Sviluppo di un alimentatore stabilizzato CA utilizzando il metodo di confronto istantaneo
Gli strumenti e le apparecchiature elettroniche di precisione sono ampiamente utilizzati nelle famiglie, nella produzione industriale, nell'automazione degli uffici, nella ricerca sperimentale, nell'ingegneria delle comunicazioni, nelle cure mediche e in altri campi e sono generalmente alimentati da reti elettriche urbane. La tensione nominale della rete elettrica urbana è monofase 220V, che è una tensione ideale stabilita artificialmente. Poiché la tensione all'estremità della linea di alimentazione dal trasformatore è (220 più 10 percento) V e la tensione all'estremità è (220-10 percento) V, è necessario che le apparecchiature elettriche abbiano una certa capacità di resistere alle fluttuazioni della tensione di rete. Sebbene la maggior parte delle apparecchiature elettriche abbia la capacità di resistere alle fluttuazioni della tensione di alimentazione, secondo le statistiche, le fluttuazioni della tensione di alimentazione sono una delle cause dei guasti delle apparecchiature elettriche. Pertanto, queste apparecchiature elettriche devono utilizzare alimentatori regolati per garantire il loro normale funzionamento.
L'alimentatore stabilizzato è un dispositivo che stabilizza la tensione di rete. È stato utilizzato nel mio paese per molti anni, come: il tipo di contatto strisciante del servomotore che aziona il trasformatore di regolazione della tensione, il tipo di reattore variabile e l'alimentatore stabilizzato a tensione automatica a saturazione magnetica.
In linea di principio, il suddetto alimentatore regolato campiona la tensione di rete, la confronta e la regola utilizzando un servomotore o un interruttore senza contatto per stabilizzare l'uscita della tensione CA. Questo tipo di alimentatore regolato generalmente ha uno scarso effetto di regolazione della tensione e la precisione è dell'1 percento ~0,5 percento.
L'attuale alimentatore regolato in CA presenta principalmente i seguenti problemi:
(1) L'uso di reattori non lineari porta spesso armoniche, che non migliorano la qualità della forma d'onda della tensione di rete, e alcuni hanno un'ulteriore distorsione della forma d'onda che causa inquinamento armonico alla rete.
(2) Il tempo di campionamento e il tempo di azione dell'attuatore sono troppo lunghi.
Questi due collegamenti hanno un grande impatto sulle prestazioni dello stabilizzatore di tensione. Il metodo di campionamento adotta generalmente il campionamento del valore effettivo o del valore medio, che richiede almeno diversi cicli; mentre il servomotore generalmente impiega da alcuni secondi a decine di secondi per eseguire azioni di regolazione, il che è troppo lungo e dannoso per Non vi è alcun miglioramento nella forma d'onda della tensione. Questi metodi di stabilizzazione della tensione non hanno il tempo di rispondere e implementare i disturbi in rapida evoluzione nella tensione di rete, come picchi, abbassamenti, disturbi impulsivi e disturbi ad alta frequenza, che fanno sì che i disturbi passino attraverso il dispositivo di stabilizzazione della tensione e raggiungano la tensione elettrica apparecchiature, che non possono influire sulle apparecchiature elettriche. Se l'effetto protettivo non viene raggiunto, può anche causare il malfunzionamento o addirittura il danneggiamento delle apparecchiature elettriche.
Si può vedere che quando la tensione di rete cambia e interferisce, la tensione di uscita dell'alimentatore regolato può tornare rapidamente in prossimità del valore nominale e la tensione alternata sinusoidale con una buona forma d'onda e un'ampiezza stabile verrà fornita all'apparecchiatura elettrica , che ne garantirà il funzionamento sicuro e normale. Ci sono grandi vantaggi.
2. Confronto istantaneo dei metodi di regolazione della tensione CA
Quanto segue introduce un nuovo metodo di stabilizzazione della tensione CA che può migliorare la carenza del suddetto alimentatore di stabilizzazione della tensione CA, ovvero utilizzando la tecnologia di riparazione della forma d'onda del metodo di confronto istantaneo per realizzare un alimentatore di stabilizzazione della tensione CA.
