Расчет устройства для измерения параметров реле

В таком соединении транзисторов падение напряжения между базой и эмиттером в два раза больше обычного, а напряжение насыщения равно по крайней мере падению напряжения на диоде (так как потенциал эмиттера транзистора VТ1 должен превышать потенциал эмиттера транзистора VТ2, на величину падения напряжения на диоде).

Кроме того, соединенные таким образом транзисторы ведут себя как один транзистор с достаточно малым быстродействием, так как транзистор VT1 не может быстро выключить транзистор VТ2. С учетом этого свойства обычно между базой и эмиттером транзистора VТ2 включают резистор. Резистор предотвращает смешение транзистора VТ2 в область проводимости за счет токов утечки транзисторов VТ1 и VТ2.

Сопротивление резистора выбирают так, чтобы токи утечки (измеряемые в наноамперах для малосигнальных транзисторов и в сотнях микроампер для мощных транзисторов) создавали на нем падение напряжения, не превышающее падения напряжения на диоде, и вместе с тем чтобы через него протекал ток малый по сравнению с базовым током транзистора VТ2.

2 Разработка схемы электрической принципиальной

2.1 Разработка схемы электрической принципиальной

В качестве источников питания в ряде случаев применяют простейшие выпрямители, состоящие из силового трансформатора и блока вентилей, собранного по определенной схеме выпрямления. Высокие технико-экономические показатели, простота конструкции, почти полное отсутствие обслуживания и эксплуатационная надежность обеспечивают широкое распространение подобных выпрямителей.

Нестабилизированные выпрямители могут использоваться как источники питания цепей управления, как стартерные выпрямители, а также для питания цеховых сетей постоянного тока.

Мощность выпрямителей без стабилизации выходного напряжения лежит в пределах от единиц до нескольких сотен киловатт, а выходное напряжение соответствует обычно стандартному ряду напряжений источников постоянного тока. Многие выпрямители имеют подрегулировку выходного напряжения, производимую с помощью ответвлений на обмотках силового трансформатора. Неглубокая (в пределах ±10%) подрегулировка выходного напряжения обеспечивается переключением ответвлений, размещенных на первичной обмотке трансформатора, более глубокое ступенчатое регулирование -- ответвлениями вторичной обмотки. Такое регулирование либо приводит к обесточиванию нагрузки на время переключения, либо требует установки сложных контакторных схем.

Внешняя характеристика выпрямителя определяется активными и индуктивными сопротивлениями питающиеся от обмоток силового трансформатора и прямым падением напряжения на вентилях. Несовпадение внешних характеристик однотипных выпрямителей затрудняет их параллельную работу. Четкая параллельная работа может быть достигнута только в стабилизированных выпрямителях.

Однако в частных случаях возможно включение двух нестабилизированных выпрямителей в параллель после выравнивания выходного напряжения в области номинального тока подбором сопротивления подводящего кабеля.

Последовательное соединение выпрямителей не вызывает затруднений.

Выпрямители с нестабилизированным выходным напряжением имеют небольшой коэффициент пульсаций. Однако следует помнить, что величина его при питании выпрямителя от источника соизмеримой мощности может превысить расчетное значение и составлять, к примеру, 10% для трехфазной мостовой схемы выпрямления. Такое увеличение пульсаций вызвано искажением формы кривой питающего напряжения и его несимметрией.

Многие потребители энергии постоянного тока нуждаются в стабилизированных по напряжению источниках питания.

Например, для обеспечения нормального режима работы электронных ламп различные радиотехнические устройства должны получать питание от стабилизаторов напряжения.

Применение силовых выпрямителей со стабилизацией выходного напряжения в ряде случаев позволяет объединить питание приводов с питанием электронной аппаратуры-управления и контроля, что значительно упрощает схему энергоснабжения. Стабилизированные по напряжению выпрямители используются как источники опорного напряжения в системах автоматического управления и как источники питания, обеспечивающие заданное протекание технологического процесса. Поскольку в настоящее время промышленность выпускает выпрямители с дроссельным и тиристорным регулированием, ниже будут описаны как дроссельные, так и тиристорные выпрямители со стабилизацией выходного напряжения.

