмотках трансформатора:

гдеТ — период работы схемы управления.

Входные параметры транзисторного ключа VТ3являются исходными данными для расчета схемы сравнения на транзисторе VТ2. Определяем величину сопротивления резисторасвязи

где β — степень насыщения транзистора VТ3.

Емкость разделительного конденсатора, мкФ, определяем из условия минимальных фазовых сдвигов

Отношение числа витков импульсного трансформатора Т1обычно принимается

Величину резистора R6определяем из условия допустимой нестабильности периода следования импульсовТ

Емкость конденсатора определяем из условия обеспечения заданного периода следования импульсов

Индуктивность намагничивания импульсного трансформатора Т1получаем из уравнения

Величину резистора цепи термокомпенсацииR₇выбирают из условия R₇>>r_би обычно принимают 1—2 кОм.

Емкость конденсатора С₃определяем из условия максимального шунтирования R_эпри формировании импульса. При этом С₃должен успеть разрядиться за время паузы

Сопротивление резистора R₈

Сопротивление резистора R₁₀

Диоды VD1 и VD2 для повышения температурной стабильности схемы необходимо выбирать кремниевые. Выбираем диоды КД203.

Генератор пилообразного напряжения рассчитываем на основании следующих данных:

а) длительности пилообразного импульса Т_П;

б) максимальной амплитуды пилообразного импульса U_{n макс};

в) заданного коэффициента нелинейности пилообразного напряжения ( δ_зад.= 10 %).

При выключенном тиристоре VS1 конденсатор С1заряжается до максимального напряжения

Ток заряда конденсатора

Максимальная амплитуда пилообразного напряжения при t = Т_П

Оптимальное условие работы схемы сравнения

Учитывая это, из уравнения (27) определяем необходимую величину постоянной времени

Далее, из определяем коэффициент нелинейности пилообразного напряжения δ и сравниваем с заданным δ_зад. При этом должно соблюдаться неравенство

Сопротивление резистора R₃выбираем из условия минимального времени разряда конденсатора С₁и запирания тиристора после снятия синхронизирующего импульса

Тиристор VS1 выбираем по максимально допустимому импульсному анодному току. Величина тока разряда, протекающего через тиристор,

По указанным характеристикам выбираем тиристор КУ102А.

Параметры каскада синхронизации рассчитываем из условия формирования необходимого по длительности и амплитуде тока управления для тиристора VS1.