Metodi per affrontare i problemi nella progettazione di alimentatori regolati in corrente continua
1. Introduzione
Con il rapido sviluppo della tecnologia dell'elettronica di potenza, l'alimentazione CC è ampiamente utilizzata e la sua qualità influisce direttamente sulle prestazioni delle apparecchiature elettriche o dei sistemi di controllo. Al momento, i collegamenti di base di vari alimentatori CC sul mercato sono più o meno gli stessi, inclusi alimentatore CA, trasformatore CA (a volte non può essere utilizzato), circuito raddrizzatore, circuito regolatore di tensione del filtro, ecc. Questo articolo prende il design di L'alimentatore CC alimentato da un alimentatore CA trifase come esempio e introduce le soluzioni ad alcuni problemi nella progettazione dell'alimentatore CC. E nell'applicazione pratica, viene esposto il problema dell'utilizzo di più alimentatori CC regolati in serie.
.Progettazione di alimentatori regolati in corrente continua
2.1 Progettazione del trasformatore raddrizzatore
La progettazione del trasformatore raddrizzatore trifase comprende: la modalità di connessione degli avvolgimenti primari e secondari, il calcolo della tensione del lato secondario, il calcolo della corrente del lato primario e secondario, il calcolo e la determinazione della capacità e la selezione della forma strutturale. Tra questi, la modalità di connessione degli avvolgimenti primario e secondario e la determinazione della tensione del lato secondario sono i contenuti della nostra analisi chiave. Questo articolo prende come esempio la progettazione di tre alimentatori CC di un driver per motori passo-passo da presentare in dettaglio. Il diagramma schematico è mostrato in Figura 1.
1. Determinazione della tensione del lato secondario
La tensione secondaria non è solo correlata alla tensione di carico (ovvero, la tensione di alimentazione regolata CC da progettare) e al circuito raddrizzatore, ma anche correlata al dispositivo di stabilizzazione della tensione. Per il circuito raddrizzatore a ponte con requisiti elevati, utilizzare un filtro condensatore per stabilizzare la tensione e stabilizzare la tensione con uno stabilizzatore di tensione. Per quelli con requisiti bassi, non è possibile stabilizzare la tensione o utilizzare condensatori per stabilizzare la tensione. Come mostrato nella Figura 1, l'azionamento a bassa tensione più 7 V viene utilizzato principalmente per l'aggancio di fase. La sua corrente è piccola e la tensione è bassa. Tipo di alimentazione e alta frequenza, grande velocità di variazione di corrente e corrente produrranno un'elevata sovratensione, quindi i condensatori elettrolitici dovrebbero essere usati per stabilizzare la tensione e i resistori per limitare la corrente; plus 12V viene utilizzato per alimentatori di computer e circuiti integrati, con bassa corrente e bassa tensione. Tuttavia, sono richiesti una tensione stabile e un piccolo coefficiente di ondulazione, quindi vengono utilizzati condensatori e regolatori a tre terminali per stabilizzare la tensione in due stadi. Per diversi metodi di stabilizzazione della tensione, la tensione secondaria ha diversi metodi di determinazione. In teoria, le formule di calcolo delle tre tensioni sono le stesse, ovvero U2=Ud/2.34 o UL=Ud/1.35, e le tre tensioni secondarie calcolate Le tensioni sono: 5.2V, 81,5 V e 8,9 V, ma i risultati di tali calcoli non sono adatti nella pratica. Pertanto, alcune quantità devono essere determinate mediante formule di stima ingegneristica. Ad esempio, il sistema di rettifica irreversibile trifase generalmente utilizza la formula UL=({{20}}.9 ~1.{{30}})·Ud stima , se il lato DC è filtrato da un condensatore elettrolitico, il valore medio dell'uscita aumenterà, che è generalmente stimato dalla formula UL=Ud/2½; se il lato CC è stabilizzato da un condensatore e un regolatore di tensione a tre terminali, per espandere l'intervallo di tensione di stabilità, Ud generalmente dovrebbe essere aumentato di 3 ~ 6 V, quindi stimato dalla formula UL=({ {42}}.9 ~ 1.0) · Ud. Le tre tensioni secondarie così determinate sono: UL7=0.9×7=6.3V, UL110=110/2½=78V, UL12=16×0.{ {43}}.4V.