Tensione di rete uin=tensione nominale uS più ⊿u
Tensione di rete uin più tensione di controllo uC=tensione di uscita uout
Tra questi, la tensione nominale uS è la tensione nello stato ideale specificata artificialmente, e ⊿u è la deviazione della tensione di rete dalla tensione nominale. Indipendentemente dalle dimensioni, purché lo scostamento dalla tensione nominale possa essere sovrapposto dalla tensione di comando prodotta artificialmente uC e dalla tensione di rete uin. Se la tensione di controllo artificiale uC è uguale a -⊿u, quando ⊿u cambia, anche -⊿u cambia di conseguenza, e la tensione di ingresso uin e la tensione di controllo uC si sovrappongono per essere uguali alla tensione nominale uS. Nella rete elettrica urbana il valore effettivo della tensione nominale monofase è 220V.
Per la variazione causata dalla tensione di ingresso, la tensione di ingresso viene prima campionata e il coefficiente di rapporto è 1/A,
uin/A=(uS più ⊿u1)/A=uS/A più ⊿u1/A
Crea artificialmente una tensione di riferimento ur, che ha la stessa frequenza e fase della tensione di rete, il valore effettivo è US/A e la forma d'onda è buona. La differenza tra il valore di campionamento della tensione di ingresso uin e ur è ⊿u1/A, ovvero uin—ur=⊿u1/A, e quindi la differenza di tensione e la potenza vengono amplificate di volte. Sia =A, quindi il valore amplificato è ⊿u1, quindi sovrapponiamo ⊿u1 nel circuito al contrario attraverso il trasformatore di accoppiamento. In questo momento, la tensione di uscita è uguale alla tensione nominale, ovvero uout=uS=Aur= ur. In questo momento, poiché è un fattore di amplificazione, la performance di uout è correlata solo a ur. ur è una tensione reale generata artificialmente, che può essere ottenuta da circuiti analogici o digitali e ha buoni indicatori di prestazione. La stabilità di ur determina anche la stabilità della tensione di uscita.
Dall'analisi di cui sopra si può vedere che l'essenza del metodo di stabilizzazione della tensione CA di confronto istantaneo è: utilizzare la tensione di ingresso e la tensione di riferimento per il confronto istantaneo per scoprire la carenza della forma d'onda e migliorare e riparare la tensione di ingresso forma d'onda controllando la sovrapposizione della tensione, in modo da raggiungere la stabilità. scopo della tensione di uscita. La qualità dell'alimentazione della tensione di uscita è determinata da ur, con una buona forma d'onda e un'ampiezza stabile; mentre la tensione di ingresso fornisce solo energia per il funzionamento interno dell'alimentatore e un'uscita di tensione stabile, e una tensione di uscita stabile ad alta potenza si ottiene utilizzando una tensione di controllo a bassa potenza. In questo modo l'energia in uscita viene fornita dalla rete e la tensione di controllo viene utilizzata solo per riparare la parte di rete fluttuante che si discosta dalla tensione nominale.
Allo stesso modo, quando la tensione di ingresso è costante e la tensione di uscita cambia a causa delle variazioni del carico, la tensione di uscita viene campionata e la tensione di controllo uC2 viene regolata in modo simile per modificare la tensione di controllo uC2 per mantenere la stabilità della tensione di uscita senza influenzare la tensione di ingresso.
Per considerazioni di economia nell'implementazione dello schema, al fine di semplificare il circuito, l'acquisizione della tensione di controllo uC1 e l'acquisizione della tensione di controllo uC2 sono combinate in un circuito specifico per ottenere lo schema a blocchi funzionale mostrato in Figura 3 .
Il valore di confronto della tensione di ingresso e della tensione di riferimento e il valore di confronto della tensione di uscita e della tensione di riferimento vengono aggiunti dal sommatore, quindi amplificati dal circuito dell'amplificatore di tensione e potenza e la tensione di controllo uC è ottenuta dall'accoppiamento trasformatore, che è sovrapposto tra la tensione di ingresso e la tensione di uscita. La tensione di controllo uC viene utilizzata principalmente per riparare la forma d'onda, regolare la tensione di alimentazione e allo stesso tempo svolgere il ruolo di isolare l'alimentazione in ingresso e il carico.
3. Confronto con alimentatori regolati convenzionali
Rispetto all'alimentazione regolata realizzata secondo il principio convenzionale, l'alimentazione regolata realizzata secondo il principio di cui sopra presenta le seguenti caratteristiche:
(1) Risposta rapida. A causa dell'uso di dispositivi elettronici lineari ad alta velocità, campionamento istantaneo ed esecuzione istantanea, la velocità di risposta del controllo è estremamente rapida e la regolazione può essere completata entro millisecondi, in modo che la tensione di uscita possa tornare rapidamente in prossimità della tensione nominale . Pertanto, ha la funzione di sopprimere le interferenze e il rumore ad alta frequenza e ha l'effetto di purificare le interferenze a livello di millisecondi, cosa impossibile per i normali alimentatori regolati.
