Giải pháp cho các vấn đề với thiết kế nguồn điện được điều chỉnh DC
Thiết kế bộ nguồn DC ổn định
Thiết kế của máy biến áp chỉnh lưu ba pha bao gồm: phương thức kết nối của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, tính toán điện áp phía thứ cấp, tính toán dòng điện phía sơ cấp và thứ cấp, tính toán và xác định công suất, và lựa chọn của hình thức cấu trúc. Trong số đó, chế độ kết nối của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp và xác định điện áp phía thứ cấp là nội dung phân tích chính của chúng tôi. Bài viết này lấy thiết kế của ba bộ nguồn DC của trình điều khiển động cơ bước làm ví dụ để giới thiệu chi tiết.
Xác định điện áp phía thứ cấp
Điện áp thứ cấp không chỉ liên quan đến điện áp tải (nghĩa là điện áp nguồn được điều chỉnh DC được thiết kế) và mạch chỉnh lưu, mà còn liên quan đến thiết bị ổn định điện áp. Đối với mạch chỉnh lưu cầu có yêu cầu cao thì dùng tụ lọc để ổn áp và ổn áp bằng ổn áp. Đối với những máy có yêu cầu thấp, bạn có thể không ổn áp hoặc dùng tụ để ổn áp. Như thể hiện trong Hình 1, ổ đĩa điện áp thấp cộng với 7V chủ yếu được sử dụng để khóa pha. Dòng điện của nó nhỏ và điện áp thấp. Loại nguồn điện và tần số cao, dòng điện lớn và tốc độ thay đổi dòng điện sẽ tạo ra quá điện áp cao, vì vậy nên sử dụng tụ điện để ổn định điện áp và điện trở để hạn chế dòng điện; plus 12V được sử dụng cho các bộ nguồn máy tính và mạch tích hợp, có dòng điện nhỏ và điện áp thấp. Tuy nhiên, cần có điện áp ổn định và hệ số gợn sóng nhỏ nên dùng tụ điện và bộ điều chỉnh ba cực để ổn định điện áp hai giai đoạn. Đối với các phương pháp ổn áp khác nhau, điện áp thứ cấp có các phương pháp xác định khác nhau. Về lý thuyết, công thức tính toán của ba điện áp là như nhau, nghĩa là U2=Ud/2,34 hoặc UL=Ud/1,35 và ba điện áp thứ cấp được tính toán là: 5,2V, 81,5V và 8,9V nhưng kết quả tính toán như vậy không phù hợp trong thực tế. Do đó, một số đại lượng phải được xác định bằng các công thức ước tính kỹ thuật. Ví dụ: hệ thống chỉnh lưu ba pha không thể đảo ngược thường sử dụng công thức UL=({{20}}.9 ~1.{{30}})·Ud ước tính , nếu phía DC được lọc bằng tụ điện, giá trị trung bình của đầu ra sẽ tăng lên, giá trị này thường được ước tính bằng công thức UL=Ud/2½; nếu phía DC được ổn định bằng tụ điện và bộ ổn áp ba cực, để mở rộng dải điện áp ổn định, Ud thường nên tăng thêm 3 ~ 6V, sau đó ước tính theo công thức UL=({ {42}}.9 ~ 1.0) · Ud. Do đó, ba điện áp thứ cấp được xác định là: UL7=0.9×7=6.3V, UL110=110/2½=78V, UL12=16×0.{ {43}}.4V.
1. Ví dụ phụ về tính toán dòng điện và xác định công suất
Dòng thứ cấp phải được xác định theo kích thước của dòng tải và mạch chỉnh lưu. Trong Hình 1, mạch chỉnh lưu cầu ba pha được sử dụng và giá trị hiệu dụng của ba dòng điện thứ cấp thu được bằng cách sử dụng công thức I2=(2/3)½Id: 3,26 A, 6,5A, 1,63A , bạn nhận được 3 điện áp và dòng điện thứ cấp. Theo nguyên tắc công suất sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp xấp xỉ bằng nhau thì có thể thu được dòng điện sơ cấp I1=1.45A, công suất của máy biến áp là S=953VA, và kiểu máy biến áp được chọn theo 1,5kVA.
