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直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)及其串聯(lián)應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2013-05-22 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展,直流電源應(yīng)用非常廣泛,其好壞直接影響著電氣設(shè)備或控制系統(tǒng)的工作性能,目前,市場上各種直流電源的基本環(huán)節(jié)大致相同,都包括、交流變壓器(有時(shí)可以不用)、整流電路、濾波穩(wěn)壓電路等。本文以三相供電的直流為例,介紹直流中一些問題的處理辦法。并就在實(shí)際應(yīng)用中,多個(gè)串聯(lián)使用問題做了闡述。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/175181.htm

2.的設(shè)計(jì)

2.1 整流變壓器的設(shè)計(jì)

三相整流變壓器的設(shè)計(jì)包括:一、二次繞組的聯(lián)結(jié)方式,二次側(cè)電壓的計(jì)算,一、二次側(cè)電流的計(jì)算,容量的計(jì)算與確定,結(jié)構(gòu)形式的選擇等環(huán)節(jié)。其中一、二次繞組的聯(lián)結(jié)方式及二次側(cè)電壓的確定是我們重點(diǎn)分析的內(nèi)容。本文以某一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的3個(gè)直流為例進(jìn)行詳細(xì)介紹,原理圖如圖1。

直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)及其串聯(lián)應(yīng)用

1、二次側(cè)電壓的確定

二次電壓不僅與負(fù)載電壓(即要設(shè)計(jì)的電壓)和整流電路有關(guān),而且與穩(wěn)壓器件有關(guān)。對于要求高的選橋式整流電路,用電容濾波穩(wěn)壓和穩(wěn)壓器穩(wěn)壓,對于要求低的則可以不穩(wěn)壓或用電容穩(wěn)壓。如在圖1中,+7V低壓驅(qū)動(dòng),主要是用來鎖相,其電流小、電壓低,電壓波動(dòng)對驅(qū)動(dòng)電源的工作狀態(tài)影響不大,不用穩(wěn)壓;+110V用以高壓驅(qū)動(dòng),斷續(xù)式供電且頻率很高,大的電流和電流變化率會產(chǎn)生很高過電壓,因此要用電解電容穩(wěn)壓,電阻限流;+12V用于計(jì)算機(jī)和集成電路的電源,電流小、電壓低,但要求電壓穩(wěn)定、紋波系數(shù)小,因此用電容和三端穩(wěn)壓器兩級穩(wěn)壓。對于不同的穩(wěn)壓手段,二次電壓有著不同的確定方法,理論上這3個(gè)電壓的計(jì)算式相同,即U2=Ud/2.34 或UL=Ud/1.35,計(jì)算的3個(gè)二次電壓分別為:5.2V、81.5V和8.9V,但這樣計(jì)算的結(jié)果在實(shí)際中不和適,因此,有些量必須用工程估算式來確定,如三相不可逆整流系統(tǒng)一般用公式UL=(0.9~1.0)·Ud估算,如果直流側(cè)用電解電容濾波時(shí)、輸出平均值會升高,一般用公式UL=Ud/2½估算;如果直流側(cè)用電容和三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓,為了擴(kuò)大穩(wěn)壓范圍,Ud一般應(yīng)升高3~6V,再用公式UL= (0.9~1.0)·Ud估算。這樣確定的3個(gè)二次電壓分別為:UL7=0.9×7=6.3V,UL110=110/2½=78V,UL12=16×0.9=14.4V。

2、一、二次例電流計(jì)算及容量確定

二次電流要根據(jù)負(fù)載電流的大小和整流電路來定,在圖1中采用三相橋式整流電路,用式I2=(2/3)½Id求出3個(gè)二次電流有效值分別為:3.26A、6.5A、1.63A,就得到3個(gè)二次電壓和電流。根據(jù)變壓器一、二次功率近似相等原則,可求得一次電流I1=1.45A,變壓器的容量為S=953VA,按1.5kVA選變壓器型號。

