Байбарак

3.3. Розрахунок вимірювальної частини регулятора напруги Для розрахунку вимірювальної частини регулятора, при напрузі

спрацьовування U, необхідно розв’язати систему рівнянь складену на основі законів Ома та Кірхгохфа

U I2 R2

(Icт min

I2 )R1

U

U p

Icт min R3

R1(Icт min I2 ).

Uб01

Icт min R3

I1

I cт min

I2

Для розв’язання системи задаємо струм подільника I2

4Icт min .

Розв’язавши систему рівнянь отримуємо опри резисторів R1

119,6Ом ,

R2

185,4Ом , R3

67,3Ом та струми I1

0,0505А і I2

0,0404А .

Для стану, коли стабілітрон знаходиться на межі запирання, при

напрузі повернення U', система рівнянь матиме такий вигляд:

U

I

R

r

І

(

1

1)

β

б01

3 3

ем

к1

1

І1

I2

Iст min

Iz

Iк1

I3

Icт min

,

β1

U

(I2

Icт min )R1

I2 R2

U

IZ RZ

I3R3

U Iк1(Rк

rкн1)

де rем 0,326Ом – опір області емітера вхідного транзистора VT1.

З вирішення системи рівнянь отримуємо значення опору RZ

2338Ом ,

і I1

0,0483А, I2

0,0382А ,

Iк1

0,788А , Iб1

0,009А .

3.4. Визначимо номінали резисторів схеми, скориставшись шкалою

номінальних опорів і потужностей.

Шкала опорів резисторів типу МЛТ (ряд Е24): 1; 1,1; 1,2; 1,3; 1,5; 1,6;

1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3,6; 3,9; 4,3; 4,7; 5,1; 6,2; 6,8; 7,5; 8,2; 9,1.

Шкала потужностей резисторів типу МЛТ (Вт): 0,05; 0,125; 0,25; 0,5;

1,0; 2,0.

Потужність, яка розсіюється резисторами, визначається за найбільшим

значенням струму, що проходить через них за формулою

P

R I 2

. Результат

i

i i

визначення номіналів опорів та їх потужностей зведено в таблицю 1.

Арк.

10

Таблиця 1 – Номінали опорів та їх потужностей

				R1			R2	R3		RК	Rб	RZ
Розраховане значення, Ом				119,9		185,4		67,3	15,6		40	2338
Номінальне значення, Ом				120		200		68	15		39	2200
Розраховане значення				0,3		0,3		0,0026	9,6		0,016	0,065
потужності, Вт
Номінальне значення				0,5		0,5		0,05	10		0,05	0,125
потужності, Вт
Визначаємо ємність конденсатора зворотного зв’язку CZ
CZ		1				1		0,9		16,4мкФ
	fmin	R1		R2		20 120 200

З ряду Е12, номінальних значень ємності, приймаємо CZ 18мкФ.

4. РОЗРАХУНОК ЗГЛАДЖУЮЧИХ ФІЛЬТРІВ

На високих обертах частота пульсації досягає декількох кілогерц. Величина пульсації випрямлення при цьому складає

U 0,023 m kсх U 0,023 3 2 13,53 1,86В;

де kсх 2 – коефіцієнт схеми випрямлення.

У вентильних генераторах змінного струму частота пульсацій

	випрямленої напруги дорівнює
	fП	m kсх p n		3 2 6 2550	1530Гц .
		60	60

Якщо величина пульсації випрямлення δU спільномірна з пульсаціями напруги, що викликані перемиканнями схеми регулятора (пульсації управління) U, тоді стабілітрон реагуватиме на пульсації випрямлення і регулятор буде переключатися з частотою пульсації fП . Через велику

частоту, малу амплітуду і крутизну пульсації випрямлення транзистори регулятора не будуть входити в режим достатнього насичення і відсічки. Частково цей недолік усувається введенням позитивних зворотних зв'язків.

Для	виключення впливу	пульсації	δU	на роботу	стабілітрона
необхідно,	щоб виконувалася	умова δU	U .	1,86 0,66	- умова не

виконується тому у вимірювальному колі регулятора підбираємо дросель, або конденсатор, що забезпечує коефіцієнт фільтрування

U 1,89

kф U 0,66 2,83 .

