Задатчик интенсивности должен обеспечивать потенциальную развязку от напряжения сети

1. Задатчик интенсивности должен обеспечивать потенциальную развязку от напряжения сети.

2. Время нарастания температуры 32 сек.

Потенциальную развязку обеспечивает трансформатор с коэффициентом передачи К_П на входе задатчика.

Время нарастания температуры обеспечивает схема интегратора собранная на операционном усилителе.

Произведем расчет навесных элементов операционного усилителя в задатчике интенсивности.

Из графика задания найдем приблизительные коэффициенты пропорциональности резисторов R2 R3 R4 :

Кт = Dt / DU

Dt - изменение температуры на одном участке

DU - изменение напряжения на том же участке

Кт1 = 20 / 100 = 1.25

Кт2 = 35 / 100 = 0.35

Кт3 = 25 / 20 = 0.2

При ступенчатой подаче на задатчик интенсивности 220 (В) в работу включаются сразу все резисторы (R2, R3, R4). Примем их параллельное сопротивление равным R_{третьего} = 4.7 Ком .

Тогда параллельное сопротивление резисторов R2 и R3 можно вычислить по формуле :

R_{второго} = n1×R_{третьего} = 1.679 10^-4

где n1 = Кт3 / Кт2

Найдем величину сопротивления R2 :

R2 = n2 ×R_{второго} = 2.937 10⁴

где n2 = Кт2 / Кт1

Выберем из ряда резисторов стандартный номинал R2 = 30 Ком

R_{второго} = R2 / n2 = 1.714 10⁴ Ом

Найдем величину сопротивления R3 :

R3 = R2 ×R_{второго} / (R2 - R_{второго}) = 4 10⁴

Выберем из ряда резисторов стандартный номинал R3 = 43 Ком

Найдем величину сопротивления R4 :

R4 = R_{второго} ×R_{третьего} / (R_{второго} - R_{третьего}) = 6.427 10³

Выберем из ряда резисторов стандартный номинал R3 = 6.2 Ком

По получившимся номиналам резисторов посчитаем их общее сопротивление R_{третьего} = 4.6 10³ .

Определим величину емкости конденсатора в обратной связи операционного усилителя из условия :

R_{третьего} ×C = 32 сек

где R_{третьего} - общее сопротивление резисторов R2, R3, R4.

С = 32 / R_{третьего} = 0.00694 Ф.

Выберем из ряда конденсаторов стандартный номинал

С = 6800 мкФ.

Величина резистора R1 и типы стабилитронов зависят от выходного напряжения трансформатора. Примем выходное напряжение трансформатора U_вых = 6 В, при входном напряжении U_вх = 220 В.

Значит коэффициент трансформации Ктр = 6 / 220 = 0.0273.

Выберем выпрямительный диод Д12А со следующими параметрами: I_пр = 100 мА , U_пр = 1 В, U_обр = 50 В.

Учтем падение напряжения на выпрямительном диоде

Тогда при Uвх = 100 В U_вхоу = 1.9 В

при Uвх = 200 В U_вхоу =4.7 В

Выберем стабилитроны для требуемых напряжений:

КС119А Uст = 1.9 В Iст = 10 мА

КС147Г Uст = 4.7 В Iст = 10 мА

Коэффициент усиления операционного усилителя сделаем равным двум, чтобы операционный усилитель не вошел в насыщение. Тогда U_выхоу = 10 В.

Конденсатор на входе операционного усилителя должен быть достаточно большой емкости, чтобы сгладить пульсации напряжения с выхода выпрямительного диода.

Примем емкость конденсатора С2 = 2200 мкФ.

 

6. Датчик температуры

+15B

R2

-15B R3

R4

R1 R5

VD

По заданию на курсовой проект датчик температуры должен быть выполнен на диоде. Выбран маломощный выпрямительный диод Д106 с параметрами I_прср = 1 мА ; Т _мах = 125⁰ .

Резистором R1 задает ток через диод .

R1 = Un / I_прср = 15 Ком

Подаем на вход операционного усилителя опорное напряжение через резисторы R3 и R2 .

Зададим падение напряжения на резисторе R2 = 5 В , что соответствует сопротивлению R2 = U / I = 15 / 0.0001 = 150 Ком. Но резистор подстроечный и, следовательно, для удобства регулировки нужен номинал в два раза больше. Примем сопротивление резистора R2 = 300 Ком.

Зададим падение напряжения на резисторе R3 U = 9 В при токе через него I = 0.00001 А.

R3 = U / I = 900 Ком

Выберем из ряда резисторов стандартный номинал R3 = 910 Ком.

Из расчета задатчика интенсивности видно, что при максимуме задания на выходе датчика температуры должно быть +10 В.

Соответственно подберем коэффициент усиления операционного усилителя и номиналы резисторов во входной ветви и в ветви обратной связи.

Изменение падения напряжения на диоде составляет 2 (мВ/С⁰) , на всем рабочем участке это изменение падения напряжения составит 0.18 В. Это и будет максимальное входное напряжение.

Тогда найдем коэффициент усиления К = Uвых / Uвх = 55.56 .

По этому значению подберем сопротивления R5, R4 .

Резистор R5 возьмем переменный для компенсации ошибок задания, которые возникают из-за разбросов параметров элементов схемы.

Примем величину сопротивления R5 = 10 Ком.

Тогда R4 = 5000 × 55.56 = 277 Ком .

Выберем из ряда резисторов стандартный номинал R4 = 270 Ком.