Аннотация
В работе рассмотрен вариант разработки формирователя импульсов тиристорного преобразователя постоянного тока.
Одним из базовых компонентов системы импульсно-фазового управления тиристорного преобразователя постоянного тока является формирователь импульсов (ФИ). Он необходим для сопряжения различных устройств, формирования логических уровней напряжения [1]. ФИ это усилитель мощности с транcформаторной гальванической развязкой и традиционно применяется в схемах управления однооперационными тиристорами.
В литературе уделяется мало внимания относительно методики выбора параметров элементов схемы, рационального подхода и оптимизации тока, потребляемого от источника питания.
Цель работы – разработать плату формирователя импульсов тиристорного преобразователя постоянного напряжения, оптимизировать потребление тока устройством.
На основе типовых схем [1, 2]о проведено моделирование схемы в программе Electronics Workbench 5.11 с имитацией импульсного трансформатора в режиме холостого хода и при работе на активную нагрузку.
На рис. 2 показана модель для исследования в программе Electronics Workbench 5.11. Моделирование проводилось при допущениях, что транзистор и диод идеальны.
Рисунок 1 – Формирователь импульсов. Схема электрическая принципиальная
Рисунок 2 – Формирователь импульсов. Модель для исследования работы импульсного трансформатора в режиме холостого хода
Первичная обмотка импульсного трансформатора представлена в виде последовательного соединения индуктивности L1 и активного сопротивления R1. Исходя из схемы, приведённой на рис. 1, можно сделать вывод, что потребление тока от источника питания зависит от величины сопротивлений R3, R4 (рис. 1) и скважности импульсов управления (R4 – в работе не рассматривается).
ZG – выполняет функцию генератора импульсов с частотой подачи импульсов равной 40 кГц, что соответствует паспортным данным на импульсный трансформатор [3]. На рис. 3 в приведены осциллограммы тока, которые должны быть при минимальном потреблении тока импульсным трансформатором на холостом ходу от источника питания. Чем больше коэффициент заполнения импульсов γ, тем больше среднее значение напряжения на нагрузке Uн:
где Ud – напряжение источника питания, γ = tи /T ·100%
Рисунок 3 – Диаграммы напряжения uk и тока id
В ходе процесса моделирования были определены значения Iнач. и Iкон. (соответственно начальные и конечные значения тока пульсаций потребляемого от источника питания). При этом определение среднего значения пульсаций тока Iср.пул., потребляемого от источника, возможно в соответствии с выражением:
Тогда амплитуда пульсаций тока ΔI:
Среднее значение тока Id, потребляемого от источника питания за период Т:
В ходе процесса моделирования изменялись значения сопротивления R1 (рис.2) и коэффициента заполнения γ. Для наглядности результата исследования, исходя из расчётов,приведен график Id = f(γ) (рис.4).
Рисунок 4 – График зависимости Id = f(γ)
Из рис. 4 видно, что ток Id уменьшается с уменьшением γ, и увеличением сопротивления разряда индуктивности первичной обмотки. При этом минимальная длительность γ определяется кратным (3-5 раз) временем открывания тиристора [1].
С помощью разработанной электрической принципиальной схемы, и результатов ее моделирования был спроектирован формирователь импульсов на плате для быстрого монтажа (рис. 5). Импульсные трансформаторы Schaffner IT 249 [3] были взятых из платы нерабочего тиристорного преобразователя.
Для данной задачи используется микроконтроллер STM32F4. Осциллограммы работы ФИ на тиристор с активной нагрузкой в виде лампы накаливания (рис.1) мощностью 15 Вт в асинхронном режиме приведены на рисунках 6,7.
Рисунок 5 – Готовая плата формирователя импульсов
Рисунок 6 – Осциллограммы напряжения вторичной обмотки импульсного трансформатора
Рисунок 7 – Осциллограмма напряжения на управляющем электроде–катоде тиристора
Выводы
В работе была разработана электрическая принципиальная схема устройства, осуществлено моделирование работы ФИ, в результате которого была сформирована методика для снижения потребления тока устройством от источника питания. Разработана макетная плата для отпирания тиристора, работающего на активную нагрузку в виде лампы накаливания в асинхронном режиме.
Перечень ссылок
- Гельман М. В. Преобразовательная техника: учебное пособие / М. В. Гельман, М. М. Дудкин, К. А. Преображенский. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2009. – 425 с.
- Розанов Ю. К. Силовая электроника: учебник для вузов / Ю. К. Розанов, М. В. Рябчицкий, А. А. Кваснюк. 2-е изд., стереотипное. – М. : Издательский дом МЭИ, 2009. – 632 с.: ил.
- Datasheet: Pulse Transformer with Double Secondary Winding – Schaffner IT249 [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://www.farnell.com...