Індуктивність фільтра визначаємо на основі розрахованого значення

Арк.

11

частоти пульсації для середньої частоти обертання генератора

	Lф R1	R2	10 3	kф2	1	(120 200) 10 3 2,832	1		0,513Гн .
					fП		1530
	Так	як	за результатами			розрахунків індуктивність		дроселя складає

L 0,01Гн , то використовувати дросель як фільтр недоцільно через його

значні масогабаритні параметри. В цьому випадку обираємо ємнісний фільтр. Величину ємності згладжувального конденсатора Сф обираємо за умовою

	Cф	1,5		kф		1,5 2,83	7,73мкФ .
		R1	m	fП	120 3 1530

Номінальне значення ємності конденсатора вибираємо за шкалою номіналів з ряду Е12. Елемент фільтру додаємо до схеми регулятора. Приймаємо конденсатор ємністю 7,5 мкФ.

5. ОПТИМІЗАЦІЯ ПАРАМЕТРІВ ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМИ ЗА ДОПОМОГОЮ МАШИННОГО МОДЕЛЮВАННЯ

5.1 За результатами оціночного розрахунку та вибору активних і пасивних елементів, які забезпечують необхідні ключові режими схеми регулятора, переходимо до перевірочного моделювання схеми. Перевірочне моделювання реалізуємо за допомогою програми Proteus.

Контролюючи зміну струму в обмотці збудження, визначаємо миттєві значення напруги на колекторі вихідного транзистора uк за допомогою осцилографа. Значення індуктивності обмотки збудження прирівнюємо

Lз Wз 10 7 48мкГн

Так як значення ЕРС самоіндукції обмотки збудження досягає 1,2 кВ, що значно перевищує UК max вихідного транзистора, то обмотку збудження

необхідно зашунтувати діодом. Результати моделювання статичного і динамічного режимів, а також осцилограма вхідного та вихідного сигналів регулятора зображені на рис.А.1, А.2, А.3, А.4 додатка А.

При дослідженні динамічного режиму, на осцилограмі, при запиранні транзистора видно короткий імпульс, з амплітудою на 0,8 В більшою за амплітуду основного сигналу. Це падіння напруги на шунтуючому діоді при гасінні ЕРС самоіндукції.

5.2. Результати оптимізації:

Як показав процес моделювання динамічного режиму, елементи схеми повинні мати такі параметри:

RZ – 1 резистор з опором 910 Ом;

CZ – 1 конденсатор з ємністю 47 мкФ; R1 – 1 резистор з опором 120 Ом;

Арк.

12

R2 – 1 резистор з опором 330 Ом;

R3 – 1 резистор з опором 68 Ом;

RК – 1 резистор з опором 15 Ом;

Rб – 1 резистор з опором 39 Ом.

6. ЕНЕРГЕТИЧНИЙ РОЗРАХУНОК РЕГУЛЯТОРА НАПРУГИ

Енергетичний розрахунок регулятора напруги полягає у визначенні його ККД. Максимальні втрати та мінімальний ККД мають місце при обертах неробочого ходу, коли вихідний транзистор знаходиться у відчиненому стані. Корисна потужність на виході регулятора, яка виділяється в обмотці збудження

	U U p	2			2
Pвих		13,53 1,3				59,83Вт .
	rз	2,5

Втрати потужності в елементах схеми регулятора визначаються при напрузі спрацьовування (потужність розсіюється тільки в елементах через які утворюється струм за обраним станом)

P

P

P

P

,

рн

VD

R

VT

де P ,

P

,

P

–

розсіювання

потужності

відповідно

транзисторами,

VT

VD

R

стабілітронами, резисторами.

P

I 2

r

0,01012 6,38

0,00065Вт ;

VD

ст min

ст

P

I 2

r

I 2

r

0 0,65

4,862

0,28

6,63Вт ;

VT

к1

кн1

к

кн

PR

I1

2 R1

I22

R2

I32 R3

IZ2

RZ

Iб2

RК

IR2 Rб

0,04832

120

0,03822

200

0,00622

68

0,00532

2200

0,792

15

0,022

40

10, 46 Вт

Тоді

Pрн

0,00065

6,63

10,56

17,1Вт .

