Desarrollo de fuente de alimentación estabilizada de CA mediante el método de comparación instantánea
Los instrumentos y equipos electrónicos de precisión se utilizan ampliamente en los hogares, la producción industrial, la automatización de oficinas, la investigación experimental, la ingeniería de comunicaciones, la atención médica y otros campos, y generalmente funcionan con redes eléctricas urbanas. La tensión nominal de la red eléctrica urbana es monofásica de 220V, que es una tensión ideal estipulada artificialmente. Dado que el voltaje en el extremo principal de la línea de suministro de energía del transformador es (220 más 10 por ciento) V y el voltaje en el extremo es (220-10 por ciento) V, se requiere que el equipo eléctrico tenga cierta capacidad para resistir las fluctuaciones de voltaje de la red. Aunque la mayoría de los equipos eléctricos tienen la capacidad de resistir las fluctuaciones del voltaje de la fuente de alimentación, según las estadísticas, las fluctuaciones del voltaje de la fuente de alimentación son una de las causas de las fallas en los equipos eléctricos. Por tanto, estos equipos eléctricos necesitan utilizar fuentes de alimentación reguladas para garantizar su normal funcionamiento.
La fuente de alimentación estabilizada es un dispositivo que estabiliza el voltaje de la red. Se ha utilizado en mi país durante muchos años, como: el tipo de contacto deslizante del servomotor que acciona el transformador regulador de voltaje, el tipo de reactor variable y la fuente de alimentación estabilizada de voltaje automático de saturación magnética.
En principio, la fuente de alimentación regulada mencionada anteriormente toma muestras del voltaje de la red, los compara y los ajusta mediante un servomotor o un interruptor sin contacto para estabilizar la salida del voltaje de CA. Este tipo de fuente de alimentación regulada generalmente tiene un efecto de regulación de voltaje deficiente y la precisión es del 1 por ciento ~0.5 por ciento.
La fuente de alimentación regulada por CA actual tiene principalmente los siguientes problemas:
(1) El uso de reactores no lineales a menudo genera armónicos, lo que no mejora la calidad de la forma de onda del voltaje de la red, y algunos tienen una distorsión adicional de la forma de onda que provoca contaminación armónica en la red.
(2) El tiempo de muestreo y el tiempo de acción del actuador son demasiado largos.
Estos dos enlaces tienen un gran impacto en el rendimiento del estabilizador de voltaje. El método de muestreo generalmente adopta un muestreo de valor efectivo o valor promedio, que requiere al menos varios ciclos; mientras que el servomotor generalmente tarda de varios segundos a decenas de segundos para realizar acciones de ajuste, lo cual es demasiado largo y perjudicial para No hay mejora en la forma de onda de voltaje. Estos métodos de estabilización de voltaje no tienen tiempo para responder e implementar las perturbaciones que cambian rápidamente en el voltaje de la red, como sobretensiones, caídas, perturbaciones de pulso y perturbaciones de alta frecuencia, que hacen que las perturbaciones pasen a través del dispositivo de estabilización de voltaje y lleguen a la red eléctrica. equipos, que no pueden afectar a los equipos eléctricos. Si no se logra el efecto protector, también puede causar que el equipo eléctrico no funcione correctamente o incluso que se dañe.
Se puede ver que cuando el voltaje de la red cambia e interfiere, el voltaje de salida de la fuente de alimentación regulada puede volver rápidamente a la proximidad del valor nominal, y el voltaje de CA sinusoidal con buena forma de onda y amplitud estable se proporcionará al equipo eléctrico. , lo que garantizará su funcionamiento seguro y normal. Hay grandes beneficios.
2. Comparación instantánea de métodos de regulación de voltaje de CA
A continuación, se presenta un nuevo método de estabilización de voltaje de CA que puede mejorar la escasez de la fuente de alimentación de estabilización de voltaje de CA mencionada anteriormente, es decir, usar la tecnología de reparación de forma de onda del método de comparación instantánea para hacer una fuente de alimentación de estabilización de voltaje de CA.
