Desenvolvimento de fonte de alimentação estabilizada em CA usando o método de comparação instantânea
Instrumentos e equipamentos eletrônicos de precisão são amplamente utilizados em residências, produção industrial, automação de escritório, pesquisa experimental, engenharia de comunicação, assistência médica e outros campos, e geralmente são alimentados por redes elétricas urbanas. A tensão nominal da rede elétrica urbana é monofásica 220V, que é uma tensão ideal estipulada artificialmente. Como a tensão na extremidade principal da linha de alimentação do transformador é (220 mais 10 por cento) V e a tensão no final é (220-10 por cento) V, é necessário que o equipamento elétrico tenha uma certa capacidade de resistir às flutuações de tensão da rede. Embora a maioria dos equipamentos elétricos tenha a capacidade de resistir às flutuações de tensão da fonte de alimentação, de acordo com as estatísticas, as flutuações de tensão da fonte de alimentação são uma das causas de falhas em equipamentos elétricos. Portanto, esses equipamentos elétricos precisam usar fontes de alimentação reguladas para garantir seu funcionamento normal.
A fonte de alimentação estabilizada é um dispositivo que estabiliza a tensão da rede. Ele tem sido usado em meu país por muitos anos, como: o tipo de contato deslizante do servo motor que aciona o transformador regulador de tensão, o tipo de reator variável e a fonte de alimentação estabilizada por tensão automática de saturação magnética.
Em princípio, a fonte de alimentação regulada acima mencionada amostra a tensão da rede, compara-a e ajusta-a usando um servomotor ou uma chave sem contato para estabilizar a saída da tensão CA. Esse tipo de fonte de alimentação regulada geralmente tem um efeito de regulação de tensão ruim e a precisão é de 1 por cento ~0,5 por cento .
A fonte de alimentação regulada CA atual tem principalmente os seguintes problemas:
(1) O uso de reatores não lineares geralmente traz harmônicos, o que não melhora a qualidade da forma de onda da tensão da rede, e alguns apresentam distorção adicional da forma de onda que causa poluição harmônica na rede.
(2) O tempo de amostragem e o tempo de ação do atuador são muito longos.
Esses dois links têm um grande impacto no desempenho do estabilizador de tensão. O método de amostragem geralmente adota amostragem de valor efetivo ou valor médio, que leva pelo menos vários ciclos; enquanto o servo motor geralmente leva de alguns segundos a dezenas de segundos para realizar ações de ajuste, o que é muito longo e prejudicial para Não há melhora na forma de onda de tensão. Esses métodos de estabilização de tensão não têm tempo para responder e implementar os distúrbios de mudança rápida na tensão da rede, como surtos, quedas, distúrbios de pulso e distúrbios de alta frequência, que fazem com que os distúrbios passem pelo dispositivo de estabilização de tensão e alcancem o sistema elétrico. equipamento, que não pode afetar o equipamento elétrico. Se o efeito protetor não for alcançado, também pode causar mau funcionamento do equipamento elétrico ou até mesmo danos.
Pode-se ver que quando a tensão da rede muda e interfere, a tensão de saída da fonte de alimentação regulada pode retornar rapidamente para a vizinhança do valor nominal, e a tensão CA senoidal com boa forma de onda e amplitude estável será fornecida ao equipamento elétrico , o que garantirá seu funcionamento seguro e normal. Existem grandes benefícios.
2. Comparação instantânea de métodos de regulação de tensão AC
O seguinte apresenta um novo método de estabilização de tensão CA que pode melhorar a escassez da fonte de alimentação de estabilização de tensão CA mencionada acima, ou seja, usando a tecnologia de reparo de forma de onda de método de comparação instantânea para fazer uma fonte de alimentação de estabilização de tensão CA.
