Исследование преобразователя для управления электромагнитными тормозами типа ТКП и магнитами постоянного тока серии МП, страница 3

Схема предзаряда конденсаторов.

При первом пуске преобразователя на любую нагрузку и с любой питающей сетью в конденсаторе, а соответственно и через вход диодного моста, протекает пусковой ток, который может превышать номинальный ток в десятки, и даже сотни раз. Это связано с тем, что в начальный момент времени конденсатор представляет собой бесконечно малое активное сопротивление. Диодный мост способен выдерживать большие пиковые токи, как и конденсатор. Этот ток необходимо ограничивать, чтобы не срабатывали входные автоматические выключатели.

В первый момент времени силовой ключ VT_зарядн разомкнут, входной ток ограничивается омическим сопротивлением R_зарядн. Далее, когда напряжение на C_Ф достигает рабочего, ключ открывается, тем самым шунтируя зарядное сопротивление.

2.2. Расчёт силовой схемы и выбор элементной базы

Определение максимальной мощности преобразователя

В таблице 1 приведены основные параметры различных моделей тормозов:

Таблица 1

Тип тормоза/электромагнита	Номинальное напряжение (В)	Сопротивление соленоида (Ом)	Ток форсировки (А)	Ток удержания (А)
ТКП – 800	110	5,5	20	10
ТКП – 700	110	6,85	16,06	8
ТКП – 600	110	9,6	11,46	5,7
ТКП – 500	110	12,4	8,87	4,5
ТКП – 400	110	14,28	7,7	3,85
МП301	110	30,2	3,64	1,8
МП201	110	50,5	2,18	1,1
МП101	110	89,5	1,23	0,7

Максимальная мощность преобразователя рассчитывается по формуле (1)

                                              (1)

Определение индуктивности нагрузки

Чтобы осуществить моделирование, необходимо иметь данные об индуктивности нагрузок. Имея параметры времени отпадания и втягивания тормозов, а также активного сопротивления каждой из катушек, можно произвести примерный расчёт значения индуктивностей.

                                                                               (2)

где τ – постоянная времени контура заряда соленоида.

Было сделано предположение, что время переходного процесса включения катушки соответствует времени отпадания тормоза. Время втягивания нельзя использовать в расчётах, т.к. при включении соленоида существенное время тормоз преодолевает силу сопротивления пружины, сжимающей тормоз. Принимаем, что переходный процесс длится 5 τ. Учитывая (2),

                                                                        (3)

Данная формула позволяет рассчитать примерное значение индуктивности нагрузки.   В таблице 2 приведены параметры времени отпадания и втягивания тормозов, а также примерные значения индуктивностей, рассчитанных по формуле (3).

Таблица 2

Тип тормоза/электромагнита	Сопротивление соленоида (Ом)	Время втягивания (с)	Время отпадания (с)	Расчётная индуктивность (Гн)
ТКП – 800	5,5	1,3	0,3	0,33
ТКП – 700	6,85	1,8	0,3	0,41
ТКП – 600	9,6	2	0,4	0,77
ТКП – 500	12,4	2,3	0,5	1,24
ТКП – 400	14,28	2,5	0,6	1,71
МП301	30,2	0,5	0,25	1,51
МП201	50,5	0,4	0,15	1,52
МП101	89,5	0,4	0,1	1,79

Определение ёмкости фильтра

Выбрана методика расчёта, представленная в [3]

                                                       (4)

где U_cmax – максимальное напряжение на конденсаторах (рис. 2.2.1) при питании однофазной питающей сетью и максимально возможным отклонением уменьшения амплитуды [1].

                                                       (5)

где U_cmin – минимальное напряжение на конденсаторах, которое необходимо обеспечить. Второе слагаемое – падение напряжения на силовых ключах VT1, VT2 и VT_зарядн.

Рис. 2.2.1 Процесс заряда и разрядка конденсаторов

Находим коэффициент пульсаций:

                                       (6)

Находим угол заряда конденсаторов θ₁ (рис. 2.2.1):

                                       (7)

Среднее значение напряжения на конденсаторах:

                                  (8)

Используя действующее значение напряжения, находим эквивалентное сопротивление цепи нагрузки:

                                                  (9)

Находим необходимую ёмкость конденсаторов:

                         (10)

Задаёмся  максимальным напряжением на конденсаторах 900 В (600 В сеть постоянного тока + 300 В возможный разряд индуктивности). Используем конденсаторы фирмы Hitano серии ELP с максимально допустимым напряжением 450 В и подключаем по 2 конденсатора последовательно, что поднимает их максимально допустимое значение напряжения до 900 В. Чтобы обеспечить необходимую ёмкость, потребуется поставить 6 конденсаторов по 330 uF. В итоге получаем следующую ёмкость:

                                                    (11)

Определение сопротивления разрядных резисторов

                                                    (12)

Определение сопротивления зарядного резистора

                                           (13)

Выбор диодов для входного моста

При выборе диодов необходимо учесть, что максимальное обратное напряжение на них будет равняться максимальному напряжению на конденсаторах, т.е. 900 В, соответственно диоды должны выдерживать 900 В или более. Также входной мост выбирается по максимальному среднему току:

                                    (14)

Целесообразным является выбрать диодную сборку, т.к. она занимает меньшие габариты и проще монтируется на плату.