Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ преобразователей для электронно-ионной технологии 10
1.1. Общая характеристика электротехнологических нагрузок 10
1.2. Требования, предъявляемые к источнику 20
1.3. Критерии синтеза преобразователей энергии 28
1.4. Сравнительный анализ машинных методов исследования 35
2. Математическая модель управляемого преобразования энергии для электротехнологических нагрузок 43
2.1. Модели импульсных нагрузок 44
2.2. Коллективные процессы в поле коронного разряда 59
Выводы по II главе 80
3. Синтез источников питания 82
3.1 Обоснование критерия синтеза 84
3.2 Структурный синтез силовых модулей 98
3.3 Параметрический синтез силовых модулей 116
Выводы по III главе 125
4. Практическая реализация системы «Модуль — СУ - нагрузка» 127
4.1. Формирование управляющих сигналов (системы управления) 127
4.2. Влияние системы управления на выходные характеристики силового модуля 132
4.3. Описание экспериментальной установки 134
4.4. Анализ теоретических и экспериментальных характеристик 136
Выводы IV главе 138
Заключение 139
Список литературы 141
- Критерии синтеза преобразователей энергии
- Коллективные процессы в поле коронного разряда
- Структурный синтез силовых модулей
- Влияние системы управления на выходные характеристики силового модуля
Введение к работе
Актуальность. Одним из наиболее перспективных видов технологий воздействия силовых полей на материал являются электронно-ионные технологии. К таким технологиям относят: ионное азотирование, плазменную и лазерную обработки, обработку коронным разрядом и др. Коронный разряд нашел широкое применение в различных технологических процессах и, в частности, для электросепарации сыпучих веществ. Основными достоинствами таких электротехнологий являются высокая эффективность и технологичность, а также высокий КПД и отсутствие экологических загрязнений в результате производства.
Электротехнологические процессы характеризуются как энерго- и ресурсосберегающие технологии, охватывающие широкий спектр использования различных форм газового разряда в качестве инструмента воздействия на обрабатываемый материал.
Особенностью газового разряда, как нагрузки управляемых преобразователей электроэнергии (ПЭ), является отсутствие накопления в нем электроэнергии при различных режимах работы. При этом ПЭ должен обеспечивать лишь одностороннюю передачу энергии из первичной сети в нагрузку.
ПЭ находят широкое применение в различных электротехнологических установках. Они отличаются высокой надежностью, большим быстродействием, малой энергией, затрачиваемой на управление. В системах регулирования и управления технологическими процессами они используются для согласования параметров сети и нагрузки, обеспечения стабильности преобразования энергии и характеристик коронирующих нагрузок, резко изменяющихся в процессе всего цикла работы. Но в течение рабочего периода сам ПЭ является источником помех и дополнительных потерь для сети.
Конструктивно силовые модули ПЭ для электротехнологических нагрузок выполняются на основе входных фильтров, выпрямителей, преобразователей частоты, высоковольтных трансформаторов и систем управления.
Несмотря на широкую известность таких схем и достаточно развитую теорию их расчета и проектирования, эти методы не могут обеспечить создания адекватных моделей ПЭ показателям качества электроэнергии.
На современном этапе технического развития общества в индустриально развитых странах остро встала проблема электромагнитной совместимости (ЭМС) технических средств (ТС). В России принят ряд законов (в частности, Закон РФ от 01.12.1999 г. «О государственном регулировании в области обеспечения электромагнитной совместимости технических средств»), в которых отмечается необходимость в проведении научных и опытно-конструкторских работ по ЭМС. Но в силу сложившейся экономической ситуации, работы в этой области ведутся не достаточно. Стремление РФ войти в ЕС и ВТО требуют безотлагательного решения проблем ЭМС, поскольку без этого товарам российского производства путь на международные рынки закрыт. Отставание уже наносит экономике огромные потери, которые будут еще больше, когда РФ выйдет на мировой рынок с наукоемкой продукцией.
