Технологические параметры очистки щелочного электролита. Сущность метода электродиализа. Разработка функциональной схемы устройства. Расчет параметров и выбор элементов силовой части. Разработка алгоритма работы микроконтроллера системы управления.
Аннотация к работе
Величина этого сопротивления зависит: от температуры, от концентрации примесей в исходной воде, от производительности и режима работы и изменяется в широких пределах. Скорость электрохимических процессов в диализаторе прямо пропорциональна величине среднего значения тока, поэтому электродиализатор целесообразно питать от источника тока [1,2]. 1. Принципиальная схема установки концентрирования представлена на рисунке 1.1. Разработка функциональной схемы устройства 2.1 Выбор структуры силовой части Простейшая система питания электродиализатора представляет собой однофазный управляемый выпрямитель со средней точкой вторичной обмотки трансформатора, подключенный к его электродам. Среднее значение тока на нагрузке стабилизируется временем открытого состояния тиристоров. В схеме представлено два непосредственных преобразователя понижающего типа включенных параллельно, со сдвигом в 180 градусов, и работающих с одного входа на один выход. 2.2 Выбор структуры системы управления Для управления ключами в данном проекте используется принцип широтно-импульсной модуляции. Использование этих микросхем значительно упрощает систему управления, позволяет минимизировать потребляемую мощность и число вспомогательных источников питания системы управления, реализовать защиту по току силовых ключей и т.д. В конечном счете, использование интегральных микросхем позволяет снизить стоимость и повысить качество работы источника питания. Так же к недостаткам аналоговых схем управления нужно отнести повышенную чувствительность к кондуктивным и электромагнитным помехам возникающим в результате коммутации силовых элементов преобразователя.. В которых как и прежде функцию стабилизации выходного параметра тока, напряжения или мощности осуществляет аналоговая часть, а цифровой микроконтроллер осуществляет функцию задатчика через ЦАП для аналоговой части и осуществляет весь алгоритм работы: старт преобразователя, выход на режим, работа, отключение и т.д.. На сегодняшний день в системах управления источников электропитания нашли широкое применение цифровые сигнальные микроконтроллеры, DSP микроконтроллеры. Основным отличаем DSP микроконтроллеров от обычных является наличие MAK функций позволяющих реализовать алгоритмы цифровой обработки данных с АЦП и реализовать цифровые фильтры. Они отличаются от обычных микроконтроллеров тем, что имеют в своем составе быстродействующие модули АЦП и модуль ШИМ, содержащий все необходимые элементы для реализации управления (корректирующее звено, защита по току, формирователь импульсов и т.д.). Использование таких микроконтроллеров уменьшает количество дискретных аналоговых компонентов, время разработки и ее стоимость, повышают удобство настройки прибора. Поэтому в данном проекте будет использован один из таких специализированных микроконтроллеров - 56F8013 фирмы Freescale Semiconductor [6]. 3. Разработка электрической принципиальной схемы устройства 3.1 Расчет параметров и выбор элементов силовой части По техническим требованиям: - амплитуда входного напряжения ; - средний выходной ток ; - пульсации тока на частоте преобразования ; - частота преобразования . На вход преобразователя подается выпрямленное синусоидальное напряжение амплитудой 70В. Действующий ток на выходе преобразователя рассчитывается по формуле: (3.1) Мощность нагрузки рассчитывается по формуле: (3.2) Активное сопротивление рассчитывается по формуле: (3.3) Максимальный ток в нагрузке рассчитывается по формуле: (3.4) При равном распределении мощности в обоих каналах получим ток каждого канала по формуле: (3.5) Действующий ток нагрузки рассчитывается по формуле: (3.6) Максимальные пульсации тока будут при относительной длительности импульса равной 0.5 и рассчитываются по формуле: (3.7) Определим индуктивность дросселя по формуле: (3.8) 3.1.1 Расчет силового дросселя Выбираем Ш - образный сердечник из материала N87 фирмы Epcos [7]. В таблице 3.1. приведены эффективные параметры сердечника. Таблица 3.1 - Эффективные параметры C1, мм-1 Ae, мм2 Le, мм Ve, мм3 AL, нГн/N2 0.27 535 147 78600 526(N87) где C1 - коэффициент формы сердечника(Magnetic Core Factor); Ae - эффективная площадь сечения магнитопровода; Le - эффективная длина средней магнитной линии сердечника; Ve - эффективный магнитный объем; AL - индуктивность на виток. Преобразователе имеет два одинаковых канала которые делят средний ток по полам, поэтому максимальный средний ток в диодах будет равен: (3.17) очистка щелочной электродиализ устройство Максимальное обратное напряжение на диоде будет во время открытого ключа VT1 (рис) и составляем максимально возможное входное напряжение. Выберем диоды 80CPQ150 фирмы International Rectifier[8]. В качестве нагрузки используется резистор R1, резистор R4 используется в качестве токового шунта и рассчитывается по формуле: 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, предст