Tensão da rede uin=tensão nominal uS mais ⊿u
Tensão da rede uin mais tensão de controle uC=tensão de saída uout
Dentre elas, a tensão nominal uS é a tensão no estado ideal especificada artificialmente, e ⊿u é o desvio da tensão da rede em relação à tensão nominal. Independentemente do tamanho, desde que o desvio da tensão nominal possa ser sobreposto pela tensão de controle fabricada artificialmente uC e pela tensão da rede uin. Se a tensão de controle artificial uC for igual a -⊿u, quando ⊿u muda, -⊿u também muda de acordo, e a tensão de entrada uin e a tensão de controle uC são sobrepostas para serem iguais à tensão nominal uS. Na rede elétrica urbana, o valor efetivo da tensão nominal monofásica é de 220V.
Para a mudança causada pela tensão de entrada, a tensão de entrada é primeiro amostrada e o coeficiente de relação é 1/A,
uin/A=(uS mais ⊿u1)/A=uS/A mais ⊿u1/A
Crie artificialmente uma tensão de referência ur, que tenha a mesma frequência e fase que a tensão da rede, o valor efetivo é US/A e a forma de onda é boa. A diferença entre o valor de amostragem da tensão de entrada uin e ur é ⊿u1/A, ou seja, uin—ur=⊿u1/A, e então a diferença de tensão e a potência são amplificadas por vezes. Seja =A, então o valor amplificado é ⊿u1 e, em seguida, sobreponha ⊿u1 no circuito ao contrário através do transformador de acoplamento. Neste momento, a tensão de saída é igual à tensão nominal, ou seja, uout=uS=Aur= ur. Neste momento, como é um fator de amplificação, o desempenho de uout está relacionado apenas a ur. ur é uma tensão real gerada artificialmente, que pode ser obtida por circuitos analógicos ou digitais, e possui bons indicadores de desempenho. A estabilidade de ur também determina a estabilidade da tensão de saída.
Pode-se ver na análise acima que a essência do método de estabilização de tensão CA de comparação instantânea é: usar a tensão de entrada e a tensão de referência para comparação instantânea para descobrir a deficiência da forma de onda e melhorar e reparar a tensão de entrada forma de onda controlando a superposição da tensão, de modo a alcançar a estabilidade. finalidade da tensão de saída. A qualidade de energia da tensão de saída é determinada por ur, com boa forma de onda e amplitude estável; enquanto a tensão de entrada fornece apenas energia para a operação interna da fonte de alimentação e saída de tensão estável, e uma tensão de saída estável com alta potência é obtida usando uma tensão de controle de baixa potência. Desta forma, a energia de saída é fornecida pela rede, e a tensão de controle é utilizada apenas para reparar a parte flutuante da rede que se desvia da tensão nominal.
Da mesma forma, quando a tensão de entrada é constante e a tensão de saída muda devido a mudanças na carga, a tensão de saída é amostrada e a tensão de controle uC2 é ajustada de maneira semelhante para alterar a tensão de controle uC2 para manter a estabilidade da tensão de saída sem afetando a tensão de entrada.
Pela consideração de economia na implementação do esquema, a fim de simplificar o circuito, a aquisição da tensão de controle uC1 e a aquisição da tensão de controle uC2 são combinadas em um circuito específico para obter o diagrama de blocos funcional mostrado na Figura 3 .
O valor de comparação da tensão de entrada e a tensão de referência e o valor de comparação da tensão de saída e a tensão de referência são adicionados pelo somador e, em seguida, amplificados pelo circuito amplificador de tensão e potência, e a tensão de controle uC é obtida pelo acoplamento transformador, que é sobreposto entre a tensão de entrada e a tensão de saída. A tensão de controle uC é usada principalmente para reparar a forma de onda, ajustar a tensão da fonte de alimentação e, ao mesmo tempo, desempenhar o papel de isolar a fonte de alimentação de entrada e a carga.
3. Comparação com fontes de alimentação reguladas convencionais
Em comparação com a fonte de alimentação regulada feita pelo princípio convencional, a fonte de alimentação regulada feita pelo princípio acima tem as seguintes características:
(1) Resposta rápida. Devido ao uso de dispositivos eletrônicos lineares de alta velocidade, amostragem instantânea e execução instantânea, a velocidade de resposta do controle é extremamente rápida e o ajuste pode ser concluído em milissegundos, de modo que a tensão de saída possa retornar rapidamente à vizinhança da tensão nominal . Portanto, tem a função de suprimir a interferência e o ruído de alta frequência e tem o efeito de purificar a interferência no nível de milissegundos, o que é impossível para fontes de alimentação reguladas comuns.
(2) Ampla faixa de aplicação de tensão de entrada. A tensão de entrada pode variar de 30% a 50% ou mais e pode ser ajustada simetricamente. Quanto maior o alcance, mais energia de reparo precisa ser fornecida. O valor da tensão de controle é determinado principalmente pela demanda. Do ponto de vista econômico e prático, é aconselhável levar (8~10) por cento .
(3) Alta precisão de regulação de tensão. Dependendo do método de geração da tensão de referência, o efeito de estabilização da tensão pode atingir 1 por cento , 0.1 por cento , 0.01 por cento . Reguladores de tensão com diferentes precisões são adequados para ocasiões com requisitos diferentes. 1% é usado para requisitos gerais de estabilização de tensão; 0,1 por cento é usado para laboratórios ou equipamentos industriais importantes; 0,01% pode ser usado para verificação do instrumento.
(4) Possui as características de fonte de alimentação verde. Este método primeiro corrige a forma de onda da tensão da rede para uma boa onda senoidal e, em seguida, fornece energia para a carga. A quantidade de energia de reparo depende da necessidade. Como a essência desse método é corrigir a forma de onda da grade, a distorção da forma de onda corrigida é geralmente inferior a 1 por cento a 0,5 por cento, portanto, esse método de estabilização de tensão é verde.
(5) Possui certas propriedades de proteção ambiental. Se a tensão de entrada não mudar, a tensão de saída muda devido à natureza diferente da carga, e a mudança correspondente da tensão de controle é usada dentro de uma certa faixa harmônica para manter a tensão de saída constante. Como a tensão de controle tem um efeito de isolamento e não afeta a tensão de entrada, esse método de estabilização de tensão é até certo ponto ecológico.
(6) Alta eficiência de trabalho. O princípio de funcionamento desta fonte de alimentação é que a baixa potência controla a alta potência e tem alta eficiência. A capacidade da tensão de saída é principalmente retirada da rede, e a tensão de controle é geralmente a parte em que a tensão da rede se desvia da tensão nominal, portanto, ela só precisa consumir a energia de fabricação da fonte de alimentação de controle, para que a eficiência seja extremamente alto.
Pegue a fonte de alimentação de saída de 300 VA como exemplo: se a tensão da rede flutuar em mais 10 por cento, você só precisa controlar a flutuação de energia de mais 10 por cento. A eficiência é 300/(300 mais 100)=75 por cento . E quanto maior a eficiência do método para fazer a fonte de alimentação de controle, maior a eficiência de trabalho de toda a máquina.
Tome o método do inversor como exemplo: para fazer uma fonte de alimentação de 00,01 por cento de alta estabilidade, devido à conversão CA/CC, CC/CA e à limitação da eficiência do dispositivo amplificador de potência, a a eficiência está abaixo de 30 por cento sem outras perdas. Ao usar o método de comparação instantânea para fazer uma fonte de alimentação regulada da mesma potência, é necessário apenas fazer a potência da fonte de alimentação de controle para reparar flutuações de 10%. Mesmo que a fonte de alimentação de controle seja fabricada usando o método inversor, a energia consumida é apenas equivalente à do método inversor. 1/10. Obviamente, ao fazer uma fonte de alimentação regulada de alta estabilidade, a eficiência do uso do método de comparação instantânea é muito maior do que a da fonte de alimentação regulada usando o método do inversor.
(7) Não use dispositivos de filtro de baixa frequência, como grande indutância e grande capacitância, tamanho pequeno, peso leve, boa forma de onda de saída e a distorção geral da forma de onda é de 1 por cento ~0,5 por cento.
(8) Este regulador de tensão pode ser colocado em cascata com outros reguladores de tensão, e quanto mais estreita for a faixa de precisão de estabilidade, menor será o consumo de energia. Por exemplo, quando a precisão de estabilidade do regulador de pré-estágio é de 2 por cento, se for necessário produzir 5000 VA de potência, basta fabricar uma fonte de alimentação de controle de 100 VA, e a estabilidade pode atingir mais de 0,1 por cento.