Из анализа отечественной и зарубежной литературы выявлено, что значительная часть работ российских ученых касается пассивных цепей и может быть использована только для синтеза отдельных узлов ПЭ, таких как фильтры, фазопреобразующие и уравновешивающие цепи. Достаточно полно проработаны методы оптимизации уже известных схем преобразователей, однако эти методы не дают новых структурных решений. Различные аспекты теории и практики формализованного синтеза схем ВП с заданными свойствами нашли отражение в трудах М.Е. Артеменко, Н.В. Гельмана, СП., Голембиовского Ю.М., Денисюка, В.Е. Тонкаля и др. ученых. В качестве инструмента синтеза ими использован граф изменения состояния (ГИС) и главная топологическая матрица (ГТМ), которые позволили получить ряд новых схем широтно-импульсных преобразователей напряжения. Кроме того, получение требуемых свойств преобразователей достигается априорным введением в будущую схему на этапе наполнения ГИС и ГТМ таких элементов, которые благодаря своим характеристикам заведомо обеспечивает необходимые свойства. Все это делает актуальной проблему разработки новых методов синтеза.
Поиск новых схем ПЭ зачастую ведется интуитивно на базе накопленного опыта разработчика, что не дает возможности подтвердить либо опровергнуть полноту рассматриваемых схемных решений, а также и не гарантирует оптимальности конечного продукта. Научно обоснованный синтез структур управляемых преобразователей электроэнергии (ПЭ) является одной из наиболее сложных и наименее решенных проблем современной преобразовательной техники.
Исследования в области электросепарации сыпучих веществ, рассмотренные в работах отечественных и зарубежных ученых, сводятся к выводу эмпирических формул для различных видов электросепараторов. Рассмотрено влияние различных размеров и свойств сыпучих веществ, а также геометрических параметров частиц на качество электросепарации. На сегодняшний день описана модель электросепарации в электрическом поле для одной сферической и элипсообразной частицы. Однако поведение большого количества частиц в поле коронного разряда не изучено.
Существенным недостатком существующих математических моделей нагрузок является невозможность определения параметров нагрузки электросепаратора, таких как емкость системы электродов, значения напряженности в различной точке межэлектродного промежутка, значения электрического смещения и т.д. Существующие модели позволяют определять лишь геометрические параметры системы электродов в статике, исходя из начального напряжения или напряженности электрического поля при однородной среде в межэлектродном промежутке, т.е. модель не учитывает постоянную смену веществ внутри промежутка с постоянно меняющейся скоростью и зарядом частиц.
Основания для выполнения работы. Диссертационная работа выполнена в Башкирском государственном аграрном университете по плану научно-исследовательских работ университета.
Целью выполнения диссертационной работы является разработка методов и моделей анализа и синтеза преобразователей энергии для сепарации сыпучих материалов, обладающих улучшенными технико-экономическими показателями и соответствующих требованиям электромагнитной совместимости. Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
Разработать на основе единой методологии математические модели коронного разряда, позволяющие проводить анализ и синтез преобразователей энергии.
Разработать математические модели, включающие в себя: модели функционирования сложных электротехнических систем сепарации сыпучих материалов; модели синтеза преобразователей энергии, обеспечивающие электромагнитную совместимость; модели оценки влияния схемных решений преобразователей энергии на выходные характеристики.
Разработать методики оптимизации параметров элементов преобразователей энергии.
Разработать программное обеспечение исследования преобразователя энергии для сепарации сыпучих материалов, позволяющие оценить эффективность разработанных методов и моделей.
Выполнить экспериментальные исследования для проверки достоверности и адекватности полученных теоретических положений и внедрения результатов теоретических и экспериментальных исследовании преобразователей энергии для электронно-ионных технологий в промышленность и учебный процесс.
Методы исследований. В диссертационной работе использовались математические методы дифференциальных и интегральных исчислений, булевой алгебры, метод конечных элементов, метод анализа иерархии, пакет схемотехнического моделирования Micro-Cap V, система компьютерного анализа ELCUT для моделирования электростатических процессов в поле коронного разряда и расчета параметров системы электродов.
На защиту выносятся:
Методология исследования электростатического поля коронного разряда в системах сепарации сыпучих веществ.