1. Xác định phương thức đấu nối của cuộn thứ cấp
Dây quấn máy biến áp 3 pha có thể nối hình sao hoặc hình tam giác tùy theo yêu cầu. Các mạch chỉnh lưu ba pha thường được sử dụng để chỉnh lưu công suất cao (nghĩa là công suất tải trên 4kW) và các máy biến áp thường được kết nối thành hai loại: Y/Δ và Δ/Y. Kết nối Δ/Y có thể làm cho dòng điện có hai bước, gần với sóng hình sin hơn và ảnh hưởng sóng hài nhỏ, mạch chỉnh lưu có thể điều khiển được sử dụng nhiều hơn; kết nối Y / Δ có thể cung cấp nguồn điện xoay chiều một pha, giảm dòng điện quanh co thứ cấp thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu đi-ốt công suất cao; đối với máy biến áp ba pha công suất nhỏ, đôi khi nó được kết nối theo kiểu Y/Y, mặc dù phương thức kết nối này sẽ đưa sóng hài vào lưới điện. Nhưng xét cho cùng, sức mạnh của nó nhỏ và tác động của nó cũng nhỏ. Nói tóm lại, khi lựa chọn, chúng ta không chỉ xem xét tác động đến lưới điện mà còn phải giảm thiểu dòng điện quanh co và giảm mức cách điện của cuộn dây. Trong Hình 1, dòng điện 7V và 12V tương đối nhỏ, điện áp thấp và phương thức kết nối hình sao được chọn; dòng điện 110V lớn và điện áp không quá cao, đồng thời chọn phương thức kết nối hình chữ Δ, có thể giảm đáng kể dòng điện trong cuộn dây, giảm đường kính của dây quấn và kéo dài chiều dài của cuộn dây. Tuổi thọ sử dụng; Mặc dù điện áp đường dây của cuộn sơ cấp cao (380V) nhưng công suất máy biến áp chỉ là 2kW và dòng điện sơ cấp là 1,45A, do đó phương pháp kết nối hình sao có thể làm giảm điện áp của cuộn dây và cách điện của cuộn dây.
Thiết kế mạch chỉnh lưu
Mạch chỉnh lưu ba pha thường có mạch chỉnh lưu ba pha nửa sóng và mạch chỉnh lưu cầu ba pha. Do điện áp trung bình đầu ra của mạch chỉnh lưu cầu ba pha cao, độ gợn điện áp nhỏ và hệ số chất lượng cao nên mạch chỉnh lưu cầu thường được sử dụng. Việc lựa chọn loại diode trên nhánh cầu chủ yếu được xác định bởi điện áp định mức và dòng điện định mức của nó, còn dòng điện và điện áp định mức được xác định bởi dòng điện và điện áp tải trung bình. Công thức tính toán là: ID=(1/3)½·Id, ID(AV)=ID / 1.57, UDn=(1 ~ 2) 2½·U2, mô hình của bộ chỉnh lưu có thể được xác định bằng cách kiểm tra hướng dẫn sử dụng diode với ID (AV) và UDn.