(9) Um circuito de proteção rápida pode ser usado. Quando a falha instantânea de curto-circuito ocorre no final da carga, a fonte de alimentação de controle para de funcionar imediatamente. Neste momento, o transformador de acoplamento equivale a um reator (o transformador de acoplamento é um transformador que introduz a alimentação de controle), que tem a função de limitar o crescimento da corrente de curto-circuito. Depois que a falha for eliminada, a fonte de alimentação de controle retomará o trabalho por conta própria.
4. aplicar efeitos
Inicialmente, uma fonte de alimentação estabilizada compensadora foi desenvolvida usando este método de controle. A ideia principal é controlar a tensão da rede com realimentação negativa, com uma estabilidade de 0,1 por cento, uma distorção da forma de onda de 1 por cento e uma potência de 100VA. Devido à seleção limitada de dispositivos naquela época, a velocidade de proteção não conseguia acompanhar outros problemas, esse tipo de fonte de alimentação regulada não pôde ser popularizada e aplicada. Posteriormente, o esquema de design original, seleção de dispositivo, circuito de entrada de proteção rápida, etc. foram otimizados usando comparação instantânea e tecnologia de reparo de forma de onda. Após várias melhorias e testes, a fonte de alimentação estabilizada AC de potência de saída 300VA feita para a verificação de medidores de energia elétrica tem funções práticas, e a medição real atinge os seguintes indicadores:
Quando a tensão da grade de entrada muda em mais 10 por cento, medida com um voltímetro digital, a estabilidade máxima da tensão de saída não excede mais 0,03 por cento/3 minutos, e a distorção da forma de onda de saída é<0.5%.
A fonte de alimentação regulada tem as seguintes características:
(1) Os circuitos são todos compostos por dispositivos analógicos, fáceis de selecionar e baratos;
(2) O princípio de funcionamento da fonte de alimentação é que a baixa potência controla a alta potência e tem alta eficiência. Só precisa fazer a potência de controle de 30 VA para atingir a potência de saída de 300 VA;
(3) O tubo de potência de saída não precisa de um tubo combinado. Quando a potência de saída de toda a máquina é de 300VA, uma vez que apenas 30VA de potência de controle é necessária, apenas um par de tubos de alta potência pode ser usado para saída e nenhuma dissipação de calor refrigerada a ar é necessária;
(4) forte capacidade anti-interferência. Durante o teste, a operação de soldagem elétrica trifásica é realizada na mesma linha de alimentação na mesma sala da fonte de alimentação e a tensão de saída não salta;
(5) A fonte de alimentação regulada produzida independentemente pelo assistente de acordo com este projeto possui os mesmos indicadores técnicos, o que mostra que o método de projeto é muito consistente.
5. em conclusão:
Método de comparação instantânea - tecnologia de reparo de forma de onda O princípio básico de fazer uma fonte de alimentação regulada é comparar o valor de amostragem da tensão de entrada com a tensão de referência para descobrir a deficiência da forma de onda e, em seguida, melhorar e reparar a forma de onda da tensão de entrada e estabilizar a amplitude alterando a tensão de controle, para atingir o objetivo da estabilidade da tensão de saída. Sua essência é usar uma fonte de alimentação de controle de baixa potência para obter uma saída de tensão estável de grande capacidade. É um método de estabilização de tensão AC que integra verde, proteção ambiental, purificação, alta eficiência e alta eficiência. A fonte de alimentação regulada AC desenvolvida com esta tecnologia possui características de baixo custo, alto índice, baixo custo e fácil controle, podendo também ser expandida para uma fonte de alimentação regulada de alta potência de acordo com as necessidades.
O uso deste método de estabilização de tensão pode fornecer fonte de alimentação de tensão CA estabilizada de alta qualidade para pesquisa científica, sala de informática, equipamentos médicos, equipamentos de automação industrial, equipamentos de comunicação, sistema de iluminação, equipamentos audiovisuais e outros equipamentos.
