Résumé: Lors du contrôle automatique du dispositif de nettoyage à jet d'eau à haute pression, il y a un problème de l'insuffisance des systèmes de réponse en temps réel, une faible stabilité. Nécessaire pour le contrôle automatique de l'appareil, la puissance d'entraînement du point de vue courant continu de la structure de conception puissance d'entraînement correspondant. Sur la base de la structure de l'alimentation en courant continu classique linéaire, l'introduction du convertisseur Buck modifié. Par simulation montre que MATLAB® l'alimentation a une réponse plus rapide à une sortie, plus faible perte de conversion de puissance, la stabilisation de la tension de sortie et les formes d'ondes de courant, la puissance de sortie peut être ajustée en temps réel. Dans une certaine amélioration en temps réel, la stabilité de la réponse du système peut mieux répondre aux besoins du jet d'application appareil de nettoyage.
TN86
A
10,16157 / j.issn.0258-7998.172457
format de citation chinois: WANG, additions Xu, Zhang dans Yin, et. Convertisseur Buck dans des applications de nettoyage à jet puissance Technologie électronique, 2018,44 (3): 135-138.
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0 introduction
La technologie de nettoyage à jet d'eau haute pression au cours des dernières années est la montée d'une technologie de nettoyage international de haute technologie, la vitesse de nettoyage, rendement élevé, à faible coût, propre et respectueux de l'environnement, les dommages non corrosif à la base, une large application, facile à mettre en uvre l'automatisation et le contrôle intelligent etc., des formes complexes peuvent être nettoyées parties structurelles . Ces dernières années, avec le développement de la technologie de contrôle automatique, ce qui augmente le niveau d'automatisation industrielle. Afin d'améliorer l'efficacité du nettoyage et l'effet de nettoyage du matériel de jet d'eau à haute pression, les chercheurs disposent d'une technologie de contrôle automatique processus de nettoyage de jet. Son effet de nettoyage et de l'efficacité de nettoyage par rapport au nettoyage manuel conventionnel a été grandement améliorée, mais le processus pour le système de contrôle en temps réel, ayant une des exigences élevées de stabilité. Ainsi, dans le cadre du système de commande d'entraînement, rapide, puissance DC stable ont également des exigences élevées.
Dans le bloc d'alimentation de puissance classique d'entraînement linéaire multi-DC, principalement en raison du dispositif de réglage de tension fonctionne toujours dans une zone d'amplification linéaire, il y a donc une grande consommation d'énergie, l'efficacité de conversion d'énergie est faible, des problèmes tels que la production de réponse lent pendant l'application. Cela apporte des limites importantes pour l'application de l'alimentation à courant continu linéaire. Ces dernières années, avec le développement de la puissance des appareils électroniques de puissance, commutation d'alimentation a été plus largement utilisé, et les technologies connexes telles que l'état de développement du document . Commutation d'alimentation a plus d'avantages. La perte de puissance interne, une efficacité élevée de conversion. Avec l'efficacité de conversion de puissance micro-ondes de la conversion de du développement et de l'application de l'alimentation électrique de commutation peut grandement améliorer l'efficacité de conversion peut être jusqu'à 90%, à savoir pour atteindre le document L'utilisation rationnelle de l'énergie, réduire l'énergie la perte de l'objet. Et puisque aucun transformateur de fréquence d'alimentation de commutation classique, un dissipateur thermique est relativement petite, qui a une petite taille, les caractéristiques de poids léger. Alimentation à découpage a seulement les avantages mentionnés ci-dessus, le procédé de commande à celui-ci correspondant sera plusieurs circuits, comme procédé de commande de cycle selon la , procédé de commande d'hystérésis selon la , la méthode de commande de changement de phase selon la et analogues. Les concepteurs peuvent selon les besoins et les besoins de l'application, la flexibilité de choisir différents types de commutation de circuits d'alimentation électrique et une méthode de contrôle.
Compte tenu de ces caractéristiques d'alimentation en courant continu linéaire traditionnelle et le commutateur d'alimentation électrique à courant continu, en liaison avec le dispositif de nettoyage à jet d'écran tactile d'entraînement exigences de réponse d'entrée-sortie de puissance. Un circuit d'alimentation électrique de commutation est conçu sur la base de la structure d'un circuit d'alimentation classique linéaire à courant continu, le papier donne la première configuration de circuit correspondant, et le principe de fonctionnement correspondant décrit brièvement, suivi par le procédé de construction donné et le résultat de la simulation de l'analyse de la structure de la Fig. Enfin, certaines conclusions.
