แนวทางแก้ไขปัญหาเกี่ยวกับการออกแบบแหล่งจ่ายไฟ DC ที่มีการควบคุม
การออกแบบแหล่งจ่ายไฟ DC ที่เสถียร
การออกแบบของหม้อแปลงวงจรเรียงกระแสสามเฟสประกอบด้วย: โหมดการเชื่อมต่อของขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิ, การคำนวณแรงดันด้านทุติยภูมิ, การคำนวณกระแสด้านปฐมภูมิและทุติยภูมิ, การคำนวณและการกำหนดความจุและการเลือก ของรูปแบบโครงสร้าง ในหมู่พวกเขา โหมดการเชื่อมต่อของขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิและการกำหนดแรงดันไฟฟ้าด้านทุติยภูมิเป็นเนื้อหาของการวิเคราะห์หลักของเรา บทความนี้นำการออกแบบแหล่งจ่ายไฟ DC สามตัวของไดรเวอร์สเต็ปเปอร์มอเตอร์มาเป็นตัวอย่างเพื่อแนะนำในรายละเอียด
การหาค่าแรงดันด้านทุติยภูมิ
แรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิไม่ได้เกี่ยวข้องเฉพาะกับแรงดันโหลด (นั่นคือ แรงดันแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงที่มีการควบคุมที่จะออกแบบ) และวงจรเรียงกระแสเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ปรับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ด้วย สำหรับวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ที่มีความต้องการสูง ให้ใช้ตัวกรองตัวเก็บประจุเพื่อทำให้แรงดันไฟฟ้าคงที่และทำให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ด้วยตัวปรับแรงดันไฟฟ้า สำหรับผู้ที่มีความต้องการต่ำ คุณไม่สามารถรักษาแรงดันไฟฟ้าให้คงที่หรือใช้ตัวเก็บประจุเพื่อทำให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ได้ ดังแสดงในรูปที่ 1 ไดรฟ์แรงดันต่ำบวก 7V ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการล็อคเฟส กระแสมีขนาดเล็กและแรงดันต่ำ ประเภทแหล่งจ่ายไฟและความถี่สูง อัตราการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันและกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่จะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเกินสูง ดังนั้นควรใช้ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าเพื่อรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าและตัวต้านทานเพื่อจำกัดกระแส บวก 12V ใช้สำหรับแหล่งจ่ายไฟของคอมพิวเตอร์และวงจรรวม ด้วยกระแสไฟขนาดเล็กและแรงดันต่ำ อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่เสถียรและค่าสัมประสิทธิ์การกระเพื่อมขนาดเล็ก ดังนั้นตัวเก็บประจุและตัวควบคุมสามขั้วจึงถูกนำมาใช้เพื่อทำให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ในสองขั้นตอน สำหรับวิธีการรักษาแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน แรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิมีวิธีการกำหนดที่แตกต่างกัน ตามทฤษฎี สูตรการคำนวณของแรงดันไฟฟ้าทั้งสามเหมือนกัน นั่นคือ U2=Ud/2.34 หรือ UL=Ud/1.35 และแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิสามตัวที่คำนวณได้ แรงดันไฟฟ้าคือ: 5.2V, 81.5V และ 8.9V แต่ผลลัพธ์ของการคำนวณดังกล่าวไม่เหมาะสมในทางปฏิบัติ ดังนั้นปริมาณบางอย่างจะต้องถูกกำหนดโดยสูตรการประมาณค่าทางวิศวกรรม ตัวอย่างเช่น ระบบการแก้ไขแบบย้อนกลับไม่ได้สามเฟสโดยทั่วไปใช้สูตร UL=({{20}}.9 ~1.{{30}})·Ud ประมาณการ , ถ้าด้าน DC ถูกกรองโดยตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า ค่าเฉลี่ยของเอาต์พุตจะเพิ่มขึ้น ซึ่งโดยทั่วไปประมาณโดยสูตร UL=Ud/2½; หากด้าน DC เสถียรด้วยตัวเก็บประจุและตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าสามขั้ว เพื่อขยายช่วงแรงดันไฟฟ้าที่เสถียร โดยทั่วไป Ud ควรเพิ่มขึ้น 3 ~ 6V จากนั้นประมาณค่าด้วยสูตร UL=({ {42}}.9 ~ 1.0) · Ud. แรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิทั้งสามที่กำหนดคือ: UL7=0.9×7=6.3V, UL110=110/2½=78V, UL12=16×0.{ {43}}.4V.