Tensión de red uin=tensión nominal uS más ⊿u
Tensión de red uin más tensión de control uC=tensión de salida uout
Entre ellos, la tensión nominal uS es la tensión en el estado ideal especificado artificialmente, y ⊿u es la desviación de la tensión de red con respecto a la tensión nominal. Independientemente del tamaño, siempre que la desviación de la tensión nominal pueda superponerse con la tensión de control uC fabricada artificialmente y la tensión de red uin. Si el voltaje de control artificial uC es igual a -⊿u, cuando ⊿u cambia, -⊿u también cambia en consecuencia, y el voltaje de entrada uin y el voltaje de control uC se superponen para ser iguales al voltaje nominal uS. En la red eléctrica urbana, el valor efectivo de la tensión nominal monofásica es de 220V.
Para el cambio causado por el voltaje de entrada, primero se muestrea el voltaje de entrada y el coeficiente de relación es 1/A,
uin/A=(uS más ⊿u1)/A=uS/A más ⊿u1/A
Cree artificialmente un voltaje de referencia ur, que tenga la misma frecuencia y fase que el voltaje de la red, el valor efectivo es US/A y la forma de onda es buena. La diferencia entre el valor de muestreo del voltaje de entrada uin y ur es ⊿u1/A, es decir, uin—ur=⊿u1/A, y luego la diferencia de voltaje y la potencia se amplifican por veces. Sea =A, luego el valor amplificado es ⊿u1, y luego superponga ⊿u1 en el circuito en reversa a través del transformador de acoplamiento. En este momento, el voltaje de salida es igual al voltaje nominal, es decir, uout=uS=Aur= ur. En este momento, dado que es un factor de amplificación, el rendimiento de uout solo está relacionado con ur. ur es un voltaje real generado artificialmente, que puede obtenerse por circuitos analógicos o digitales, y tiene buenos indicadores de desempeño. La estabilidad de ur también determina la estabilidad del voltaje de salida.
Se puede ver en el análisis anterior que la esencia del método de estabilización de voltaje de CA de comparación instantánea es: usar el voltaje de entrada y el voltaje de referencia para la comparación instantánea para descubrir la deficiencia de la forma de onda y mejorar y reparar el voltaje de entrada forma de onda mediante el control de la superposición de la tensión, a fin de lograr la estabilidad. Propósito de voltaje de salida. La calidad de la energía del voltaje de salida está determinada por ur, con buena forma de onda y amplitud estable; mientras que el voltaje de entrada solo proporciona energía para el funcionamiento interno de la fuente de alimentación y la salida de voltaje estable, y se obtiene un voltaje de salida estable con alta potencia usando un voltaje de control de baja potencia. De esta forma, la energía de salida la proporciona la red, y la tensión de control solo se utiliza para reparar la parte fluctuante de la red que se desvía de la tensión nominal.
De manera similar, cuando el voltaje de entrada es constante y el voltaje de salida cambia debido a cambios en la carga, se muestrea el voltaje de salida y el voltaje de control uC2 se ajusta de manera similar para cambiar el voltaje de control uC2 para mantener la estabilidad del voltaje de salida sin afectando el voltaje de entrada.
Por la consideración de economía en la implementación del esquema, para simplificar el circuito, la adquisición del voltaje de control uC1 y la adquisición del voltaje de control uC2 se combinan en un circuito específico para obtener el diagrama de bloques funcional que se muestra en la Figura 3. .
El valor de comparación del voltaje de entrada y el voltaje de referencia y el valor de comparación del voltaje de salida y el voltaje de referencia son sumados por el sumador, y luego amplificados por el circuito amplificador de voltaje y potencia, y el voltaje de control uC es obtenido por el acoplamiento transformador, que se superpone entre el voltaje de entrada y el voltaje de salida. El voltaje de control uC se usa principalmente para reparar la forma de onda, ajustar el voltaje de la fuente de alimentación y, al mismo tiempo, desempeñar el papel de aislar la fuente de alimentación de entrada y la carga.
3. Comparación con fuentes de alimentación reguladas convencionales
En comparación con la fuente de alimentación regulada fabricada por el principio convencional, la fuente de alimentación regulada fabricada por el principio anterior tiene las siguientes características:
(1) Respuesta rápida. Debido al uso de dispositivos electrónicos lineales de alta velocidad, muestreo instantáneo y ejecución instantánea, la velocidad de respuesta del control es extremadamente rápida y el ajuste se puede completar en milisegundos, de modo que el voltaje de salida puede volver rápidamente a la proximidad del voltaje nominal . Por lo tanto, tiene la función de suprimir la interferencia y el ruido de alta frecuencia, y tiene el efecto de purificar la interferencia de nivel de milisegundos, lo que es imposible para las fuentes de alimentación reguladas ordinarias.