Математические модели, включающие в себя: модели функционирования сложных электротехнических систем сепарации; модели синтеза преобразователей энергии, обеспечивающие электромагнитную совместимость; модели оценки влияния схемных решений преобразователей энергии на выходные характеристики.
Методика параметрической оптимизации преобразователей энергии.
Программное обеспечение исследования преобразователей энергии для сепарации сыпучих материалов, результаты оценки эффективности предлагаемых методов и моделей.
Результаты экспериментальных исследований, включающие в себя: подтверждение адекватности полученных теоретических положений: внедрение результатов теоретических и экспериментальных исследований преобразователей энергии для электронно-ионных технологий в промышленность и учебный процесс.
Научная новизна. В результате выполнения диссертационной работы разработаны:
На основе единой методологии комплекс математических моделей электростатических полей, позволяющий исследовать: поведение отдельных частиц с различной формой и диэлектрической проницаемостью в однородном электрическом поле, созданным коронным разрядом; движение совокупности частиц в электростатическом поле, образованном системой электродов «провод-плоскость».
Метод структурного синтеза по критериям ЭМС, что позволило создать ПЭ, обладающий улучшенными технико-экономическими показателями.
Методика параметрической оптимизации ПЭ для ЭИТ оптимальных по обобщенному критерию.
Практическую ценность имеют:
Предложенная технология исследования поведения мелкодисперсных частиц в поле коронного разряда.
Разработанное программное обеспечение, реализующее предложенные методы и модели исследования сложных электротехнологических систем преобразователей энергии сепарации сыпучих веществ.
Результаты исследования преобразователей энергии, позволившие дать практические рекомендации по построению данных систем.
Внедрение результатов работы. Научные положения работы внедрены в учебном процессе в БГАУ и в производстве ГУП «Научно-исследовательский институт БЖД РБ».
Апробация работы. Основные положения работы были доложены и обсуждены на Международной молодежной научно-технической конференции «Интеллектуальные системы управления и обработки информации» в 1999 г. (г.Уфа), на Российской научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» в 2001 г. и в 2003 г. (г.Ульяновск), на всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерения в системах контроля и управления» в 2001 г. (г.Пенза), на 7-ой всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 59-летию РГРТА «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании» в 2002 г. (г. Рязань), на V Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права» в 2002 г. (г. Москва), на девятой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» в 2003 г. (г. Москва), на VII международном симпозиуме «Электротехника 2010» в 2003 г. (г. Москва), на Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы информатики и информационных технологий» в 2003 г. (г. Тамбов), на Республиканской научно-практической конференции молодых ученых и аспирантов «Аграрная наука в XXI веке» в 2003 г. (г.Уфа).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 9 статей, 4 тезиса, получено одно свидетельство о регистрации в отраслевом фонде алгоритмов и программ министерства образования РФ и информационно-библиотечном фонде РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 150 страниц основного машинописного текста, 76 рисунков, список литературы из 104 источников.
1 АНАЛИЗ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ИОННОЙ
ТЕХНОЛОГИИ
Электротехнологические процессы характеризуется как энерго- и ресурсосберегающие технологии, охватывающие широкий спектр использования различных форм газового разряда в качестве инструмента воздействия на обрабатываемый материал.
Особенностью газового разряда как нагрузки управляемых преобразователей электроэнергии (ПЭ), является отсутствие накопления в нем электроэнергии при различных режимах работы. При этом ПЭ должен обеспечивать лишь одностороннюю передачу энергии из первичной сети в нагрузку.
При выборе способа и метода построения ПЭ ориентируются на его выходную характеристику и необходимость поддерживать в течение длительного времени непрерывный газовый разряд при заданных параметрах процесса.
Критерии синтеза преобразователей энергии
Кроме того, непроводящие частицы удерживаются на поверхности барабана силами зеркального отображения вплоть до удаления их с помощью скребка. В результате разделение проводящих и непроводящих материалов происходит на разных сторонах поверхности барабана, что обеспечивает более селективное отделение проводников от непроводников.