1. ตัวอย่างที่สอง การคำนวณปัจจุบันและการกำหนดความจุ
ควรกำหนดกระแสทุติยภูมิตามขนาดของกระแสโหลดและวงจรเรียงกระแส ในรูปที่ 1 จะใช้วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์สามเฟส และหาค่าประสิทธิผลของกระแสทุติยภูมิสามกระแสโดยใช้สูตร I2=(2/3)½Id: 3.26 A, 6.5A, 1.63A คุณจะได้รับ 3 แรงดันและกระแสทุติยภูมิ ตามหลักการที่ว่ากำลังไฟฟ้าหลักและกำลังไฟฟ้าสำรองของหม้อแปลงมีค่าเท่ากันโดยประมาณ สามารถรับกระแสไฟฟ้าปฐมภูมิ I1=1.45A ได้ ความจุของหม้อแปลงคือ S=953VA และรุ่นของหม้อแปลง ถูกเลือกตาม 1.5kVA
1. การกำหนดโหมดการเชื่อมต่อของขดลวดทุติยภูมิ
ขดลวดหม้อแปลงสามเฟสสามารถต่อเป็นรูปดาวหรือเดลต้าได้ตามต้องการ วงจรเรียงกระแสสามเฟสโดยทั่วไปจะใช้สำหรับการแก้ไขกำลังสูง (นั่นคือ กำลังโหลดสูงกว่า 4kW) และมักจะต่อหม้อแปลงออกเป็นสองประเภท: Y/Δ และ Δ/Y การเชื่อมต่อ Δ/Y สามารถทำให้กระแสไฟฟ้าของสายไฟมีสองขั้นตอน ซึ่งใกล้กับคลื่นไซน์มากขึ้น และอิทธิพลของฮาร์มอนิกก็น้อย และใช้วงจรเรียงกระแสที่ควบคุมได้มากขึ้น การเชื่อมต่อ Y/Δ สามารถให้ไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว การลดกระแสขดลวดทุติยภูมิโดยทั่วไปจะใช้ในวงจรเรียงกระแสไดโอดกำลังสูง สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าสามเฟสกำลังขนาดเล็ก บางครั้งจะเชื่อมต่อเป็นประเภท Y/Y แม้ว่าวิธีการเชื่อมต่อนี้จะแนะนำฮาร์โมนิกให้กับกริดไฟฟ้า แต่อย่างไรก็ตาม พลังของมันก็น้อยและผลกระทบก็น้อย กล่าวโดยสรุป เมื่อเลือก เราไม่ควรพิจารณาเฉพาะผลกระทบต่อโครงข่ายไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังต้องลดกระแสที่คดเคี้ยวให้น้อยที่สุด และลดระดับฉนวนที่คดเคี้ยวด้วย ในรูปที่ 1 กระแส 7V และ 12V มีขนาดค่อนข้างเล็ก แรงดันไฟฟ้าต่ำ และเลือกวิธีการเชื่อมต่อแบบดาว กระแสไฟ 110V มีขนาดใหญ่และแรงดันไฟฟ้าไม่สูงเกินไป และเลือกวิธีการเชื่อมต่อรูป Δ ซึ่งสามารถลดกระแสในขดลวดได้อย่างมาก ลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของขดลวด และขยายความยาวของขดลวด อายุการใช้งาน แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าของขดลวดปฐมภูมิจะสูง (380V) แต่ความจุของหม้อแปลงมีเพียง 2kW และกระแสปฐมภูมิคือ 1.45A ดังนั้นวิธีการเชื่อมต่อแบบดาวจึงสามารถลดแรงดันไฟฟ้าของขดลวดและฉนวนของขดลวดได้
การออกแบบวงจรเรียงกระแส
วงจรเรียงกระแสสามเฟสมักจะมีวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นสามเฟสและวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์สามเฟส เนื่องจากแรงดันเฉลี่ยเอาต์พุตของวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์สามเฟสสูง การกระเพื่อมของแรงดันจึงน้อย และปัจจัยด้านคุณภาพก็สูง จึงมักใช้วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ การเลือกประเภทของไดโอดบนแขนบริดจ์นั้นพิจารณาจากแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดและกระแสไฟฟ้าที่กำหนดเป็นหลัก และกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดจะพิจารณาจากกระแสโหลดและแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ย สูตรการคำนวณคือ: ID=(1/3)½·Id, ID( AV)=ID / 1.57, UDn=(1 ~ 2) 2½·U2, the model ของวงจรเรียงกระแสสามารถกำหนดได้โดยการตรวจสอบคู่มือไดโอดด้วย ID (AV) และ UDn
การออกแบบวงจรกรองและปรับแรงดันไฟฟ้า
1) วงจรกรองและการเลือกอุปกรณ์
วงจรตัวกรองเรียงกระแสมักจะมีวงจรตัวกรอง เช่น ตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ และ RC การกรองแบบอุปนัยทำได้โดยใช้ตัวเหนี่ยวนำเพื่อสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าสวนทางกับกระแสที่เต้นเป็นจังหวะและขัดขวางการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบัน ยิ่งตัวเหนี่ยวนำมากเท่าไร ผลการกรองก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น โดยทั่วไปจะใช้ในฟิลด์ที่กระแสโหลดสูงและข้อกำหนดการกรองไม่สูง วงจรกรอง RC เป็นวงจรกรองที่ใช้โดยการเชื่อมต่อตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ เนื่องจากตัวต้านทานจะลดแรงดัน DC ส่วนหนึ่งลง แรงดันเอาต์พุต DC จะลดลง ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับวงจรกระแสไฟขนาดเล็กเท่านั้น การกรองตัวเก็บประจุคือการใช้เอฟเฟกต์การชาร์จและการคายประจุของตัวเก็บประจุเพื่อทำให้แรงดันขาออกที่แก้ไขแล้วมีเสถียรภาพและแอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ผลการกรองนั้นดีและเหมาะสำหรับวงจรแก้ไขต่างๆ การเลือกตัวเก็บประจุตัวกรองส่วนใหญ่เป็นการกำหนดประเภท ความจุ และค่าแรงดันไฟฟ้าที่ทนได้ ตัวเก็บประจุกรองวงจรเรียงกระแสที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติค ตัวเก็บประจุแทนทาลัมอิเล็กโทรไลต์ โพลีเอสเตอร์ และตัวเก็บประจุแบบเสาหิน ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคมีกระแสไฟรั่วมาก ทนต่อแรงดันไฟฟ้าต่ำและอุณหภูมิในการทำงาน (สูงถึง 70 องศา ขึ้นไป) แต่มีความจุมาก ตัวเก็บประจุแทนทาลัมอิเล็กโทรลีติคมีกระแสรั่วไหลเล็กน้อย ทนต่อแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิในการทำงานสูงกว่าตัวเก็บประจุอิเล็กโทรลีติคอะลูมิเนียม และโดยทั่วไปจะใช้สำหรับสถานที่ที่ต้องการสูงกว่า ตัวเก็บประจุโพลีเอสเตอร์มีความต้านทานของฉนวนขนาดใหญ่ การสูญเสียต่ำ อุณหภูมิในการทำงานต่ำ (สูงถึง 55 องศา บวก) ความจุขนาดเล็ก แต่ทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูง ตัวเก็บประจุแบบเสาหินสามารถสร้างให้มีขนาดเล็กและทนต่อแรงดันไฟฟ้าได้สูง ประสิทธิภาพและประสิทธิภาพการระบายความร้อนค่อนข้างคงที่ แต่ความจุมีขนาดเล็ก โดยทั่วไป