Methoden zur Bewältigung von Problemen beim Entwurf einer DC-geregelten Stromversorgung
1. Einleitung
Mit der rasanten Entwicklung der Leistungselektroniktechnologie ist die Gleichstromversorgung weit verbreitet und ihre Qualität wirkt sich direkt auf die Leistung elektrischer Geräte oder Steuerungssysteme aus. Derzeit sind die grundlegenden Verbindungen verschiedener Gleichstromversorgungen auf dem Markt ungefähr gleich, einschließlich Wechselstromversorgung, Wechselstromtransformator (manchmal nicht verwendbar), Gleichrichterschaltung, Filterspannungsreglerschaltung usw. Dieser Artikel übernimmt das Design von Als Beispiel wird eine Gleichstromversorgung mit dreiphasiger Wechselstromversorgung vorgestellt, und es werden Lösungen für einige Probleme beim Entwurf einer Gleichstromversorgung vorgestellt. Und in der praktischen Anwendung wird das Problem der Verwendung mehrerer gleichstromgeregelter Netzteile in Reihe erläutert.
.Design einer DC-geregelten Stromversorgung
2.1 Aufbau des Gleichrichtertransformators
Der Entwurf des Dreiphasen-Gleichrichtertransformators umfasst: die Verbindungsart der Primär- und Sekundärwicklung, die Berechnung der sekundärseitigen Spannung, die Berechnung des primär- und sekundärseitigen Stroms, die Berechnung und Bestimmung der Kapazität sowie die Auswahl der Strukturform. Darunter sind die Verbindungsart der Primär- und Sekundärwicklung und die Bestimmung der sekundärseitigen Spannung Inhalt unserer Kernanalyse. In diesem Artikel wird der Aufbau von drei Gleichstromversorgungen eines Schrittmotortreibers als Beispiel für eine detaillierte Einführung herangezogen. Das schematische Diagramm ist in Abbildung 1 dargestellt.
1. Bestimmung der sekundärseitigen Spannung
Die Sekundärspannung hängt nicht nur mit der Lastspannung (d. h. der zu entwerfenden DC-geregelten Versorgungsspannung) und der Gleichrichterschaltung zusammen, sondern auch mit der Spannungsstabilisierungsvorrichtung. Für die Brückengleichrichterschaltung mit hohen Anforderungen verwenden Sie einen Kondensatorfilter zur Spannungsstabilisierung und stabilisieren die Spannung mit einem Spannungsstabilisator. Für diejenigen mit geringen Anforderungen können Sie die Spannung nicht stabilisieren oder Kondensatoren zur Spannungsstabilisierung verwenden. Wie in Abbildung 1 dargestellt, wird der Plus-7-V-Niederspannungsantrieb hauptsächlich zur Phasenverriegelung verwendet. Sein Strom ist gering und die Spannung niedrig. Typ Stromversorgung und Hochfrequenz, großer Strom und Stromänderungsrate erzeugen eine hohe Überspannung, daher sollten Elektrolytkondensatoren zur Stabilisierung der Spannung und Widerstände zur Strombegrenzung verwendet werden; plus 12 V wird für die Stromversorgung von Computern und integrierten Schaltkreisen mit kleinem Strom und niedriger Spannung verwendet. Da jedoch eine stabile Spannung und ein kleiner Welligkeitskoeffizient erforderlich sind, werden Kondensatoren und Dreipolregler verwendet, um die Spannung in zwei Stufen zu stabilisieren. Für unterschiedliche Spannungsstabilisierungsmethoden gibt es unterschiedliche Bestimmungsmethoden für die Sekundärspannung. Theoretisch sind die Berechnungsformeln der drei Spannungen gleich, nämlich U2=Ud/2,34 oder UL=Ud/1,35, und die berechneten drei Sekundärspannungen sind: 5,2 V, 81,5 V und 8,9 V, aber die Ergebnisse solcher Berechnungen sind für die Praxis nicht geeignet. Daher müssen einige Größen durch technische Schätzformeln ermittelt werden. Beispielsweise verwendet das dreiphasige irreversible Gleichrichtungssystem im Allgemeinen die Formel UL=({{20}}.9 ~1.{{30}})·Ud-Schätzung Wenn die Gleichstromseite durch einen Elektrolytkondensator gefiltert wird, erhöht sich der Durchschnittswert des Ausgangs, der im Allgemeinen durch die Formel UL=Ud/2½ geschätzt wird; Wenn die Gleichstromseite durch einen Kondensator und einen Spannungsregler mit drei Anschlüssen stabilisiert wird, sollte Ud zur Erweiterung des Spannungsbereichs im Allgemeinen um 3 bis 6 V erhöht und dann mit der Formel UL=({ {42}}.9 ~ 1.0) · Ud. Die drei so ermittelten Sekundärspannungen sind: UL7=0,9×7=6,3V, UL110=110/2½=78V, UL12=16×0,{ {43}}.4V.
