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西門(mén)子 S7-300*處理器6ES7315-2AG10-0AB0
西門(mén)子 S7-300*處理器6ES7315-2AG10-0AB0
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西門(mén)子 S7-300*處理器6ES7315-2AG10-0AB0
穩(wěn)壓直流電源具有電子控制電路，可以維持輸出直流電壓在一個(gè)特定的值，盡可能減少波動(dòng)。特定功能區(qū)域可以電子補(bǔ)償例如輸入電壓變化或者輸出端負(fù)荷變化的影響。
穩(wěn)壓直流電源輸出電壓的紋波處于毫伏級(jí)，且主要取決于輸出端的負(fù)荷。
穩(wěn)壓直流電源的設(shè)計(jì)可以采用不同的工作原理。zui常見(jiàn)的電路類型有：
- 線性穩(wěn)壓電源
- 磁穩(wěn)壓器
- 次級(jí)脈沖開(kāi)關(guān)式電源
- 初級(jí)脈沖開(kāi)關(guān)式電源
適用于特定應(yīng)用實(shí)例的zui適原理將主要地取決于應(yīng)用。其目標(biāo)為特定負(fù)荷產(chǎn)后直流供電電壓，且成本盡可能地低，度盡可能地高。
進(jìn)行同相位調(diào)節(jié)的電源
方框圖 進(jìn)行同相位調(diào)節(jié)的變壓器
帶有同相位調(diào)節(jié)的變壓器按常規(guī)原理運(yùn)行。其供電采用交流供電系統(tǒng)供電（單相、兩相或者三相供電）。
使用變壓器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以獲得所需次級(jí)電壓。
經(jīng)整流和濾波的二次側(cè)電壓在整流階段轉(zhuǎn)換為輸出穩(wěn)定的電壓。調(diào)整區(qū)包括一個(gè)末控制元件和一個(gè)控制放大器。穩(wěn)定輸出電壓和過(guò)濾電容處的非穩(wěn)定電壓之間的差值轉(zhuǎn)變成了末控制元件的熱損。此處，末控制元件的功能就像一個(gè)快速可調(diào)電阻。無(wú)論哪種情況所導(dǎo)致的熱損，都是由末控制元件上的輸出電流和壓降所產(chǎn)生。
該系統(tǒng)適應(yīng)性*。即使沒(méi)有其他調(diào)整，也可提供幾個(gè)輸出電壓。在多輸出的情況下，單個(gè)二次側(cè)電路一般分別由輸入變壓器的二次側(cè)繞組產(chǎn)生。某些應(yīng)用，僅能根據(jù)該電路原理解決。尤其是需要具備高調(diào)節(jié)精度、小殘余紋波和快補(bǔ)償時(shí)間的情況。
然而，其效率比較低，重量和體積也很大。因此，帶同相位調(diào)節(jié)的變壓器只是一種較低特定功率下的經(jīng)濟(jì)替代方案。
優(yōu)點(diǎn)：
- 電路原理簡(jiǎn)單、可靠
- 具備良好直至的控制特性
- 快速補(bǔ)償時(shí)間
缺點(diǎn)：
- 因帶有 50 Hz 變壓器，重量相對(duì)較高，體積較大
- 效率低，散熱存在問(wèn)題
- 存儲(chǔ)時(shí)間低
電磁式穩(wěn)壓器
磁穩(wěn)定器的方框圖
完整的變壓器包括兩個(gè)部分。所謂的“鐵共振器”和一個(gè)串聯(lián)式輔助調(diào)節(jié)器。由于氣隙，電磁式穩(wěn)壓器的輸入線圈和振蕩線圈的去耦作用極大。電磁式穩(wěn)壓器可以提供穩(wěn)定性能良好的交流電壓。它利用了整流和濾波。變壓器自身工作于飽和區(qū)域。
鐵磁諧振器常常帶有一個(gè)在下游連接的同相位調(diào)節(jié)變壓器以提高控制精度。下游還常常連接次級(jí)脈沖開(kāi)關(guān)式調(diào)節(jié)器。
磁穩(wěn)壓器技術(shù)可靠且堅(jiān)固耐用，但其也是大容量、笨重且相對(duì)較貴。
優(yōu)點(diǎn)：
- 良好到優(yōu)異控制特性，并在下游位置連接可進(jìn)行同相位調(diào)節(jié)的變壓器
- 效率比只帶同相位調(diào)節(jié)的變壓器顯著提高
缺點(diǎn)：
- 鐵共振器的性能取決于頻率
- 電源因帶有磁性部件體積和重量都較大
次級(jí)脈沖開(kāi)關(guān)式電源：
次級(jí)脈沖式開(kāi)關(guān)電源的方框圖
這里，采用 50 Hz 變壓器，實(shí)現(xiàn)與供電設(shè)施的隔離。經(jīng)整流和濾波后，通過(guò)位于濾波和存儲(chǔ)回路之間的開(kāi)關(guān)管上流經(jīng)的脈沖將電能以開(kāi)關(guān)方式送至輸出端。由于輸入側(cè)的變壓器可作為一個(gè)很好的濾波器，線路的污染很低。
該電路的效率*。
