Metode rješavanja problema u projektovanju DC reguliranog napajanja
1. Uvod
Sa brzim razvojem tehnologije energetske elektronike, DC napajanje se široko koristi, a njegov kvalitet direktno utiče na performanse električne opreme ili upravljačkih sistema. Trenutno su osnovne veze različitih DC izvora napajanja na tržištu otprilike iste, uključujući napajanje izmjeničnom strujom, AC transformator (ponekad se ne može koristiti), krug ispravljača, krug regulatora napona filtera, itd. Ovaj članak uzima dizajn DC napajanje napajano trofaznim napajanjem izmjeničnom strujom kao primjer, i predstavlja rješenja nekih problema u projektovanju DC napajanja. I u praktičnoj primjeni, izložen je problem korištenja više DC reguliranih izvora napajanja u seriji.
.Projekt DC reguliranog napajanja
2.1 Dizajn ispravljačkog transformatora
Projekt trofaznog ispravljačkog transformatora uključuje: način povezivanja primarnog i sekundarnog namotaja, proračun napona sekundarne strane, proračun primarne i sekundarne bočne struje, proračun i određivanje kapaciteta, te izbor strukturalnog oblika. Među njima, način povezivanja primarnog i sekundarnog namotaja i određivanje napona sekundarne strane su sadržaj naše ključne analize. Ovaj članak uzima dizajn tri istosmjerna napajanja drajvera koračnog motora kao primjer za detaljno upoznavanje. Šematski dijagram je prikazan na slici 1.
1. Određivanje napona sekundarne strane
Sekundarni napon nije vezan samo za napon opterećenja (tj. DC regulirani napon napajanja koji treba projektirati) i ispravljački krug, već je povezan i sa uređajem za stabilizaciju napona. Za sklop mosnog ispravljača s visokim zahtjevima, koristite kondenzatorski filter za stabilizaciju napona i stabilizaciju napona pomoću stabilizatora napona. Za one sa niskim zahtjevima, ne možete stabilizirati napon ili koristiti kondenzatore za stabilizaciju napona. Kao što je prikazano na slici 1, plus 7V niskonaponski pogon se uglavnom koristi za fazno zaključavanje. Njegova struja je mala, a napon nizak. Tip napajanja i visoka frekvencija, velika struja i brzina promjene struje će proizvesti visok prenapon, tako da elektrolitske kondenzatore treba koristiti za stabilizaciju napona i otpornike za ograničavanje struje; plus 12V se koristi za napajanje računara i integrisanih kola, male struje i niskog napona. Međutim, potreban je stabilan napon i mali koeficijent talasanja, pa se kondenzatori i tropolni regulatori koriste za stabilizaciju napona u dva stupnja. Za različite metode stabilizacije napona, sekundarni napon ima različite metode određivanja. U teoriji, proračunske formule za tri napona su iste, odnosno U2=Ud/2.34 ili UL=Ud/1.35, a izračunata tri sekundarna napona Naponi su: 5.2V, 81,5V i 8,9V, ali rezultati ovakvih proračuna nisu prikladni u praksi. Stoga se neke količine moraju odrediti formulama za inženjersku procjenu. Na primjer, trofazni ireverzibilni sistem ispravljanja općenito koristi formulu UL=({{20}}.9 ~1.{{30}})·Ud procjena , ako je DC strana filtrirana elektrolitičkim kondenzatorom, prosječna vrijednost izlaza će se povećati, što se općenito procjenjuje formulom UL=Ud/2½; ako je DC strana stabilizirana kondenzatorom i regulatorom napona s tri terminala, kako bi se proširio raspon stabilnosti napona, Ud općenito treba povećati za 3 ~ 6V, a zatim procijeniti po formuli UL=({ {42}}.9 ~ 1.0) · Ud. Ovako određena tri sekundarna napona su: UL7=0.9×7=6.3V, UL110=110/2½=78V, UL12=16×0.{101} {43}}.4V.