เมื่อกระแสเอาต์พุตที่แก้ไขแล้วมีขนาดใหญ่ ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าจะต้องใช้ในการกรองและทำให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ หากกระแสเอาต์พุตมีขนาดเล็ก สามารถใช้ตัวเก็บประจุธรรมดาหรือตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าในการกรอง หากแรงดันเอาต์พุต DC มีค่าสัมประสิทธิ์การกระเพื่อมหรือเพื่อป้องกันสัญญาณรบกวนความถี่สูง ให้ใช้ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรลีติค ควรใช้ควบคู่กับตัวเก็บประจุแบบไม่มีขั้วความจุขนาดเล็ก: ตัวเก็บประจุขนาดเล็กสามารถกรองฮาร์มอนิกลำดับสูงได้ ใน DC ที่เต้นเป็นจังหวะและตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าสามารถกรองส่วนประกอบความถี่ต่ำที่มีมูลค่าสูงและช่วงการรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าก็กว้างและให้ผลดี วงจรแก้ไขและกรองไม่ต้องการความจุมากเกินไปและทนต่อแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ โดยทั่วไปความจุของตัวเก็บประจุจะประมาณตามกระแสเอาต์พุต ถ้ากระแสไฟขาออกมีขนาดใหญ่ ความจุจะมาก ถ้ากระแสน้อย ความจุก็จะน้อย อย่างไรก็ตาม หากความจุมากเกินไป ค่าแรงดันเอาต์พุตจะลดลง และหากมีค่าน้อยเกินไป การกระเพื่อมของแรงดันจะมีขนาดใหญ่และไม่เสถียร โปรดดูตารางที่ 1 เพื่อกำหนดความจุ ค่าแรงดันไฟฟ้าที่ทนต่อโดยทั่วไปคือ 1.5 ถึง 2 เท่าของแรงดันใช้งานของวงจรที่เชื่อมต่อ
2) วงจรควบคุมแรงดันและการเลือกอุปกรณ์
มีวงจรรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าสองประเภท: วงจรรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าแบบส่วนประกอบแยกและวงจรรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าแบบรวม ซึ่งวงจรรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าแบบรวมส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการแก้ไขวงจรที่มีแรงดันต่ำและกระแสไฟน้อย . เมื่อเลือก ก่อนอื่นคุณต้องกำหนดซีรีส์ก่อน ไม่ว่าจะเป็นแหล่งจ่ายไฟบวกหรือแหล่งจ่ายไฟเชิงลบ ไม่ว่าจะเป็นแบบปรับได้หรือคงที่ จากนั้นเลือกรุ่นเฉพาะตามแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดและกระแสไฟฟ้าที่กำหนด ในขณะเดียวกัน เมื่อต่อตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเข้ากับวงจรเรียงกระแส อุปกรณ์ป้องกันบางอย่าง เช่น การต่อไดโอดที่ขั้ว I/O เพื่อป้องกันการลัดวงจรที่ขั้วอินพุต การต่อตัวเก็บประจุขนาดเล็กระหว่างขั้วอินพุตและ กราวด์สามารถจำกัดแอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้าอินพุต ฯลฯ
การออกแบบแหล่งจ่ายไฟ DC นั้นค่อนข้างง่ายในทางทฤษฎี แต่จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์ การวิจัย การปฏิบัติ และบทสรุปเพิ่มเติมในการออกแบบทางวิศวกรรมที่เฉพาะเจาะจง