Лотковые наклонные электростатические сепараторы. На рис. 1.9 представлена конструкция лоткового наклонного электросепаратора. Данные типы сепараторов нашли широкое применение при разделении титаносодержащих руд. Сепарируемые материалы из бункера 1 попадают на наклонную плоскость, расположенную под углом 20...42 к горизонтали. Скользя по заземленному лотку сначала в поле коронного разряда, создаваемом между электродами 3 и 2, а затем в электростатическом поле, образуемом электродами 4 и 2, проводящие частицы рутила заряжаются положительно и концентрируются в верхней части слоя. Непроводящие частицы циркона заряжаются отрицательно и концентрируются в нижней части слоя. Электростатическое поле способствует лучшему разделению частиц. Для лучшего разделения частиц минералов под наклонной плоскостью размещают дополнительный отклоняющий электрод 5, на который подают высокое напряжение положительной полярности.
На процесс сепарации существенно влияют длина и угол наклона заземленного электрода 2. Для уменьшения влияния адгезионных сил и контактного сопротивления между поверхностью заземленного электрода и частицами пластинчатый электрод изготавливается из графитосодержащего материала. Производительность сепаратора достигает Q = 3 т/м-ч. Для барабанных и лотковых сепараторов удельная электропроводность разделяемых материалов должна отличаться на 2.. .4 порядка. Трибоэлектростатическая сепарация. Для разделения материалов, имеющих низкую электропроводность и различающихся трибоэлектрическими зарядами, электризацию частиц производят: либо при трении частиц между собой, либо при трении частиц о специальную поверхность трибоэлектризующего элемента. У барабанного трибоэлектростатического сепаратора зарядка частиц разделяемых материалов осуществляется на наклонной плоскости за счет трибоэлектризации при их контакте с поверхностью плоскости.
Камерные электростатические сепараторы свободного падения. После зарядки разделяемый материал поступает из дозатора в зону с электростатическим полем. Поле создается вертикально расположенными некоронирующими электродами. Падая вниз под действием сил тяжести, частицы отклоняются в сторону электродов под действием кулоновских сил. На начальном участке движения они заряжаются и приобретают горизонтальную составляющую скорости. В результате движения в горизонтальном направлении и под действием силы тяжести частицы достигают приемных отсеков, причем место осаждения зависит от их массы, а при частицах из одного материала - от их размеров. В правой части приемника собираются мелкие частицы, а в левой - самые крупные.
Пироэлектрическая сепарация. Некоторые кристаллические материалы при нагреве и резком охлаждении электризуются. При нагревании смеси частиц из разнородных материалов некоторые из них заряжаются положительно, другие - отрицательно. Пропуская термически обработанный порошок между электродами, создающими электрическое поле, разделяют его по компонентам.
Диэлектрическая сепарация. Диэлектрическая сепарация основана на различии в значениях и направлениях пондеромоторных сил, действующих на поляризованные частицы твердых тел в неоднородном электрическом поле. Пондеромоторная сила равна [4, 5, 6, 7]: где Єї - относительная диэлектрическая проницаемость частицы; 2 - относительная диэлектрическая проницаемость среды; а - радиус сферической частицы;
В диэлектрических сепараторах разделяемый дисперсный материал подают в неоднородное электрическое поле, создаваемое электродами различной конфигурации [4, 5]. Разделение осуществляют в жидкой, реже в воздушной, непроводящей среде. Поведение частиц определяется разностью диэлектрических проницаемостей частицы Є] и среды єг. В том случае, когда / 2 частица втягивается в область с наибольшей напряженностью электрического поля; если же є і є2 частица выталкивается из этой области.
Обработка семян и растений. Воздействие электрического тока на растения стимулирует их жизнедеятельность при выращивании в сооружениях защищенного грунта, вызывает электроплазмолиз зеленой массы.
Электростимуляция (предпосевная обработка) семян необходима для увеличения энергии их прорастания, всхожести, урожайности культур, устойчивости к неблагоприятным погодным условиям, сокращения вегетационного периода. При возбуждении семян усиливается деление клеток, повышается влагопоглащение и компенсируется недостаточное воздействие и компенсируется недостаточное воздействие природных электрофизических факторов (солнечной радиации, температуры и т.д.).