Vue d'ensemble de l'alimentation électrique à courant continu linéaire traditionnel 1
La structure générale d'une alimentation linéaire classique avec le courant continu représenté sur la Fig. 1, la station figure Ui est de 220 puissance V AC introduite dans la fréquence, T est un transformateur, U est un redresseur, D1 est une diode, R1 ~ R6 sont des résistances, un C1 comme stabilisant capacité, Dz du régulateur, VT1, VT2 de commutation à fonctionner dans l'état linéaire, RL est la résistance de charge.
Fonctionne brièvement comme suit: courant alternatif de fréquence Ui, par l'intermédiaire du step-down transformateur T à amplitude réglable AC, puis redressé par le redresseur U pulsé à courant continu, et enfin par filtration, mise en mémoire tampon, une rétroaction de sortie, le régulateur de tension pour fournir un courant de charge alimentation. CC linéaires de fonctionnement de commutateur de puissance dans l'état d'amplification linéaire, le courant continu stabilisé plusieurs types de circuit, sans perte de puissance en courant continu linéaire généralisé, généralement choisi ici avec une partie élargie d'un circuit régulateur de série, qui est VT1 régulateur de puissance, le circuit amplificateur comparateur de forme VT2 et R3.
côté primaire du transformateur T est supposé tension U1, U2 de tension secondaire, le rapport de transformation n: 1, la tension de charge Uo, Ui est la tension de la fréquence du réseau, à l'exclusion du côté primaire du transformateur et la perte, la réactance de fuite du transformateur. Lorsque l'absence de charge, la charge moyenne obtenir la tension maximale:
La conception même, la valeur du condensateur C1 est souvent déterminée en fonction de la charge.
Buck convertisseur 2 est introduit alimentation en courant continu
Structure et principe de fonctionnement 2.1 Buck Converter
Buck principe du convertisseur représenté sur la figure 2, dans lequel l'interface utilisateur est un bloc d'alimentation CC, V est un IGBT (transistor à grille isolée du bipolaire), une diode D, L est l'inductance, C est la capacité, R, RL sont des résistances.
Son principe de fonctionnement est le suivant: à la fois, le commutateur de commande de signal de commande V est mis en marche, l'alimentation électrique Ui à la charge RL, la tension de charge Uo = Ui, la charge courbe de courant io montée de façon exponentielle. V lorsque le commutateur est mis hors tension, le courant de charge à travers la diode de roue libre de D, la tension de charge Uo est approximativement égale à zéro, le courant de charge diminue de façon exponentielle courbe. Si l'inductance L prend la plus grande valeur, et le courant de charge de sortie d'entraînement en continu plus petits .
Supposons qu'un délai de V est T, la tonne de temps de conduction, turn-off temps toff, tournez-le rapport cyclique est alors la moyenne de la charge de tension:
Vu de la formule (3), la valeur moyenne de la tension de sortie à la limite de charge Uo Ui, de réduire le cycle de service [alpha], Uo diminue.
2.2 Introduction convertisseur Buck alimentation en courant continu
Étant donné que les problèmes décrits ci-dessus de la classique linéaire présente alimentation en courant continu, le convertisseur Buck incorporé ici dans lequel, tandis que la face avant de l'adaptateur secteur est retiré, le linéaire alimentation en courant continu est convertie en petits blocs d'alimentation de commutation légers. Le schéma de circuit représenté sur la figure 3, dans laquelle Ui est introduit fréquence du réseau 220 V en courant alternatif, U est un redresseur, un C1 à condensateur de filtrage, C2 est un condensateur tampon C3, V1, la capacité de stabilisation, V2 est un interrupteur IGBT, VD1, VD2, VD3 sont des diodes, L1, L2 est l'inductance, R1, RL est une résistance.
Il agit en résumé comme suit:
Fréquence du courant alternatif 220 V, le redresseur U DC redressée par grande ondulation, le condensateur C1 filtration filtré, et former ensuite une plus régulateur de tension à courant continu stable par l'intermédiaire des moyens de régulation de tension. La puissance de sortie, à l'arrière par la charge du convertisseur Buck est ajustée en ajustant le rapport cyclique de l'interrupteur principal V1, pour obtenir la puissance de sortie en courant continu approprié. La figure V2, VD1, L1, C3 constituent un circuit auxiliaire, et son rôle est de réaliser une commutation de tension nulle principal est éteint et ouvert.
