Дипломная работа: Стабилизатор тока электродиализатора

Задания входного напряжения нужной формы и амплитуды был использован источник синусоидального напряжения V1 с параметрами: Амплитудное значение 70 В и частота 50 Гц, последовательно соединенный с математическим элементом ABS, представляющий из себя математический операционный модуль, на выходе которого мы получали выпрямленное напряжение с частотой 100 Гц и средним значением 50 В. Система управления представляет собой формирователь импульсов, генератор линейно-изменяющегося напряжения, источник опорного напряжения, сумматоры и ПИД регулятор. Генератор линейно-изменяющегося напряжения V2 имеет параметры:

- напряжение нижнего уровня V0 – 0 В;

- напряжение высокого уровня V1 – 2.5 В;

- время задержки TD – 0 c;

- время нарастания фронта TR – 24.9 мкс;

- время спада фронта TF – 0.1 мкс;

- длительность импульса PW – 0 c;

- длительность периода PER – 25 мкс.

Источник опорного напряжения представлен источником постоянного напряжения V3 и значением 2.5 В. В ПИД регуляторе числитель задает усиление, а знаменатель представлен в виде интегрирующего звена.

Моделирование проводится путем изменения нагрузки от холостого хода до короткого замыкания, при этом учитывается сопротивление токового шунта и снятия показаний выходного тока с шунтирующего резистора. Значения снятые с шунтирующего резистора подставлялись в формулы 3.23 и 3.24 для определения среднего значения тока и напряжения.

(3.25)

(3.26)

В таблице 3.2 приведены результаты расчетов для построения нагрузочных характеристик, где R_n диапазон изменения сопротивления нагрузки, I_sr среднее значение тока, U_sr среднее значение напряжения.

Таблица 3.2 - Результаты расчетов

Rn	Isr	Usr	Isr	Usr	Rn	Isr	Usr	Rn	Isr	Usr
0	45
200	0,2	45
100	0,429	45	0,714	45	100	1	45	100	1	45
15	2,943	45	9	4	45	15	2,8	44,6
11	4	44,94	5	8,8	44,5	11	3,8	43,7
9	4,886	44,842	4,914	45	3	14,6	44,4	9	4,5	43,3
7	6,314	44,721	2,5	7	6	42,2
5	8,771	44,664	8,886	44,74	2	21,6	43,9	5	8,2	41,7
3	14,686	44,571	1,5	28	42,9	3	13,1	39,7
1	42,971	44,475	42,514	44	1,4	29,4	42,2
0,85	50,143	44,376	1,3	1,5	20	30,7
0,8	53,229	44,446	49,571	41,392	1,1	34	38,5
0,75	56,514	44,364	1	34,7	35,9
0,7	60,086	44,163	50,914	37,422	0,85	36,7	32,5	1,1	22,6	25,7
0,65	63,629	43,586	0,8	37	30,9	1	23,1	23,9
0,637	64,543	43,373	51,8	34,81	0,7	37,9	27,8	0,7	25,1	18,4
0,6	65,657	41,692	0,6	39,4	25	0,6	25,9	16,4
0,55	66,343	38,811
0,5	67	35,845	53,571	28,661	0,5	40	21,4
0,45	67,8	32,883
0,4	68,514	29,804	54,829	23,85	40,7	17,7	0,4	27,2	11,8
0,35	68,943	26,543
0,3	69,371	23,239	55,543	18,607	41,7	14
0,25	69,743	19,877
0,2	70,086	16,47	55,886	13,133	41,8	9,8
0,15	70,429	13,029
0,1	70,571	9,527	56,343	7,606	42,4	5,7
0,05	70,714	6,011
Продолжение Таблицы 3.2 - Результаты расчетов
Rn	Rn	Rn	Rn	Rn	Rn	Rn	Rn	Rn	Rn	Rn
0,001	70,943	2,5554	56,6	2,038	42,429	1,5	0	28,3	1
71,2	0

После полученных результатов были построены графически нагрузочные прямые и представлены на рисунке 3.5.

По полученным нагрузочным характеристикам можно увидеть, что разрабатываемый преобразователь является источником тока в диапазоне требуемого изменения выходного напряжения удовлетворяет требованиям технического задания.

Так же нужно отметить, что форма выходного тока при разных относительных длительностях импульса управления не изменяется, а только меняет свою амплитуду. Это хорошо видно на рисунке 3.6.

При построении диаграмм сопротивление нагрузки оставалось неизменным. Пульсации возрастают при уменьшении относительной длительности импульса, и максимальные пульсации будут при относительной длительности импульса равной 0.5.

3.3 Расчет параметров и выбор элементов системы управления

Система управления источника должна выполнять несколько функций:

– формирование алгоритма работы ключей инвертора;

– отслеживание и стабилизация выходного тока;

– защита от перегрева прибора.

3.3.1 Расчет и выбор датчика выходного тока

Основной задачей источника является стабилизация заданного значения тока. Для этого требуется знать значение тока в выходной цепи источника. Существует несколько распространенных типов датчиков тока:

- токовый шунт;

- датчик тока на основе эффекта Холла.

Токовый шунт устанавливается последовательно в цепь протекания тока, поэтому на нем рассеивается около десяти ватт мощности, поэтому габариты такого датчика весьма велики. Кроме того, стоимость шунтов рассчитанных на токи в сотни ампер довольно высока и сопоставима со стоимостью без контактных датчиков на эффекте Холла. Поэтому применение шунта становится не выгодным.

Магнитные датчики тока на эффекте Холла гальванически развязаны с измеряемой цепью и, следовательно, потери на измерение тока будут ничтожно малы. Конструкция этих датчиков такова, что требуется пропустить провод с измеряемым током через отверстие в концентраторе магнитного поля. Это создает сложности при размещении всех компонентов на одной печатной плате.

Более дешевой и удобной альтернативой датчикам тока на эффекте Холла является датчик магнитного поля. Измерение тока датчиком магнитного поля происходит посредством преобразования магнитного поля, создаваемого тока, в напряжение, пропорциональное этому току. Существует два типа датчиков магнитного поля: магниторезистивные мосты и датчики на эффекте Холла. Магниторезистивные мосты обладают большей чувствительностью, чем датчики Холла. Однако по стоимости они сопоставимы с датчиками тока на эффекте Холла, которые имеют магнитный концентратор, а поэтому обладают больше чувствительностью. Датчики магнитного поля на эффекте Холла обладают не большой чувствительностью, но при достаточно больших значениях измеряемых токов этот недостаток не будет влиять на их работу. Стоят такие датчики в несколько раз дешевле других типов датчиков.

Выбираем датчик серии CSNT651 фирмы Honeywell[12]. С параметрами: