AC / DC Süperpozisyon Güç Kaynağının Geliştirilmesi
Wang Shengli, Wu Yunfeng, Tang Hui, Hu Boyang, Miao Ling
(Enerji Bilimi ve Mühendisliği Okulu, Çin Elektronik Bilimi ve Teknolojisi Üniversitesi, Chengdu 611731, Sichuan)
Metal oksit nanopartiküllerini elektrokimyasal korozyonla hazırlamak için, iyi dinamik yanıtlı, ayarlanabilir frekanslı bir AC / DC üst üste bindirilmiş güç kaynağı tasarlandı. Bu güç kaynağının verebileceği maksimum tepe voltajı 30 V, izin verilen maksimum akım 10 A ve kare dalga frekansı 35 ila 101 Hz'dir. Güç devresi temelde bir tahrik devresi, bir kare dalga oluşturma devresi ve bir DC üst üste binme devresi içerir. Bu güç kaynağı ana devre topolojik yapısını verir, devre prensibini analiz eder ve frekans modülasyon kontrol yöntemini açıklar, frekans modülasyonu ve voltaj regülasyonunun sonucunu verir. Bu güç kaynağı elektrokimyasal korozyon testlerinde kullanılmış ve iyi sonuçlar elde etmiş ve 30 nm boyutunda ferroferrik oksit parçacıkları elde etmiştir. Elektrokimyasal korozyon yöntemiyle metal oksit nanopartikül hazırlama deneyi, güç kaynağının hızlı dinamik yanıt, ayarlanabilir frekans ve yüksek stabilite avantajlarına sahip olduğunu göstermektedir.
AC / DC üst üste bindirilmiş güç kaynağı; metal oksit; nanopartiküller; simetrik kare dalga; elektrokimyasal korozyon testi
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TN86
Belge tanımlama kodu: Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.03.035
Çince alıntı biçimi: Wang Shengli, Wu Yunfeng, Tang Hui, et al.AC / DC üst üste bindirilmiş güç kaynağının geliştirilmesi.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2017, 43 (3): 141-144.
İngilizce alıntı biçimi: Wang Shengli, Wu Yunfeng, Tang Hui, ve diğerleri.AC ve DC süperpozisyon güç kaynağının tasarımı.Elektronik Tekniğin Uygulanması, 2017, 43 (3): 141-144.
0 Önsöz
Nanomalzemeler, özel optik, elektrik, akustik, manyetik, termal ve kimyasal özelliklerinden dolayı "21. yüzyılın en umut verici malzemeleri" olarak adlandırılır. Metal oksit nanomalzemeler, geniş uygulama beklentileri nedeniyle popülerdir. Yüksek saflıkta, kontrol edilebilir partikül boyutuna ve morfolojiye sahip nano oksitlerin sentezi, yüksek performanslı nanomalzemelerin hazırlanmasındaki ilk adımdır. Şimdiye kadar, magnetron püskürtme, sol-jel, gaz fazı, sprey piroliz ve hidrotermal hazırlama teknolojisi gibi çeşitli oksitlerin hazırlanması için yöntemler geliştirilmiştir. Yukarıdaki yöntemle karşılaştırıldığında, AC ve DC güç kaynağı kullanılarak elektrokimyasal korozyon yoluyla metal oksit nanomalzemelerin hazırlanması yöntemi, basit işlem, düşük reaksiyon öncüleri maliyeti, yüksek reaksiyon verimi ve ürün morfolojisinin kolay kontrolü gibi birçok avantaja sahiptir. Bekle.
AC / DC bindirilmiş güç kaynağı, yağlı kağıt yalıtım sistemi testinde sıklıkla kullanılır ve kullanılan voltaj seviyesi yüksektir. Tsinghua Üniversitesi, yağlı kağıt yalıtım yüzeyi boyunca flashoverın etkisini test etmek için AC ve DC bindirilmiş güç kaynağı kullandı. Asimetrik dalga formu güç kaynağı, yüksek frekanslı kare dalgadaki DC bileşenini çıkarmak için yüksek geçişli bir filtre kullanır ve pozitif kare dalgayı eşit pozitif ve negatif alanlara sahip asimetrik bir kare dalgaya dönüştürür. DC üst üste binme devresi, düşük voltajlı DC sinyalini yüksek frekanslı ve yüksek voltajlı asimetrik kare dalgayı seri direnç ve endüktans yoluyla üst üste getirir ve yüksek frekanslı ve yüksek voltajlı asimetrik kare dalganın neden olduğu düşük voltajlı DC güç kaynağına olası hasarı etkili bir şekilde engeller. Bu üst üste bindirilmiş güç kaynağı farklıdır Transformatörü bağlama fikrini kullanarak, biri izolasyonun etkisini elde etmek, diğeri akım çıkış kapasitesini iyileştirmektir ve üçüncüsü, çapraz bloklama direnci ihmal edildiğinden daha yüksek bir verime sahip olmaktır.
