שיטות להתמודדות עם בעיות בתכנון של ספק כוח מוסדר DC

שיטות להתמודדות עם בעיות בתכנון של ספק כוח מוסדר DC

1. הקדמה

עם ההתפתחות המהירה של טכנולוגיית האלקטרוניקה, נעשה שימוש נרחב באספקת חשמל DC, ואיכותו משפיעה ישירות על הביצועים של ציוד חשמלי או מערכות בקרה. נכון לעכשיו, הקישורים הבסיסיים של ספקי כוח DC שונים בשוק הם בערך זהים, כולל ספק כוח AC, שנאי AC (לפעמים לא ניתן להשתמש), מעגל מיישר, מעגל ויסות מתח מסנן וכו'. מאמר זה מתאר את העיצוב של ספק כוח DC מופעל על ידי ספק כוח AC תלת פאזי כדוגמה, ומציג את הפתרונות לכמה בעיות בתכנון של ספק כוח DC. וביישום מעשי, נפרטת הבעיה של שימוש במספר ספקי כוח מווסתים DC בסדרות.

.תכנון של ספק כוח מווסת DC

2.1 תכנון שנאי מיישר

התכנון של שנאי המיישר התלת פאזי כולל: מצב החיבור של הפיתולים הראשוניים והמשניים, חישוב מתח הצד המשני, חישוב זרם הצד הראשוני והמשני, חישוב וקביעת הקיבולת, והבחירה של הצורה המבנית. ביניהם, מצב החיבור של הפיתולים הראשוניים והמשניים וקביעת מתח הצד המשני הם התוכן של ניתוח המפתח שלנו. מאמר זה לוקח את העיצוב של שלושה ספקי כוח DC של נהג מנוע צעד כדוגמה להציג בפירוט. התרשים הסכמטי מוצג באיור 1.

1. קביעת מתח הצד המשני

המתח המשני אינו קשור רק למתח העומס (כלומר, מתח אספקת החשמל המוסדר DC שיש לתכנן) ולמעגל המיישר, אלא גם קשור להתקן מייצב המתח. עבור מעגל מיישר הגשר עם דרישות גבוהות, השתמש במסנן קבלים כדי לייצב את המתח ולייצב את המתח באמצעות מייצב מתח. לבעלי דרישות נמוכות, לא ניתן לייצב את המתח או להשתמש בקבלים כדי לייצב את המתח. כפי שמוצג באיור 1, כונן מתח נמוך בתוספת 7V משמש בעיקר לנעילת פאזה. הזרם שלו קטן והמתח נמוך. סוג ספק כוח ותדר גבוה, קצב שינוי זרם וזרם גדול ייצור מתח יתר גבוה, ולכן יש להשתמש בקבלים אלקטרוליטיים לייצוב המתח ובנגדים כדי להגביל את הזרם; פלוס 12V משמש עבור ספקי כוח של מחשבים ומעגלים משולבים, עם זרם קטן ומתח נמוך. עם זאת, נדרשים מתח יציב ומקדם אדווה קטן, ולכן משתמשים בקבלים ובווסת שלושה טרמינלים לייצוב המתח בשני שלבים. עבור שיטות ייצוב מתח שונות, למתח המשני יש שיטות קביעה שונות. בתיאוריה, נוסחאות החישוב של שלושת המתחים זהות, כלומר, U2=Ud/2.34 או UL=Ud/1.35, ושלושת המתחים המשניים המחושבים. המתחים הם: 5.2V, 81.5V ו-8.9V, אך התוצאות של חישובים כאלה אינן מתאימות בפועל. לכן, יש לקבוע כמויות מסוימות על ידי נוסחאות אומדן הנדסיות. לדוגמה, מערכת התיקון התלת-פאזי הבלתי הפיך משתמשת בדרך כלל בנוסחה UL=({{20}}.9 ~1.{{30}})·אומדן אוד , אם הצד DC מסונן על ידי קבל אלקטרוליטי, הערך הממוצע של הפלט יגדל, אשר מוערך בדרך כלל על ידי הנוסחה UL=Ud/2½; אם צד ה-DC מיוצב על ידי קבל וויסות מתח עם שלושה חוגים, על מנת להרחיב את טווח היציבות מתח, יש להגדיל את Ud בדרך כלל ב-3 ~ 6V, ולאחר מכן להעריך לפי הנוסחה UL=({ {42}}.9 ~ 1.0) · Ud. שלושת המתחים המשניים שנקבעו כך הם: UL7=0.9×7=6.3V, UL110=110/2½=78V, UL12=16×0.{ {43}}.4V.