Важным параметром выпрямителей со стабилизацией выходного напряжения является наклон внешней характеристики при разомкнутой системе автоматического регулирования. Он определяет максимальный угол регулирования выпрямителя и энергетические показатели агрегата.

У выпрямителей с дроссельным регулированием коэффициент наклона лежит, в пределах 1,35--1,2. Большее значение коэффициента соответствует меньшим выходным напряжениям. С ростом мощности агрегатов коэффициент, наклона несколько уменьшается.

Стабилизация напряжения в агрегатах, регулируемых дросселями насыщения или тиристорами, начинается с некоторой минимальной нагрузки Idmin. В случае дроссельного регулирования минимальный ток нагрузки не превышает 5% Idmin . Эта величина является гарантийной, практически же минимальный ток часто составляет 2--3% Idmin . В агрегатах на тиристорах величина минимального тока меньше, чем в агрегатах дроссельных насыщений, и составляет не более 1--2% от Idmin . На холостом ходу выходное напряжение выпрямителя с дросселями насыщения при номинальном, напряжении питающей сети превысит на 25--30% стабилизирующее. Этот скачок может быть устранен подключением балластной нагрузки мощностью Idmin * Udmin. С помощью специальной схемы, можно обеспечить подключение балласта только при уменьшении тока нагрузки ниже Idmin .

В силовых агрегатах на тиристорах выходное напряжение при токах, лежащих в интервале от пуля до Idmin, не определенно и зависит от характеристик .вентилей и сопротивления нагрузки. Этот недостаток устраняется включением балластной нагрузки, однако мощность ее значительно меньше, чем в случае дроссельного регулирования. Бели потребитель размещен вдали от силового агрегата, то стабилизация напряжения на выходе агрегата не будет обеспечивать стабилизацию напряжении непосредственно на нагрузке, так как падение напряжения в кабеле пропорционально току нагрузки. Агрегаты позволяют подключением измерительного, моста системы автоматического регулирования на зажимы нагрузки поддерживать стабильное напряжение непосредственно на нагрузке.

Рисунок 2 - Схема электрическая принципиальная

Согласно всему выше изложенному выбираем выпрямительный мост представленный на принципиальной схеме.

2.2 Принцип работы устройства

При включении тумблера SA1 через предохранитель F1 на первичную обмотку трансформатора Т1 подается переменное напряжении 220 В. С выхода трансформатора поступает переменное напряжение 25В, которое выпрямляется диодным мостом КЦ405 и фильтруется электролитическим конденсатором. После этого включается светодиод АЛ307Б, который сигнализирует о наличии напряжения на выходе трансформатора. Далее стабилизированное напряжение, через подстроечный резистор поступает на базу составного транзистора, которое контролируется миллиамперметром mА. Диод на выходе устройства включен для защиты от бросков напряжения обратной полярности, которая возникает при подключении обмотки (катушки) реле.

3 Расчет и выбор элементной базы

3.1 Расчет и выбор элементной базы

1 Расчет мостового выпрямителя с фильтром

Рисунок 3 - Мостовой выпрямитель с фильтром

Исходными данными для расчета выпрямителя являются:

Uно - среднее значение выпрямленного напряжения;

Iо - среднее значение выпрямленного тока;

U1 - напряжение сети;

Кп.вых - коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения;

В приводимых ниже расчетах напряжение выражается в вольтах, ток - в миллиамперах, сопротивление - в Омах, емкость - в микрофарадах, коэффициент пульсаций в процентах.

Дано: Uно = 25 В; Iо = 0,1А; U1 = 220 В; Кп.вых = 2 %.

1.1 Для выбора типа диодов, определяют обратное напряжение на вентиле

Uобр =1,5·Uо = 1,5 · 1,2 · 25 = 45 В,

где Uо = 1,2 · Uно - напряжение на входе сглаживающего фильтра должно быть больше напряжения на нагрузке, т.к. учитывает потери напряжения на фильтре.