2. Aktuelle Berechnung und Kapazitätsermittlung der Primär- und Sekundärfälle
Der Sekundärstrom sollte entsprechend der Größe des Laststroms und der Gleichrichterschaltung bestimmt werden. In Abbildung 1 wird eine dreiphasige Brückengleichrichterschaltung verwendet und die Effektivwerte der drei Sekundärströme werden mithilfe der Formel I2=(2/3)½Id: 3,26 A, 6,5 A, 1,63 A ermittelt , erhalten Sie 3 Sekundärspannungen und -ströme. Nach dem Prinzip, dass die Primär- und Sekundärleistung des Transformators ungefähr gleich sind, kann der Primärstrom I1=1,45 A erhalten werden, die Kapazität des Transformators beträgt S=953VA und das Transformatormodell wird nach 1,5kVA ausgewählt.
3. Bestimmung der Anschlussart der Primär- und Sekundärwicklung
Dreiphasige Transformatorwicklungen können je nach Bedarf in Stern- oder Dreiecksform angeschlossen werden. Dreiphasen-Gleichrichterschaltungen werden im Allgemeinen für die Hochleistungsgleichrichtung verwendet (d. h. die Lastleistung liegt über 4 kW), und die Transformatoren werden normalerweise in zwei Typen geschaltet: Y/Δ und Δ/Y. Die Δ/Y-Verbindung kann dazu führen, dass der Netzstrom zwei Stufen hat, was näher an der Sinuswelle liegt, und der harmonische Einfluss ist gering, und die steuerbare Gleichrichterschaltung wird stärker genutzt; Die Y/Δ-Verbindung kann einphasigen Wechselstrom liefern und so den Sekundärwicklungsstrom reduzieren. Dies wird im Allgemeinen in Hochleistungs-Diodengleichrichterschaltungen verwendet. Bei Dreiphasentransformatoren mit kleiner Leistung wird er manchmal im Y/Y-Typ angeschlossen, obwohl diese Verbindungsmethode Oberschwingungen in das Stromnetz einbringt. Aber schließlich ist seine Macht gering und seine Wirkung gering. Kurz gesagt: Bei der Auswahl sollten wir nicht nur die Auswirkungen auf das Stromnetz berücksichtigen, sondern auch den Wicklungsstrom minimieren und den Wicklungsisolationspegel reduzieren. In Abbildung 1 sind die 7-V- und 12-V-Ströme relativ gering, die Spannung niedrig und die Sternverbindungsmethode ausgewählt. Der 110-V-Strom ist groß und die Spannung ist nicht zu hoch. Es wird die Δ-förmige Verbindungsmethode ausgewählt, die den Strom in der Wicklung erheblich reduzieren, den Durchmesser des Wicklungsdrahts verringern und die Länge der Wicklung verlängern kann. Lebensdauer; Obwohl die Netzspannung der Primärwicklung hoch ist (380 V), beträgt die Transformatorkapazität nur 2 kW und der Primärstrom 1,45 A, sodass die Sternverbindungsmethode die Spannung der Wicklung und die Isolierung der Wicklung reduzieren kann.
2.2 Aufbau der Gleichrichterschaltung
Die dreiphasige Gleichrichterschaltung besteht üblicherweise aus einer dreiphasigen Halbwellengleichrichterschaltung und einer dreiphasigen Brückengleichrichterschaltung. Da die durchschnittliche Ausgangsspannung der dreiphasigen Brückengleichrichterschaltung hoch ist, die Spannungswelligkeit gering und der Qualitätsfaktor hoch ist, wird häufig die Brückengleichrichterschaltung verwendet. Die Wahl des Diodentyps am Brückenzweig wird hauptsächlich durch seine Nennspannung und seinen Nennstrom bestimmt, und der Nennstrom und die Nennspannung werden durch den durchschnittlichen Laststrom und die durchschnittliche Lastspannung bestimmt. Die Berechnungsformel lautet: ID=(1/3)½·Id, ID( AV)=ID / 1,57, UDn=(1 ~ 2) 2½·U2, das Modell des Gleichrichters kann anhand des Diodenhandbuchs mit ID (AV) und UDn ermittelt werden.
