طرق التعامل مع المشكلات في تصميم مصدر طاقة منظم للتيار المستمر

طرق التعامل مع المشكلات في تصميم مصدر طاقة منظم للتيار المستمر

1 المقدمة

مع التطور السريع لتكنولوجيا إلكترونيات الطاقة ، يتم استخدام مصدر طاقة التيار المستمر على نطاق واسع ، وتؤثر جودته بشكل مباشر على أداء المعدات الكهربائية أو أنظمة التحكم. في الوقت الحالي ، الروابط الأساسية لمختلف مصادر طاقة التيار المستمر في السوق هي نفسها تقريبًا ، بما في ذلك مصدر طاقة التيار المتردد ، ومحول التيار المتردد (لا يمكن استخدامه في بعض الأحيان) ، ودائرة المعدل ، ودائرة منظم جهد الفلتر ، وما إلى ذلك. تأخذ هذه المقالة تصميم مصدر طاقة تيار مستمر مدعوم من مصدر طاقة تيار متردد ثلاثي الأطوار كمثال ، ويقدم حلولًا لبعض المشكلات في تصميم مصدر طاقة التيار المستمر. وفي التطبيق العملي ، يتم شرح مشكلة استخدام مصادر طاقة متعددة منظمة DC على التوالي.

. تصميم امدادات الطاقة التي تنظمها العاصمة

2.1 تصميم محول المعدل

يتضمن تصميم محول المعدل ثلاثي الأطوار: وضع التوصيل للملفات الأولية والثانوية ، وحساب الجهد الجانبي الثانوي ، وحساب التيار الجانبي الأولي والثانوي ، وحساب السعة وتحديدها ، والاختيار من الشكل الهيكلي. من بينها ، يعد وضع الاتصال للملفات الأولية والثانوية وتحديد الجهد الجانبي الثانوي محتويات تحليلنا الرئيسي. تأخذ هذه المقالة تصميم ثلاثة مصادر طاقة تيار مستمر لمحرك محرك متدرج كمثال لتقديمه بالتفصيل. يظهر الرسم التخطيطي في الشكل 1.

1. تحديد الجهد الجانبي الثانوي

لا يرتبط الجهد الثانوي فقط بجهد الحمل (أي تصميم جهد إمداد الطاقة المنظم بالتيار المستمر) ودائرة المعدل ، ولكنه يرتبط أيضًا بجهاز تثبيت الجهد. بالنسبة لدائرة مقوم الجسر ذات المتطلبات العالية ، استخدم مرشح المكثف لتثبيت الجهد وتثبيت الجهد باستخدام مثبت الجهد. بالنسبة لذوي المتطلبات المنخفضة ، لا يمكنك تثبيت الجهد أو استخدام المكثفات لتثبيت الجهد. كما هو مبين في الشكل 1 ، يتم استخدام محرك الجهد المنخفض بالإضافة إلى 7 فولت بشكل أساسي لقفل الطور. تيارها صغير والجهد منخفض. نوع مصدر الطاقة والتردد العالي ، معدل التغيير الكبير للتيار والتيار سينتج جهدًا زائدًا عاليًا ، لذلك يجب استخدام المكثفات الإلكتروليتية لتثبيت الجهد والمقاومات للحد من التيار ؛ بالإضافة إلى 12 فولت يستخدم لإمدادات الطاقة لأجهزة الكمبيوتر والدوائر المتكاملة ذات التيار المنخفض والجهد المنخفض. ومع ذلك ، يلزم وجود جهد ثابت ومعامل تموج صغير ، لذلك يتم استخدام المكثفات والمنظمين ثلاثي الأطراف لتثبيت الجهد على مرحلتين. بالنسبة لطرق تثبيت الجهد المختلفة ، يكون للجهد الثانوي طرق تحديد مختلفة. من الناحية النظرية ، تكون معادلات حساب الفولتية الثلاثة هي نفسها ، أي U 2= Ud / 2.34 أو UL=Ud / 1.35 ، والجهود الثانوية الثلاثة المحسوبة الفولتية هي: 5.2V ، 81.5 فولت و 8.9 فولت ، لكن نتائج هذه الحسابات ليست مناسبة من الناحية العملية. لذلك ، يجب تحديد بعض الكميات من خلال معادلات التقدير الهندسي. على سبيل المثال ، يستخدم نظام التصحيح النهائي ثلاثي الأطوار بشكل عام الصيغة UL=({{2 0}. 9 ~ 1. {{3 0}) · تقدير Ud ، إذا تمت تصفية جانب التيار المباشر بواسطة مكثف إلكتروليتي ، فإن متوسط ​​قيمة المخرجات سيزداد ، والذي يتم تقديره بشكل عام بواسطة الصيغة UL=Ud / 2½ ؛ إذا كان جانب التيار المستمر مستقرًا بواسطة مكثف ومنظم جهد ثلاثي الأطراف ، من أجل توسيع نطاق الاستقرار للجهد ، يجب زيادة Ud بشكل عام بمقدار 3 ~ 6 فولت ، ثم تقديره بواسطة الصيغة UL=({ {42}}. 9 ~ 1.0) · Ud. تم تحديد الفولتية الثانوية الثلاثة على هذا النحو: UL 7=0. 9 × 7=6. 3V ، UL 110=110 / 2½ =78 V ، UL 12=16 × 0. { {43}} .4 فولت.