ККД визначається відношенням корисної потужності сигналу до

загальної потужності, що потребляється

Pвих

52,83

0,7778.

рн

Pвих

Pрн

52,83

17,1

Арк.

13

ВИСНОВКИ

Згідно категорії експлуатації, приведеної в завданні на проектування, був обраний автомобільний генератор змінного струму з дзьобоподібним ротором типу 16.3701.

Критерії відбору моделі генератора приведені нижче:

Номінальні значення напруги і струму генератора повинні відрізнятися від значень регульованої напруги і номінального струму навантаження не більш, ніж на 15%. По цих же міркуваннях величина максимального струму генератора не повинна перевищувати величину максимального струму в навантаженні. Також генератор повинен підходити двигуну, на який буде встановлений.

Синтез схеми регулятора напруги відбувався протягом всього процесу проектування, змінювалися номінальні параметри елементів схеми, також додавалися додаткові елементи. Вибір варіанту вимірювальної частини схеми базується на значенні величини пульсацій регульованої напруги, яка приводиться в завданні на проектування. Був обраний варіант з вимірювальним подільником.

Вибір схеми вихідного каскаду залежав від значення опору обмотки збудження. В даному варіанті була обрана схема паралельного ввімкнення транзисторів. Дане ввімкнення транзисторів дозволяє зменшити потужність, що виділяється на транзисторі.

Як було сказано вище, номінальні параметри елементів схеми були змінені щодо розрахункових. Це пояснюється відсутністю тих або інших елементів з необхідними номіналами. Тобто вибір спирався на існуючу елементну базу. Значення вибраних номінальних параметрів елементів також змінювалися в ході процесу оптимізації, причини даних змін приведені у відповідному розділі.

В кінці розрахунку регулятора напруги був проведений його енергетичний розрахунок, метою якого було знаходження величини КПД, для оцінки енергетичної економічності. Розрахунок показав достатньо високі результати, а тому можна сказати, що збірка регулятора напруги по спроектованій схемі доцільна з погляду економічності витрати електроенергії.

Арк.

14

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1.Бороденко Ю.Н. Проектирование и расчет автотрактортного электрооборудования (раздел 1 "Системы электростартерного пуска и электроснабжения автомобилей и тракторов"): Конспект лекций. - Харков:

ХГАДТУ, 1995. - 107с.

2.Воробьев Н.И. Проектирование электронных устройств. - М.: "Высшая школа". - 1989. - 221с.

3.Поляк Д.Г., Есеновский-Лашко Ю.К. Электроника автомобильных систем управления. - М.: "Машиностроение". - 1987. - 200с.

4."Автотракторное электрооборудование и приборы". Галузевий каталог. Частина 1. "Генераторные установки". - М.: "НИИАТОПРОМ".- 1986. - 135с.

Арк.

15

Додаток А

	VD2
	10BQ015
+13.53V	L1
CZ	48uH
	R03

	47u		2.5
R1		RK
120	RZ	15
	910	VT'	VT''
		2N3054	2N3054	+13.5
	VD1			Volts
		VT1
		2N2222A
	BZV85C6V8
R2	R3	RB
330	68	39

Рисунок А.1 – Моделювання регулятора у статичному режимі, при напрузі спрацювання

	VD2
	10BQ015
+12.37V	L1
CZ	48uH
	R03

	47u		2.5
R1		RK
120	RZ	15
	910	VT'	VT''
		2N3054	2N3054	+1.26
	VD1			Volts
		VT1
		2N2222A
	BZV85C6V8
R2	R3	RB
330	68	39

Рисунок А.2 – Моделювання регулятора у статичному режимі, при напрузі повернення

Арк.

16

			Продовження додатку А
		VD2
Uin		10BQ015
		L1
	CZ	48uH
		R0З
	47u	2.5	Uk
R1		RK
120	RZ	15
	910	VT'	VT''
		2N3054	2N3054
	VD1	VT1
		2N2222A
	BZV85C6V8
R2	R3	RB
330	68	39
Рисунок А.3 – Моделювання регулятора в динамічному режимі
Рисунок А.4 – Осцилограма напруги вхідного сигналу Uin та реакція РН на нього Uк
			Арк.
			17