2.3 Entwurf der Filter- und Spannungsstabilisierungsschaltung
1. Filterschaltung und Geräteauswahl
Die Gleichrichterfilterschaltung verfügt normalerweise über Filterschaltungen wie Kondensatoren, Induktivitäten und RC. Die induktive Filterung wird realisiert, indem die Induktivität genutzt wird, um eine elektromotorische Gegenkraft zum pulsierenden Strom zu erzeugen und die Stromänderung zu verhindern. Je größer die Induktivität, desto besser ist die Filterwirkung. Es wird im Allgemeinen in Bereichen eingesetzt, in denen der Laststrom groß ist und die Filteranforderungen nicht hoch sind. Die RC-Filterschaltung ist eine Filterschaltung, die durch die Verbindung von Widerständen und Kondensatoren verwendet wird. Da der Widerstand einen Teil der Gleichspannung reduziert, verringert sich die Ausgangsgleichspannung, sodass er nur für Stromkreise mit geringem Strom geeignet ist. Bei der Kondensatorfilterung wird der Lade- und Entladeeffekt des Kondensators genutzt, um die gleichgerichtete Ausgangsspannung stabil zu machen, die Spannungsamplitude zu erhöhen, der Filtereffekt ist gut und sie ist für verschiedene Gleichrichterschaltungen geeignet. Bei der Auswahl des Filterkondensators geht es hauptsächlich um die Bestimmung des Typs, der Kapazität und des Spannungsfestigkeitswerts. Zu den häufig verwendeten Gleichrichterfilterkondensatoren gehören Aluminium-Elektrolyt-, Tantal-Elektrolyt-, Polyester- und monolithische Kondensatoren. Aluminium-Elektrolytkondensatoren haben einen großen Leckstrom, eine niedrige Spannungsfestigkeit und Betriebstemperatur (bis zu plus 70 Grad), aber eine große Kapazität; Tantal-Elektrolytkondensatoren haben einen geringen Leckstrom, eine höhere Spannungsfestigkeit und Betriebstemperatur als Aluminium-Elektrolytkondensatoren und werden im Allgemeinen für Orte mit höheren Anforderungen verwendet. Polyesterkondensatoren haben einen großen Isolationswiderstand, geringe Verluste, eine niedrige Betriebstemperatur (bis zu plus 55 Grad), eine kleine Kapazität, aber eine hohe Spannungsfestigkeit; Monolithische Kondensatoren können klein und mit hoher Spannungsfestigkeit hergestellt werden. Die Leistung und die thermische Leistung sind relativ stabil, die Kapazität ist jedoch gering. Wenn der gleichgerichtete Ausgangsstrom groß ist, müssen im Allgemeinen Elektrolytkondensatoren verwendet werden, um die Spannung zu filtern und zu stabilisieren. Wenn der Ausgangsstrom klein ist, können zur Filterung normale Kondensatoren oder Elektrolytkondensatoren verwendet werden. Wenn für die DC-Ausgangsspannung Anforderungen an den Welligkeitskoeffizienten gelten oder um hochfrequentes Rauschen zu verhindern, verwenden Sie Elektrolytkondensatoren. Es ist besser, unpolare Kondensatoren mit kleiner Kapazität parallel zu verwenden: Kondensatoren mit kleiner Kapazität können Oberwellen höherer Ordnung herausfiltern Bei pulsierendem Gleichstrom können Elektrolytkondensatoren niederfrequente Komponenten mit großem Wert herausfiltern, und der Spannungsstabilisierungsbereich ist groß und die Wirkung ist gut. Die Gleichrichtungs- und Filterschaltung erfordert nicht zu viel Kapazität und hält der Spannung des Kondensators nicht stand. Im Allgemeinen wird die Kapazität des Kondensators anhand des Ausgangsstroms geschätzt. Wenn der Ausgangsstrom groß ist, ist die Kapazität groß; Wenn der Strom klein ist, ist die Kapazität klein. Wenn die Kapazität jedoch zu groß ist, verringert sich der Wert der Ausgangsspannung, und wenn sie zu klein ist, wird die Spannungswelligkeit groß und instabil. Zur Bestimmung der Kapazität siehe Tabelle 1. Der Wert der Spannungsfestigkeit beträgt im Allgemeinen das 1,5- bis 2-fache der Arbeitsspannung des angeschlossenen Stromkreises.
2. Spannungsreglerschaltung und Geräteauswahl
Es gibt zwei Arten von Spannungsstabilisierungsschaltungen: Spannungsstabilisierungsschaltungen mit diskreten Komponenten und integrierte Spannungsstabilisierungsschaltungen, wobei integrierte Spannungsstabilisierungsschaltungen hauptsächlich für Gleichrichterschaltungen mit niedriger Spannung und kleinem Strom verwendet werden. . Bei der Auswahl müssen Sie zunächst die Serie bestimmen, ob es sich um eine positive Stromversorgung oder eine negative Stromversorgung handelt, ob sie einstellbar oder fest ist, und dann ein bestimmtes Modell entsprechend seiner Nennspannung und seinem Nennstrom auswählen; Gleichzeitig werden beim Anschluss des Spannungsstabilisators an die Gleichrichterschaltung einige Schutzkomponenten verwendet, z. B. das Anschließen einer Diode am E/A-Anschluss, um einen Kurzschluss am Eingangsanschluss zu verhindern, und das Anschließen eines kleinen Kondensators zwischen dem Eingangsanschluss und B. der Erde, kann die Amplitude der Eingangsspannung begrenzen usw.
Der Entwurf einer Gleichstromversorgung ist theoretisch relativ einfach, für den spezifischen technischen Entwurf sind jedoch weitere Analysen, Untersuchungen, Übungen und Zusammenfassungen erforderlich.