Коллективные процессы в поле коронного разряда
Плотность энергии внутри этой частицы очень мала, а на его внешней границе очень велика, соответственно и заряд полученный этой частицей также очень велик. В районе частиц с небольшой диэлектрической проницаемостью электрическое поле незначительно искажается, а плотность энергии вокруг таких частиц невысокая. Из рис.2.17 видно, что в диапазоне от є=1 до =5 величина смещения меняется значительно от 0 до 10 10"7 Кл/м2. Затем увеличение диэлектрической проницаемости почти не влияет на рост величины электрического смещения. Соответственно, заряд, накапливаемый частицами с малой диэлектрической проницаемостью, оказывается весьма несущественным и при очень малой диэлектрической проницаемости (є 2) заряжается в противоположную сторону. .
Анализ графиков на рис.2.21 показал, что увеличение размеров частиц с низкой диэлектрической проницаемостью (е 2) величина электрического смещения увеличивается весьма незначительно и при уменьшении размеров стремиться к нулю.
Для частиц с высокой диэлектрической проницаемостью при размере частицы более 2 мм величина электрического смещения стабилизируется и практически не уменьшается и при уменьшении размеров частиц (h 2 мм) существенно возрастает до достижения максимального заряда.Из рис.2.22 видно, что для частиц с различной диэлектрической проницаемостью величина электрического смещения при уменьшении расстояния частиц до коронирующего электрода увеличивается. На рис.2.23 представлены графики соотношения электрических сил частиц сферической и неправильной формы при равной их площади от относительного размера межэлектродного расстояния и размера частицы.
Из графика видно, что на частицы неправильной формы, с малой диэлектрической проницаемостью (Е 20%), электрические силы существенно превышают электрические силы, действующие на частицу сферической формы. Увеличение диэлектрической проницаемости частиц приводит к уравниванию сил, т.е. на частицы с диэлектрической проницаемостью є«20±5% силы примерно одинаковые. При увеличении диэлектрической проницаемости происходит увеличение электрических сил, действующих на сферическую частицу и к уменьшению электрических сил, действующих на частицу неправильной формы.
Причем силы «стабилизируются» при увеличении диэлектрической проницаемости и значение сил для частиц сферической формы превышает силы частиц неправильной формы в 2 раза.
Наиболее важным фактором при сепарации материалов является соотношение электрических сил и сил тяжести. Т.к. большинство материалов имеют существенно различающиеся удельные плотности, то и масса таких материалов существенно различается. Следовательно, необходимо сравнивать не только соотношение электрических сил для частиц с различной физической природой, но и соотношение их к силам тяжести. На рис.2.24 показаны графики соотношения сил сферической частицы с различной физической природой от относительного размера межэлектродного расстояния. Из графиков видно, что для трех различных материалов: дерева, мрамора и стекла пресечение кривых сил тяжести и электрических сил происходит примерно в одном месте при относительных размерах частиц d/h=0,136.
При больших размерах частиц или меньшем межэлектродном расстоянии электрическая сила превышает силу тяжести до определенного значения d/h=0,147. На данной границе происходит разделение частиц на проводящие и непроводящие. Непроводящие частицы, имеющие низкую диэлектрическую проницаемость приобретают противоположный заряд, тем самым уменьшая кулоновские силы, действующие на частицу электрическим полем.
На рис.2.25 показано соотношение сил частицы неправильной формы с различной физической природой от относительного размера межэлектродного расстояния и размера частицы. Из графиков видно, что такая же картина, как и для сферических частиц, повторяется и для частиц неправильной формы.
Представим значения соотношения электрических сил и сил тяжести для различных видов материалов в виде таблицы 2.1. В таблице указаны значения относительных размеров частиц от межэлектродного расстояния, при котором значения электрических сил превышают значения сил тяжести у различных материалов. Данная таблица показывает относительные размеры частиц от размеров электродов, которые необходимо задавать для сепарации соответствующего материала.