對(duì)于具備大量輸出，且輸出電壓各不相同的電源，該設(shè)計(jì)具有許多優(yōu)點(diǎn)。
然而為了保護(hù)連接的負(fù)載，必須非常小心，在開(kāi)關(guān)晶體管損壞的情況下，濾波電容器的*非穩(wěn)壓的直流電壓將適用于輸出。不過(guò)在線性穩(wěn)壓電源中，這種危險(xiǎn)依然存在。
優(yōu)點(diǎn)：
- 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，效率高
- 使用多個(gè)次級(jí)線圈，可以方便地實(shí)現(xiàn)多個(gè)彼此之間相互電氣隔離的輸出
- 與初級(jí)脈沖式開(kāi)關(guān)電源相比，干擾問(wèn)題更少
缺點(diǎn)：
- 采用 50 Hz 變壓器，電源體積相對(duì)較大，重量較重
- 輸出紋濾（毛刺）與初級(jí)脈沖式開(kāi)關(guān)電源差不多。
初級(jí)脈沖開(kāi)關(guān)式電源：
在文獻(xiàn)中常常使用的術(shù)語(yǔ)為 SMPS(開(kāi)關(guān)電源)或者初級(jí)開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓器。
單端正激變換器的方框圖
初級(jí)開(kāi)關(guān)式穩(wěn)穩(wěn)壓電源可以采用許多不同的電路類型。zui有價(jià)值的基本電路有單端正激變換器、反激變換器、半橋變換器、全橋變換器、推挽變換器和諧振變換器。
主要開(kāi)關(guān)模式調(diào)節(jié)器的總體運(yùn)行原理顯示在單端前向轉(zhuǎn)換器的框圖中。
非穩(wěn)壓的供電電壓首先被整流和過(guò)濾。直流連接回路電容的容量決定了輸入電壓發(fā)生故障時(shí)電源的存儲(chǔ)時(shí)間。輸入為 230 V 時(shí)，直流連接回路的電壓約為 320 VDC。接下來(lái)，將該直流電壓輸入單端變換器，借助脈寬調(diào)節(jié)器，以較高的開(kāi)關(guān)頻率，由變壓器將初級(jí)電能轉(zhuǎn)換至次級(jí)一側(cè)。開(kāi)關(guān)管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，功耗很低，因此，取取決于輸入電壓和電流的不同，功率平衡度將會(huì)在 70% 與 90% 之間。
由于轉(zhuǎn)換頻率高，變壓器的容量必50 Hz變壓器小，因?yàn)榭紤]到轉(zhuǎn)換頻率越高，變壓器的尺寸就越小。使用現(xiàn)代半導(dǎo)體，可以達(dá)到100kHz及以上的時(shí)鐘頻率。然而，在*的時(shí)鐘頻率下，轉(zhuǎn)換損失升高，因此在每種情況下，都必須在率和zui大可能時(shí)鐘頻率之間折衷。在絕大多數(shù)應(yīng)用中，時(shí)鐘頻率在約20 kHz到250 kHz的范圍內(nèi)，取決于輸出功率的大小。
次級(jí)線圈的電壓經(jīng)過(guò)了整流和濾波處理。通過(guò)光耦合器，將系統(tǒng)輸出端的偏差反饋至初級(jí)回路。控制脈沖寬度（控制開(kāi)關(guān)管的相位），可以將所需電能傳輸至次級(jí)回路，并調(diào)節(jié)輸出電壓。在開(kāi)關(guān)管的非導(dǎo)電相期間，通過(guò)輔助線圈，變壓器被退磁。傳輸?shù)碾娔苷门c輸出端所消耗的電能等量。這些電路的脈沖占空比的zui大脈沖寬度小于50%。
優(yōu)點(diǎn)：
- 采用高工作效率，故電磁部件（變壓器、存儲(chǔ)電抗器、過(guò)濾器）較小
- 得益于脈寬調(diào)節(jié)功能，可工作于率
- 設(shè)備單元結(jié)構(gòu)緊湊
- 在千瓦級(jí)，無(wú)需強(qiáng)制風(fēng)冷
- 在提高直流線路容量造成電源損壞的情況下，可能發(fā)生多次存儲(chǔ)。
- 可實(shí)現(xiàn)寬輸入電壓范圍
缺點(diǎn)：
- 高電路成本，多個(gè)活動(dòng)的元件
- 干擾抑制的高成本
- 機(jī)械設(shè)計(jì)必須符合 HF 標(biāo)準(zhǔn)
近年來(lái)，初級(jí)開(kāi)關(guān)電源已取代了其他開(kāi)關(guān)式電源。原因是它們的結(jié)構(gòu)十分緊湊，重量很小，效率很高，并具有突出的性價(jià)比。
電網(wǎng)電壓的品質(zhì)，已經(jīng)成為高敏感電子器件和設(shè)備（計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制器、儀器儀表等）正常、可靠地工作以及維護(hù)成本和使用壽命的決定性因素。
