Desenvolupament d'una font d'alimentació estabilitzada de CA mitjançant el mètode de comparació instantània
Els instruments i equips electrònics de precisió s'utilitzen àmpliament a les llars, la producció industrial, l'ofimàtica, la investigació experimental, l'enginyeria de la comunicació, l'atenció mèdica i altres camps, i generalment s'alimenten amb xarxes elèctriques urbanes. La tensió nominal de la xarxa elèctrica urbana és de 220 V monofàsica, que és una tensió ideal estipulada artificialment. Com que la tensió a l'extrem de la línia d'alimentació del transformador és (220 més 10 per cent) V i la tensió a l'extrem és (220-10 per cent) V, els equips elèctrics han de tenir una certa capacitat per resistir les fluctuacions de tensió de la xarxa. Tot i que la majoria d'equips elèctrics tenen la capacitat de resistir les fluctuacions de la tensió de la font d'alimentació, segons les estadístiques, les fluctuacions de la tensió de la font d'alimentació són una de les causes de les fallades dels equips elèctrics. Per tant, aquests equips elèctrics necessiten utilitzar fonts d'alimentació regulades per garantir el seu funcionament normal.
La font d'alimentació estabilitzada és un dispositiu que estabilitza la tensió de la xarxa. S'ha utilitzat al meu país durant molts anys, com ara: el tipus de contacte lliscant del servomotor que condueix el transformador de regulació de tensió, el tipus de reactor variable i la font d'alimentació estabilitzada per tensió automàtica de saturació magnètica.
En principi, la font d'alimentació regulada esmentada mostra la tensió de la xarxa, la compara i l'ajusta mitjançant un servomotor o un interruptor sense contacte per estabilitzar la sortida de la tensió de CA. Aquest tipus de font d'alimentació regulada generalment té un efecte de regulació de tensió deficient i la precisió és de l'1 per cent ~0,5 per cent.
La font d'alimentació regulada de CA actual té principalment els problemes següents:
(1) L'ús de reactors no lineals sovint aporta harmònics, que no milloren la qualitat de la forma d'ona de tensió de la xarxa, i alguns tenen una distorsió addicional de la forma d'ona que provoca una contaminació harmònica a la xarxa.
(2) El temps de mostreig i el temps d'acció de l'actuador són massa llargs.
Aquests dos enllaços tenen un gran impacte en el rendiment de l'estabilitzador de tensió. El mètode de mostreig generalment adopta un mostreig de valor efectiu o valor mitjà, que requereix almenys diversos cicles; mentre que el servomotor generalment triga uns quants segons a desenes de segons a realitzar accions d'ajust, cosa que és massa llarga i perjudicial per a No hi ha cap millora en la forma d'ona de tensió. Aquests mètodes d'estabilització de tensió no tenen temps per respondre i implementar les pertorbacions que canvien ràpidament a la tensió de la xarxa, com ara sobretensions, caigudes, pertorbacions de pols i pertorbacions d'alta freqüència, que fan que les pertorbacions passin a través del dispositiu d'estabilització de tensió i arribin a l'electricitat. equips, que no poden afectar els equips elèctrics. Si no s'aconsegueix l'efecte protector, també pot provocar que els equips elèctrics funcionin malament o fins i tot es danyin.
Es pot veure que quan la tensió de la xarxa canvia i interfereix, la tensió de sortida de la font d'alimentació regulada pot tornar ràpidament a les proximitats del valor nominal, i la tensió de CA sinusoïdal amb bona forma d'ona i amplitud estable es proporcionarà a l'equip elèctric. , que garantirà el seu funcionament segur i normal. Hi ha grans beneficis.
2. Comparació instantània de mètodes de regulació de tensió alterna
A continuació s'introdueix un nou mètode d'estabilització de la tensió de CA que pot millorar l'escassetat de la font d'alimentació d'estabilització de la tensió de CA esmentada anteriorment, és a dir, utilitzant la tecnologia de reparació de forma d'ona del mètode de comparació instantània per fer una font d'alimentació d'estabilització de tensió de CA.
Tensió de xarxa uin{0}}tensió nominal uS més ⊿u
Tensió de xarxa uin més tensió de control uC=tensió de sortida uout
Entre ells, la tensió nominal uS és la tensió en l'estat ideal especificada artificialment, i ⊿u és la desviació de la tensió de xarxa respecte a la tensió nominal. Independentment de la mida, sempre que la desviació de la tensió nominal es pugui superposar per la tensió de control fabricada artificialment uC i la tensió de xarxa uin. Si la tensió de control artificial uC és igual a -⊿u, quan ⊿u canvia, -⊿u també canvia en conseqüència, i la tensió d'entrada uin i la tensió de control uC es superposen per ser iguals a la tensió nominal uS. A la xarxa elèctrica urbana, el valor efectiu de la tensió nominal monofàsica és de 220 V.
Per al canvi causat per la tensió d'entrada, primer es mostra la tensió d'entrada i el coeficient de relació és 1/A,
uin/A=(uS més ⊿u1)/A=uS/A més ⊿u1/A
Creeu artificialment una tensió de referència ur, que tingui la mateixa freqüència i fase que la tensió de la xarxa, el valor efectiu és US/A i la forma d'ona és bona. La diferència entre el valor de mostreig de la tensió d'entrada uin i ur és ⊿u1/A, és a dir, uin—ur=⊿u1/A, i després la diferència de tensió i la potència s'amplien per temps. Sigui =A, aleshores el valor amplificat és ⊿u1, i després superposeu ⊿u1 al circuit a la inversa a través del transformador d'acoblament. En aquest moment, la tensió de sortida és igual a la tensió nominal, és a dir, uout=uS=Aur= ur. En aquest moment, ja que és un factor d'amplificació, el rendiment de uout només està relacionat amb ur. ur és una tensió real generada artificialment, que es pot obtenir per circuits analògics o digitals, i té bons indicadors de rendiment. L'estabilitat de ur també determina l'estabilitat de la tensió de sortida.
A partir de l'anàlisi anterior es pot veure que l'essència del mètode d'estabilització de la tensió de CA de comparació instantània és: utilitzar la tensió d'entrada i la tensió de referència per a la comparació instantània per esbrinar la deficiència de la forma d'ona i millorar i reparar la tensió d'entrada. forma d'ona controlant la superposició de la tensió, per tal d'aconseguir l'estabilitat. finalitat de la tensió de sortida. La qualitat de la potència de la tensió de sortida està determinada per ur, amb bona forma d'ona i amplitud estable; mentre que la tensió d'entrada només proporciona energia per al funcionament intern de la font d'alimentació i la sortida de tensió estable, i s'obté una tensió de sortida estable amb una gran potència utilitzant una tensió de control de baixa potència. D'aquesta manera, l'energia de sortida la proporciona la xarxa, i la tensió de control només s'utilitza per reparar la part fluctuant de la xarxa que es desvia de la tensió nominal.
De la mateixa manera, quan la tensió d'entrada és constant i la tensió de sortida canvia a causa dels canvis en la càrrega, es mostra la tensió de sortida i la tensió de control uC2 s'ajusta de manera similar per canviar la tensió de control uC2 per mantenir l'estabilitat de la tensió de sortida sense afectant la tensió d'entrada.
Per a la consideració d'economia en la implementació de l'esquema, per tal de simplificar el circuit, l'adquisició de la tensió de control uC1 i l'adquisició de la tensió de control uC2 es combinen en un circuit específic per obtenir el diagrama de blocs funcionals que es mostra a la figura 3. .
El sumador afegeix el valor de comparació de la tensió d'entrada i la tensió de referència i el valor de comparació de la tensió de sortida i la tensió de referència, i després s'amplifica pel circuit amplificador de tensió i potència, i la tensió de control uC s'obté mitjançant l'acoblament. transformador, que es superposa entre la tensió d'entrada i la tensió de sortida. La tensió de control uC s'utilitza principalment per reparar la forma d'ona, ajustar la tensió de la font d'alimentació i, al mateix temps, jugar el paper d'aïllar la font d'alimentació d'entrada i la càrrega.
3. Comparació amb fonts d'alimentació regulades convencionals
En comparació amb la font d'alimentació regulada realitzada pel principi convencional, la font d'alimentació regulada realitzada pel principi anterior té les característiques següents:
(1) Resposta ràpida. A causa de l'ús de dispositius electrònics lineals d'alta velocitat, mostreig instantani i execució instantània, la velocitat de resposta de control és extremadament ràpida i l'ajust es pot completar en mil·lisegons, de manera que la tensió de sortida pugui tornar ràpidament a les proximitats de la tensió nominal. . Per tant, té la funció de suprimir les interferències i el soroll d'alta freqüència, i té l'efecte de purificar les interferències de nivell de mil·lisegons, cosa que és impossible per a les fonts d'alimentació regulars.
