Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Ефремов

.pdf
Скачиваний:
15
Добавлен:
18.02.2016
Размер:
714.62 Кб
Скачать

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ УНІ-

ВЕРСИТЕТ

Центр заочного навчання Кафедра автомобільної електроніки

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до курсового проекту

з дисципліни: Проектування та розрахунок електрообладнання АТЗ на тему: Розрахунок генераторної установки АТЗ

Перевірив к.ф.-м.н., доц.

Ю.М. Бороденко

Виконав ст. гр. РЕз-51

О.С. Єфремов

2014

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ УНІВЕРСИСТЕТ

Факультет

ЦЗН

 

Кафедра

 

автомобільної електроніки

 

Спеціальність 7.092201 – Електричні системи та комплекси транспортних засобів

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАТВЕРДЖУЮ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зав. кафедрою

 

АЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проф.

 

 

 

Бажинов О.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"

 

"

 

 

2014 р.

 

 

 

 

ЗАВДАННЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на курсовий проект студентові

 

 

 

 

 

 

Єфремову О.С.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Тема проекту

Проектування та розрахунок електронного регулятора напруги

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Термін здачі студентом закінченого проекту 15 травня 2014 р.

 

 

 

3. Вихідні дані до проекту:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1

рівень напруги що регулюється U рн

26,6В ;

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2

номінальний струм навантаження генераторної установки I н 94 А ;

 

 

 

3.3

максимальне значення струму навантаження Imax

120 A ;

 

 

 

 

 

 

3.4

мінімальна частота обертання двигуна nmin

840 хв 1

 

 

 

 

 

 

3.5

максимальна частота обертання двигуна n

3050 хв 1 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

max

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.6

допустимий рівень пульсації напруги що регулюється U

3% .

 

 

 

 

4.Зміст розрахунково-пояснювальної записки:

4.1Аналіз початкових даних і визначення параметрів генератора;

4.2Синтез схеми електричної принципової регулятора напруги;

4.3Розрахунок елементів схеми регулятора напруги та вибір елементної бази;

4.4Розрахунок згладжуючих фільтрів;

4.5Оптимізація параметрів елементів схеми за допомогою машинного моделювання;

4.6Перевірка температурної стабільності регулятора напруги;

4.7Розрахунок робочих характеристик генераторного пристрою;

4.8Енергетичний розрахунок регулятора напруги;

5.Висновки.

6. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов'язкових креслень):

6.1Схема визначення параметрів великого сигналу вихідних транзисторів (режими насичення та відсічки);

6.2Схема визначення параметрів великого сигналу вимірювальної частини (режими насичення та відсічки);

6.3Схема регулятора напруги в динамічному режимі;

6.4Результати моделювання роботи регулятора напруги (осцилограми колекторної напруги вихідних транзисторів);

6.5 Графіки залежностей Uср f n ;

f n ; Iв f n ; f f n .

 

ЗМІСТ

 

ВСТУП

..........................................................................................................

3

1 Аналіз початкових даних і визначення параметрів генератора..........

4

1.1

Вибір генератора............................................................................

4

1.2

Аналіз характеристики і визначення

 

 

параметрів генератора ...................................................................

7

2 Синтез схеми електричної принципової регулятора напруги ..........

10

2.1

Синтез схеми вимірювальної частини.......................................

10

2.2

Синтез схеми вихідного каскаду................................................

10

3 Розрахунок елементів схеми та вибір елементної бази .....................

12

3.1

Визначення типу та параметрів великого сигналу

 

 

вихідних транзисторів .................................................................

12

3.2

Вибір стабілітрона і транзистора вимірювальної частини ......

14

3.3

Розрахунок вимірювальної частини регулятора.......................

19

3.4

Знаходження ємкості конденсатора зворотного зв’язку Cz.....

21

3.5

Визначення номіналів елементів схеми ....................................

21

4 Оптимізація елементів схеми за допомогою машинного

 

моделювання ..........................................................................................

23

4.1

Робота регулятора напруги в статичних режимах ...................

23

4.2

Робота регулятора напруги в динамічному режимі .................

24

5 Енергетичний розрахунок регулятора напруги..................................

26

ВИСНОВКИ ................................................................................................

27

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ ............................................................................

28

ЦЗН АЕ РЕ51.2110.3734.000 П3

Змн. Арк.

№ докум.

Підпис Дата

Розроб.

Єфремов

 

Перевір.

Бороденко

 

Н. Контр.

 

 

Затверд.

 

 

Пояснювальна

Літ.

