Таймер-регулятор потужності

 

 

 

Кафедра комп’ютерної інженерії

 

 

 

Курсова робота

з дисципліни «Комп'ютерна електроніка»

тема:

 «Таймер-регулятор потужності»

 

 

 

Виконав:

 

Керівник:

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗМIСТ ЗАВДАННЯ ТА КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН ЙОГО ВИКОНАННЯ  З ДИСЦИПЛІНИ «КОМП’ЮТЕРНА ЕЛЕКТРОНІКА»:

 

№ п. п	Зміст завдання	Термін виконання
1	Тема курсового  проекту: «Розробка та розрахунок підсилювача низької частоти»
2	Огляд літературних джерел	06.10.12
3	Характеристика  об’єкта ( пристрою). Опис структури ( пристрою) функціонування .	13.10.12
4	Обгартування в необхідності удосконалення пристрою	20.10.12
5	Область застосування пристрою.	27.10.12.
6	Аналіз існуючих пристроїв Опис існуючих подібних.	03.11.12
7	Порівняльна характеристика пристроїв	10.11.12
8	Побудова принципової  схеми пристрою	17.11.12.
9	Розрахункова  частина курсового проекту	01.12.12
10	Оформлення  пояснювальної записки	07.12.12.
11	Захист курсового  проекту	15.12.12

 

 

 

 

 

 

Дата видачі завдання:      ______________29.09.2012р.

        ^{підпис студента}

 

 

 

Керівник курсового проекту:          _______________//

 

НАЗВА ТЕМИ ПРОЕКТУ. ОБЛАСТЬ  ВИКОРИСТАННЯ

1. Назва теми проекту: «Таймер-регулятор потужності».
2. Область використання Таймера-регулятора потужності.
2. ПІДСТАВА ДЛЯ РОЗРОБКИ
1. Підставою для розробки та розрахунку таймера-регулятора потужності служить технічне завдання на курсовий проект з дисципліни «Комп’ютерна електроніка» згідно навчального плану.
2. Варіант технічного завдання визначається керівником проекту.
3. МЕТА ПРОЕКТУ
1. Мета проекту – отримання нових теоретичних знань і практичних навиків в області комп’ютерної електроніки та закріплення методології проектування таймера-регулятора потужності.
2. Проект повинен виконуватись на основі дискретних елементів із додержанням вимог діючих державних стандартів.
4. ПОЧАТКОВІ ДАНІ
5. Основні технічні данні: Розробити таймер-регулятор потужності. Розрахувати стабілізатор постійної напруги з випрямлячем:

Вихідна напруга Uвих. = 12.5±0.5 В

Коефіцієнт  стабілізації Кст = 200

Пульсації вихідної напруги U~m вих. = 0,006 В

Робоча температура  Т = 25±10ºC

Живлення від  мережі f = 50 Гц, напруга мережі Uвх. = 220В±10%

6. УМОВИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ
1. При виготовлені Таймера-регулятора потужності мають бути дотримані усі правила безпеки, охорони праці та навколишнього середовища згідно діючих стандартів ДСТУ.
7. ЕТАПИ ПРОЕКТУВАННЯ
1. Отримання технічного завдання від керівника проекту.
2. Огляд науково-технічної літератури по темі курсового проекту.
3. Побудова принципової схеми підсилювача низької частоти.
4. Розрахунок каскадів підсилювача низької частоти.

 

8. ПЕРЕЛІК ТЕКСТОВОЇ ТА ГРАФІЧНОЇ ДОКУМЕНТАЦІЇ
1. Технічне завдання.
2. Пояснювальна записка.
3. Схема електрична принципова.
4. Перелік елементів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АНОТАЦІЯ

 

В даній курсовій роботі була виконана робота над підсилювачем низької частоти, набуття практичних навичок побудови електронних схем та самостійної роботи з учбовою літературою, яка рекомендована при вивченні курсу.

 

АННОТАЦИЯ

 

В данной курсовой работе была выполнена работа над усилителем низкой частоты, приобретение практических навыков построения электронных схем и самостоятельной работы с учебной литературой, которая рекомендована при изучении курса.

 

ANNOTATION

 

In this term paper work was performed on the low frequency amplifier, practical skills of building electronic circuits and independent work training materials is recommended in the study course.

