Расчет цифровой системы импульсно-фазового управления при изменении угла управления α = 8 - 120°, для трехфазного мостового нереверсивного тиристорнго преобразователя

ВВЕДЕНИЕ

Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях и передаётся потребителю главным образом в виде переменного трёхфазного тока промышленной частоты 50 Гц, однако как в промышленности, так и на транспорте имеются установки, для питания которых переменный ток с частотой 50 Гц не пригоден.

К числу основных видов преобразования энергии относится: выпрямление переменного тока, преобразование числа фаз, преобразование постоянного тока одного напряжение в постоянный ток другого напряжения.

Одним из элементов построения выпрямителей является тиристор, а для управления им используют систему импульсно-фазового управления (СИФУ). Изготавливая СИФУ на микросхемах, получается устройство более дешевое, требующее меньших габаритных размеров.

Целью данного курсового проекта является расчет цифровой системы импульсно – фазового управления при изменении угла управления α = 8 - 120°, для трехфазного мостового нереверсивного тиристорнго преобразователя. При разработке ЦСИФУ необходимо использовать микросхемы серии К155.

1.  Функциональная схема цифровой СИФУ.

  WCBAE выполняется по принципу синхронной одноканальной или многоканальной системы:

Рис.1. Функциональная схема цифровой СИФУ

На схеме показаны :

СУ – синхронизирующее устройство

Т – RS-триггер

К – ключ 

ЭГ – генератор импульсов

ДУ – дифференциальный усилитель

СТ2 – двоичный счётчик

БРРИ – блок расширения и распределения импульсов

УИ – усилитель импульсов

VS – тиристор

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

Чтобы получить минимальный угол α при максимальном напряжении управления и наоборот на входе ставится дифференциальный усилитель. С него напряжения подается на АЦП, где преобразуется в цифровой код и отправляется на запоминающие входы счетчиков СТ2. Сигнал с синхронизирующего устройства СУ появляется в очередной точке естественного открывания и переводит RS- триггер Т  в единичное состояние.

Ключ К замыкается и импульсы с эталонного генератора ЭГ поступает на  вход обратного отсчёта (вычитания)  -1 счётчика СТ2 и уменьшает его содержимое. Когда будут очищены все двоичные разряды счётчика, т.е. на всех выходах появится 0 на входе  появится импульс низкого уровня (логический ноль). Этот импульс подается на БРРИ, где расширяется до величины необходимой для открывания тиристора. Далее он подаётся на усилитель импульсов и, кроме того, подаётся на триггер и ключ размыкается.

Таким образом, угол управления   определяется цифровым кодом, представленным многоразрядным двоичным числом. Это число равно числу импульсов подаваемых с ЭГ  на счетчик, а фазовый сдвиг определяется временем счета.

2.Расчёт отдельных узлов и основных элементов схемы.

Разработка принципиальных электрических схем.

2.1. Выбор АЦП.

     АЦП представляет собой устройство для автоматического преобразования непрерывно изменяющихся во времени аналоговых величин в эквивалентные значения числовых кодов.

Выбираем минимальное число разрядов АЦП и счётчика. Так как по условию точность открывания тиристоров должна соответствовать не более   то

,

,

,

где   - изменение угла

Тогда х принимаем не менее 7 так как х может иметь только целые числа.              

Выберем АЦП К1113ПВ1. Микросхема выполняет функцию                10 – разрядного аналого-цифрового преобразователя однополярного или биполярного входного сигнала с представлением результатов в параллельном двоичном коде.

Выберем х = 10, которая АЦП К1113ПВ1 работая в униполярном режиме, имеет 10 разрядов.

Рис.2.1. Изменение угла

Рассчитаем частоту, которую должен вырабатывать мультивибратор. АЦП К1113ПВ1 работает в биполярном режиме, тогда старший разряд выполняет функцию знака. Из девяти оставшихся будет строиться код входного напряжения и частота рассчитывается следующим образом:

,

где   х – число разрядов

        - диапазон изменения угла

           - частота сети

Микросхемы АЦП К1113ПВ1 выпускаются в 18-выводном герметичном металлокерамическом корпусе типа 238.18-1 с вертикальным расположение выводов. По уровню входных и выходных логических сигналов АЦП сопрягаются с цифровой ЦИС ТТЛ.

Рис.2.2. Схема АЦП К1113ПВ1 работающей в униполярном режиме.

Нумерация и назначение выводов микросхемы: 1-8 – цифровые выходы ; 9 - цифровой выход (СР); 10 – напряжение источника питания   Ucc1; 11 – гашение и преобразование; 12 – напряжение источника питания Ucc2; 13 – аналоговый выход; 14 – общий ( аналоговая земля); 15 – управление сдвига нуля; 16 – общий(цифровая земля); 17 – готовность данных; 18 – цифровой выход (МР).

          На данном рисунке изображена АЦП с ДУ на входе. Опорное напряжение в данной АЦП задается с помощью встроено источника опорного напряжения и формируется оно при подаче напряжения питания Ucc2. Величина опорного напряжения устанавливается построечным резистором. В данном случае его величина принята 10,24 В.

2.2. Выбор счетчика импульсов.

Выбираем четырёхразрядный двоичный реверсивный счётчик К155ИЕ7

Рис.2.3. Четырёхразрядный двоичный реверсивный счётчик К155ИЕ7

Особенностью данных счетчиков является их построение по синхронному принципу, т.е. все триггеры переключаются одновременно от одного тактового импульса.

Тактовые входы: для счета на увеличение Сv (вывод 5) и на уменьшение Cd (вывод 4) раздельные, прямые динамические. Поэтому состояние счетчика будет изменяться по фронту тактового импульса. Установка счетчика в нулевое состояние осуществляется подачей на вход сброса R высокого уровня напряжения, т.к. вход R прямой статический. Вход разрешения параллельной загрузки  инверсный статический, поэтому управляющим сигналом является низкий уровень напряжения. Для предварительной записи определенного числа в счетчик необходимо подать его двоичный код на входы D0…D3. Для этого на вход  необходимо подать низкий уровень напряжения.

Счет начнется с записанного числа по импульсам низкого уровня, подаваемым на вход Сv или Cd. Информация на выходе изменяется по фронту тактового импульса. При этом на втором на втором тактовом входе и на входе  должен быть высокий уровень, а на входе R – низкий уровень напряжения. Со стояние входов D безразлично. Одновременно с каждым шестнадцатым на входе Cv импульсом на выходе (вывод 12) появляется повторяющий его выходной импульс, который может подаваться на вход Cv следующего счетчика. В режиме вычитания одновременно с каждым импульсом на входе Cd, переводящим счетчик в состояние 15, на выходе  (вывод 13) появляется выходной импульс. Т.е. от выводов  и  берутся тактовые сигналы переноса и заема для последующего и от предыдущего четырехразрядного счетчика.

Дополнительной логики при последовательном соединении этих счетчиков

не требуется, т.к. выводы  и  предыдущей микросхемы присоединяются к выводам Cv и Cd последующей.

          Входы предварительной записи  и сброса R при каскадном соединении объединяются в отдельные шины.

          Диаграммы работы счетчика представлены на рис.2.4., а состояние счетчика приведены в табл.1

Таблица 1.