2. Calcolo corrente e determinazione della capacità dei casi primari e secondari
La corrente secondaria deve essere determinata in base alla dimensione della corrente di carico e al circuito del raddrizzatore. Nella Figura 1 viene utilizzato un circuito raddrizzatore a ponte trifase e i valori effettivi delle tre correnti secondarie sono ottenuti utilizzando la formula I2=(2/3)½Id: 3,26 A, 6,5 A, 1,63 A , ottieni 3 tensioni e correnti secondarie. Secondo il principio che la potenza primaria e secondaria del trasformatore sono approssimativamente uguali, si può ottenere la corrente primaria I1=1.45A, la capacità del trasformatore è S=953VA e il modello del trasformatore viene selezionato in base a 1,5 kVA.
3. Determinazione della modalità di connessione degli avvolgimenti primari e secondari
Gli avvolgimenti del trasformatore trifase possono essere collegati a stella oa triangolo secondo necessità. I circuiti di rettifica trifase sono generalmente utilizzati per la rettifica ad alta potenza (ovvero, la potenza del carico è superiore a 4kW) e i trasformatori sono generalmente collegati in due tipi: Y/Δ e Δ/Y. La connessione Δ/Y può fare in modo che la corrente della linea elettrica abbia due gradini, che è più vicina all'onda sinusoidale, e l'influenza armonica è piccola e il circuito di rettifica controllabile viene utilizzato di più; la connessione Y/Δ può fornire alimentazione CA monofase, riducendo la corrente di avvolgimento secondaria è generalmente utilizzata nei circuiti raddrizzatori a diodi ad alta potenza; per i trasformatori trifase di piccola potenza, a volte è collegato nel tipo Y/Y, sebbene questo metodo di connessione introdurrà armoniche nella rete elettrica. Ma dopotutto, il suo potere è piccolo e il suo impatto è piccolo. In breve, nella scelta, non dobbiamo solo considerare l'impatto sulla rete elettrica, ma anche minimizzare la corrente dell'avvolgimento e ridurre il livello di isolamento dell'avvolgimento. Nella Figura 1, le correnti a 7 V e 12 V sono relativamente piccole, la tensione è bassa e viene selezionato il metodo di connessione a stella; la corrente di 110 V è elevata e la tensione non è troppo elevata e viene selezionato il metodo di connessione a forma di Δ, che può ridurre notevolmente la corrente nell'avvolgimento, ridurre il diametro del filo di avvolgimento ed estendere la lunghezza dell'avvolgimento. Vita utile; sebbene la tensione di linea dell'avvolgimento primario sia elevata (380 V), la capacità del trasformatore è di soli 2 kW e la corrente primaria è di 1,45 A, quindi il metodo di connessione a stella può ridurre la tensione dell'avvolgimento e l'isolamento dell'avvolgimento.
2.2 Progettazione del circuito raddrizzatore
Il circuito raddrizzatore trifase ha solitamente un circuito raddrizzatore a semionda trifase e un circuito raddrizzatore a ponte trifase. Poiché la tensione media di uscita del circuito raddrizzatore a ponte trifase è elevata, l'ondulazione di tensione è piccola e il fattore di qualità è elevato, viene spesso utilizzato il circuito raddrizzatore a ponte. La scelta del tipo di diodo sul braccio del ponte è determinata principalmente dalla sua tensione nominale e corrente nominale, e la corrente e la tensione nominali sono determinate dalla corrente e dalla tensione di carico medie. La formula di calcolo è: ID=(1/3)½·Id, ID( AV)=ID / 1.57, UDn=(1 ~ 2) 2½·U2, il modello del raddrizzatore può essere determinato controllando il manuale del diodo con ID (AV) e UDn.
