Автор: Пользователь скрыл имя, 01 Мая 2012 в 20:00, курсовая работа
Обеспечим питание выходного каскада и операционных усилителей, а также управление подавителем квадратурных помех, используя силовой трансформатор, запитанный общим напряжением питания системы. Чтобы удовлетворить всем заданным требованиям, необходим трансформатор с одной первичной обмоткой и 5 вторичными. При выборе учитываем, что трансформатор должен быть рассчитан на частоту 400 Гц. Климатические условия - такие же как и для работы двигателя. Электрическая схема трансформатора представлена на рисунке.
Малогабаритный согласующий трансформатор низкой частоты типа ТПП предназначен для согласования внутреннего сопротивления источника сигнала с входным сопротивлением каскадов усилителей низкой частоты, выполненных на полупроводниковых приборах.
Используя эквивалентную схему трансформатора, следует проверить, будет ли на входе выходного каскада обеспечено необходимое максимальное напряжение согласно условию:
Uн > Uбэ-макс + URэ-макс = 2.7 В
Эквивалентная схема трансформатора
Оценим сопротивление нагрузки и потери на и по формулам:
Т.к. Uн > 2.7 В , то согласующий трансформатор ТПП2-40-400 можно использовать в схеме.
2.3. Расчёт предварительных усилителей.
Структурная схема цепи усиления.
Коэффициент передачи подавителя помех Кпп=. На выходе подавителя помех имеется остаточное напряжение, которое после усиления не должно превышать напряжения трогания двигателя (Uтрог=1 В).
В качестве подавителя помех выберем из справочника микросхему К101КТ1В. Паспортные данные на микросхему представлены в таблице.
Паспортные данные микросхемы К101КТ1В
Обозначение, принимаемое в расчетах | Значение параметра | Описание |
Uост-пп [мкВ] | 50 | Остаточное напряжение |
Uбэ-пп-макс [В] | 3.5 | Максимальное напряжение база-эмиттер |
Uкб-пп-макс [В] | 3.5 | Максимальное напряжение коллектор-база |
Iк-пп-макс [мА] | 10 | Максимальный ток коллектора |
Iэ-пп-макс [мА] | 10 | Максимальный ток эмиттера |
Uкб-пп [В] | 0.6…0.9 | Напряжение коллектор-база |
Для работы двигателя необходимо выполнение условия :
.
Рассчитаем коэффициент усиления выходного каскада (Квк) по формуле:
.
Будем считать, что К1=К2=К3=К .
Определим минимальный коэффициент усиления каждого усилительного звена. Общий коэффициент усиления определяется по формуле:
,
откуда получаем минимальное значение коэффициента усиления:
Выберем К1=К2=К3=К из условия:
Примем К1=К2=К3=К=49
2.3.1.
Приведем схему цепи усиления с указанием элементов:
Схема цепи усиления.
Необходимо, чтобы сопротивление входного усилителя было большим, поэтому первый усилитель делаем неинвертирующим. Второй и третий усилители будут инвертирующими.
Рассчитаем сначала параметры инвертирующих усилителей по формуле:
Примем R2=R3=10 кОм, тогда из формулы получим:
Примем 505 кОм из ряда Е192. Тогда
Произведем расчет первого усилителя (неинвертирующего). Примем, что через резисторы протекает ток тогда можно составить систему уравнений для нахождения и :
Получим:
Примем из ряда Е192,
Определим номинал резистора :
Примем из ряда Е192.
Скорректируем коэффициент усиления неинвертирующего усилителя:
Теперь рассчитаем фактический общий коэффициент усиления:
Фактический коэффициент усиления больше требуемого Ку_дв= , значит резисторы с рассчитанными номиналами можно использовать в цепи усиления.
Рассчитаем электроемкости разделительных конденсаторов С3, С4 и С5, используемых для избавления от остаточного напряжения на выходе усилителей в цепи усиления. Чтобы избежать больших падений напряжений на конденсаторах будем выбирать их из условия:
или
где R – полное активное сопротивление последовательного участка цепи в который входит конденсатор,
- круговая частота, соответствующая рабочей частоте 400 Гц.