(2) Amplio rango de aplicación de voltaje de entrada. El voltaje de entrada puede variar entre un 30 % y un 50 % o más, y se puede ajustar simétricamente. Cuanto más amplio sea el rango, más energía de reparación se necesita proporcionar. El valor de la tensión de control está determinado principalmente por la demanda. Desde un punto de vista económico y práctico, es recomendable tomar (8~10) por ciento.
(3) Alta precisión de regulación de voltaje. Dependiendo del método de generación del voltaje de referencia, el efecto de estabilización de voltaje puede alcanzar el 1 por ciento, 0.1 por ciento, 0.01 por ciento. Los reguladores de voltaje con diferentes precisiones son adecuados para ocasiones con diferentes requisitos. el 1 por ciento se usa para requisitos generales de estabilización de voltaje; 0.1 por ciento se utiliza para laboratorios o equipos industriales importantes; 0,01 por ciento se puede utilizar para la verificación de instrumentos.
(4) Tiene las características de fuente de alimentación verde. Este método primero corrige la forma de onda del voltaje de la red a una buena onda sinusoidal y luego suministra energía a la carga. La cantidad de energía de reparación depende de la necesidad. Dado que la esencia de este método es corregir la forma de onda de la rejilla, la distorsión de la forma de onda corregida es generalmente de menos del 1 por ciento al 0,5 por ciento, por lo que este método de estabilización de voltaje es verde.
(5) Tiene ciertas propiedades de protección ambiental. Si el voltaje de entrada no cambia, el voltaje de salida cambia debido a la diferente naturaleza de la carga, y el cambio correspondiente del voltaje de control se usa dentro de un cierto rango armónico para mantener constante el voltaje de salida. Dado que el voltaje de control tiene un efecto de aislamiento y no afecta el voltaje de entrada, este método de estabilización de voltaje es ecológico hasta cierto punto.
(6) Alta eficiencia en el trabajo. El principio de funcionamiento de esta fuente de alimentación es que la baja potencia controla la alta potencia y tiene una alta eficiencia. La capacidad del voltaje de salida se toma principalmente de la red, y el voltaje de control es generalmente la parte donde el voltaje de la red se desvía del voltaje nominal, por lo que solo necesita consumir la energía de fabricación de la fuente de alimentación de control, por lo que la eficiencia es extremadamente alto.
Tome la fuente de alimentación de salida de 300 VA como ejemplo: si el voltaje de la red fluctúa en más del 10 por ciento, solo necesita controlar la fluctuación de energía de más del 10 por ciento. La eficiencia es 300/(300 más 100)=75 por ciento. Y cuanto mayor sea la eficiencia del método para hacer la fuente de alimentación de control, mayor será la eficiencia de trabajo de toda la máquina.
Tome el método del inversor como ejemplo: para hacer una fuente de alimentación de alta estabilidad 0.01 por ciento, debido a la conversión CA/CC, CC/CA y la limitación de la eficiencia del dispositivo amplificador de potencia, el total la eficiencia está por debajo del 30 por ciento sin otras pérdidas. Cuando se usa el método de comparación instantánea para hacer una fuente de alimentación regulada de la misma potencia, solo es necesario hacer la potencia de la fuente de alimentación de control para reparar las fluctuaciones del 10 por ciento. Incluso si la fuente de alimentación de control se fabrica utilizando el método inversor, la potencia consumida es solo equivalente a la del método inversor. 1/10. Obviamente, al hacer una fuente de alimentación regulada de alta estabilidad, la eficiencia de utilizar el método de comparación instantánea es mucho mayor que la de la fuente de alimentación regulada utilizando el método inversor.
(7) No utilice dispositivos de filtro de baja frecuencia como gran inductancia y gran capacitancia, tamaño pequeño, peso ligero, buena forma de onda de salida y la distorsión general de la forma de onda es del 1 por ciento ~0.5 por ciento.
(8) Este regulador de voltaje se puede conectar en cascada con otros reguladores de voltaje, y cuanto más estrecho sea el rango de precisión de estabilidad, menor será el consumo de energía. Por ejemplo, cuando la precisión de estabilidad del regulador de etapa previa es del 2 por ciento, si es necesario generar 5000 VA de potencia, solo necesita fabricar una fuente de alimentación de control de 100 VA, y la estabilidad puede llegar a más del 0,1 por ciento.