線路干擾會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障，并會(huì)影響工廠以及電子負(fù)載的功能。它們也可能導(dǎo)致裝置或者設(shè)備*失去功能。
zui常見(jiàn)的干擾類型有：
- 長(zhǎng)期性過(guò)壓
- 長(zhǎng)期性欠壓
- 干擾脈沖和瞬變
- 電壓驟降和沖擊
- 電噪音
- 瞬間網(wǎng)絡(luò)故障
- 長(zhǎng)期網(wǎng)絡(luò)故障
大量事件可誘至電網(wǎng)干擾，例如：
- 供電系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)操作
- 供電系統(tǒng)電纜過(guò)長(zhǎng)
- 環(huán)境影響，例如雷電
- 線路過(guò)載
室內(nèi)產(chǎn)生的電網(wǎng)電源干擾的典型原因有：
- 可控硅控制的設(shè)備
- 升降機(jī)、空調(diào)、復(fù)印機(jī)
- 電機(jī)、無(wú)功功率補(bǔ)償系統(tǒng)
- 電子線圈，大型機(jī)器
- 照明設(shè)備的開(kāi)關(guān)
電網(wǎng)電壓的干擾的出現(xiàn)可能單獨(dú)地，也可能以組合方式地出現(xiàn)。這些干擾的可能原因、它們的影響以及對(duì)策包括：
系統(tǒng)干擾 | 占總干擾的百分比 | 結(jié)論 | 測(cè)量 |
|---|---|---|---|
過(guò)電壓 長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)電源電壓 +6% 以上（根據(jù) DIN IEC 60038） | 大約 15% -20% | 可能導(dǎo)致過(guò)熱，甚至于單個(gè)部件的熱損壞。導(dǎo)致全面故障。 | 寬工作電壓范圍 SITOP 電源可針對(duì)超過(guò)允許無(wú)法范圍的較小電網(wǎng)過(guò)電壓提供充分保護(hù) |
線路欠電壓 長(zhǎng)時(shí)間低于電源電壓 -10% 以上（根據(jù) DIN IEC 60038） | 大約 20% -30% | 可能造成負(fù)載未定義的運(yùn)行狀態(tài)。導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。 | 使用 SITOP DC-UPS（不間斷直流電源） |
干擾脈沖 高能量脈沖（如 700 V/1 ms）和低能量瞬變（如 2500 V/20 μs）來(lái)自供電系統(tǒng)中的分?jǐn)嗖僮?/p> | 大約 30% -35% | 可能造成負(fù)載未定義的運(yùn)行狀態(tài)，并且可能引起元件損壞。 | 使用浪涌保護(hù)器，請(qǐng)參見(jiàn)產(chǎn)品目錄 LV 10.1 2013 第 6 章 |
電壓驟降和沖擊 電壓突然以不可控制的方式發(fā)生變化，例如，由于負(fù)荷和長(zhǎng)電纜線路中的變化 | 大約 15% -30% | 可能導(dǎo)致不確定的工作狀態(tài)，并損壞器件。引起數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。 | 由于進(jìn)行內(nèi)部緩沖，SITOP 電源可針對(duì)持續(xù)時(shí)間較短的電源故障提供充分保護(hù) |
電噪音 重疊在交流電源上的混合頻率，例如，這些頻率因不良接地和/或無(wú)線發(fā)射機(jī)或 | 大約 20% -35% | 可能造成負(fù)載未定義的運(yùn)行狀態(tài)。導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。 | 由于采取內(nèi)部分?jǐn)啻胧琒ITOP 電源具有充分的抗電磁干擾性 |
電壓中斷 由附近供電系統(tǒng)短路或開(kāi)啟大型電氣設(shè)備造成的供電電壓的短時(shí)間中斷（大約持續(xù) 100 ms）。 | 大約 8% -10% | 可能造成負(fù)載未定義的運(yùn)行狀態(tài)，尤其是那些電源緩沖不足的負(fù)載。導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。 | 使用 SITOP 緩沖模塊（與 SITOP smart 或 SITOP modular 結(jié)合使用） |
電壓中斷 供電電壓的長(zhǎng)期中斷（持續(xù)時(shí)間大于約100ms） | 大約 2% -5% | 可能造成負(fù)載未定義的運(yùn)行狀態(tài)，尤其是那些電源緩沖不足的負(fù)載。導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。 | 使用 SITOP DC-UPS（不間斷直流電源） |