УВОД Променливотоковите регулатори са електронни устроиства принадлежащи към силовата електроника, чиято функция е преобразуването - понижаването на ефективната стойност на входното променливо напрежение. Това понижаване става като към товара се подава само част от входната синосуида ,а останалото се пада като действие върху запушен ключ. Големината на ефективната стойност на напрежението деистващо върху товара се определя от времето ,в интервала затворен между две преминавания през нулата, за което ключът е проводим.
Променливоковите регулатори попадат в категорията на устройствата с естествена кумотация, тъй като тиристорните ключове се комутират от променливото напрежение. Запушването на ключовете се определя от входната линия. Изходният ток на регулатора ,следователно и входният ток, са прекъснати или несинусоидални ,като от това се налага използването на корекция на фактора на мощноста или редуциране на хармониците, особенно при ниски напрежения (сравнение с входната линия).
Предимство на променливтоковите регулатури пред другите електронни преобразуватели на променливо напрежение е липсата на изходни пикове дължащи се на капацитивни или идуктивни елементи използвани за запасяване на енергия. Променливотоковите регулатори са потенциално по ефективни от другите електронни преобразуватели, но обикновенно включват голям брой ключови елементи.
Различните променливотокови преобразуватели могат да се класифицират в следните категории:
Променливотоковите преобразуватели намират приложения в:
-Нагревателни устройства с различни мощности и приложения;
-Променливотокови електрически задвижвания;
-Заваръчната техника;
-Осветителни уредби и др.
Изработил :
Гьокхан Курт
“Е"
037001
VI.поток
Страница: 1
ОБЗОР НА СЪЩЕСТВУВАЩИТЕ СХЕМНИ
РЕШЕНИЯ НА ЗАДАДЕНОТО УСТРОЙСТВО
По задание трябва да се проектрира токозахранващо устроиство което да създава две изходни напрежения. Едното напрежение U01 трябва да бъде променливо кaто ефективната му стойност трябва да може да се регулира в известни граници за да се компенсират нежалани промени във входната линия. Второто изходно напрежение U02 трябва да постоянно като характерно за него е ,че стойноста му е много малка в сравнение с входното напрежение ,като в същото време трябва да има висока стабилност.
На фиг.:1 е изобразена опростена блокова схема на зададеното устройство. Според нея то се състой от два основни блока които обуславят характера на преобразувателя. Това са: Блок 1 който е променливотоков преобразувател и Блок 2 които представлява изправител с линеен стабилизатор. В обзора последователно ще бъдат разгледани различни схемни топологии които могат да се използват за построяването на двата блока.
фиг.:1
I.Схемни решения за построяването на променливотоковият регулатор.
За построяването на променливотоковият регулатор показан на фиг.:1 ,като Блок1 са необходими два подблока:
подблок 1 – представлява трансформатор които се използва за първоначално понижаване или повишаване на входното напрежение. Използването му не винаги е задължително, и е в зависимост от разликата във стойностите на входното и изходното напрежение. Тъй като по-задание
Изработил :
Гьокхан Курт
“Е"
037001
VI.поток
Страница: 2
разликата във входното и изходното напрежение се обуславя само от нестабилноста на входната линия ,то трансформатор няма да е необходим.
подблок 2 – представлява самият променливотоков регулатур. По-задание регулаторът трябва да бъде еднофазен като се захранва от трифазна мрежа. Съществуват два начина за захранване на еднофазен товар от трифазна мрежа. Единият е товара да се свърже между една от фазите и нула на входната мрежа, тогава напрежението ще е равно на това на фазата. Вторият е товара да се включи между две от фазите, тогава напрежението подавано към товара ще има стойност .
Тъй като желаното изходно напрежение е равно на фазовото то избирам да включа преобразувателя между фаза и нула.
1.Схемни топологии на променливотокови регулатури реализирани с тиристорни ключове.
фиг.:2
На фиг.:2 а е дадената най-проста изходна схема тя се нарича схема с два насрещно-паралелно свързани тиристора. При подаване на управляващи импулси се отпушва този тиристор, чиито анодно напрежение е положително.
Изработил :
Гьокхан Курт
“Е"
037001
VI.поток
Страница: 3
Така се получава управляемост на изходното напрежение през двата полупериода на захранващото напрежение. Недостатък на схемата е, че двата канала на управлението трябва да бъдат галванически разделени.
