Методи вирішення проблем при проектуванні регульованого електропостачання постійного струму
1. Введення
Зі швидким розвитком технологій силової електроніки джерело живлення постійного струму широко використовується, і його якість безпосередньо впливає на продуктивність електрообладнання або систем керування. Наразі основні ланки різних джерел живлення постійного струму на ринку приблизно однакові, включаючи джерело живлення змінного струму, трансформатор змінного струму (іноді не можна використовувати), схему випрямляча, схему регулятора напруги фільтра тощо. У цій статті розглядається дизайн Джерело живлення постійного струму, яке живиться від трифазного джерела змінного струму, як приклад, і представляє рішення деяких проблем у розробці джерела живлення постійного струму. А в практичному застосуванні викладено проблему використання декількох послідовно регульованих джерел живлення постійного струму.
.Проектування регульованого джерела живлення постійного струму
2.1 Конструкція випрямного трансформатора
Конструкція трифазного випрямного трансформатора включає: режим з'єднання первинної і вторинної обмоток, розрахунок напруги вторинної сторони, розрахунок струму первинної і вторинної сторони, розрахунок і визначення ємності, вибір структурної форми. Серед них режим з’єднання первинної та вторинної обмоток і визначення напруги вторинної сторони є змістом нашого ключового аналізу. У цій статті розглядається конструкція трьох джерел живлення постійного струму драйвера крокового двигуна як приклад для детального ознайомлення. Принципова діаграма показана на малюнку 1.
1. Визначення напруги вторинної сторони
Вторинна напруга пов’язана не лише з напругою навантаження (тобто регульованою напругою джерела живлення постійного струму, яка має бути розроблена) і ланцюгом випрямляча, але також пов’язана з пристроєм стабілізації напруги. Для схеми мостового випрямляча з високими вимогами використовуйте конденсаторний фільтр для стабілізації напруги та стабілізуйте напругу за допомогою стабілізатора напруги. Для тих, у кого низькі вимоги, ви можете не стабілізувати напругу або використовувати конденсатори для стабілізації напруги. Як показано на малюнку 1, плюс низьковольтний привід 7 В в основному використовується для синхронізації фаз. Його струм невеликий, а напруга низька. Тип джерела живлення та висока частота, великий струм і швидкість зміни струму призведуть до високої перенапруги, тому слід використовувати електролітичні конденсатори для стабілізації напруги та резистори для обмеження струму; плюс 12В використовується для джерел живлення комп'ютерів і інтегральних схем, з малим струмом і низькою напругою. Однак потрібна стабільна напруга і малий коефіцієнт пульсацій, тому для стабілізації напруги в два каскади використовуються конденсатори і трививодні стабілізатори. Для різних методів стабілізації напруги вторинна напруга має різні методи визначення. Теоретично формули розрахунку трьох напруг однакові, тобто U2=Ud/2,34 або UL=Ud/1,35, а розраховані три вторинні напруги Напруги: 5,2 В, 81,5В і 8,9В, але результати таких розрахунків непридатні на практиці. Тому деякі величини необхідно визначати за формулами інженерної оцінки. Наприклад, трифазна необоротна система випрямлення зазвичай використовує формулу UL=({{20}}.9 ~1.{{30}})·Ud оцінка , якщо сторона постійного струму фільтрується електролітичним конденсатором, середнє значення виходу збільшиться, яке зазвичай оцінюється за формулою UL=Ud/2½; якщо сторона постійного струму стабілізується конденсатором і регулятором напруги з трьома клемами, щоб розширити діапазон напруги стабільності, Ud зазвичай слід збільшити на 3 ~ 6 В, а потім оцінити за формулою UL=({ {42}}.9 ~ 1.0) · Ud. Таким чином визначені три вторинні напруги: UL7=0.9×7=6.3V, UL110=110/2½=78V, UL12=16×0.{ {43}}.4 В.
2. Розрахунок струму та визначення потужності первинних та вторинних корпусів
Вторинний струм слід визначати відповідно до величини струму навантаження та схеми випрямляча. На малюнку 1 використовується схема трифазного мостового випрямляча, а ефективні значення трьох вторинних струмів отримано за формулою I2=(2/3)½Id: 3,26 A, 6,5 A, 1,63 A , ви отримуєте 3 вторинні напруги та струми. Відповідно до принципу, що первинна та вторинна потужності трансформатора приблизно однакові, можна отримати первинний струм I1=1.45A, потужність трансформатора становить S=953VA, а модель трансформатора вибирається відповідно до 1,5 кВА.
3. Визначення режиму з'єднання первинної та вторинної обмоток
Обмотки трифазних трансформаторів можуть з’єднуватися у вигляді зірки або трикутника за потреби. Трифазні схеми випрямлення, як правило, використовуються для випрямлення великої потужності (тобто потужність навантаження понад 4 кВт), а трансформатори зазвичай з'єднуються двох типів: Y/Δ і Δ/Y. З’єднання Δ/Y може змусити струм лінії електропередач мати два кроки, що ближче до синусоїди, а гармонічний вплив невеликий, і керована схема випрямлення використовується більше; з'єднання Y/Δ може забезпечити однофазне живлення змінного струму, зменшуючи струм вторинної обмотки, як правило, використовується в схемах потужних діодних випрямлячів; для трифазних трансформаторів малої потужності його іноді підключають за типом Y/Y, хоча цей спосіб підключення вносить гармоніки в електромережу. Але адже його сила невелика і його вплив невеликий. Одним словом, при виборі ми повинні враховувати не тільки вплив на електромережу, а й мінімізувати струм обмотки та знизити рівень ізоляції обмотки. На малюнку 1 струми 7 В і 12 В відносно малі, напруга низька, і вибрано метод з’єднання зіркою; струм 110 В великий, а напруга не надто висока, і вибрано Δ-подібний спосіб з'єднання, який може значно зменшити струм в обмотці, зменшити діаметр дроту обмотки та збільшити довжину обмотки. Термін служби; хоча лінійна напруга первинної обмотки висока (380 В), потужність трансформатора становить лише 2 кВт, а первинний струм становить 1,45 А, тому метод з’єднання зіркою може зменшити напругу обмотки та ізоляцію обмотки.