2. الحساب الحالي والقدرة على تحديد الحالات الابتدائية والثانوية

يجب تحديد التيار الثانوي وفقًا لحجم تيار الحمل ودائرة المعدل. في الشكل 1 ، يتم استخدام دائرة مقوم جسر ثلاثي الأطوار ، ويتم الحصول على القيم الفعالة للتيارات الثانوية الثلاثة باستخدام الصيغة I 2= (2/3) ½Id: 3.26 A ، 6.5A ، 1.63A تحصل على 3 الفولتية والتيارات الثانوية. وفقًا لمبدأ أن الطاقة الأولية والثانوية للمحول متساويتان تقريبًا ، فإن التيار الأساسي I 1=1. يمكن الحصول على 45A ، وسعة المحول S =953 VA ، ونموذج المحول تم تحديده وفقًا لـ 1.5 كيلو فولت أمبير.

3. تحديد وضع الاتصال للملفات الأولية والثانوية

يمكن توصيل لفات المحولات ثلاثية الطور على شكل نجمة أو دلتا كما هو مطلوب. تُستخدم دارات التصحيح ثلاثية الطور عمومًا لتصحيح الطاقة العالية (أي أن قوة الحمل أعلى من 4kW) ، وعادة ما يتم توصيل المحولات إلى نوعين: Y / Δ و Δ / Y. يمكن أن يجعل اتصال Δ / Y تيار خط الطاقة له خطوتين ، وهو أقرب إلى الموجة الجيبية ، ويكون التأثير التوافقي صغيرًا ، ويتم استخدام دائرة التصحيح التي يمكن التحكم فيها بشكل أكبر ؛ يمكن أن يوفر اتصال Y / طاقة تيار متردد أحادية الطور ، مما يقلل من استخدام تيار اللف الثانوي بشكل عام في دوائر مقوم الصمام الثنائي عالي الطاقة ؛ بالنسبة لمحولات الطاقة الصغيرة ثلاثية الطور ، يتم توصيلها أحيانًا بنوع Y / Y ، على الرغم من أن طريقة الاتصال هذه ستقدم التوافقيات إلى شبكة الطاقة. لكن بعد كل شيء ، قوتها صغيرة وتأثيرها ضئيل. باختصار ، عند الاختيار ، لا يجب أن نأخذ في الاعتبار التأثير على شبكة الطاقة فحسب ، بل يجب أيضًا تقليل تيار اللف وتقليل مستوى عزل اللف. في الشكل 1 ، تكون التيارات 7V و 12V صغيرة نسبيًا ، والجهد منخفض ، ويتم تحديد طريقة التوصيل النجمية ؛ التيار 110 فولت كبير ، والجهد ليس مرتفعًا جدًا ، ويتم تحديد طريقة التوصيل على شكل ، والتي يمكن أن تقلل بشكل كبير من التيار في اللف ، وتقليل قطر سلك اللف ، وإطالة طول اللف. خدمة الحياة؛ على الرغم من أن جهد خط الملف الأولي مرتفع (380 فولت) ، إلا أن سعة المحول تبلغ 2 كيلو وات فقط ، والتيار الأساسي 1.45 أمبير ، وبالتالي فإن طريقة التوصيل النجمية يمكن أن تقلل من جهد اللف وعزل الملف.

2.2 تصميم دائرة المعدل

عادة ما تحتوي دائرة المعدل ثلاثي الطور على دائرة مقوم نصف موجة ثلاثية الطور ودائرة مقوم جسر ثلاثي الطور. نظرًا لأن متوسط ​​الجهد الناتج لدائرة مقوم الجسر ثلاثي الطور مرتفع ، فإن تموج الجهد صغير ، وعامل الجودة مرتفع ، غالبًا ما يتم استخدام دائرة مقوم الجسر. يتم تحديد اختيار نوع الصمام الثنائي على ذراع الجسر بشكل أساسي من خلال الجهد المقنن والتيار المقنن ، ويتم تحديد التيار والجهد المقننين بواسطة متوسط ​​تيار الحمل والجهد. صيغة الحساب هي: المعرّف=(1/3) ½ · المعرّف ، المعرّف (AV)=المعرّف / 1.57 ، UDn=(1 ~ 2) 2½ · U2 ، النموذج يمكن تحديد المعدل عن طريق التحقق من دليل الصمام الثنائي مع المعرف (AV) و UDn.

2.3 تصميم دائرة الترشيح وتثبيت الجهد

1. دائرة التصفية واختيار الجهاز

عادة ما تحتوي دائرة مرشح المعدل على دوائر ترشيح مثل المكثفات والمحاثات و RC. يتم تحقيق الترشيح الاستقرائي باستخدام الحث لتوليد قوة دافعة كهربائية معاكسة للتيار النابض وإعاقة التغيير الحالي. كلما زاد الحث ، كان تأثير الترشيح أفضل. يتم استخدامه بشكل عام في المجال الذي يكون فيه تيار الحمل كبيرًا ومتطلبات الترشيح ليست عالية. دائرة مرشح RC عبارة عن دائرة تصفية تستخدم عن طريق توصيل المقاومات والمكثفات. نظرًا لأن المقاوم سيقلل جزءًا من جهد التيار المستمر ، سينخفض ​​جهد خرج التيار المستمر ، لذا فهو مناسب فقط لدوائر التيار الصغيرة. ترشيح المكثف هو استخدام تأثير الشحن والتفريغ للمكثف لجعل جهد الخرج المعدل مستقرًا ، ويزيد اتساع الجهد ، ويكون تأثير الترشيح جيدًا ، وهو مناسب لدارات التصحيح المختلفة. يعتمد اختيار مكثف المرشح بشكل أساسي على تحديد النوع والسعة وتحمل قيمة الجهد. تشتمل مكثفات مرشح المعدل الشائعة الاستخدام على الألومنيوم كهربائيا ، والتنتالوم كهربائيا ، والبوليستر ، والمكثفات المتجانسة. المكثفات الالكتروليتية المصنوعة من الألمنيوم لها تيار تسرب كبير ، جهد تحمل منخفض ودرجة حرارة تشغيل (تصل إلى 70 درجة) ، لكن سعة كبيرة ؛ المكثفات الإلكتروليتية التنتالوم لها تيار تسرب صغير ، جهد تحمل أعلى ودرجة حرارة تشغيل أعلى من المكثفات الالكتروليتية المصنوعة من الألومنيوم ، وتستخدم بشكل عام في الأماكن ذات المتطلبات الأعلى ؛ تتميز مكثفات البوليستر بمقاومة عزل كبيرة ، وخسارة منخفضة ، ودرجة حرارة تشغيل منخفضة (تصل إلى 55 درجة) ، وسعة صغيرة ، لكن جهدًا عاليًا في التحمل ؛ يمكن جعل المكثفات المتجانسة صغيرة الحجم وعالية في تحمل الجهد. الأداء والأداء الحراري مستقران نسبيًا ، لكن السعة صغيرة. بشكل عام ، عندما يكون تيار الخرج المعدل كبيرًا ، يجب استخدام المكثفات الإلكتروليتية لتصفية الجهد وتثبيته ؛ إذا كان تيار الخرج صغيرًا ، فيمكن استخدام المكثفات العادية أو المكثفات الإلكتروليتية للترشيح. إذا كان لجهد خرج التيار المستمر متطلبات معامل التموج أو من أجل منع الضوضاء عالية التردد ، استخدم المكثفات الإلكتروليتية من الأفضل استخدامها بالتوازي مع المكثفات غير القطبية ذات السعة الصغيرة: يمكن للمكثفات صغيرة السعة تصفية التوافقيات عالية الترتيب في التيار المستمر النابض ، يمكن للمكثفات الإلكتروليتية تصفية مكونات التردد المنخفض ذات القيمة الكبيرة ، ونطاق تثبيت الجهد واسع والتأثير جيد. لا تتطلب دائرة التصحيح والتصفية سعة كبيرة وتحمل جهد المكثف. بشكل عام ، يتم تقدير سعة المكثف وفقًا لتيار الخرج. إذا كان تيار الإخراج كبيرًا ، فستكون السعة كبيرة ؛ إذا كان التيار صغيرًا ، فستكون السعة صغيرة. ومع ذلك ، إذا كانت السعة كبيرة جدًا ، فسيتم تقليل قيمة جهد الخرج ، وإذا كانت صغيرة جدًا ، فسيكون تموج الجهد كبيرًا وغير مستقر. الرجوع إلى الجدول 1 لتحديد السعة. تبلغ قيمة جهد الصمود بشكل عام 1.5 إلى 2 ضعف جهد العمل للدائرة المتصلة.

2. دائرة منظم الجهد واختيار الجهاز

هناك نوعان من دوائر تثبيت الجهد: دائرة تثبيت جهد المكونات المنفصلة ودائرة تثبيت الجهد المتكاملة ، من بينها دائرة تثبيت الجهد المتكاملة تستخدم بشكل أساسي لتصحيح الدائرة ذات الجهد المنخفض والتيار الصغير. . عند الاختيار ، يجب عليك أولاً تحديد السلسلة ، سواء كانت مصدر طاقة موجبًا أو مصدر طاقة سلبيًا ، سواء كان قابل للتعديل أو ثابتًا ، ثم اختيار نموذج معين وفقًا لجهدته المقدرة والتيار المقنن ؛ في الوقت نفسه ، عندما يكون مثبت الجهد متصلاً بدائرة المقوم ، فإن بعض المكونات الواقية ، مثل توصيل الصمام الثنائي عند طرف الإدخال / الإخراج لمنع حدوث ماس كهربائي عند طرف الإدخال ، وتوصيل مكثف صغير بين طرف الإدخال و الأرض ، يمكن أن تحد من سعة جهد الإدخال ، إلخ.

يعد تصميم مصدر طاقة التيار المستمر بسيطًا نسبيًا من الناحية النظرية ، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من التحليل والبحث والممارسة والملخص في تصميم هندسي محدد.