2.2. Расчет схемы управления инвертором

Структурная принципиальная схема системы управления инвертором приведена на рис. 2.3, а, электрическая принципиальная схема на рис 2.3, б. Задающий генератор вырабатывает импульсы с частотой, в два раза превы­шающей нужную для инвертора частоту, т. е. 800 Гц, и длительностью 250 мкс. Следующий за генератором импульсов триггер делит частоту на два и распределяет полученные импульсы поочередно в канал тиристоров VS1, VS4 или VS2, VS3 силовой части инвертора.

На электрической принципиальной схеме задающий генератор выпол­нен по схеме несимметричного мультивибратора с управляемым смещением на логических элементах 2И-НЕ (DD1.1....DD1.4) и вырабатывает пря­мо­угольные импульсы, длительность которых равна требуемой длительности импульсов управления тиристоров (t_y). Резисторы R₁ и R₂ и конденсаторы С₁

и С₂ являются элементами времязадающих цепей мультивибратора и опреде­ляют период следования импульсов и их длительность. Для создания «мяг­кого» режима самовозбуждения в схему введены элементы DD1.3 и DD1.4. D-триггер делит пополам частоту импульсов, поступающих от задающего ге­нератора, и сигналами со своего прямого и инверсного выходов дает пооче­редное разрешение или запрещение на прохождение импульсов через це­почки предварительных усилителей каналов (VS1, VS4 или VS3, VS2).

Разрешающие сигналы поступают на один из входов логических эле­ментов 2И-НЕ. На второй вход подаются импульсы с выхода задающего ге­нератора. Импульс управления тиристором сформируется на выходе того ка­нала, где на входе одновременно существует положительный импульс с за­дающего генератора и разрешающий сигнал с одного из выходов D-триггера.

Усиление мощности импульсов управления тиристорами и их гальва­ническая развязка между собой осуществляется оконечными транзистор­ными усилителями с трансформаторной нагрузкой, работающими в ключе­вом режиме. Функцию предварительных усилителей, согласующих низкое входное сопротивление оконечных усилителей, включенных по схеме с ОЭ, выполняют инверторы DD2.2 и DD2.4. В качестве последних используются логические элементы 2И-НЕ с открытым коллектором, имеющие повышен­ную нагрузочную способность.

Расчет систем управления заключается в определении параметров эле­ментов схем оконечных усилителей и времязадающих цепей задающего ге­нератора. Так как нагрузкой оконечных усилителей являются тиристоры ин­вертора, то выходная мощность усилителя определяется током и напряже­нием их отпирания. Расчет схемы управления проводим в два этапа: 1) расчет оконечных усилителей; 2) расчет задающего генератора. Расчетам должно предшествовать изучение схемы, приведенной на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Схемы системы управления инвертором

2.2.1. Расчет оконечных усилителей.

Исходными данными для примера расчета являются:

1. Напряжение коллекторного питания оконечных усилителей (для всех ва­риантов) Е_к = 20 В.

2. Напряжение питания микросхем (для всех вариантов) Е_м = 5 В.

3. Ток выходной обмотки равный току управления тиристора I_у = 0,8 А.

4. Амплитуда напряжения импульсов на выходных обмотках U_у, подключен­ных к управляющим электродам тиристоров, равна U_y = 2 В.

5. Амплитуда входных импульсов на входах выходных транзисторов, соот­ветствующая уровню логической единицы на выходе элемента DD2.2, U_вых(1) = 5 В.

6. Частота следования импульсов для вариантов дана в табл. 2.1 f = 400 Гц.

7. Длительность управляющего импульса t_у = 260 мкс (длительность управ­ляющего импульса выбирается из условия t_y > t_д, где t_д – время проводимо­сти обратного диода в силовой части инвертора).

Действительно, из работы силовой схемы следует, что в интервале π < t < π + δ (см. рис. 2.2) реактивный ток нагрузки протекает через диоды VD3 и VD2, в резуль­тате чего тиристоры VS3 и VS2 находятся под обратным напряжением, рав­ным падению напряжения на открытом диоде. Если длительность импульса управления, подаваемого на тиристоры, окажется меньше времени работы диода, то при изменении направления тока нагрузки тиристоры не включа­ются, что приведет к нарушению работы схемы. На основании результатов расчета получено t_д = 233 мкс. Поэтому принимаем t_y = 260 мкс.

1. Задаемся величиной ЭДС выходной обмотки импульсного транс­форматора из условия Е_у = (1,2...2) · U_y = 2 · 2 = 4 В.

2. Определяем максимальный ток коллектора транзисторов выход­ного каскада без учета тока намагничивания импульсного трансформа­тора

(2.39)

где U_к-э.нас – напряжение насыщения транзистора оконечного каскада.

3. Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора

Определяем сечение сердечника трансформатора:

4. В качестве магнитопровода выходного трансформатора выби­раем по табл. 2.2 тороидальный сердечник из феррита марки М1000НМ3 (ГОСТ 17141-71) типоразмера К 28x16x9, у которо­го площадь сечения S_c = 0,6 · 0,9 = 0,54 см; средняя длина магнитной силовой линии l_μ = 2π · R_СР = 2 · 3,14 · 1,1 = 6,9 см; площадь окна S_О =2см. По табл. 2.2 опреде­ляем основные параметры кривой намагничивания: индукция насыщения при напря­женности магнитного поля Н_тax = 10 Э, B_S = 0,35 Тл; остаточная индук­ция В_r = 0,11 Тл.

Так как перемагничивание сердечника происходит по одностороннему циклу, то рекомендуется выбирать материал сердечника с возможно большей разницей B_S - В_r.

1 А/м = 0,4π·10^-2 Э; 1 Тл = 10^-4 Гс.

5. Определяем число витков первичной обмотки трансформатора

(2.40)

Таблица 2.2.