2.3 Progetto del circuito di filtraggio e stabilizzazione della tensione
1. Selezione del circuito del filtro e del dispositivo
Il circuito del filtro raddrizzatore di solito ha circuiti di filtro come condensatori, induttori e RC. Il filtraggio induttivo viene realizzato utilizzando l'induttanza per generare forza controelettromotrice alla corrente pulsante e ostacolare il cambiamento di corrente. Maggiore è l'induttanza, migliore è l'effetto di filtraggio. Viene generalmente utilizzato nel campo in cui la corrente di carico è elevata e i requisiti di filtraggio non sono elevati. Il circuito filtro RC è un circuito filtro utilizzato collegando resistori e condensatori. Poiché il resistore ridurrà una parte della tensione CC, la tensione di uscita CC diminuirà, quindi è adatto solo per piccoli circuiti di corrente. Il filtraggio del condensatore consiste nell'utilizzare l'effetto di carica e scarica del condensatore per rendere stabile la tensione di uscita rettificata e l'ampiezza della tensione aumenta, l'effetto di filtraggio è buono ed è adatto a vari circuiti di rettifica. La selezione del condensatore del filtro è principalmente la determinazione del tipo, della capacità e del valore della tensione di tenuta. I condensatori del filtro raddrizzatore comunemente usati includono condensatori elettrolitici in alluminio, elettrolitici al tantalio, poliestere e monolitici. I condensatori elettrolitici in alluminio hanno una grande corrente di dispersione, bassa tensione di tenuta e temperatura di esercizio (fino a più 70 gradi), ma grande capacità; i condensatori elettrolitici al tantalio hanno una corrente di dispersione ridotta, una tensione di tenuta e una temperatura operativa più elevate rispetto ai condensatori elettrolitici in alluminio e sono generalmente utilizzati per luoghi con requisiti più elevati; i condensatori in poliestere hanno una grande resistenza di isolamento, basse perdite, bassa temperatura di esercizio (fino a più 55 gradi), piccola capacità, ma alta tensione di tenuta; i condensatori monolitici possono essere realizzati di piccole dimensioni e ad alta tensione di tenuta. Le prestazioni e le prestazioni termiche sono relativamente stabili, ma la capacità è ridotta. Generalmente, quando la corrente di uscita raddrizzata è elevata, è necessario utilizzare condensatori elettrolitici per filtrare e stabilizzare la tensione; se la corrente di uscita è piccola, è possibile utilizzare condensatori ordinari o condensatori elettrolitici per il filtraggio. Se la tensione di uscita CC ha requisiti di coefficiente di ondulazione o al fine di prevenire il rumore ad alta frequenza, utilizzare condensatori elettrolitici È preferibile utilizzare in parallelo con condensatori non polari di piccola capacità: i condensatori di piccola capacità possono filtrare le armoniche di ordine elevato in CC pulsante e i condensatori elettrolitici possono filtrare componenti a bassa frequenza di grande valore e l'intervallo di stabilizzazione della tensione è ampio e l'effetto è buono. Il circuito di rettifica e filtraggio non richiede troppa capacità e resiste alla tensione del condensatore. Generalmente, la capacità del condensatore viene stimata in base alla corrente di uscita. Se la corrente di uscita è grande, la capacità sarà grande; se la corrente è piccola, la capacità sarà piccola. Tuttavia, se la capacità è troppo grande, il valore della tensione di uscita sarà ridotto e, se è troppo piccolo, l'ondulazione della tensione sarà grande e instabile. Fare riferimento alla Tabella 1 per determinare la capacità. Il valore della tensione di tenuta è generalmente da 1,5 a 2 volte la tensione di lavoro del circuito collegato.
2. Circuito regolatore di tensione e selezione del dispositivo
Esistono due tipi di circuiti di stabilizzazione della tensione: circuito di stabilizzazione della tensione a componenti discreti e circuito di stabilizzazione della tensione integrato, tra i quali il circuito di stabilizzazione della tensione integrato viene utilizzato principalmente per il circuito di rettifica con bassa tensione e bassa corrente. . Quando si sceglie, è necessario innanzitutto determinare la serie, se si tratta di un alimentatore positivo o negativo, se regolabile o fisso, quindi scegliere un modello specifico in base alla tensione nominale e alla corrente nominale; allo stesso tempo, quando lo stabilizzatore di tensione è collegato al circuito del raddrizzatore, alcuni componenti protettivi, come il collegamento di un diodo al terminale I/O per evitare un cortocircuito al terminale di ingresso, il collegamento di un piccolo condensatore tra il terminale di ingresso e terra, può limitare l'ampiezza della tensione di ingresso, ecc.
La progettazione dell'alimentatore CC è relativamente semplice in teoria, ma sono necessarie ulteriori analisi, ricerche, pratiche e riepiloghi in una specifica progettazione ingegneristica.
