Расчет силового трансформатора

 

Для конструктивного расчета силового трансформатора устанавливаем следующие исходные данные:

- напряжение питающей сети - U₁ = 200 В;

- действующее напряжение вторичных обмоток U₂ = U₃ = 40 В, U₄ = 20 В;

- действующие токи вторичных обмоток I₂ = I₃  = 50 A; I₄ = 5 A.

1. Определяем сумму мощностей всех вторичных обмоток при полной нагрузке

P_II = P₂ + P₃ + P₄ = I₂U₂ + I₃U₃ + I₄U₄ = 2 х 40 х 50 + 5 х 20 = 4100 Вт.

Мощность трансформатора определяется формулой P_тр = P_II/  =

= 4100/0,9  4600 Вт. Принимаем величину индукции В = 11 10³ гс, плотность тока = 2,8 А/мм².

2. Определяем необходимую активную площадь сечения сердечника S_c по формуле:

Sc = 700 ,

2.1

 

где a = 5,0, f = 50 Гц - частота питающей сети:

S_c = 700  = 85,6 см²

Поперечное сечение сердечника с учетом коэффициента заполнения

k₃ = 0,92, S_с = S_c/k₃ = 93 см².

3. Определяем число витков обмоток

                                                2.2    

                                                                                     2.3              

    С учетом 10% поправки ; .

4. Определяем диаметры проводов обмоток

d₂ = d₃ = 1,13 = 4,8 мм; d₄ = 3,1 мм.                                    2.4

5. Ток в первичной обмотке определяем по формуле

6. I₁ = 1,1  = 1,1 .                                            2.5                    

6. Определяем число витков в первичной обмотке

                                                            2.6

при диаметре провода d₁ = 3,25 мм.

 

2.2.2. Разработка трехканального устройства регулирования тока

Для обеспечения независимого управления нагревом лодочек-испарителей, а также температурой подложки, на которую осуществляется нанесение тонкой металлической пленки, разработано трехканальное устройство управления током. Устройство предназначается для регулирования температуры мощных низковольтных нагревательных элементов. Оно состоит из трех независимых блоков, подключенных к отдельным понижающим обмоткам силового трансформатора и позволяет осуществлять регулировку тока в каждой из нагрузочных цепей независимо друг от друга. Принципиальная электрическая схема трехканального устройства управления токами нагрузки, чертежи печатной платы и монтажной платы приведены на рис. 9.

Сетевое напряжение (~220 В) понижается силовым трансформатором до расчетных значений напряжений U₂, U_3, U₄ (см.п.2.2.1) и подается на схемы регулирования тока 1,2 и 3, состоящие из мощных силовых симисторов и интегральных драйверов. Интегральный драйвер выполнен на основе интегральной микросхемы КР1182ПМ1, предназначенной для регулирования тока через активную нагрузку мощностью до 150 Вт, либо для управления внешними тиристорами, либо симисторами. На выводах 14 и 15, а также 10 и 11 микросхемы формируются импульсы с частотой питающей электросети, скважность импульсов зависит от сопротивления переменного резистора, которым и осуществляется регулирование тока через активную нагрузку (лодочку-испаритель). Каналы 1 и 2, управляющие мощными симисторами ТС-161-160-2, обеспечивают регулировку тока через испарители. Канал 3 предназначается для управления током через нихромовую спираль, служащую для подогревания подложки, в нем использован симиcтор средней мощности ТС122-25-2, рассчитанных на токи до 10 А. Оптимальная технология изготовления печатной платы трехканального устройства регулирования тока приведены в табл.2

 

 

Рис. 9 Принципиальная схема управления тока спиралей

Примечание: Блоки А1; А2; А3 эдентичны, за исключением блока А3 где установлен семистор ТС122-25-2

2.2.3. Обеспечение поддержания постоянной температуры подложки

Поскольку при напылении тонких пленок не требуется сверхпрецизионной точности поддержания температуры (параграф 1.1), то в качестве регулирующего температуру подложки устройства был выбран прибор Ш4541- позволяющий одновременно производить измерение и регулирование температуры в пределах 0-1100 ⁰С при использовании хромель-алюмелевой термопары. Измерительный механизм прибора Ш4541 - магнитоэлектрической системы, с подвижной частью на кернах. Двухпозиционный регулирующий сигнал обеспечивается посредством индуктивного датчика положения стрелки, представляющего собой жестко закрепленный на стрелке экран, взаимодействующий с контурными катушками генератора. При температуре ниже заданной, когда указатель стрелки находится левее указателя задачи регулирующего устройства, экран, закрепленный на стрелке, находится вне зазора контурных катушек и генератор вырабатывает высокочастотные колебания. Транзистор VT2 (рис. 10) при этом открыт и на контактах колодки 5,6 возникает выходной сигнал - напряжение постоянного тока порядка 12V при токе до

100 mА. При достижении температуры подложки заданного значения, когда указатель стрелки совпадает с указателем задачи регулирующего устройства, экран входит в зазор и генерация срывается, что приводит к запиранию транзистора VT2 и к исчезновению выходного сигнала. Схема включения регулирующего устройства приведена на рис. 11.

[ 8.стр.5 ]

 

Рис 10. Схема электрическая принципиальная Ш4541

 

ВК - термоэлектрический преобразователь;

Х - разъем РП10-11

ХТ - колодка.

R - медный резистор

Рис. 11. Схема включения регулирующего устройства

 

 

2.2.4. Структура модернизированной электрической схемы

Структура модернизированной электрической схемы установки представлена на рис. 12. Без изменений остался только функциональный блок, предназначенный для управления вакуумной системой. Охарактеризуем отличительные особенности модернизированной электрической схемы. Прежде всего функциональные блоки измерения и управления температурой фактически стали одним устройством за счет использования вместо измерительного милливольтметра В7-27 прибора Щ4541, являющегося одновременно и измерительным милливольтметром постоянного тока, и регулирующим устройством температуры, обеспечивающим вместе с блоком 3 трехканального устройства регулировки тока постоянство температуры подложки в процессе напыления пленок. Из рис. 11 видно, что, в отличие от базовой схемы, модернизированная позволяет осуществлять нагрев лодочек-испарителей как по отдельности, путем поочередного замыкания цепи электропитания блоков регулировки тока 2 и 1 выключателями SA2, SA4, либо SA2, SA3, так и реализовывать процесс одновременного напыления из двух лодочек (при этом цепи

замыкаются одновременным включением SA2, SA3, SA4.

Рисунок 12. Структурная схема усовершенствованной электрической схемы установки