Структурный синтез силовых модулей
Проблемы электромагнитной совместимости вентильных преобразователей с техносферой и биосферой являются составными частями актуальных экологических проблем, так как обусловлены электромагнитными "загрязнениями" среды. Электромагнитная совместимость (ЭМС) полупроводниковых преобразователей (1111) и других элементов судовых электроэнергетических систем (СЭС) - способность одновременно функционировать без нарушения заданного режима системы с сохранением технических и эксплуатационных характеристик ее элементов. Под электромагнитной совместимостью электротехнического оборудования вообще понимается его способность нормально функционировать при наличии непреднамеренных кондуктивных (из питающей сети) и индуктивных (из окружающей среды) электромагнитных помех и при этом не создавать недопустимых помех для питающей сети и окружающей среды. Отсюда видны три вида проблем электромагнитной совместимости.
Во-первых, проблемы качества электрической энергии питающей сети и проблемы обратного влияния вентильных преобразователей на сеть. Во-вторых, проблемы эмиссии вентильными преобразователями электромагнитных помех в окружающую среду с воздействием на другие технические и биологические системы.
В-третьих, проблемы резистентности прежде всего управляющей части вентильных преобразователей к индуцированным электромагнитным помехам из окружающей среды, то есть проблемы помехоустойчивости.
Как известно, синтез подразделяется на структурный, параметрический и смешанный. При проектировании электротехнологических систем первоочередной задачей стоит структурный синтез, т.к. первоначально формируем структуру нового устройства. Структурный синтез осуществляется выбором структуры по известным структурным моделям существующих устройств. Из представленных моделей выбираем наиболее приемлемые.
Как было описано выше, преобразователь энергии электротехнологических нагрузок состоит из нескольких основных блоков: входного низкочастотного фильтра, выпрямителя, преобразователя частоты (инвертора), системы управления и высокочастотного высоковольтного трансформатора. Структурный синтез заключается в определении структуры преобразователя по его характеристикам, т.е. для каждого отдельного блока преобразователя выбираем структуру, для которой строим выходные характеристики. На основании полученных характеристик определяем правильность выбранной структуры данного блока.
В таблице 3.4 представлена классификация электрических фильтров. Помимо фильтров представленных в таблице 3.4 существуют также другие типы фильтров являющиеся производными от представленных. Задача структурного синтеза состоит в том, чтобы
Так как источник питания разрядно-импульсных технологий, представленный на рис.3.3, подключается к источнику напряжения (ТП) со схемой включения звезда и нулевым выводом, то согласно ГОСТ 13109-97 в сети присутствуют нечетные гармоники кратные трем. Для номинального напряжения U„0M = 0,38 кВ значение коэффициента 3-ой гармонической составляющей напряжения составляют кз=5, 9-ой гармонической составляющей к9=1,5, 15-ой гармонической составляющей ki5=0,3, 21-ой гармонической составляющей k2i=0,2.
Из таблицы видно, что для схемы источника питания разрядно-импульсных технологий, показанной на рис.3.4. электромагнитный коэффициент, учитывающий активные потери в преобразователе с изменением частоты и амплитуды высших гармоник практически не меняется, а технологический коэффициент, наоборот, с увеличением частоты растет.
На первом графике показаны высшие гармоники и их амплитуды на входе фильтра, соответствующие предельно допустимым значениям по ГОСТ 13109-97 для схемы соединения звезда с нулевым выводом. Первое значение на стрелке означает частоту гармоники, а значение через запятую амплитудное значение данной гармоники. На втором графике показаны частотные характеристики на выходе фильтра. Из графиков видно, что амплитудные значения высших гармоник на выходе фильтра уменьшились.
Влияние системы управления на выходные характеристики силового модуля
Микросхема TL494 представляет из себя ШИМ-контролер импульсного источника питания, работающий на фиксированной частоте, и включает в себя все необходимые для этого блоки. Встроенный генератор пилообразного напряжения требует при установке частоты только двух внешних компонентов R и С. Частота генератора определяется по формуле:
Модуляция ширины выходных импульсов достигается сравнением положительного пилообразного напряжения, получаемого на конденсаторе С, с двумя управляющими сигналами (см временную диаграмму). Логический элементы ИЛИ-НЕ возбуждает выходные транзисторы Q1 и Q2 только тогда, когда линия тактирования встроенного триггера находится в НИЗКОМ логическом состоянии. Это происходит только в течение того времени, когда амплитуда пилообразного напряжения выше амплитуды управляющих сигналов. Следовательно, повышение амплитуды управляющих сигналов вызывает соответствующее линейное уменьшение ширины выходных импульсов. Под управляющими сигналами понимаются напряжения производимые схемой регулировки мёртвого времени (вывод 4), усилители ошибки (выводы 1,2, 15, 16) и цепью обратной связи (вывод 3).