Изходното ефективно напрежение може да се даде със зависмоста:
Където α и β са ъглите на отпушване на двата тиристора.
Изходният ефективен ток върху товара може да се даде със зависимоста:
На фиг.:2b са дадени времедиаграмите описващи формата изходният ток и изходното напрежение при даден ъгъл на отпушване за тиристорите. На фиг.:2d е дадена регулировъчната характеристика.
На фиг.:2c са показани подобрени схемни решения спрямо топологията от фиг.:2а.
Първата схемна модификация също като схемата от фиг.:2а e обременена от използването на два полупровдникови ключа, но за сметка на това те са свързани така че имат общ катод което премахва нуждата от галванично разделяне на управляващите канали ,като в същото време натоварването се разпределя между двата тиристора.
Второто схемна модификация е с един тиристор, но има четири диода, тиристорът е натоварен два пъти повече от другите схеми и товарният ток тече през три последователно свързани вентила, което увеличава загубите в тях. През единия полупериод токът тече през едната двоика диоди тиристора S, а през другия полупериод токът тече през втората двоика диоди и тиристора S.
Дадените уравнения и времедиаграми характеризиращи първата схема остават в сила и за последвалите схемни приложения.
2.Схемни топологии на променливотокови регулатури реализирани с транзисторни ключове.
Недостатък на всички тиристорни ключове е, че те са не напълно управляеми ключове и при отпушване на ъгъл и запушване при
Изработил :
Гьокхан Курт
“Е"
037001
VI.поток
Страница: 4
преминаване на захранващото напрежения през нулата (естествена комутация) се получава дефазиране на консумирания ток от захранващото напрежение т.е. консумира се реактивна енергия.
Този недостатък може да се отстрани, като се използват ключове с напълно управляеми вентили - транзистори. По аналогия на разгледаните схеми с тиристорни ключове се реализират схеми с транзисторните ключове.
фиг.:3
Схемата на фиг.:3а , е аналог на схемата с два насрещно-паралелно свързани тиристора. За да не се допусне работа на транзисторите при обратни напрежения, последователно са включени диодите D1 и D2 . Управляващите импулси се подават едновременно на двата транзистора.
На фиг.:3b е показана схема с един транзистор, който е два пъти по-натоварен от транзисторите в разгледаната схема и товарният ток тече през два диода и един транзистор.
II.Схемни решения за построяването на линеиният стабилизатор.
Според блоковата схема илюстрирана на фиг.:1. блока които ще създава изходното напрежение U02 се състои от следните подблокове:
подблок 3 - понижаващ трансформатор – представлява обикновен мрежов трансформатор които има за цел да понижи мрежовото променливо напрежение до стойност подходяща за извеждане на стабилизираното изходно напрежене U02. Може да се срърже към коя да е от фазите спрямо нулевият проводник.
подблок 4 – еднофазен изправител, служи за изправяне на променливото напрежение на вторичната намотка на трансформатора от Блок 3. може да се раелизира по някоя от следните схемни топологии.(фиг.:4)
Изработил :
Гьокхан Курт
“Е"
037001
VI.поток
Страница: 5
Фиг.:4
а)полумостов изправител с трансформатор със средна точка
б)мостов изправител схема Грец
подблок 5 – филтър, служи за филтритане на изправеното напрежение. Филтърът може да бъде само капацитивен или L-C ,ако се налага по-добро изглаждане на изходното напрежение.
подблок 6 – линеен стабилизатор на напрежение, представлява устроиство, което поддържа с определена точност изходното напрежение при изменение в определени граници на дестабилизиращите фактори. Дестабилизиращите фактори са изменението на: входното напрежение, товарният ток, честотата на захранващото напрежение, влажност и изменение параметрите на елементите, изграждащи стабилизатора. Съществува няколко схемни решения които са подходящи за изграждане на стабилизатор на напрежение. Те са посочени на фиг.:5
Фиг.:5
а)параметричен стабилизатор
b)компенсационен стабилизатор
c)интегрален стабилизатор
Изработил :
Гьокхан Курт
“Е"
037001
VI.поток
Страница: 6
ИЗБОР И ОБОСНОВКА НА ПРОЕКТИРАНОТО УСТРОЙСТВО I.Избор на схемата за реализране на Блока за изработване на напрежението U01.
Блок 2 – За реализиране на променливотоковият регулатор избирам първата схема от фиг.:2c. Схемата използва два тиристорни ключа, като натоварването се разпределя по равно между тях. Тиристорите имат общ катод което ще направи по-лесно управлението на схемата.
