5.Расчет коммутатора
Данные:
Iкvt2=2,5 А
Uвх=27В
На рисунке 6 представлена схема коммутатора:
Рис.6-Коммутатор.
Определим максимальное напряжение прикладываемое к транзистору в закрытом состоянии:
Uvtобр.мах=2*Uвх.
Выбираем транзисторы:
VT1- 2Т881Г:
Iк max=2А, Uкэ max=80В,β1=40;
VT2-2Т866А:
Iк max=20А, Uкэ max=160В, β2=15;
Найдем ток базы транзистора VT2:
Базовый ток транзистора VT2 будет являться коллекторным током транзистора VT1:
Найдем ток базы транзистора VT1:
Величина резисторов выбирается с таким расчётом, чтобы ток коллектор-эмиттер транзистора VT1 в закрытом состоянии создавал на резисторе падение напряжение, недостаточное для открытия транзистора VT2. Таким образом, ток утечки транзистора VT1 не усиливается транзистором VT2, тем самым уменьшается общий ток коллектор-эмиттер составного транзистора в закрытом состоянии.
Рекомендуется выбирать резистор 2-3 кОм.
Выберем резисторы R1,R2,R3,R4-C2-33-0,5Вт-2,8 кОм.
Определим обратное напряжение прикладываемое к диодам VD1-VD4:
Uобрvd1-vd4=27В
Ivd=2,5А
Выбираем диоды VD1-VD4- 2Д641В1:
I=15А, Uобр мах=600В
6.Разработка вторичного источника питания (вип).
Для получения напряжения +12В для питания ШИМ- контроллера преобразователя, а также напряжения +5В для питания датчика частоты вращения(ДЧВ), интерфейса RS485 и вычислительного устройства(ВУ) будем использовать линейный стабилизатор на микросхемах 142 серии, последовательно включенных в сеть +27В. Схема линейного стабилизатора напряжения представлена на рисунке 7.
Рис.7-Линейный стабилизатор напряжения.
В качестве DA1 воспользуемся микросхемой стабилизатора 142ЕН8Б, чтобы получить +12В для питания ШИМ- контроллера преобразователя.
Согласно типовой схеме включения на входе стабилизатора 142ЕН8Б должен стоять конденсатор емкостью 0,33 мкФ, а на выходе конденсатор емкостью 1мкФ.
Выберем конденсаторы:
C1-К10-17-0,33мкФ
С2- К10-17-1мкФ.
Для получения напряжения +5В воспользуемся микросхемой стабилизатора 142ЕН5А для питания интерфейса RS485 и вычислительного устройства(ВУ).
Согласно типовой схеме включения на выходе стабилизатора 142ЕН5А должен стоять конденсатор емкостью 2,2 мкФ
Выберем конденсатор С3- К10-17-50В-2,2мкФ.
Для получения напряжений +9В, -9В для питания операционного усилителя и сравнивающего устройства , а также, напряжения +12В с частотой 1кГц, которое подается на датчик положения заслонки (ДПЗ), воспользуемся схемой двухтактного преобразователя со средней точкой, представленной на рисунке 8.
Рис.8-Двухтактный преобразователь со средней точкой.
Расчет преобразователя:
Дано:
f= 1кГц.
Uвх=27В.
Iн1=200мА.
Iн2=Iн3=5мА.
Uвых1=12В.
Uвых2=+9В.
Uвых3= -9В.
Определим коэффициент трансформации:
Для обмотки +12В:
Для обмотки +9В и -9В:
Ток первичной обмотки:
В данном случае амплитудное значение тока Ia1 равно действующему значению, так как напряжение имеет прямоугольную форму:
Максимальное напряжение на закрытом транзисторе:
Исходя из вышеизложенных расчетов, выберем транзисторы 2Т827А, имеющие следующие параметры:
Iк макс = 20А.
Статический коэффициент передачи тока h21э =750
Uкэ макс = 100В
Транзисторы 2T827А выбираются с большим запасом по току и напряжению для того, чтобы обеспечить необходимое время наработки = 60тыс. часов.
Мощность первичной полуобмотки:
Мощности вторичных обмоток:
Расчет цепи 9В.
Uп=9В
Потребляемый ток:
Iп=5*10-3А.
Найдем сопротивление нагрузки:
Выберем диод VD-2Д510А:
Ivd max=200мА
Uvd обр.max=50В
Зададимся коэффициентом пульсаций напряжения:
Kп=0,01
Найдем емкость конденсатора С1:
С1=С2.