Вход компаратора регулировки мертвого времени имеет смещение 120мВ, что ограничивает минимальное мертвое время на выходе первыми 4% длительности цикла пилообразно напряжения. В результате максимальная длительность рабочего цикла составляет 96% в том случае, если вывод 13 заземлен, и 48% в том случае, если на вывод 13 подано опорное напряжение.
Увеличить длительность мертвого времени на выходе, можно подавая на вход регулировки мертвого времени (вывод 4) постоянное напряжение в диапазоне 0..3,ЗВ. ШИМ-компаратор регулирует ширину выходных импульсов от максимального значения, определяемого входом регулировки мертвого времени, до нуля, когда напряжение обратной связи изменяется от 0,5 до 3,5В. Оба усилителя ошибки имеют входной диапазон синфазного сигнала от -0,3 до (Vcc-2,0)B и могут использоваться для считывания значений напряжения или тока с выхода источника питания. Выходы усилителей ошибки имеют активный ВЫСОКИЙ уровень напряжения и объединены функцией ИЛИ на неинвертирующем входе ШИМ-компаратора. В такой конфигурации усилитель, требующий минимального времени для включения выхода, является доминирующим в петле управления. Во время разряда конденсатора С на выходе компаратора регулировки мертвого времени генерируется положительный импульс, который тактирует триггер и блокирует выходные транзисторы Q1 и Q2. Если на вход выбора режима работы подается опорное напряжение (вывод 13), триггер непосредственно управляет двумя выходными транзисторами в противофазе (двухтактный режим), а выходная частота равна половине частоты генератора. Выходной формирователь может также работать в однотактном режиме, когда оба транзистора открываются и закрываются одновременно, и когда требуется максимальный рабочий цикл не превышающий 50%. Это желательно, когда трансформатор имеет звенящую обмотку с ограничительным диодом, используемым для подавления переходных процессов. Если в однотактном режиме требуются большие токи, выходные транзисторы могут работать параллельно. Для этого требуется замкнуть на землю вход выбора режима работы ОТС, что блокирует выходной сигнал от триггера. Выходная частота в этом случае будет равна частоте генератора.
Микросхема TL494 имеет встроенный источник опорного напряжения на 5,0В, способный обеспечить вытекающий ток до ЮмА для смещения внешних компонентов схемы. Опорное напряжение имеет погрешность 5% в диапазоне рабочих температур от 0 до 70С.
Система управления (СУ) выбрана с самовозбуждением, т.к. обладает рядом преимуществ по отношению к другим СУ. Во-первых, она не требует дополнительного источника питания, а питается непосредственно от преобразователя частоты. Во-вторых, позволяет регулировать частоту импульсов с помощью подстроечного конденсатора в широком диапазоне от 45 кГц до 75 кГц.
На рис. 4.6 представлены кривые токов на базах биполярных транзисторов. Как видно из рисунка импульсы находятся в противофазе. В качестве транзисторов выбраны транзисторы типа С3832 (Ql, Q2): напряжение 11эк 500 В, ток Ьк 5 А. В качестве обратных диодов выбраны диоды типа 1N3016A (D9, D10) с максимальным током 5 А и напряжением пробоя 500 В.
Управляющие импульсы с ШИМ контроллера подаются не напрямую через повышающий трансформатор, а через колебательный контур, в состав которого входят: конденсатор С9, резистор R15 и диод D11 (рис.4.5). Колебательный контур позволяет более точного и уверенного дозировать электроэнергию, подаваемую на базу транзистора.
На рис. 4.7 показаны графики напряжения на выходе инвертора и напряжение на нагрузке. Данная система управления моделирует импульсы с частотой 61 кГц.