1 Devre yapısı ve çalışma prensibi
AC-DC üst üste bindirilmiş güç kaynağı devresi esas olarak dört bölümden oluşur: bir yarım köprü devresi, bir tahrik devresi, bir sinyal üreten devre ve bir doğru akım üst üste binen devre Temel prensip blok diyagramı Şekil 1'de gösterilmiştir.
1.1 Ana devre topolojisi
DC voltajı, yarım köprü boyunca bir AC kare dalgasına çevrilir ve DC güç kaynağı, son AC ve DC üst üste binen voltajı oluşturmak için süperpozisyon devresi aracılığıyla seri olarak bağlanır. Anahtarlamalı güç kaynağındaki iki anahtarlama tüpü dönüşümlü olarak çalıştığından, çıkış voltajı dalga formu simetriktir ve anahtarlamalı güç kaynağı, tüm çalışma döngüsü boyunca yüke güç çıkışı sağlar, böylece çıkış akımı yüksek bir anlık tepki hızına ve iyi voltaj çıkış özelliklerine sahiptir. resim 2'de gösterildiği gibi.
1.2 Sürücü izolasyon devresi
1.2.1 Kontrol darbe sinyali üreten devre
Kontrol darbe sinyali üreten devre Şekil 3'te gösterilmektedir. Yonga SG3525 bir kontrol darbe sinyali oluşturur ve darbe genişliği modülasyonu (Darbe Genişlik Modülasyonu, PWM) frekansı F aşağıdaki formülle belirlenir:
Formülde: Ct, pin 5'e bağlı zamanlama kapasitörüdür; Rt, pin 6'ya bağlı zamanlama direncidir; Rd, pin 5 ve pin 7 arasına bağlanan deşarj direncidir. SG3525'in çevresel devresindeki Ct ve Rd'nin boyutu, kare dalga güç kaynağının çıkış frekansı aralığını belirler Pim 6'nın mevcut boyutunu değiştirerek, aslında Rd'nin boyutunu değiştirmeye eşdeğerdir. Formülden, SG3525 tarafından çıkan kontrol sinyalinin frekansının bu şekilde ayarlandığı görülebilir. Tasarım, SG3525 tarafından Metal oksit yarı iletken Alan Etkili Transistörün (MOSFET) açılıp kapanmasını kontrol etmek için iki kontrol sinyali oluşturmak üzere tasarlanmıştır.
1.2.2 İzolasyon ve sürücü devresi
Şekil 4'te gösterildiği gibi, her sürücü devresi, sürücü devreleri arasında karşılıklı izolasyon sağlamak için bağımsız bir yardımcı güç kaynağı kullanır. Birbirlerini etkilemediklerinden emin olmak için kontrol sinyal devresi ile sürücü devresi arasında 6N137 optocoupler izolasyonunu kullanın. Sürücü devresinin kontrol sinyali SG3525 tarafından üretilir. MOSFET sürücüsü, sürücü kapasitesini artırmak için transistörlerin kademeli bağlantısını kullanır. Devre tasarlanırken, iki anahtarlama tüpünün aynı anda açılıp kapanmasını önlemek için iki sürücü arasına bir diyot yerleştirilir.
1.3 Kare dalga üreten devre
Kare dalga üreten devre yapısı, Şekil 2'de gösterildiği gibi yarım köprü yapısıdır. Bunların arasında, A bir DC güç kaynağıdır ve MOSFET tüpleri Q1 ve Q2, yarım köprü yapısının üst ve alt kollarını oluşturmak için sırasıyla A ile seri olarak bağlanır. MOSFET Q1 açıkken ve Q2 kapalıyken çıkıştaki voltaj U; MOSFET Q1 kapalı ve Q2 açıkken çıkıştaki voltaj -U'dur. Bu nedenle, MOSFET Q1 ve Q2 belirli bir frekansta dönüşümlü olarak açılıp kapatıldığında, çıkışta -U'dan U'ya bir kare dalga elde edilebilir.
1.4 DC süperpozisyon devresi
1.4.1 Süperpozisyon devresi
Simetrik kare dalga güç kaynağı ve DC voltaj güç kaynağının voltajını elde etmek için, birbirini etkilemeden bağımsız olarak ayarlanabilir, DC voltajını çıkarmak için ayrı olarak kontrol edilen bir DC kaynağı kullanılır.DC kaynağı 32 V'a kadar voltaj çıkışı sağlayabilir. Karşılık gelen izolasyon ve süperpozisyon devresi, DC voltajı ve simetrik kare dalganın üst üste binmesini ve yük üzerinde birlikte hareket etmesini sağlar. DC güç kaynağı A'nın çıkış akımını DC güç kaynağı B'nin çıkış akımı ile eşleştirmek için ve çıkış akımı 10 A'ya kadar ulaşabildiğinden, bir düşürücü transformatör T1 kullanılır.Transformatör ayrıca izolasyon etkisine ulaşır ve güç kaynağının verimliliği nispeten yüksektir. .
1.4.2 Transformatör seçimi
Transformatör seçimi, bu güç kaynağının çıkış frekansı 30-101 Hz olduğundan ve frekansın düşük frekans olarak belirlendiğinden, çalışma frekansına ve çıkış gücüne göre belirlenir.Trafo seçimi esas olarak çıkış gücüne göre belirlenir. Güç kaynağının maksimum çıkış akımı 10 A'dır. Deneysel gerekliliklere göre kare dalganın maksimum değeri 6 V'tur. Transformatör nihayet 220: 36'lık bir dönüşüm oranına sahip bir düşürücü transformatör olarak belirlenir.Bu transformatörün maksimum akım çıkışı 12 A'dır.
2 Güç çıkışı sonuçları ve analizi
2.1 Parametre değişikliklerinin çıkış voltajı üzerindeki etkisi yüksüz durumda
Yüksüz deney dalga formu Şekil 5'te gösterilmektedir. Şekil 5'deki (a) ve (b) sırasıyla 35 Hz ve 96 Hz'de çıkış dalga formlarıdır. SG3525 yongasının 6-terminalinin Rd değerini ayarlayarak, kontrol sinyalinin frekansı değiştirilir, böylece yarım köprünün iletim süresi değiştirilir ve ardından kare dalganın frekansı değiştirilir. Frekans ayar aralığı 35 101 Hz'dir.
Şekil 5'teki (C) ve (d), DC güç kaynağı A'nın frekansı ve boyutu aynı olduğunda DC güç kaynağı B için 25 V ve 30 V çıkış dalga biçimleridir. Seri olarak bağlanan DC güç kaynağı B'nin boyutunu ayarlayarak, üst üste binen AC ve DC'den sonraki çıkış voltajı değiştirilebilir. DC güç kaynağı B'nin ayar aralığı 0 32V'tur.
Şekil 5'teki (E) ve (f), frekans ve DC güç kaynağı B aynı olduğunda kare dalga için 4 V ve 6 V'luk çıkış dalga biçimleridir. DC voltajını MOSFET üzerinden ayarlayarak kare dalga çıkış voltajı değiştirilebilir. Kare dalga voltajı 0 ila 6 V arasında ayarlanabilir.
2.2 Elektrokimyasal korozyon deneyi sırasında güç kaynağı çıkış voltajı dalga formu
Yüksüz ve elektrokimyasal korozyon deneylerinin dalga biçimleri Şekil 6'da gösterilmektedir.
Şekil 7'deki (A) ve (b), Şekil 6'daki diyagramın (b) yükselen ve düşen kenarlarının büyütülmüş dalga biçimleridir. Şekil 7 (a) ve (b) 'deki iki grafiğe bakıldığında, trafonun neden olduğu yavaşça yükselen ve düşen bir dalga formu oluşur. Kullanılan transformatör ideal bir transformatör değildir, kaçak endüktansı vardır. Simülasyon deneyi, kaçak endüktansın bu sorunun ana nedeni olduğunu doğrular. Yük olmadığında döngü oluşmaz, akım sıfırdır ve kaçak endüktans boş taşıyıcı şeklini etkilemez, bu nedenle Şekil 6 (a) 'daki gerilim dalga formu Şekil (b)' den daha iyidir. Şekil 7'den, yükselen kenarın ve düşen kenarın değişim tepkisinin çok hızlı olduğu, her ikisinin de yaklaşık 30 s olduğu ve iyi bir dinamik tepkiye sahip olduğu gözlemlenebilir.