2. Trenutni proračun i određivanje kapaciteta primarnih i sekundarnih predmeta
Sekundarnu struju treba odrediti prema veličini struje opterećenja i kruga ispravljača. Na slici 1 je korišteno trofazno mosno ispravljačko kolo, a efektivne vrijednosti tri sekundarne struje su dobijene korištenjem formule I2=(2/3)½Id: 3,26 A, 6,5A, 1,63A , dobijate 3 sekundarna napona i struje. Po principu da su primarna i sekundarna snaga transformatora približno jednake, može se dobiti primarna struja I1=1.45A, kapacitet transformatora je S=953VA, a model transformatora se bira prema 1,5kVA.
3. Određivanje načina povezivanja primarnog i sekundarnog namotaja
Namotaji trofaznog transformatora mogu se spojiti u obliku zvijezde ili trougla po potrebi. Trofazna ispravljačka kola se uglavnom koriste za ispravljanje velike snage (tj. snaga opterećenja je iznad 4kW), a transformatori se obično povezuju na dva tipa: Y/Δ i Δ/Y. Δ/Y veza može učiniti da struja dalekovoda ima dva koraka, što je bliže sinusnom valu, a harmonični utjecaj je mali, a više se koristi kontrolirani ispravljački krug; Y/Δ veza može osigurati jednofazno napajanje izmjeničnom strujom, smanjujući sekundarnu struju namotaja se općenito koristi u ispravljačkim krugovima diode velike snage; za trofazne transformatore male snage, ponekad se povezuje na Y/Y tip, iako će ovaj način povezivanja uvesti harmonike u električnu mrežu. Ali na kraju krajeva, njegova snaga je mala i njen uticaj je mali. Ukratko, pri odabiru ne treba uzeti u obzir samo utjecaj na električnu mrežu, već i minimizirati struju namotaja i smanjiti razinu izolacije namotaja. Na slici 1, struje od 7V i 12V su relativno male, napon je nizak i odabrana je metoda spajanja zvijezda; struja od 110 V je velika, a napon nije previsok, a odabrana je metoda povezivanja u obliku Δ, koja može uvelike smanjiti struju u namotu, smanjiti promjer žice za namotaje i produžiti dužinu namota. Vek trajanja; iako je linijski napon primarnog namota visok (380V), kapacitet transformatora je samo 2kW, a primarna struja je 1,45A, tako da metoda spajanja zvijezda može smanjiti napon namotaja i izolaciju namotaja.
2.2 Dizajn ispravljačkog kola
Trofazni ispravljački krug obično ima trofazni poluvalni ispravljački krug i trofazni mostni ispravljački krug. Budući da je srednji izlazni napon trofaznog mosnog ispravljačkog kruga visok, valovitost napona je mala, a faktor kvalitete visok, često se koristi mosni ispravljački krug. Izbor tipa diode na kraku mosta uglavnom je određen njegovim nazivnim naponom i nazivnom strujom, a nazivna struja i napon su određeni prosječnom strujom i naponom opterećenja. Formula proračuna je: ID=(1/3)½·Id, ID(AV)=ID / 1.57, UDn=(1 ~ 2) 2½·U2, model ispravljača može se utvrditi provjerom priručnika diode s ID (AV) i UDn.
