Разработка блока рекуперации

Невозможно представить ДПТ, работающим в динамическом режиме без блока рекуперации. Рекуперация - процесс возвращения энергии в электрическую сеть или ее рассеивание с целью отвода излишней энергии из системы, сохраняя ее целостность. Блок рекуперации должен состоять из блока мощных резисторов, которые будут рассеивать энергию, переводя ее из энергии электрической в тепловую, и блока конденсаторов, запасающих напряжение и сглаживающих резкие выбросы, всплески. Также необходимо разработать систему, позволяющую включать блок рекуперации в цепь при превышении значения определенного напряжения, а также защитить источник напряжения от скачка напряжения, с целью его сохранности.

Для защиты источника напряжения, который питает обмотку якоря двигателя, поставим в его выходную цепь уже известную нам диодную сборку 2Д678АС93. Так как одна диодная сборка рассчитана на протекание тока всего в 60А, то включим две в параллель для увеличения возможного проходного тока в два раза, то есть до 120А. Рисунок 47 демонстрирует данное включение.

Рисунок 47. Защитные диоды по источнику напряжения двигателя

 

Предположим, что блок рекуперации должен включаться при превышении номинального напряжения, который выдает источник напряжения, в два раза. То есть если источник питания выдает 50В, то включение рекуперации в схему произойдет при превышении напряжения источника питания в несколько раз. Отслеживать превышение напряжение можно с помощью инструментального усилителя 1463УБ1У, который участвовал в блоке защиты СТК по перенасыщению. Дифференциальный вход для 1463УБ1У организуем относительно катода диодной сборки 2Д678АС93 и анода. Дифференциальное напряжение будет сниматься через делитель напряжения. Напряжение с инструментального усилителя должно приходить на драйвер управления затворов СТК, уже применяющейся ранее микросхемы 1474ХХ3Т, но так как данная микросхема открывает СТК, которые и будут подключать блок рекуперации, только по низкому логическому уровню, то дополнительно после инструментального усилителя 1463УБ1У поставим компаратор, с обязательным условием напряжения питания от 15В и выше. При расчете примем, что напряжение на катоде, при котором СТК откроются и начнут «сливать» энергию будет равно 120В, при напряжении с источника питания в 50В. Тогда на инструментальный усилитель, с учетом делителя напряжения, выбранного резисторами номиналами 27 кОм и 1.8 кОм (Рисунок 48)  придет дифференциальное напряжение рассчитанное ниже

; (61)

Заложим усиление инструментального усилителя равным 6, по формуле (49) вычисляем значение добавочного резистора и получаем номинал 10 кОм. Так как при значении коэффициента усиления 6 произведение  выходит за пределы напряжения питания микросхемы инструментального усилителя, то воспользуемся выводом  усилителя. Поднимем опорное напряжение до значения 3В, получим дифференциальное напряжение входа усилителя относительно опорного напряжения равным 1.65В. Учитывая коэффициент усиления 6 получим выходное напряжение . На дифференциальную линию устанавливаем конденсатор емкостью 1 нФ для устранения нежелательных колебаний напряжения.

Выберем простой компаратор 1467СА1Т [23], с подходящим напряжением питания, УГО которое показано на Рисунке 48.

Рисунок 48. УГО компаратора 1467СА1Т

 

Назначение выводов приводится в Таблице 12.

Краткие электрические характеристики приведены в Таблице 13.

Таблица 12. Назначение выводов микросхемы 1467СА1Т

Номер вывода	Назначение	Обозначение
1	Выход	Out1
2	Вход инверсный	IN1-
3	Вход неинверсный	IN1+
4	Вывод питания отрицательный	0V
5	Вход неинверсный	IN2+
6	Вход инверсный	IN2-
7	Выход	Out2
8	Вывод питания положительный	Vcc

 

 

Таблица 13. Основные электрические характеристики компаратора 1467СА1Т

Наименование параметра, ед. изм.	Обозначение	Предельно допустимый режим		Предельный режим
		Не менее	Не более	Не менее	Не более
Напряжение питания, В -Однополярное	Ucc	5.0	30.0	-	36.0
-Двуполярное	-	±2.5	±15	-	±18
Дифференциальное входное напряжение, В	Uid	-	Ucc	-	Ucc
Выходное напряжение, В	Uo	-	Ucc	-	Ucc
Сопротивление нагрузки, кОм	Rl	7.5	-	7.5	-
Ток потребления, мА, при Ucc=5В	Icc	-	1.0	-	-

 

Для того, чтобы с выхода компаратора снять низкий логический уровень, необходимо на инверсный вход подать напряжение больше, чем на неинверсный вход. Подбираем резистивный делитель и от напряжения 15В получаем 10В, коммутируемые на неинверсный вход компаратора. Номиналы резисторов получаем равными 2.49 кОм и 7.5 кОм. Неиспользуемые входы компаратора тоже подтягиваем к каким-либо напряжениям во избежании генерации выхода микросхемы и соответственно увеличения тока потребления. Устанавливаем на выход нагрузку в 10 кОм подтягивающим резистором.

Далее включаем в схему драйвер СТК 1474ХХ3Т с такой же обвязкой, как и в драйвере СТК полного моста. Неиспользуемые выводы DESAT и SENS подтягиваем к общему проводу, а FB оставляем не коммутируемым. Транзисторные ключи используем 2П7160И, которые участвуют и в полном мосте.

Рекуперативные резисторы выберем номиналом 200 Ом мощностью 5 Ватт, соединив шесть таких резисторов параллельно в 4 каскада. Общая мощность рассеивания рассчитывается суммой всех мощностей резисторов. Таким образом получаем суммарную мощность равную 120 Ватт.

При резисторах в 200Ом суммарное сопротивление будет равно 133Ом, а выделяемая мощность при напряжении в 120В будет равняться примерно 100Вт. Соответственно блок резисторов выбран верно.

Блок конденсаторов соберем на электролитическом конденсаторе емкостью 470 мкФ, рассчитанный на напряжение 250В и пяти конденсаторах емкостью 0.15 мкФ, рассчитанные также на 250В.

Полученная схема отображена на Плакате 1.