3 Uygulama ve deneysel sonuç analizi
Güç kaynağı, bir elektrokimyasal korozyon yöntemiyle metal oksit nanopartiküllerinin hazırlanmasına yönelik bir deney yapmak için kullanıldı ve elde edilen deneysel sonuçlar Şekil 8'de gösterilmektedir. Şekil 8 (a) ve (b), 5 V'luk bir DC güç kaynağı, 2 V'luk bir kare dalga, 56 Hz'lik bir frekans ve 0.5'lik bir görev döngüsü ile 20 dakika alternatif kare dalganın ardından elde edilen metal oksidin XRD'sidir. Ve SEM grafikleri. SEM resmi, elde edilen nanopartiküllerin yaklaşık 30 nm'lik bir boyutla nispeten tek tip olduğunu göstermektedir. XRD modeli standart model ile karşılaştırılır ve elde edilen metal oksidin ferroferrik oksit olduğu doğrulanır.
4. Sonuç
Anahtar tüpünün AC / DC bindirilmiş güç kaynağı olarak MOSFET'e dayanarak, elektrokimyasal korozyon deneyinde iyi sonuçlar elde edilmiştir. İnvertör köprü devresini kontrol etmek için frekans modülasyonunun kullanılması, böylece güç kaynağı her zaman en iyi frekansta çalışır. Diğer elektrokaplama güç kaynaklarından farklı olarak frekansı, AC ve DC voltajı ayarlanabilir, dinamik yanıt hızlı, güç büyük ve maksimum akım 10 A'ya ulaşabilir.
Referanslar
CHEN Q, YUAN G, CHI M, ve diğerleri.AC üst üste binen DC elektrik alanı altında yağlı kağıt yalıtımının akış elektrifikasyonu özellikleri.CSEE, 2014, 34 (15): 2502-2512.
Chen Yilong, Qi Bo, Xi Chaochao, vd. AC-DC kombine elektrik alanı altında yağ baskı levhası yalıtımı için yüzey yükünün flashover üzerindeki etkisi.Enerji ve Güç Mühendisliği: English Edition, 2013 (9): 1803-1808.
Yang Lijun, Qi Chaoliang, Hao Jian ve diğerleri.Frekans Alanlı Dielektrik Karakteristik Parametreleri ve Trafo Yağı-Kağıt Yalıtımının Nem İçeriğinin Değerlendirme Yöntemi Üzerine Çalışma.Çin Elektroteknik Derneği Dergisi, 2013, 28 (10): 59-66.
Zheng Junliang, Jiang Xiubo, Cai Jinding, vd.Akım spektrum analizini depolarize ederek yağlı kağıt yalıtımının eşdeğer devre parametreleri üzerinde çalışma.Güç sistemi koruma ve kontrolü, 2014 (21): 54-58.
Sun Zhenquan, Zhao Xuefeng, Li Jisheng, vd.DC gerilimi altında yağlı kağıt yalıtım yapısı hava boşluğu modelinin kısmi deşarj özellikleri Acta Electrotechnical Society, 2010 (9): 20-27.
Sha Yanchao, Zhou Yuanxiang, Sun Qinghua, vb. DC voltaj bileşeninin, AC ve DC üst üste binen voltaj altında yağlı kağıt yalıtımının flashover üzerindeki etkisi, High Voltage Technology, 2013, 39 (6): 1337-1343.
Lin Zhenxiang, Tang Fei, Wang Xiaohao. FAIMS için yüksek alan asimetrik dalga formu güç kaynağının geliştirilmesi. Yüksek gerilim teknolojisi, 2009 (6): 1415-1919.
OU S Y, TANG C Y, CHEN Z J. Çıkış voltajı denge kontrollü bir ZCS-PWM yarım köprü güçlendirme doğrultucusunun tasarımı ve uygulaması Endüstriyel Elektronik üzerine IEEE İşlemleri, 2012, 59 (12): 4646-4656.
TANG Y, BLAABJERG F, LOH P C. Simetrik yarım köprü devresi aracılığıyla tek fazlı sistemlerde dalgalanan gücün ayrılması Güç Elektroniği IEEE İşlemleri, 2015, 30 (4): 1855-1865.
Jiang Wei, Hu Renjie, Huang Huichun Simetrik yarım köprü dönüştürücüler için yumuşak anahtarlama koşullarının faz kaydırmalı kontrolü Journal of Electrotechnical Technology, 2011 (11): 8-13.
SHI L, LIU F, HE H, ve diğerleri Rezonant yarım köprü sürücüsü için uyarlanabilir ölü zaman kontrol devresinin tasarımı. International Journal of Electronics, 2013, 100 (10): 1317-1331.
ZHANG X, HAO Z, CHEN G Z, et al. Trafo sargı deformasyonunun kaçak endüktans değişimi tabanlı izlenmesi // Çevre ve Elektrik Mühendisliği (EEEIC), 2015 IEEE 15. Uluslararası Konferans, 2015.