 

ЗМІСТ

 

                                                                           ВСТУП

 

У наш час наука і техніка не стоять на місці. З’являється одна технологія - не проходить і року, як з'являється інша. Ще більш ефективна , але вона складніша, а це означає, що і дорожча. Щоб конструкція та схема була простіше, наука йде далі.

І якщо поглянемо на ті ж телевізори, що з’явилися в минулому столітті, то можно побачити, що основна схема була побудована на лампах, а вага таких телевізорів була велика(десь 40-50 кг). Зараз ці ж телевізори легкі, а керувати ними (перемикати канали) можно не встаючи з крісла. Щоб користування телевізором було простіше, був розроблений пристрій регулювання.

Пристрої регулювання теж пройшли великий шлях в своєму розвитку. З початку це були механічні перемикачі. Далі з’явилися реле – це ті ж перемикачі, але спрацьовували вони вже без людини. Зараз вже є цілі схеми чи блок схем, у якому все працює автоматично, тільки треба задати певні параметри. Також є пристрої регулювання з таймером.

Один з них я вибрав в цьому проекті. Пристрій призначений для регулювання робочої температури електропечей, електроплит і інших подібних навантажень з великою тепловою інерцією. Але він може виконувати і інші функції – періодично з певною частотою і дірчатістю вмикати-вимикати світлову рекламу, світлові ліхтарики чи звукову сигналізацію.

Розробка регулятора потужності з таймером являється актуальною темою.

 

1 ОГЛЯД АНАЛОГІЧНИХ ПРИСТРОЇВ

 

Симісторний регулятор потужності.

Застосування симіторів у регуляторах потужності та в різноманітних автоматичних комутаторах утруднене із-за необхідності забезпечення порівняно великого струму управляючого електроду - 150 мА для симісторів серії КУ 208. Управління симістором постійним струмом вимагає великої потужності, а при імпульсному управлінні необхідний формувач, що забезпечує короткі імпульси в момент проходження мережевої напруги через «нуль» і загальний вивід, спільний з одним з мережевих провідників.

Простий регулятор, що не створює шуму.

Цей триністорний регулятор відноситься до пристроїв, в яких комутація триристорів відбувається в моменти переходу мережевої напруги через «нуль», а потужність регулюється зміною числа напівперіодів напруги, що підводиться до навантаження.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ВИБІР ТА ОБГРУНТУВАННЯ ПРОЕКТОВАНОГО ПРИСТРОЮ

 

Згідно ТЗ та на основі огляду аналогічних пристроїв таких, як симісторні регулятори потужності та регулятор потужності, не виробляючий  шумів, я вибрав Таймер-регулятор  потужності. Вибір цього пристрою обумовлений тим, що він відрізняється схемним рішенням вузла синхронізації з мережею; наявністю допоміжного таймера, формуючого імпульси з регулюючим, але залишаючись суворо кратним періоду напруги в мережі, періодом повторення. Час відновлення таймера після закінчення імпульсу значно зменшено за рахунок введення до кола розрядки часозадавального конденсатора додаткового польового транзистора. Вихідним симістором керує спеціалізований оптосимістор, що включає його строго в моменти близькості до нуля миттєвого значення мережевої напруги.

Схема таймера-регулятора зображена на рисунку 1.1. Вузол синхронізації  таймера з мережею виконаний  на здвоєному транзисторному оптроні SU1 і транзисторі VT3. Струм випромінюючих діодів оптрона обмежений резистором R5, від номіналу якого залежить мінімальна напруга в мережі, при якій вузол синхронізації ще працює. При вказаному на схемі номіналі - це 140 В.

Завдяки зустрічно-паралельному з'єднанню випромінюючих діодів: один з фоторезисторів оптрона SU1 відкритий в позитивних напівперіодах мережевої напруги, інший - в негативних. В результаті на “стиках” напівперіодів, коли відсутній струм через обидва випромінюючі діоди і закриті обидва фототранзистори, на колекторі транзистора VT3 утворюють імпульси тривалістю близько 0,1 мс. При необхідності їх тривалість можна змінити, підбираючи резистор R9.