Лист

Листів

К П

Р 3

28

 

записка

 

ХНАДУ

 

 

 

кафедра АЕ

ВСТУП

Генераторний пристрій складається з генератора і регулятора напруги та зазвичай являє собою конструктивно закінчений агрегат (регулятор монтується у корпусі генератора). Генераторний пристрій призначено для забезпечення на-

пругою бортових споживачів електроенергії.

Регулятор напруги (РН) виконує широтно-імпульсне регулювання струму в обмотці збудження генератора з метою підтримання постійного рівня напруги бортової мережі при русі автомобіля (трактора) з різною швидкістю та при ко-

ливаннях значень струму, що споживається системою електрообладнання. Ре-

гулятор напруги є частиною системи автоматичного регулювання напруги бор-

тової мережі та виконує в ній функції від'ємного зворотного зв’язку.

 

 

Арк.

 

МТЗ АЕ РЕ42.2110.3734.000 П3

3

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

 

 

 

1 АНАЛІЗ ПОЧАТКОВИХ ДАНИХ І ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ГЕ-

НЕРАТОРА

1.1 Вибір генератора

Синтез генераторного пристрою починають з вибору типу генератора. По-

тужносні параметри генератора повинні задовольняти вимогам, що ставляться з боку навантаження (бортових споживачів електроенергії) та узгоджуватися з швидкісними характеристиками ДВЗ. Необхідно також враховувати умови екс-

плуатації, які зумовлюють тип генератора, додаткові вимоги, що ставляться до схеми регулятора напруги. Як вихідні данні для синтезу та розрахунку генерато-

рного пристрою, згідно варіантам, задаються такі параметри: Uрн , Iн , Imax , nmin ,

nmax ,

U % .

 

 

 

 

 

 

 

 

Генератор змінного струму з електромагнітним збудженням характери-

зується такими параметрами:

 

 

 

 

 

 

 

-

номінальною напругою Ugн

28В ;

 

 

 

 

 

-

номінальним струмом Igн

100 A ;

 

 

 

 

 

-

максимальним струмом I gmax

125 A;

 

 

 

 

-

обертами неробочого ходу (початок віддачі потужності) n

x

1350мин 1 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

-

номінальною частотою обертання n

x

1350мин 1 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

максимальною частотою обертання ngmax

5000мин 1 ;

 

 

-

кількістю фаз m 3 ;

 

 

 

 

 

 

 

-

кількістю пар полюсів p

6 , або числом зубців ротора z ;

 

 

-

кількістю витків фазної обмотки Wф

66 ;

 

 

 

-

кількістю витків обмотки збудження Wз

560 ;

 

 

-

опором обмотки збудження rз

3.4Ом .

 

 

 

 

 

Номінальні значення напруги та струму генератора Ugн , Igн

можуть відрізня-

ЦЗН АЕ РЕ51.2110.3734.000 П3

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Арк.

4

тися від значень напруги, що регулюється Uта номінального струму наванта-

ження Iн не більш як на 15%. Максимальне значення струму навантаження Imax не повинно перевищувати максимального струму генератора Imax Ig max . Кратність частоти обертання генератора повинна бути не менша за кратність обертання дви-

 

ng max

 

n

гуна

 

 

max

.

 

 

 

nx

 

nmin

Вибираємо генератор Г263 з дзьобоподібним ротором, який задовольняє вище зазначених вимог.

1.2 Аналіз характеристики і визначення параметрів генератора

Від категорії пересувного составу залежить вибір типу генератору. Маю-

чи другу категорію експлуатації, вибираємо генератор з дзьобоподібним рото-

ром.

Відповідно до параметрів вибраного генератора визначаємо його конс-

труктивну сталу:

 

 

 

 

 

 

 

C

4k

 

k

k

k

k

 

p

W ,

 

 

 

0 60

 

 

 

 

 

 

 

e

 

f

s

v

γ

 

ф

де k f

1,05– коефіцієнт форми поля;

 

ks

2sin

90

– коефіцієнт схеми випрямлення;

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m =3 – кількість фаз генератора;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kv

2m

 

2

sin

90

– коефіцієнт випрямлення;

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k0

0,966 – обмотковий коефіцієнт;

 

kγ

0,935 – коефіцієнт комутації для двонапівперіодного випрям-

лення;

 

 

Арк.

 

ЦЗН АЕ РЕ51.2110.3734.000 П3

5

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

 

 

 

Ce

4 1,05 2sin

90

 

2 3

2

sin

90

0,935 0,966

3

66 16,902

3

3,14

 

3

60

 

 

 

 

 

 

2 СИНТЕЗ СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ РЕГУЛЯТОРА

НАПРУГИ

2.1 Синтез схеми вимірювальної частини

Схема електронного регулятора напруги складається з вимірювальної час-

тини та вихідного каскаду. Якщо потрібно, то схема доповнюють посилюючими каскадами.

Згідно варіанту величина пульсацій U менша за 4%, тому слід обрати мостову схему вимірювальної частини рис. 2.

Рисунок 2.1 - Вимірювальна частина регулятора напруги з використанням чотириплечового моста

У вимірювальну діагональ моста ввімкнений вхід транзистора VT1. Пе-

ревагою такої схеми є більша динамічна чутливість до вимірювання рівня на-

пруги, що регулюється.

 

 

Арк.

 

ЦЗН АЕ РЕ51.2110.3734.000 П3

6

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

 

 

 

2.2 Синтез схеми вихідного каскаду

Опір обмотки збудження rЗ 3,4 Ом , тому рекомендується використовувати схему вихідного каскаду з паралельним ввімкненням транзисторів (рис. 2.2). Це дозволяє знизити опір вихідного каскаду, що приводе до зменшення втрат поту-

жності на вихідному транзисторі, збільшується ККД схеми регулятора напруги.

Збільшується значення максимального струму в обмотці збудження.

Рисунок 2.2 – Вихідний каскад регулятора напруги з паралельним вклю-

ченням транзисторів

До недоліків цього схемного рішення слід віднести зменшення вхідного опору транзистора та збільшення вхідної ємності, що не дуже добре впливає на динамічні характеристики підсилюючого каскаду (час переключення транзис-

тора збільшується). Введення зворотного зв’язку зменшить час переключення транзистора. Паралельне ввімкнення (рис. 2.2) дозволяє використовувати тран-

зистори меншої потужності.

 

 

Арк.

 

ЦЗН АЕ РЕ51.2110.3734.000 П3

7

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

 

 

 

3 РОЗРАХУНОК ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМИ ТА ВИБІР ЕЛЕМЕНТНОЇ БАЗИ

3.1 Визначення типу та параметрів великого сигналу вихідних транзисторів

Дискретне регулювання струму в обмотці збудження передбачає роботу схеми регулятора в двох ключових станах, при яких вихідний транзистор знахо-

диться або в режимі насичення (відчинений стан), або в режимі відсічки (зачине-

ний стан). При цьому миттєве значення напруги, виробленої генератором, змі-

нюється від напруги спрацьовування U до напруги повернення U'. Знаходимо значення напруги спрацювання U

U

0,03 UР Н

0,03 26,6

0,798 В.

U 0,5

U UР Н

0,5 0,798

26,6 26,999 В.

Знаходимо значення напруги повернення U'

U ' U

U

26,999 0,798

26,201 В.

Виходячи із співвідношень

U

 

2U , I

 

(1, 2...1,5)

U

, вихідний тран-

к max

к max

 

 

 

 

 

 

r3

 

 

 

 

 

 

 

зистор повинен мати параметри:

Uк max 2U = 2 26,999

53,998 В.

Iк max

(1, 2...1,5)

U

=1,5

26,999

11,91 А.

 

 

 

 

r3

3,4

 

У разі паралельного підключення вихідних транзисторів:

I

 

(1, 2...1,5)

U

/2=1,5

26.999

/ 2 5,965 А.

к max

r3

3.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Арк.

 

ЦЗН АЕ РЕ51.2110.3734.000 П3

8

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

 

 

 

U Б04

Заданим вимогам відповідає транзистор типу n-p-n 2N3879, критичні параметри якого: U кmax4 75 В , Iкmax4 7А..

Визначаємо параметри великого сигналу транзистора 2N3879 при парал-

лельному включені у програмному забезпеченні Multisim 10.1:

Рисунок 3.1 – Схема ввімкнення транзисторів VT4.1 VT4.2 для дослі-

дження параметрів великого сигналу

Значення параметрів великого сигналу отриманих у результаті модулю-

вання: 0,55В ,UБН4 1,4 В , IБН4 1,398 А ,UКН4 0,828В , IКН4 7,697А .

Знаходимо інваріантні параметри: вихідний та вхідний опір в стані наси-

чення та статичний коефіцієнт передачі струму

r

 

U кн4

=

0,828

 

0,1076 Ом.

 

 

 

 

 

 

кн4

 

Iкн4

7,697

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

U бн4

U бо4

=

1,4

0,55

0,608 Ом.

 

 

 

 

 

 

 

 

бн4

 

Iбн4

 

 

 

 

1,398

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iкн4

=

7,697

5,5057

 

4

 

Iбн4

 

 

 

 

 

1,398

 

 

 

 

Арк.

 

ЦЗН АЕ РЕ51.2110.3734.000 П3

9

Змн. Арк. № докум. Підпис Дата