Supposons que le rapport de conduction V1 de [alpha], la tension de charge Uo, la tension aux bornes du condensateur C1 est Uc1, Ui est la valeur efficace de la tension du réseau, si l'appareil de mesure de tension et en ce que le circuit d'inductance, lorsque la charge, la charge est obtenue max:
Facile de voir à partir de l'analyse ci-dessus, le convertisseur Buck comprenant une alimentation en courant continu est plus facilement ajustée linéaire alimentation en courant continu, en commandant la conduction du commutateur pour répondre à différentes exigences que la sortie DC. alimentation linéaire à courant continu et la grandeur de sortie de la charge par l'impact des grandes et difficiles à atteindre les exigences des différents temps de la production réelle de courant continu.
Application des jets d'eau à haute pression, pour une réponse en temps réel du système ont des exigences plus élevées, il y a une grande charge tend à varier dans différentes applications. Ainsi, il peut être vu par l'analyse théorique ci-dessus, le convertisseur Buck comprenant une alimentation en courant continu peut être mieux adapté aux besoins de l'application du jet d'eau à haute pression, elle sera décrite ci-dessous par la simulation de l'analyse expérimentale.
Simulation Matlab et analyse des deux puissances
3.1 Simulation d'établir un schéma de configuration de l'alimentation
Dans l'environnement Simulink MATLAB, selon la figure 1, la figure 3 est conçu pour construire le diagramme de circuit de simulation illustrant la structure de la figure, les paramètres des éléments correspondants et la conception en fonction des exigences de charge. Pour mieux tenir compte des caractéristiques du circuit après l'introduction convertisseur Buck, lorsque la structure du bâtiment de la figure 3 montrant une simulation, et non pas l'introduction de contrôleurs spécialisés, mais une impulsion de déclenchement de fréquence sélectionnée off classique au commutateur de commande, il convient de noter que, dans le circuit comprenant le système électronique de puissance ou de la simulation, l'algorithme de simulation algorithme intégré rigide est généralement utilisé comme ode23tb, ode15s etc., vous pouvez donner une vitesse plus rapide de simulation . La sélection de l'algorithme de simulation suivante ode15s.
3.2 Résultats de la simulation et l'analyse
3.2.1 paramètres de simulation sélectionnée et la réponse de sortie
Dans un appareil de nettoyage à jet nécessite la sortie de puissance d'entraînement de l'exemple de l'écran tactile pour la comparaison, les exigences de sortie qui:
DC tension d'alimentation Uo = 20,4 ~ 26,4 V, la puissance de sortie maximale Po = 7 W. Dans le schéma de circuit représenté sur la figure 1 pour sélectionner les paramètres principaux sont comme suit: le paramètre d'entrée AC Ui: Ui = 220 V, f = 50 Hz, = 0 ° ( est l'angle de phase initial).
Les paramètres du transformateur T: rapport du transformateur est de 1: 1.
La résistance R1 = 330 , R2 = 1 kQ, R3 = R4 = R5 = R6 = RL = 100 , la capacité C1 = 2000 uF. Les principaux paramètres définis comme décrit ci-dessus, les résultats de simulation présentés sur la figure.
Dans le schéma de circuit représenté sur la figure 3 pour sélectionner les paramètres principaux: IGBT La fréquence de la fréquence d'alimentation, l'inductance L1 = L2 = 0,001 H, C1 = 500 pF, C2 = 100 pF, C3 = 2000 uF.
Pour les deux réponse de sortie de puissance comparées et analysées, la fréquence de découpage est égale à la fréquence, en accord avec la simulation représenté sur la. Figure 4 Sélectionnez un schéma de principe d'autres paramètres.
En définissant les paramètres ci-dessus, les résultats de simulation présentés à la figure 5.
Dans les mêmes conditions, si le changement de charge, telles que la prise de la charge RL = 000 1, le diagramme de bonne simulation a été construite d'après ce qui précède, les résultats de la simulation à. La figure 6, 7 représentés sur la figure.
puissance du moteur linéaire à courant continu en réponse à Uo = 47 V, Io = 0,047 A. convertisseur Buck comprenant une source d'alimentation en courant continu en réponse à la sortie Uo = 23 V, Io = 0,023 A. À savoir, le changement de charge est grande, linéaire besoins de puissance de sortie à courant continu à faire avant un grand nouveau ajusté pour répondre aux besoins de production. Facile de voir de la figure 6, la vitesse de réponse de la source linéaire de puissance à courant continu a également été réduite.