3、一、二次例繞組聯(lián)結(jié)方式的確定

三相交壓器繞組可以根據(jù)需要接成星形或Δ形。三相整流電路一般用于大功率(即負(fù)載功率在4kW以上)整流,變壓器通常接成Y/Δ、 Δ/Y 2種。Δ/Y接法可使電源線電流有2個(gè)階梯,更接近正弦波,諧波影響小,可控整流電路用得比較多;Y/Δ接法可以提供單相,減小二次繞組電流,一般用于大功率二極管整流電路;對于小功率三相變壓器有時(shí)也接成Y/Y型,雖然這種接法會給電網(wǎng)引入諧波.但畢竟其功率小,影響也較小??傊?,選的時(shí)候既要考慮對電網(wǎng)的影響,又要盡量減小繞組電流,降低繞組絕緣等級。在圖1中,7V和12V電流比較小,電壓低,選星形接法;110V電流大,電壓不是太高,選Δ形接法,可大大降低繞組中電流,減小繞組線徑,延長使用壽命;一次繞組的線電壓雖然高(380V),但變壓器容量只有2kW,一次電流為1.45A,所以選星形接法,可降低繞組的電壓和繞組的絕緣等。

2.2 整流電路設(shè)計(jì)

三相整流電路通常有三相半波整流電路和三相橋式整流電路,由于三相橋式整流電路輸出平均電壓高,電壓脈動(dòng)小,品質(zhì)因數(shù)高,因此多使用橋式整流電路。橋臂上二極管型號的選擇主要是由它的額定電壓和額定電流決定,額定電流和電壓則由負(fù)載平均電流和電壓決定,其計(jì)算式為:ID=(1/3)½·Id,ID(AV)= ID /1.57,UDn=(1~2) 2½·U2,由ID(AV)和UDn查二極管手冊就可確定整流管的型號。

2.3 濾波穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)

1、濾波電路及器件選擇

整流濾波電路通常有電容、電感和RC等濾波電路。電感濾波是利用電感對脈動(dòng)電流產(chǎn)生反電動(dòng)勢,阻礙電流變化來實(shí)現(xiàn)的,電感越大,濾波效果越好。它一般用于負(fù)載電流大、對濾波要求不高的場臺。RC濾波電路是電阻和電容連接使用的濾波電路,由于電阻會降低一部分直流電壓,直流輸出電壓會減小,因此只適用于小電流電路。電容濾波是利用電容的充放電作用使整流輸出電壓變得平穩(wěn),而且電壓幅值升高,濾波效果好,適于各種整流電路。濾波電容的選擇主要是種類和容量、耐壓值的確定。常用的整流濾波電容有鋁電解、鉭電解、滌綸、獨(dú)石電容等。鋁電解電容漏電流大,耐壓和工作溫度(最高+70℃)較低,但容量大;鉭電解電容漏電流小,耐壓和工作溫度比鋁電解電容都高,一般用于要求較高的地方;滌綸電容絕緣電阻大,損耗小,工作溫度(最高+55℃)低,容量小,但耐壓高;獨(dú)石電容體積可以做得很小,耐壓也可以做得很高,化學(xué)性能和熱性能比較穩(wěn)定,但容量小。一般當(dāng)整流輸出電流大時(shí),必須用電解電容濾波穩(wěn)壓;輸出電流小時(shí),用一般電容或電解電容濾波都可以,如果對直流輸出電壓有紋波系數(shù)要求或者為了防止高頻噪音,用電解電容和小容量無極性電容并聯(lián)使用效果較好:小容量電容可濾掉脈動(dòng)直流中的高次諧波, 電解電容濾掉大幅值的低頻成分,穩(wěn)壓范圍寬、效果好。整流濾波電路對電容器的容量和耐壓值要求不是太高,一般根據(jù)輸出電流大小估算電容器的容量,輸出電流大,容量就大;電流小,容量就小。但是,容量太大會降低輸出電壓值,太小則會導(dǎo)致電壓脈動(dòng)大、不穩(wěn)定。容量確定可參考表1,耐壓值一般取所接電路工作電壓的1.5~2倍。

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