Към променливотоковият регулатор трябва да има и блок за управление ,който да осигурява импулсите необходими за отпушване на тиристорите. Изисквания към блока за управление са: синхронизация на управляващите импулси с входното напрежение, изработване на два независими импулса за управлението на двата тиристорни ключа, възможност на гъвкаво регулиране на ъгла на подаване на импусите спрямо входното напрежение.
Някои допълнителни функции които може да има блока за управление, които ще направят работа на усторойството по- надежна са: блок за мек старт, защита по ток и др..
За реализиране на блока за управление избирам интегралната схема TCA785. Интегралната схема съдържа детектор на нулата – за синхронизиране с входното променливо напрежение; източник на опорно напрежение; вграден генератор на триъгълно напрежение синхронизиран с променливото напрежение ,за изработване на регулируеми управляеми импулси; два отделни дефазирани изхода за управление на два тиристора; схемата няма специфични изисквания към стабилноста на захранващото си напрежение.
За да работи схемата ефективно тя трябва да има обратна връзка по напрежение, така ще може да се коругира изходното напрежение при промяна във входната линия.
Синтезираната схема на устройството е дадена на фиг.:6
Изработил :
Гьокхан Курт
“Е"
037001
VI.поток
Страница: 7
II.Избор на схемите за реализиране на блоказа изработване на напрежението U02. Блок 4 - За реализация на изправителя избирам еднофазната мостова схема (Грец). Предпочитам нея поради предимствата и пред полумостовата схема ,а именно: По-ниски пулсации, по-малки обратни напрежения върху диодите, по малък среден ток през диодите. Недостатък на схемата е по-големият брои на използваните винтили.
Блок 5 - За реализация на стабилизитора избирам интегралната схема 7809.
Тя представлява триизводен нерегулируем стаблизатор за дванайсет волта. Тъй като максималният изходен ток който може даде схемата е по-малък от исканият в заданието то схемата трябва да се модифицира по начина изобразен по-долу.
фиг.:7
Синтезираната схема на блока за изработване на напрежението U02 e дадена на фиг.:8
фиг.:8
Изработил :
Гьокхан Курт
“Е"
037001
VI.поток
Страница: 8
ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ИЗЧИСЛЕНИЯ И ИЗБОР НА СТАНДАРТНИ СТОЙНОСТИ НА ГРАДИВНИТЕ ЕЛЕМЕНТИ
I.Изчисляване на променливотоковият регулатор.
1.Избор на тиристорите X1 и X2.
Избора на тиристорите става по следните критерии:
-Максимална стойност на правото напрежение върху тиристора:
-Максимална стойност на обратното напрежение върху тиристора:
-Средна стойност на тока през тиристора:
-Максимална стойност на тока през тиристора:
Избирам тиристори Т15N/400T. Те има следните характеристики:
Ud=400V
UR=400V
ITAV=15A
IFM=120A
2.Избор на диодите D1 и D2.
Избора на диодите става по същият критерии по които се подбират тиристорите.
Избирам диоди MUR1540.Със следните парамтри:
UR=400V
ITAV=15A
IFM=150A
II.Изчисляване на схемата за постоянно напрежение.
1.Определяне на R1
Според схемната документация R1=3Ω
2.Определяне на RSC
Големината RSC се определя от зависимоста
Където VBET2 напрежението BE на транзистора Т2, а ISC желаният изходен ток.
Кондензаторът C1 служи против самовъзбуждане на стабилизатора ,а C2 се използва за филтрация на изходното напрежение.
Според техническата документация C1=330nF, C2=100nF
4.Определяне на R2 и R3
Резисторите служат за повишаване на изходното напрежение на стабилизатора тяхната стойнот се определя от зависимоста:
От тук задавам стандартни стойности за резисторите
R2=100kΩ,R3=16kΩ
5.Избор на транзисторите Т1 и Т2
Според предназначението им тразнисторите са::
-T1 е мощен транзистор които служи за поемане на тока и разширяване на токовият диапазон на стабилизатора. Той трябва да бъде така подбран че максималният му колекторен ток да бъде по голям от максималният изходен ток на устроиството тогава избирам ТIP42 максималният му колекторен ток Ic=6А
-T2 ще работи в ключов режим и ще активира защитата за него няма специални изисквания избирам TIP42
. 
и запушване при