Сформовані описаним чином синхроімпульси поступають на вивід 5 таймера DA1 і запускають зібраний на ньому одновібратор. Чутливість таймера до запускаючих імпульсів залежить від напруги на його виводі 2, заданого резистивним дільником R1R2. Конденсатор С1 подавляє імпульсні перешкоди і наводки.

Зарядка часозадавального конденсатора (залежно від положення  перемикача SA1- це С2 або С3) йде по лінійному закону завдяки стабілізатору  струму, зібраного на транзисторі VT1. Напругу на базі цього транзистора задано резисторами R3 і R4. Значення струму стабілізації залежить від сумарного опору постійного резистора R6 і змінного R7 в колі емітера транзистора. По закінченню сформованого одновібратором імпульсу черговий синхроімпульс запускає одновібратор повторно. Тому період повторення його імпульсів завжди рівний цілому числу напівперіодів мережевої напруги.

Для достатньо швидкої  розрядки часозадавального конденсатора великої ємності (С3) можливостей  внутрішнього транзистора таймера DD1 не вистачає. Більш того, при ємності конденсатора більш 22мкФ цей транзистор може вийти з ладу. З цих причин в одновібратор доданий р-канальний польовий транзистор VT2 з опором відкритого каналу не більше 0,175 Ом при струмі 11 А. Це дозволило з кроком в 10мс регулювати період повторення імпульсів одновібратора від мінімального (10мс) до декількох десятих секунди.

Логічні елементи DD2.1 і DD2.2 формують з імпульсів одновібратора  і мережевих синхроімпульсів  короткі одиночні імпульси з регульованим періодом повторення, які поступають на вхід лічильника DD3. Спільно з RS-тригером на елементах DD2.3 і DD2.4 лічильник служить генератором імпульсів з періодом повторення вдесятеро більшим від періоду повторення імпульсів одновібратора.

Високий рівень, встановлений в одному з кожних десяти тактів роботи лічильника на його вив. 3, переводить RS-тригер в стан з високим рівнем на виході елементу DD2.4. Через декілька тактів, число яких залежить від положення перемикача SA2, високим рівнем на виході (вив.6) елементу DD2.4 тригер буде знову в стані з низьким рівнем на виході.

Імпульси, сформовані тригером, подані на базу транзистора VT7, що служить підсилювачем їх потужності. У коло колектора цього транзистора  включено послідовно випромінюючий  діод симісторного оптрона SU2, сигнальний світлодіод HL1 (він дозволяє візуально контролювати роботу приладу при відключеному або недоступному для спостереження навантаженню) і резистор R19, що обмежує струм.

Оптрон МОС3083 відрізняється  від звичайних тим, що містить внутрішній вузол, що забезпечує відкриття його фотосимістора в моменти переходу прикладеної до нього змінної напруги через нуль, так що в ці ж моменти відкривається і потужний симістор VS1, включений в коло навантаження. Цим забезпечений низький рівень імпульсних перешкод, що створюються таймером-регулятором в мережі живляння. Диференцируюче коло C9R22 захищає симістор від відкриття кидками мережевої напруги.

Перемикач SA2 дозволяє змінити коефіцієнт заповнення (відношення тривалості до періоду повторення) імпульсів струму, що проходить через випромінюючий діод оптрона SU2 десятьма ступенями по 10 %. Такими ж ступенями змінюється і потужність, що виділяється на навантаженні. У нижньому (по схемі) положенні перемикача на виході елементу DD2.4 встановлений високий постійний рівень, що відповідає безперервно включеному навантаженню.

Змінюючи тривалість циклу регулювання потужності змінним  резистором R7, можна встановити її оптимальною  для конкретного навантаження. Якщо навантаженням служать лампи  розжарювання, вдається спостерігати цікаві світлові ефекти.

                                           3 РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

 

3.1 Розрахунок  стабілізатора напруги на трьох  транзисторах

 

Згідно до завдання на ДП необхідно розрахувати стабілізатор постійної напруги (рисунок 3.1)

 

Рисунок 3.1 - Схема електрична принципова стабілізатора на трьох транзисторах

 

Дані для розрахунку

1 Напруга на виході стабілізатора

 

Uвих. = 12.5 ±0,5 В

 

2 Нестабільність напруги на виході стабілізатора

 

Рст. вих. = 0,0005

3 Напруга на виході мережі

 

Uвх. = 220 ±10% В з частотою f = 50 Гц