(2) Ampli rang d'aplicació de tensió d'entrada. La tensió d'entrada pot variar en un 30% ~ 50% o més, i es pot ajustar simètricament. Com més ampli sigui el rang, més energia de reparació s'ha de proporcionar. El valor de la tensió de control està determinat principalment per la demanda. Des d'un punt de vista econòmic i pràctic, s'aconsella prendre (8~10) per cent.
(3) Alta precisió de la regulació de la tensió. Depenent del mètode de generació de la tensió de referència, l'efecte d'estabilització de la tensió pot arribar a l'1 per cent, 0,1 per cent, 0.01 per cent . Els reguladors de tensió amb diferents precisions són adequats per a ocasions amb diferents requisits. 1 per cent s'utilitza per als requisits generals d'estabilització de tensió; 0,1 per cent s'utilitza per a laboratoris o equips industrials importants; El 0,01 per cent es pot utilitzar per a la verificació de l'instrument.
(4) Té les característiques de la font d'alimentació verda. Aquest mètode primer corregeix la forma d'ona de la tensió de la xarxa a una bona ona sinusoïdal i després subministra energia a la càrrega. La quantitat d'energia de reparació depèn de la necessitat. Com que l'essència d'aquest mètode és corregir la forma d'ona de la graella, la distorsió de la forma d'ona corregida és generalment inferior a l'1 per cent a 0,5 per cent, de manera que aquest mètode d'estabilització de tensió és verd.
(5) Té certes propietats de protecció del medi ambient. Si la tensió d'entrada no canvia, la tensió de sortida canvia a causa de la diferent naturalesa de la càrrega, i el canvi corresponent de la tensió de control s'utilitza dins d'un determinat rang harmònic per mantenir constant la tensió de sortida. Com que la tensió de control té un efecte d'aïllament i no afecta la tensió d'entrada, aquest mètode d'estabilització de tensió és respectuós amb el medi ambient fins a cert punt.
(6) Alta eficiència laboral. El principi de funcionament d'aquesta font d'alimentació és que la baixa potència controla l'alta potència i té una alta eficiència. La capacitat de la tensió de sortida es pren principalment de la xarxa, i la tensió de control és generalment la part on la tensió de la xarxa es desvia de la tensió nominal, de manera que només necessita consumir l'energia de fabricació de la font d'alimentació de control, de manera que l'eficiència és extremadament alt.
Preneu com a exemple la font d'alimentació de sortida de 300 VA: si la tensió de la xarxa fluctua en un 10% més, només cal que controleu la fluctuació de la potència més del 10%. L'eficiència és del 300/(300 més 100)=75 per cent. I com més gran sigui l'eficiència del mètode per fer l'alimentació de control, més gran serà l'eficiència de treball de tota la màquina.
Preneu com a exemple el mètode inversor: per fer una font d'alimentació d'alta estabilitat del 0,01 per cent, a causa de la conversió AC/DC, DC/AC i la limitació de l'eficiència del dispositiu amplificador de potència, el conjunt l'eficiència és inferior al 30 per cent sense altres pèrdues. Quan s'utilitza el mètode de comparació instantània per fer una font d'alimentació regulada de la mateixa potència, només cal fer la potència de la font d'alimentació de control per reparar les fluctuacions del 10%. Fins i tot si la font d'alimentació de control es fabrica amb el mètode inversor, la potència consumida només és equivalent a la del mètode inversor. 1/10. Òbviament, quan es fa una font d'alimentació regulada d'alta estabilitat, l'eficiència d'utilitzar el mètode de comparació instantània és molt superior a la de la font d'alimentació regulada mitjançant el mètode inversor.
(7) No utilitzeu dispositius de filtre de baixa freqüència, com ara gran inductància i gran capacitat, mida petita, pes lleuger, bona forma d'ona de sortida i la distorsió general de la forma d'ona és de l'1 per cent ~ 0,5 per cent.
(8) Aquest regulador de tensió es pot connectar en cascada amb altres reguladors de tensió, i com més estret sigui el rang de precisió d'estabilitat, menor serà el consum d'energia. Per exemple, quan la precisió d'estabilitat del regulador anterior a l'etapa és del 2 per cent, si és necessari produir 5000 VA de potència, només necessita fabricar una font d'alimentació de control de 100 VA i l'estabilitat pot arribar a més del 0,1 per cent.