Выберем конденсатор С1,С2-К50-29-50В-47мкФ.
Расчет трансформатора
Найдем габаритную мощность трансформатора:
Найдём значение ScS0:
В качестве материала сердечника будем использовать электротехническую сталь 3423 со следующими параметрами: Kc=0,85, K0=0,4, j=3А/мм2.
Зададимся максимальным значением индукции в сердечнике:
Bmax=0,3 Тл.
По формуле найдём:
Полученному значению ScS0 удовлетворяет сердечник, ОЛ 20x10x8, у которого:
Sc=40 мм2
So=78,5 мм2
Sc* So=3,14*10-9 м4.
Найдём число витков первичной полуобмотки:
W1=90 витков.
Первичная обмотка содержит 180 витков.
Найдём число витков вторичных обмоток:
Обмотка +12В:
Обмотка +9В:
Обмотка -9В:
Найдём диаметры и сечения проводов обмоток:
Для первичной обмотки:
Отсюда:
Для вторичных обмоток:
Для обмотки +12В:
Для обмотки +9В:
В качестве провода для первичной обмотки будем использовать провод ПЭТВ-2 диаметр которого 0.2 мм без учета изоляции.
Найдем сечение меди первичной обмотки:
В качестве провода для вторичной обмотки на +12В будем использовать провод ПЭТВ-2 диаметр которого 0.3 мм без учета изоляции.
Найдем сечение меди обмотки на +12В:
С точки зрения механической прочности и надежности в качестве провода обмотки для +9В будем использовать провод ПЭТВ-2 диаметр которого 0.1 мм без учета изоляции.
Сечение такого провода:
Найдем сечение меди обмотки на +9В:
Обмотку на -9В будем мотать таким же проводом, как и обмотку на +9В.
Найдем сечение всех обмоток:
Сечение всех обмоток с учетом изоляции:
Найдем площадь отверстия:
Найдем диаметр отверстия:
Расчет системы управления.
Для организации системы управления преобразователем воспользуемся микросхемой ШИМ-контроллера 1156ЕУ2, которая позволит уменьшить габариты преобразователя
Рис.9-ШИМ-контроллер.
Определим частотозадающую RC-цепь:
получим:
C1= 10*10-9Ф.
Выберем конденсатор С1-К10-17А-0,01мкФ.
Экстраполирую график частоты генератора ,удовлетворяющий выбранной емкости до 2 кГц, получим:
R6= 80*103 Ом.
Выберем резистор R6-С2-29-0,125Вт-80,6кОм.
Амплитуда пилообразного напряжения изменяется в пределах от 2,25 В до 4,05 В.
Тогда: Uош. мах= 4,05 В.
Зададим коэффициент усиления:
Кус= =2.
Выберем резисторы:
R3и R4-С2-29-0,125Вт-26,1кОм
U’ош= Uоп*Kус. Тогда Uоп= U’ош/ Kус=4,05/2=2,025 В.
Микросхема 1156ЕУ2 имеет в себе источник опорного напряжения равного 5,1 В. Для достижения нужного уровня напряжения воспользуемся делителем напряжения и подключим источник к неинвертирующему входу операционного усилителя.
Uиоп=5,1 В.
Примем сопротивление R1 равным:
R1=1,62 кОм.
Тогда сопротивление R2 найдем как:
Отсюда находим R2:
Выберем резистор R1-С2-29-1,62 кОм
Выберем резистор R2-С2-29-1,07кОм
Найдем ток источника опорного напряжения:
Найдем значение резистора R8, подключенного между выходом операционного усилителя и инвертирующим входом операционного усилителя:
R8=Кус*R3=52.2кОм
Выберем резистор R8 и R5- С2-29-0,125Вт-52,3кОм
Для “мягкого” запуска поставим конденсатор С2 емкостью рекомендованной производителем и равной 0,1мкФ.
Выберем конденсатор С2-К10-17-0,1 мкФ
Для устранения влияния входных шумов усилителя, параллельно R8 поставим RC-цепь:
R7=1.91кОм
С3=22пФ
Ограничим ток базы транзистора VT1 до 5 мА:
Найдем значение резистора R9:
Выберем резисторы R9 и R11-C2-29-0,125Вт-2,4кОм
Для сравнения потенциалов базы и эмиттера в момент отсутствия управляющего сигнала поставим резистор R10 номиналом 4,75 кОм.
Выберем резисторы R10 ,R12-C2-29-0,125Вт-4,75кОм.