(9) Se puede utilizar un circuito de protección rápido. Cuando ocurre la falla instantánea de cortocircuito en el extremo de la carga, la fuente de alimentación de control dejará de funcionar inmediatamente. En este momento, el transformador de acoplamiento es equivalente a un reactor (el transformador de acoplamiento es un transformador que introduce la fuente de alimentación de control), que tiene la función de limitar el crecimiento de la corriente de cortocircuito. Después de que se elimine la falla, la fuente de alimentación de control reanudará el trabajo por sí misma.
4. aplicar efectos
Inicialmente, se desarrolló una fuente de alimentación estabilizada de compensación utilizando este método de control. La idea principal es controlar el voltaje de la red con retroalimentación negativa, con una estabilidad de 0.1 por ciento, una distorsión de forma de onda del 1 por ciento y una potencia de 100VA. Debido a la selección limitada de dispositivos en ese momento, la velocidad de protección no pudo mantenerse al día con otros problemas, este tipo de fuente de alimentación regulada no pudo popularizarse ni aplicarse. Posteriormente, se optimizó el esquema de diseño original, la selección de dispositivos, el circuito de entrada de protección rápida, etc. mediante el uso de tecnología de reparación de forma de onda y comparación instantánea. Después de varias mejoras y pruebas, la fuente de alimentación estabilizada de CA de potencia de salida de 300 VA hecha para la verificación de medidores de energía eléctrica tiene funciones prácticas, y la medición real alcanza los siguientes indicadores:
Cuando el voltaje de la red de entrada cambia en más del 10 por ciento, medido con un voltímetro digital, la estabilidad máxima del voltaje de salida no excede más del 0,03 por ciento/3 minutos, y la distorsión de la forma de onda de salida es<0.5%.
La fuente de alimentación regulada tiene las siguientes características:
(1) Todos los circuitos están compuestos por dispositivos analógicos, fáciles de seleccionar y económicos;
(2) El principio de funcionamiento de la fuente de alimentación es que la baja potencia controla la alta potencia y tiene una alta eficiencia. Solo es necesario generar una potencia de control de 30 VA para lograr una potencia de salida de 300 VA;
(3) El tubo de potencia de salida no necesita un tubo combinado. Cuando la potencia de salida de toda la máquina es de 300 VA, dado que solo se necesita una potencia de control de 30 VA, solo se puede usar un par de tubos de alta potencia para la salida y no se requiere disipación de calor refrigerada por aire;
(4) Fuerte capacidad antiinterferente. Durante la prueba, la operación de soldadura eléctrica trifásica se lleva a cabo en la misma línea de alimentación en la misma habitación de la fuente de alimentación, y el voltaje de salida no salta;
(5) La fuente de alimentación regulada producida independientemente por el asistente según este diseño tiene los mismos indicadores técnicos, lo que demuestra que el método de diseño es muy consistente.
5. en conclusión:
Método de comparación instantánea: tecnología de reparación de forma de onda El principio básico para hacer una fuente de alimentación regulada es comparar el valor de muestreo del voltaje de entrada con el voltaje de referencia para descubrir la deficiencia de la forma de onda y luego mejorar y reparar la forma de onda del voltaje de entrada y estabilizar la amplitud cambiando el voltaje de control, para lograr el propósito de la estabilidad del voltaje de salida. Su esencia es utilizar una fuente de alimentación de control de baja potencia para obtener una salida de voltaje estable de gran capacidad. Es un método de estabilización de voltaje de CA que integra protección ecológica, ambiental, purificación, alta eficiencia y alta eficiencia. La fuente de alimentación regulada de CA desarrollada mediante el uso de esta tecnología tiene las características de bajo costo, alto índice, bajo costo y fácil control, y también se puede expandir a una fuente de alimentación regulada de alta potencia según las necesidades.
El uso de este método de estabilización de voltaje puede proporcionar una fuente de alimentación de voltaje estabilizado de CA de alta calidad para investigaciones científicas, salas de computación, equipos médicos, equipos de automatización industrial, equipos de comunicación, sistemas de iluminación, equipos audiovisuales y otros equipos.