Средний ток через вентиль

Iа ср = 0,5·Iо = 0,5 · 0,1 = 0,05 А.

Выбираем диоды

КЦ405 с Iср = 3 А; Uобр.М = 50 В

Выбор диода производим по этим двум параметрам Iа.ср и Uобр. Из справочника выписываем максимальное обратное напряжение, средний ток и внутреннее сопротивление вентиля Ri. Если величины Ri в справочнике нет, то его легко рассчитать. При падении напряжения на кремниевом диоде UД = 0,7 В величина

Ri = UД / Iа ср = 0,7 / 1 = 0,7 Ом

1.2 Расчет трансформатора при Uо = 1,2 · Uно = 1,2 · 25 = 30 В:

Определяют сопротивление трансформатор

2527 Ом.

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора

25,3В.

Токи обмоток

0,2 A,

0,03 A.

Вычисляем габаритную мощность трансформатора, которая для двухполупериодной схемы определяется выражением

8,6 В•А.

Далее находим произведение площади сечения сердечника трансформатора Qc на площадь окна сердечника Q0, которое в зависимости от марки провода обмотки равно, см4:

QС Q0 = 1,6·Pг для провода марки ПЭЛ

QС Q0 = 1,6 · Pг = 1,6 · 8,6 = 13,76 см4

Из таблицы 1, в которой приведены основные данные типовых Ш-образных пластин, по значению QС Q0 выбирают тип пластины и выписывают все ее параметры.

Таблица1 - Данные типовых Ш-образных пластин

Выбираем пластины

Ш-19 с а = 1,9 см; b = 1,2 см; h = 3,35 см; Q0 = b h = 4,02 см2.

При этом получают

QС = (QС Q0) / Q0 = 13,76 / 4,02 = 3,4см2.

Необходимая толщина пакета пластин

c = QС / a =3,4 / 1,9 = 1,77 см.

Определяем число витков w и толщину провода d первичной и вторичной обмоток трансформатора при плотности тока в обмотках j = 3 А/мм2:

d = 1,13 (I/j)1/2 = 1,13(I/3)1/2 = 0,65·I1/2,

w1 = 48 U1/ QС = 48 · 220 / 3,4 = 3105 вит.

d1 =0,65·I11/2 = 0,65 · 0,03? = 0,12 мм,

w2 = 54 U2/ QС = 54 · 25,3 / 3,4 = 401 вит.,

d2 =0,65·I21/2 = 0,65· 0,21/2 = 0,29 мм.

1.3 Расчет фильтра. Емкость конденсатора на входе фильтра

Со =30·Iо / Uo = 30 · 0,1/ 30 = 100мкФ

Выбираем электролитические конденсаторы по величине емкости и номинальному напряжению, причем

Uс ? 1,2 Uo B.

Коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения на выходе фильтра

Кп.вх =300·Iо / (Uo· Co) = 300 · 0,01/(30 · 100) = 0,3 %.

Необходимый коэффициент сглаживания фильтра

q = Кп.вх / Кп.вых = 0,3 / 2 = 0,15.

2 Расчет компенсационного стабилизатора постоянного напряжения

Рисунок 4 - Стабилизатор напряжения

Схема рис. 4 содержит три основных элемента: регулирующий элемент на транзисторах VТ1 и VТ2, усилительный элемент и источник опорного напряжения. Регулирующим элементом является транзистор VТ1, а транзистор VТ2 является согласующим элементом между большим выходным сопротивлением усилителя постоянного тока и малым входным сопротивлением регулирующего транзистора VТ1.

Достоинством транзисторных стабилизаторов является возможность получения большого тока нагрузки и регулировки выходного напряжения, а также малое выходное сопротивление. Выходное напряжение регулируется путем изменения сопротивления резистора R2.

Страницы: 1, 2, 3