(9) Es pot utilitzar un circuit de protecció ràpid. Quan es produeix una fallada de curtcircuit instantània al final de la càrrega, la font d'alimentació de control deixarà de funcionar immediatament. En aquest moment, el transformador d'acoblament és equivalent a un reactor (el transformador d'acoblament és un transformador que introdueix l'alimentació de control), que té la funció de limitar el creixement del corrent de curtcircuit. Després d'eliminar l'error, la font d'alimentació de control reprendrà el treball per si sola.
4. aplicar efectes
Inicialment, es va desenvolupar una font d'alimentació estabilitzada compensadora mitjançant aquest mètode de control. La idea principal és controlar la tensió de la xarxa amb retroalimentació negativa, amb una estabilitat del 0,1 per cent , una distorsió de la forma d'ona de l'1 per cent i una potència de 100 VA. A causa de la selecció limitada de dispositius en aquell moment, la velocitat de protecció no podia mantenir-se al dia amb altres problemes, aquest tipus de font d'alimentació regulada no es podia popularitzar i aplicar. Després, es va optimitzar l'esquema de disseny original, la selecció de dispositius, el circuit d'entrada de protecció ràpida, etc. mitjançant la comparació instantània i la tecnologia de reparació de formes d'ona. Després de diverses millores i proves, la font d'alimentació estabilitzada de CA de 300 VA de potència de sortida feta per a la verificació de comptadors d'energia elèctrica té funcions pràctiques i la mesura real arriba als indicadors següents:
Quan la tensió de la xarxa d'entrada canvia més un 10 per cent, mesurada amb un voltímetre digital, l'estabilitat màxima de la tensió de sortida no supera més un 0,03 per cent/3 minuts i la distorsió de la forma d'ona de sortida és<0.5%.
La font d'alimentació regulada té les característiques següents:
(1) Tots els circuits estan formats per dispositius analògics, fàcils de seleccionar i barats;
(2) El principi de funcionament de la font d'alimentació és que la baixa potència controla l'alta potència i té una alta eficiència. Només cal fer una potència de control de 30 VA per aconseguir una potència de sortida de 300 VA;
(3) El tub de potència de sortida no necessita un tub combinat. Quan la potència de sortida de tota la màquina és de 300 VA, ja que només es necessita una potència de control de 30 VA, només es poden utilitzar un parell de tubs d'alta potència per a la sortida i no es requereix cap dissipació de calor refrigerada per aire;
(4) Forta capacitat anti-interferència. Durant la prova, l'operació de soldadura elèctrica trifàsica es realitza a la mateixa línia d'alimentació a la mateixa habitació de la font d'alimentació i la tensió de sortida no salta;
(5) La font d'alimentació regulada produïda de manera independent per l'assistent segons aquest disseny té els mateixos indicadors tècnics, cosa que demostra que el mètode de disseny és molt coherent.
5. en conclusió:
Mètode de comparació instantània: tecnologia de reparació de forma d'ona El principi bàsic de fer una font d'alimentació regulada és comparar el valor de mostreig de la tensió d'entrada amb la tensió de referència per esbrinar la deficiència de la forma d'ona i, a continuació, millorar i reparar la forma d'ona de la tensió d'entrada i estabilitzar-la. l'amplitud canviant la tensió de control, per aconseguir l'objectiu d'estabilitat de la tensió de sortida. La seva essència és utilitzar una font d'alimentació de control de baixa potència per obtenir una sortida de tensió estable de gran capacitat. És un mètode d'estabilització de tensió CA que integra el verd, la protecció del medi ambient, la purificació, l'alta eficiència i l'alta eficiència. La font d'alimentació regulada de CA desenvolupada mitjançant aquesta tecnologia té les característiques de baix cost, alt índex, baix cost i fàcil control, i també es pot ampliar a una font d'alimentació regulada d'alta potència segons les necessitats.
L'ús d'aquest mètode d'estabilització de tensió pot proporcionar una font d'alimentació de voltatge estabilitzada de CA d'alta qualitat per a la investigació científica, sala d'informàtica, equips mèdics, equips d'automatització industrial, equips de comunicació, sistema d'il·luminació, equips audiovisuals i altres equips.