2. חישוב שוטף וקביעת יכולת של מקרים ראשוניים ומשניים

יש לקבוע את הזרם המשני בהתאם לגודל זרם העומס ומעגל המיישר. באיור 1, נעשה שימוש במעגל מיישר גשר תלת פאזי, והערכים האפקטיביים של שלושת הזרמים המשניים מתקבלים על ידי שימוש בנוסחה I2=(2/3)½Id: 3.26 A, 6.5A, 1.63A , אתה מקבל 3 מתחים וזרמים משניים. לפי העיקרון שההספק הראשוני והמשני של השנאי שווים בקירוב, ניתן לקבל את הזרם הראשוני I1=1.45A, קיבולת השנאי היא S=953VA ודגם השנאי נבחר לפי 1.5kVA.

3. קביעת מצב החיבור של הפיתולים הראשוניים והמשניים

ניתן לחבר פיתולי שנאי תלת פאזיים בצורת כוכב או דלתא לפי הצורך. מעגלי יישור תלת פאזי משמשים בדרך כלל לתיקון הספק גבוה (כלומר, הספק העומס הוא מעל 4kW), והשנאים מחוברים בדרך כלל לשני סוגים: Y/Δ ו-Δ/Y. חיבור Δ/Y יכול לגרום לזרם קו החשמל להיות בעל שני שלבים, שהוא קרוב יותר לגל הסינוס, וההשפעה ההרמונית קטנה, ומעגל התיקון הניתן לשליטה משמש יותר; חיבור Y/Δ יכול לספק מתח AC חד פאזי, הפחתת זרם הפיתול המשני משמש בדרך כלל במעגלי מיישר דיודה בעלי הספק גבוה; עבור שנאים תלת פאזיים בעלי הספק קטן, הוא מחובר לפעמים לסוג Y/Y, אם כי שיטת חיבור זו תכניס הרמוניות לרשת החשמל. אבל אחרי הכל, הכוח שלו קטן וההשפעה שלו קטנה. בקיצור, בעת הבחירה, עלינו לשקול לא רק את ההשפעה על רשת החשמל, אלא גם למזער את זרם המתפתל ולהפחית את רמת הבידוד המתפתל. באיור 1, זרמי ה-7V ו-12V קטנים יחסית, המתח נמוך ושיטת חיבור הכוכבים נבחרה; זרם 110V גדול, והמתח אינו גבוה מדי, ונבחרה שיטת החיבור בצורת Δ, שיכולה להפחית מאוד את הזרם בפיתול, להפחית את קוטר החוט המתפתל ולהאריך את אורך הפיתול. חיי שירות; למרות שמתח הקו של הפיתול הראשוני גבוה (380V), קיבולת השנאי היא רק 2kW, והזרם הראשוני הוא 1.45A, כך ששיטת חיבור הכוכב יכולה להפחית את מתח הפיתול ואת הבידוד של הפיתול.

2.2 עיצוב מעגל מיישר

למעגל מיישר תלת פאזי יש בדרך כלל מעגל מיישר חצי גל תלת פאזי ומעגל מיישר גשר תלת פאזי. מכיוון שהמתח הממוצע במוצא של מעגל מיישר הגשר התלת-פאזי גבוה, אדוות המתח קטנה ומקדם האיכות גבוה, לעתים קרובות נעשה שימוש במעגל מיישר הגשר. בחירת סוג הדיודה על זרוע הגשר נקבעת בעיקר על פי המתח הנקוב והזרם הנקוב שלה, והזרם והמתח הנקוב נקבעים על פי זרם העומס והמתח הממוצעים. נוסחת החישוב היא: ID=(1/3)½·Id, ID( AV)=ID / 1.57, UDn=(1 ~ 2) 2½·U2, המודל של המיישר ניתן לקבוע על ידי בדיקת מדריך הדיודה עם ID (AV) ו-UDn.