Окончательно формула для вычисления электроемкости разделительных конденсаторов:
Определим параметры разделительных конденсаторов:
мкФ .
мкФ .
Ом
Ом.
мкФ.
Для из ряда Е24 выберем конденсатор с емкостью 0.2 мкФ.
Для из ряда Е24 выберем конденсатор с емкостью 0.39 мкФ.
Для из ряда Е192 выберем конденсатор с емкостью 1.35 мкФ.
3.Организация питания выходного каскада и операционных усилителей.
3.1. Организация питания выходного каскада.
Используем диодный блок (в интегральном исполнении), в котором диоды соединены по мостовой схеме.
Т.к. напряжение питания сглаженное то необходим фильтрующий (сглаживающий) конденсатор СФ1.
Средний ток через диод определяется по формуле:
Рассчитаем эквивалентное сопротивление нагрузки источника питания:
Зададимся некоторым коэффициентом пульсации Кп≤6-7% . При таком коэффициенте пульсации можно аппроксимировать временную диаграмму напряжения, получаемого на выходе фильтра, отрезками прямых. Тогда справедлива формула для расчета емкости конденсатора:
Для из ряда Е192 выберем конденсатор с емкостью 138 мкФ.
Чтобы оценить пиковые значения зарядного тока Iпик, протекающего через диоды и конденсатор, используем графический метод оценки: зная и , найдем постоянную времени цепи разряда: τ ==0.006(с). Затем построим диаграмму напряжения, отложив τ по оси времени.
Отсюда графически оценим отношение времен заряда и разряда (tзар/ tразр).
tзар=0.00375-0.0029=0.00085(c)
tразр=0.0029-0.00125=0.00165(
Соотношения токов разряда и заряда приблизительно обратно пропорциональны соотношениям соответствующих времен: (Iразр / Iзар.)= (tзар /tразр) .
Поскольку при максимальном потреблении тока от источника:
Iразр=Iп-макс=0.4(A),
то ток заряда найдем как:
Iзар.= Iп-макс (tразр /tзар) =0.78(A).
Пиковый ток через диод: Iпик =Iзар+ Iп-макс=1.18(A)
Максимальный ток через диод: Iд-макс= Iпик =1.18(A)
С учетом падения напряжения на открытых диодах на входе моста необходимо обеспечить:
Uвх.D4 макс= Uп- макс+2 Uд.прям=19.4(В),
Обратное напряжение на диоде определим по формуле:
Uд-обр= Uвх.D4 макс - Uд.прям=18.4(В),
где Uд-пр - падение напряжения на прямо включенном (открытом) диоде, приблизительно равное 1В.
Далее выбираем диодный блок D4 из условий:
Выберем диодный блок КЦ 407А – диоды кремниевые в пластмассовом корпусе, соединенные по мостовой схеме.
Обозначение, принимаемое в расчетах | Значение параметра | Описание |
Iд.бл-ср [мA] | 300 | Постоянный или средний прямой ток при T= 328К |
Iд.бл-ср [мA] | 150 | Постоянный или средний прямой ток при T= 358К |
Uд.бл-обр [В] | 500 | Обратное падение напряжения на диоде |
Iд.бл-макс [А] | 3 | Прямой импульсный ток |
3.2. Организация питания операционных усилителей
Микросхемы операционных усилителей требуют питания сглаженным стабилизированным напряжением. Для организации такого питания используем отдельно два мостовых выпрямителя и два стабилизатора напряжения . Здесь по требуемому для ОУ значению выбран из справочника стабилизатор КР142ЕН15А, характеристики которого приведены в таблице .
Характеристики стабилизатора КР142ЕН15А
Обозначение, принимаемое в расчетах | Значение параметра | Описание |
[В] | ±30 | Максимальное входное напряжение |
[В] | ±10 | Минимальное входное напряжение |
[В] | ±(14,5.. 15,5) | Выходное напряжение при |
[мА] | 100 | Максимальный выходной ток |
[мА] | 1 | Минимальный выходной ток |
[дБ] | 30 | Коэффициент сглаживания пульсаций |
[ мА] | 5 | Ток потребления |
Информация о работе Проектирование и расчет каскада управления двухфазным асинхронным двигателем