(2) Ampia gamma di applicazioni della tensione di ingresso. La tensione di ingresso può variare del 30% ~ 50% o più e può essere regolata simmetricamente. Più ampia è la portata, maggiore è l'energia necessaria per la riparazione. Il valore della tensione di controllo è determinato principalmente dalla domanda. Da un punto di vista economico e pratico, è consigliabile prendere (8~10) percento.
(3) Elevata precisione della regolazione della tensione. A seconda del metodo di generazione della tensione di riferimento, l'effetto di stabilizzazione della tensione può raggiungere l'1 percento , 0.1 percento , 0.01 percento . I regolatori di tensione con diverse precisioni sono adatti per occasioni con requisiti diversi. l'1% viene utilizzato per i requisiti generali di stabilizzazione della tensione; 0.1 percento viene utilizzato per laboratori o importanti attrezzature industriali; Lo 0,01% può essere utilizzato per la verifica dello strumento.
(4) Ha le caratteristiche dell'alimentazione elettrica verde. Questo metodo prima corregge la forma d'onda della tensione di rete in una buona onda sinusoidale, quindi fornisce alimentazione al carico. La quantità di energia di riparazione dipende dalla necessità. Poiché l'essenza di questo metodo è correggere la forma d'onda della griglia, la distorsione della forma d'onda corretta è generalmente inferiore all'1 percento a 0,5 percento , quindi questo metodo di stabilizzazione della tensione è verde.
(5) Ha alcune proprietà di protezione ambientale. Se la tensione di ingresso non cambia, la tensione di uscita cambia a causa della diversa natura del carico e la corrispondente variazione della tensione di controllo viene utilizzata entro un certo intervallo armonico per mantenere costante la tensione di uscita. Poiché la tensione di controllo ha un effetto di isolamento e non influisce sulla tensione di ingresso, questo metodo di stabilizzazione della tensione è in una certa misura rispettoso dell'ambiente.
(6) Alta efficienza del lavoro. Il principio di funzionamento di questo alimentatore è che la bassa potenza controlla l'alta potenza e ha un'elevata efficienza. La capacità della tensione di uscita viene prelevata principalmente dalla rete e la tensione di controllo è generalmente la parte in cui la tensione di rete si discosta dalla tensione nominale, quindi deve solo consumare la potenza di produzione dell'alimentatore di controllo, quindi l'efficienza è estremamente alto.
Prendiamo come esempio l'alimentatore in uscita da 300 VA: se la tensione di rete fluttua di più del 10 percento, è sufficiente controllare la fluttuazione di più del 10 percento di potenza. L'efficienza è del 300/(300 più 100)=75 percento . E maggiore è l'efficienza del metodo per realizzare l'alimentazione di controllo, maggiore è l'efficienza operativa dell'intera macchina.
Prendiamo come esempio il metodo dell'invertitore: per realizzare un 0,01% di alimentazione ad alta stabilità, a causa della conversione CA/CC, CC/CA e della limitazione dell'efficienza del dispositivo amplificatore di potenza, il l'efficienza è inferiore al 30 percento senza altre perdite. Quando si utilizza il metodo di confronto istantaneo per realizzare un alimentatore regolato della stessa potenza, è necessario solo effettuare la potenza dell'alimentatore di controllo per riparare le fluttuazioni del 10 percento. Anche se l'alimentatore di controllo è prodotto utilizzando il metodo dell'inverter, la potenza consumata è solo equivalente a quella del metodo dell'inverter. 1/10. Ovviamente, quando si realizza un alimentatore regolato ad alta stabilità, l'efficienza dell'utilizzo del metodo di confronto istantaneo è molto superiore a quella dell'alimentatore regolato utilizzando il metodo dell'inverter.
(7) Non utilizzare dispositivi di filtro a bassa frequenza come grande induttanza e grande capacità, dimensioni ridotte, peso leggero, buona forma d'onda di uscita e la distorsione generale della forma d'onda è dell'1 percento ~0.5 percento.
(8) Questo regolatore di tensione può essere collegato in cascata con altri regolatori di tensione e più stretto è l'intervallo di precisione della stabilità impostato, minore sarà il consumo di energia. Ad esempio, quando la precisione di stabilità del regolatore di pre-stadio è del 2%, se è necessario erogare 5000 VA di potenza, è sufficiente produrre un alimentatore di controllo da 100 VA e la stabilità può raggiungere più dello 0,1%.
(9) È possibile utilizzare un circuito di protezione veloce. Quando si verifica l'errore di cortocircuito istantaneo all'estremità del carico, l'alimentatore di controllo smetterà di funzionare immediatamente. In questo momento, il trasformatore di accoppiamento è equivalente ad un reattore (il trasformatore di accoppiamento è un trasformatore che introduce l'alimentazione di controllo), che ha la funzione di limitare la crescita della corrente di cortocircuito. Una volta eliminato il guasto, l'alimentatore di controllo riprenderà a funzionare da solo.
4. applicare effetti
Inizialmente, utilizzando questo metodo di controllo, è stato sviluppato un alimentatore stabilizzato compensatore. L'idea principale è controllare la tensione di rete con feedback negativo, con una stabilità di 0.1 percento , una distorsione della forma d'onda dell'1 percento e una potenza di 100VA. A causa della selezione limitata di dispositivi in quel momento, la velocità di protezione non poteva tenere il passo con altri problemi, questo tipo di alimentazione regolata non poteva essere resa popolare e applicata. Successivamente, lo schema di progettazione originale, la selezione del dispositivo, il circuito di ingresso di protezione rapida, ecc. sono stati ottimizzati utilizzando la tecnologia di confronto istantaneo e riparazione della forma d'onda. Dopo numerosi miglioramenti e test, l'alimentatore stabilizzato CA da 300 VA di potenza in uscita realizzato per la verifica dei contatori di energia elettrica ha funzioni pratiche e la misurazione effettiva raggiunge i seguenti indicatori:
Quando la tensione di rete in ingresso cambia di più 10 percento, misurata con un voltmetro digitale, la massima stabilità della tensione di uscita non supera più 0,03 percento/3 minuti e la distorsione della forma d'onda in uscita è<0.5%.
L'alimentatore regolato ha le seguenti caratteristiche:
(1) I circuiti sono tutti composti da dispositivi analogici, facili da selezionare ed economici;
(2) Il principio di funzionamento dell'alimentatore è che la bassa potenza controlla l'alta potenza e ha un'elevata efficienza. È sufficiente fornire una potenza di controllo di 30 VA per ottenere una potenza di uscita di 300 VA;
(3) Il tubo di potenza in uscita non necessita di un tubo combinato. Quando la potenza di uscita dell'intera macchina è di 300 VA, poiché è necessaria solo una potenza di controllo di 30 VA, è possibile utilizzare solo una coppia di tubi ad alta potenza per l'uscita e non è richiesta alcuna dissipazione del calore raffreddata ad aria;
(4) Forte capacità anti-interferenza. Durante il test, l'operazione di saldatura elettrica trifase viene eseguita sulla stessa linea di alimentazione nella stessa stanza dell'alimentatore e la tensione di uscita non salta;
(5) L'alimentatore regolato prodotto autonomamente dall'assistente secondo questo progetto ha gli stessi indicatori tecnici, il che dimostra che il metodo di progettazione è molto coerente.
5. in conclusione:
Metodo di confronto istantaneo: tecnologia di riparazione della forma d'onda Il principio di base per realizzare un alimentatore regolato è confrontare il valore di campionamento della tensione di ingresso con la tensione di riferimento per scoprire la carenza della forma d'onda, quindi migliorare e riparare la forma d'onda della tensione di ingresso e stabilizzare l'ampiezza modificando la tensione di controllo, per raggiungere lo scopo della stabilità della tensione di uscita. La sua essenza è utilizzare un alimentatore di controllo a bassa potenza per ottenere un'uscita di tensione stabile di grande capacità. È un metodo di stabilizzazione della tensione CA che integra verde, protezione ambientale, purificazione, alta efficienza e alta efficienza. L'alimentatore regolato CA sviluppato utilizzando questa tecnologia ha le caratteristiche di basso costo, alto indice, basso costo e facile controllo e può anche essere esteso a un alimentatore regolato ad alta potenza in base alle esigenze.
L'utilizzo di questo metodo di stabilizzazione della tensione può fornire un'alimentazione a tensione stabilizzata CA di alta qualità per la ricerca scientifica, la sala computer, le apparecchiature mediche, le apparecchiature di automazione industriale, le apparecchiature di comunicazione, il sistema di illuminazione, le apparecchiature audiovisive e altre apparecchiature.