2.3 Dizajn kruga za filtriranje i stabilizaciju napona
1. Filterski krug i izbor uređaja
Filterski krug ispravljača obično ima filterske krugove kao što su kondenzatori, induktori i RC. Induktivno filtriranje se ostvaruje korištenjem induktivnosti za stvaranje protuelektromotorne sile na pulsirajuću struju i sprečavanje promjene struje. Što je veća induktivnost, to je bolji efekat filtriranja. Obično se koristi u oblastima gde je struja opterećenja velika i zahtevi za filtriranje nisu visoki. RC filterski krug je filterski krug koji se koristi za povezivanje otpornika i kondenzatora. Budući da će otpornik smanjiti dio jednosmjernog napona, istosmjerni izlazni napon će se smanjiti, tako da je pogodan samo za kola male struje. Filtriranje kondenzatora je korištenje efekta punjenja i pražnjenja kondenzatora kako bi ispravljeni izlazni napon bio stabilan, a amplituda napona se povećava, učinak filtriranja je dobar i pogodan je za različite ispravljačke krugove. Odabir filtarskog kondenzatora je uglavnom određivanje vrste, kapaciteta i vrijednosti otpornog napona. Uobičajeni ispravljački filter kondenzatori uključuju aluminijske elektrolitske, tantal elektrolitske, poliesterske i monolitne kondenzatore. Aluminijski elektrolitički kondenzatori imaju veliku struju curenja, nizak otporni napon i radnu temperaturu (do plus 70 stepeni), ali veliki kapacitet; tantalski elektrolitički kondenzatori imaju malu struju curenja, veći otporni napon i radnu temperaturu od aluminijskih elektrolitičkih kondenzatora i općenito se koriste za mjesta s višim zahtjevima; poliesterski kondenzatori imaju veliki otpor izolacije, male gubitke, nisku radnu temperaturu (do plus 55 stepeni), mali kapacitet, ali visoku otpornost na napon; monolitni kondenzatori se mogu napraviti male veličine i visokog otpornog napona. Performanse i termalne performanse su relativno stabilne, ali je kapacitet mali. Generalno, kada je ispravljena izlazna struja velika, elektrolitski kondenzatori se moraju koristiti za filtriranje i stabilizaciju napona; ako je izlazna struja mala, za filtriranje se mogu koristiti obični kondenzatori ili elektrolitski kondenzatori. Ako izlazni DC napon ima zahtjeve za koeficijentom talasanja ili da biste spriječili visokofrekventnu buku, koristite elektrolitičke kondenzatore. Bolje je koristiti se paralelno s nepolarnim kondenzatorima malog kapaciteta: kondenzatori malog kapaciteta mogu filtrirati harmonike visokog reda u pulsirajućem DC, a elektrolitički kondenzatori mogu filtrirati niskofrekventne komponente velike vrijednosti, a raspon stabilizacije napona je širok i učinak je dobar. Kolo za ispravljanje i filtriranje ne zahtijeva preveliki kapacitet i izdrži napon kondenzatora. Općenito, kapacitet kondenzatora se procjenjuje prema izlaznoj struji. Ako je izlazna struja velika, kapacitet će biti veliki; ako je struja mala, kapacitet će biti mali. Međutim, ako je kapacitet prevelik, vrijednost izlaznog napona će biti smanjena, a ako je premala, talasanje napona će biti veliko i nestabilno. Pogledajte tabelu 1 da odredite kapacitet. Vrijednost otpornog napona je općenito 1,5 do 2 puta veća od radnog napona spojenog kola.
2. Krug regulatora napona i izbor uređaja
Postoje dvije vrste kola za stabilizaciju napona: kolo za stabilizaciju napona diskretne komponente i integrirano kolo za stabilizaciju napona, među kojima se integrirano kolo za stabilizaciju napona uglavnom koristi za ispravljački krug sa niskim naponom i malom strujom. . Prilikom odabira prvo morate odrediti seriju, da li je pozitivno ili negativno napajanje, da li je podesivo ili fiksno, a zatim odabrati određeni model prema nazivnom naponu i nazivnoj struji; u isto vrijeme, kada je stabilizator napona spojen na krug ispravljača, neke zaštitne komponente, kao što je povezivanje diode na I/O terminalu kako bi se spriječio kratki spoj na ulaznom terminalu, povezivanje malog kondenzatora između ulaznog terminala i uzemljenje, može ograničiti amplitudu ulaznog napona itd.
Dizajn DC napajanja je relativno jednostavan u teoriji, ali dalja analiza, istraživanje, praksa i sažetak su potrebni u specifičnom inženjerskom dizajnu.