2.2 Конструкція схеми випрямляча
Схема трифазного випрямляча зазвичай має схему трифазного півперіодного випрямляча та схему трифазного мостового випрямляча. Оскільки вихідна середня напруга схеми трифазного мостового випрямляча висока, пульсації напруги невеликі, а коефіцієнт якості високий, часто використовується схема мостового випрямляча. Вибір типу діода на плечі моста в основному визначається його номінальною напругою та номінальним струмом, а номінальний струм і напруга визначаються середнім струмом і напругою навантаження. Формула розрахунку: ID=(1/3)½·Id, ID( AV)=ID / 1,57, UDn=(1 ~ 2) 2½·U2, модель випрямляча можна визначити, перевіривши інструкцію до діода з ID (AV) і UDn.
2.3 Конструкція схеми фільтрації та стабілізації напруги
1. Схема фільтра та вибір пристрою
Схема фільтра випрямляча зазвичай містить схеми фільтрів, такі як конденсатори, котушки індуктивності та RC. Індуктивна фільтрація реалізується шляхом використання індуктивності для генерування протилежної електрорушійної сили пульсуючому струму та перешкоджання зміні струму. Чим більше індуктивність, тим кращий ефект фільтрації. Зазвичай він використовується в полі, де струм навантаження великий і вимоги до фільтрації невисокі. Схема RC-фільтра — це схема фільтра, яка використовується шляхом підключення резисторів і конденсаторів. Оскільки резистор зменшить частину напруги постійного струму, вихідна напруга постійного струму зменшиться, тому він підходить лише для ланцюгів малого струму. Фільтрація конденсатора полягає у використанні ефекту заряджання та розряджання конденсатора, щоб зробити випрямлену вихідну напругу стабільною, а амплітуда напруги збільшується, ефект фільтрації хороший, і він підходить для різних схем випрямлення. Вибір конденсатора фільтра полягає в основному у визначенні типу, ємності та значення витримуваної напруги. Зазвичай використовувані конденсатори випрямного фільтра включають алюмінієві електролітичні, танталові електролітичні, поліефірні та монолітні конденсатори. Алюмінієві електролітичні конденсатори мають великий струм витоку, низьку витримувану напругу і робочу температуру (до плюс 70 градусів), але велику ємність; танталові електролітичні конденсатори мають малий струм витоку, вищу витримувану напругу та робочу температуру, ніж алюмінієві електролітичні конденсатори, і, як правило, використовуються для місць з підвищеними вимогами; поліефірні конденсатори мають великий опір ізоляції, малі втрати, низьку робочу температуру (до плюс 55 градусів), малу ємність, але високу витримувану напругу; монолітні конденсатори можна виготовляти малими за розміром і високою витримуваною напругою. Продуктивність і теплові характеристики відносно стабільні, але ємність невелика. Як правило, коли випрямлений вихідний струм великий, для фільтрації та стабілізації напруги необхідно використовувати електролітичні конденсатори; якщо вихідний струм малий, для фільтрації можна використовувати звичайні конденсатори або електролітичні конденсатори. Якщо вихідна напруга постійного струму вимагає коефіцієнта пульсації або для запобігання високочастотному шуму, використовуйте електролітичні конденсатори. Краще використовувати паралельно з неполярними конденсаторами малої ємності: конденсатори малої ємності можуть відфільтрувати гармоніки високого порядку у пульсуючому постійному струмі, а електролітичні конденсатори можуть відфільтрувати низькочастотні компоненти великого значення, а діапазон стабілізації напруги широкий і ефект хороший. Схема випрямлення і фільтрації не вимагає великої ємності і витримуваної напруги конденсатора. Як правило, ємність конденсатора оцінюється відповідно до вихідного струму. Якщо вихідний струм великий, ємність буде великою; якщо струм малий, то і ємність буде малою. Однак, якщо ємність занадто велика, значення вихідної напруги буде зменшено, а якщо вона занадто мала, пульсації напруги будуть великими та нестабільними. Зверніться до таблиці 1, щоб визначити ємність. Значення витримуваної напруги зазвичай в 1,5-2 рази перевищує робочу напругу підключеного кола.
2. Схема стабілізатора напруги та вибір пристрою
Існує два типи схем стабілізації напруги: схема стабілізації напруги з дискретними компонентами та інтегрована схема стабілізації напруги, серед яких інтегрована схема стабілізації напруги в основному використовується для випрямлення ланцюга з низькою напругою та малим струмом. . Вибираючи, спочатку потрібно визначити серію, чи це джерело живлення з плюсом чи мінусом, чи є він регульованим чи фіксованим, а потім вибрати конкретну модель відповідно до її номінальної напруги та номінального струму; у той же час, коли стабілізатор напруги підключено до схеми випрямляча, деякі захисні компоненти, наприклад підключення діода до клеми вводу/виводу, щоб запобігти короткому замиканню на вхідній клемі, підключення невеликого конденсатора між вхідною клемою та землю, може обмежити амплітуду вхідної напруги тощо.
Конструкція джерела живлення постійного струму є відносно простою в теорії, але для конкретного інженерного проектування необхідні подальший аналіз, дослідження, практика та підсумки.