Thiết kế mạch lọc và ổn áp
1), mạch lọc và lựa chọn thiết bị
Mạch lọc chỉnh lưu thường có các mạch lọc như tụ điện, cuộn cảm, RC. Lọc cảm ứng được thực hiện bằng cách sử dụng điện cảm để tạo ra lực điện động ngược với dòng điện dao động và cản trở sự thay đổi dòng điện. Độ tự cảm càng lớn thì hiệu quả lọc càng tốt. Nó thường được sử dụng trong lĩnh vực có dòng tải lớn và yêu cầu lọc không cao. Mạch lọc RC là một mạch lọc được sử dụng bằng cách kết nối các điện trở và tụ điện. Vì biến trở sẽ làm giảm một phần điện áp một chiều nên điện áp ra một chiều sẽ giảm nên chỉ phù hợp với mạch dòng nhỏ. Lọc tụ điện là sử dụng hiệu ứng sạc và xả của tụ điện để làm cho điện áp đầu ra được chỉnh lưu ổn định và biên độ điện áp tăng lên, hiệu quả lọc tốt và phù hợp với các mạch chỉnh lưu khác nhau. Việc lựa chọn tụ lọc chủ yếu là xác định loại, công suất và giá trị điện áp chịu được. Các tụ lọc chỉnh lưu thường được sử dụng bao gồm tụ điện nhôm, điện phân tantali, polyester và tụ điện nguyên khối. Tụ nhôm điện phân có dòng rò lớn, điện áp chịu đựng và nhiệt độ hoạt động thấp (lên đến 70 độ), nhưng dung lượng lớn; tụ điện điện phân tantali có dòng rò nhỏ, điện áp chịu được và nhiệt độ hoạt động cao hơn so với tụ điện điện phân nhôm, thường được sử dụng cho những nơi có yêu cầu cao hơn; tụ điện polyester có điện trở cách điện lớn, tổn thất thấp, nhiệt độ hoạt động thấp (lên đến 55 độ), công suất nhỏ, nhưng điện áp chịu được cao; tụ điện nguyên khối có thể được làm bằng kích thước nhỏ và chịu được điện áp cao. Hiệu suất và hiệu suất nhiệt tương đối ổn định, nhưng công suất nhỏ. Nói chung, khi dòng điện đầu ra được chỉnh lưu lớn, phải sử dụng tụ điện để lọc và ổn định điện áp; nếu dòng điện đầu ra nhỏ, có thể sử dụng tụ điện thông thường hoặc tụ điện điện phân để lọc. Nếu điện áp đầu ra DC có yêu cầu về hệ số gợn hoặc để ngăn nhiễu tần số cao, hãy sử dụng tụ điện. Tốt hơn là sử dụng song song với tụ điện không phân cực công suất nhỏ: tụ điện dung lượng nhỏ có thể lọc sóng hài bậc cao trong xung DC và các tụ điện điện phân có thể lọc các thành phần tần số thấp có giá trị lớn và phạm vi ổn định điện áp rộng và hiệu quả tốt. Mạch chỉnh lưu và lọc không đòi hỏi quá cao về dung lượng và điện áp chịu đựng của tụ. Nói chung, công suất của tụ điện được ước tính theo dòng điện đầu ra. Nếu dòng ra lớn thì công suất sẽ lớn; nếu dòng điện nhỏ, công suất sẽ nhỏ. Tuy nhiên, nếu công suất quá lớn, giá trị điện áp đầu ra sẽ bị giảm và nếu nó quá nhỏ, độ gợn điện áp sẽ lớn và không ổn định. Tham khảo Bảng 1 để xác định công suất. Giá trị điện áp chịu được thường bằng 1,5 đến 2 lần điện áp làm việc của mạch được kết nối.
2), mạch ổn áp và lựa chọn thiết bị
Có hai loại mạch ổn áp: mạch ổn áp thành phần rời rạc và mạch ổn áp tích hợp, trong đó mạch ổn áp tích hợp chủ yếu được sử dụng cho mạch chỉnh lưu có điện áp thấp và dòng điện nhỏ. . Khi lựa chọn, trước tiên bạn phải xác định sê-ri, đó là nguồn điện dương hay nguồn điện âm, có thể điều chỉnh hay cố định, sau đó chọn một kiểu máy cụ thể theo điện áp định mức và dòng điện định mức của nó; Đồng thời, khi bộ ổn định điện áp được kết nối với mạch chỉnh lưu, một số thành phần bảo vệ, chẳng hạn như kết nối một đi-ốt ở đầu vào/ra để ngăn ngừa đoản mạch ở đầu vào, kết nối một tụ điện nhỏ giữa đầu vào và đầu ra. mặt đất, có thể giới hạn biên độ điện áp đầu vào, v.v.
Về mặt lý thuyết, việc thiết kế bộ nguồn DC tương đối đơn giản, tuy nhiên cần có sự phân tích, nghiên cứu, thực hành và tổng kết sâu hơn trong thiết kế kỹ thuật cụ thể.