3.2.2 Analyse et comparaison de la courbe de réponse
.. Le graphique de simulation de la figure 4, la figure 5 est facile à voir: deux types de courant continu lorsque la charge est faible, peut répondre aux exigences de la sortie désirée, lorsque la tension de sortie du même deux puissances Uo = 23 V, sortie courant Io = lorsque 0,023 A, à la fois la puissance de sortie Po = 5,29 W. .. Un graphe de simulation de la figure 6, la figure 7 on peut voir que lorsque la charge est importante, le convertisseur abaisseur de tension d'alimentation électrique à courant continu contenant avantage est plus évident, par comparaison des données de simulation peuvent être trouvées dans les deux caractéristiques de puissance de sortie suivantes:
Après le même lorsque la tension de sortie en courant continu ou de courant, le convertisseur de Buck, comprenant le temps de réponse de sortie de puissance en courant continu de 0,007 s, est beaucoup plus petite que les linéaires alimentation en courant continu de 0,5 s, à savoir linéaire mise en place d'alimentation CC convertisseur Buck, la vitesse de réponse de sortie de puissance du ressort augmente, ce qui, en réponse à la sortie en temps réel les exigences de puissance d'entraînement par jet d'eau à haute pression, plus adaptatifs.
Pendant ce temps, le contraste peut être vu depuis la sortie graphique de simulation en réponse à l'ondulation d'alimentation linéaire à courant continu est relativement importante, Pour obtenir plus petite ondulation alimentation en courant continu, il faut ajouter le dispositif de régulation de pression respective. Et le commutateur lorsque la fréquence de travail, l'alimentation en courant continu contenant le convertisseur Buck dans les mêmes conditions, la tension de sortie et des formes d'onde de courant est relativement stable.
Il est à noter que, en raison de la plus petits jets d'eau requis sortie de la source d'alimentation de l'écran tactile, et donc le dispositif de régulation de la résistance d'alimentation à courant continu linéaire correspondant est nécessaire pour réduire la fluctuation de tension. Cela crée ses propres augmentations de perte de puissance, non seulement l'efficacité de conversion de puissance diminue, mais aussi conduire à une augmentation de la puissance de la chaleur, un dissipateur thermique plus grande. Pour convertisseur Buck comprenant une alimentation en courant continu, lorsque le tube de commutation fonctionnant à la fréquence de puissance, la perte de commutation est presque négligeable. Aux hautes fréquences, peut atteindre par l'intermédiaire du circuit auxiliaire turn-off zéro de tension, ouvert, et donc moins de pertes dans le circuit de conversion de puissance, la puissance calorifique est relativement faible, à savoir, une plus grande efficacité de conversion de puissance.
Bien sûr, sur la figure. 5 peut aussi être vu à 0,0085 s, il y a une sortie en réponse à une légère baisse de tension, les applications pratiques doivent également ajouter le contrôleur de rétroaction appropriée, ou ajustée compensation de chute de tension soit pour former une boucle de régulation fermée, afin d'assurer une réponse soutenue de la production et stable.
4 Conclusion
A partir des besoins réels de l'équipement de jet d'eau à haute pression, combinée avec les avantages de l'alimentation à découpage, la conception de la configuration de circuit de l'alimentation en courant continu contenant principal convertisseur Buck, et pour commander le dispositif à écran tactile de jets d'eau décrites dans l'exemple de simulation de la revendication. reconnaissance de motifs peut être trouvé convertisseur Buck ici conçu comprenant une alimentation en courant continu ayant une vitesse de réponse rapide de sortie, le convertisseur de puissance à faible perte, la forme d'onde de sortie est stable.
En réponse à la demande de la sortie de la puissance élevée, souvent spécialement prévu pour le dispositif de commande de commutation, en utilisant une variété de méthodes de contrôle avancées, telles que la commande prédictive, commande adaptative, la régulation PID floue, des systèmes experts, le contrôle du réseau de neurones . Par ces technologies et méthodes de contrôle de la coopération efficace PWM, peut largement augmenter la fréquence de commutation (dans une industrie de l'électronique développé et les pays avancés, mégahertz peut être fait) pour améliorer la fiabilité de l'alimentation en courant continu, pour augmenter la puissance de sortie est réglable plage, commutation d'alimentation pour atteindre la réduction de poids, la réduction.
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Informations sur l'auteur:
Wang Hong, Xu, plus construit Zhang Xian, Xu Xuewu
(École de génie mécanique et électrique, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004)