2.3 עיצוב מעגל סינון וייצוב מתח

1. בחירת מעגל סינון ומכשיר

למעגל המסנן המיישר יש בדרך כלל מעגלי סינון כגון קבלים, משרנים ו-RC. סינון אינדוקטיבי ממומש על ידי שימוש בהשראות כדי ליצור כוח אלקטרו-מוטיבי נגד הזרם הפועם ולהפריע לשינוי הזרם. ככל שההשראות גדולה יותר, כך אפקט הסינון טוב יותר. הוא משמש בדרך כלל בשטח שבו זרם העומס גדול ודרישות הסינון אינן גבוהות. מעגל מסנן RC הוא מעגל סינון המשמש לחיבור נגדים וקבלים. מכיוון שהנגד יפחית חלק ממתח DC, מתח המוצא DC יקטן, ולכן הוא מתאים רק למעגלי זרם קטנים. סינון קבלים הוא להשתמש באפקט הטעינה והפריקה של הקבל כדי להפוך את מתח המוצא המיושר ליציב, ומשרעת המתח עולה, אפקט הסינון טוב, והוא מתאים למעגלי יישור שונים. הבחירה של קבל המסנן היא בעיקר קביעת הסוג, הקיבולת וערך המתח. קבלי מסנן מיישרים נפוצים כוללים קבלים אלקטרוליטיים מאלומיניום, אלקטרוליטי טנטלום, פוליאסטר וקבלים מונוליטיים. קבלים אלקטרוליטיים מאלומיניום בעלי זרם דליפה גדול, עמידה במתח נמוך וטמפרטורת פעולה (עד פלוס 70 מעלות), אך קיבולת גדולה; קבלים אלקטרוליטיים של טנטלום הם בעלי זרם דליפה קטן, מתח עמידה וטמפרטורת פעולה גבוהים יותר מאשר קבלים אלקטרוליטיים מאלומיניום, והם משמשים בדרך כלל למקומות דרישות גבוהות יותר; קבלים מפוליאסטר הם בעלי התנגדות בידוד גדולה, הפסד נמוך, טמפרטורת פעולה נמוכה (עד פלוס 55 מעלות), קיבולת קטנה, אך עמידה במתח גבוה; קבלים מונוליטיים יכולים להיעשות קטנים בגודלם ועמידות במתח גבוה. הביצועים והביצועים התרמיים יציבים יחסית, אך הקיבולת קטנה. בדרך כלל, כאשר זרם המוצא המיושר גדול, יש להשתמש בקבלים אלקטרוליטיים כדי לסנן ולייצב את המתח; אם זרם המוצא קטן, ניתן להשתמש בקבלים רגילים או בקבלים אלקטרוליטיים לסינון. אם למתח המוצא DC יש דרישות מקדם אדווה או על מנת למנוע רעש בתדר גבוה, השתמש בקבלים אלקטרוליטיים עדיף להשתמש במקביל עם קבלים לא קוטביים בעלי קיבולת קטנה: קבלים בעלי קיבולת קטנה יכולים לסנן הרמוניות מסדר גבוה ב-DC פועם, וקבלים אלקטרוליטים יכולים לסנן רכיבים בעלי ערך נמוך בתדר נמוך, וטווח ייצוב המתח רחב והאפקט טוב. מעגל התיקון והסינון אינו דורש יותר מדי קיבולת ועמיד במתח של הקבל. בדרך כלל, קיבולת הקבל מוערכת על פי זרם המוצא. אם זרם המוצא גדול, הקיבולת תהיה גדולה; אם הזרם קטן, הקיבולת תהיה קטנה. עם זאת, אם הקיבולת גדולה מדי, ערך מתח המוצא יקטן, ואם הוא קטן מדי, אדוות המתח תהיה גדולה ולא יציבה. עיין בטבלה 1 כדי לקבוע את הקיבולת. ערך מתח העמידות הוא בדרך כלל פי 1.5 עד 2 ממתח העבודה של המעגל המחובר.

2. מעגל ווסת מתח ובחירת מכשיר

ישנם שני סוגים של מעגלים מייצבי מתח: מעגל ייצוב מתח רכיב דיסקרטי ומעגל ייצוב מתח משולב, ביניהם מעגל ייצוב מתח משולב משמש בעיקר ליישור מעגלים עם מתח נמוך וזרם קטן. . בעת הבחירה, יש לקבוע תחילה את הסדרה, האם זה ספק כוח חיובי או ספק כוח שלילי, האם הוא מתכוונן או קבוע, ולאחר מכן לבחור דגם ספציפי לפי המתח הנקוב והזרם הנקוב שלו; במקביל, כאשר מייצב המתח מחובר למעגל המיישר, חלק ממרכיבי ההגנה, כגון חיבור דיודה במסוף הקלט/פלט כדי למנוע קצר חשמלי במסוף הקלט, חיבור קבל קטן בין מסוף הכניסה לבין האדמה, יכולה להגביל את משרעת מתח הכניסה וכו'.

התכנון של ספק כוח DC הוא פשוט יחסית בתיאוריה, אך יש צורך בניתוח נוסף, מחקר, תרגול וסיכום בתכנון הנדסי ספציפי.