توسعه منبع تغذیه تثبیت شده AC با استفاده از روش مقایسه آنی
ابزار و تجهیزات الکترونیکی دقیق به طور گسترده در خانوارها، تولیدات صنعتی، اتوماسیون اداری، تحقیقات تجربی، مهندسی ارتباطات، مراقبت های پزشکی و سایر زمینه ها استفاده می شود و به طور کلی توسط شبکه های برق شهری تغذیه می شود. ولتاژ نامی شبکه برق شهری تک فاز 220 ولت است که یک ولتاژ ایده آل به صورت مصنوعی تعیین شده است. از آنجایی که ولتاژ سر خط منبع تغذیه از ترانسفورماتور (220 به علاوه 10 درصد) ولت و ولتاژ انتهای آن ({4}} درصد) ولت است، تجهیزات الکتریکی باید توانایی خاصی داشته باشند. مقاومت در برابر نوسانات ولتاژ شبکه اگرچه اکثر تجهیزات الکتریکی توانایی مقاومت در برابر نوسانات ولتاژ منبع تغذیه را دارند، اما طبق آمار، نوسانات ولتاژ منبع تغذیه یکی از علل خرابی تجهیزات الکتریکی است. بنابراین، این تجهیزات الکتریکی برای اطمینان از عملکرد طبیعی خود نیاز به استفاده از منابع تغذیه تنظیم شده دارند.
منبع تغذیه تثبیت شده دستگاهی است که ولتاژ شبکه را تثبیت می کند. سال هاست که در کشور من از آن استفاده می شود، مانند: نوع تماس کشویی سروو موتور که ترانسفورماتور تنظیم کننده ولتاژ را هدایت می کند، نوع راکتور متغیر و منبع تغذیه تثبیت شده ولتاژ اتوماتیک اشباع مغناطیسی.
اصولاً منبع تغذیه تنظیمشده فوق از ولتاژ شبکه نمونهبرداری میکند، آنها را با هم مقایسه میکند و با استفاده از یک موتور سروو یا یک کلید غیرتماسی برای تثبیت خروجی ولتاژ AC تنظیم میکند. این نوع منبع تغذیه تنظیم شده عموماً اثر تنظیم ولتاژ ضعیفی دارد و دقت آن 1 درصد ~0.5 درصد است.
منبع تغذیه تنظیم شده AC فعلی عمدتاً دارای مشکلات زیر است:
(1) استفاده از راکتورهای غیرخطی اغلب هارمونیک هایی را به همراه دارد که کیفیت شکل موج ولتاژ شبکه را بهبود نمی بخشد و برخی دارای اعوجاج شکل موج اضافی هستند که باعث آلودگی هارمونیک به شبکه می شود.
(2) زمان نمونه برداری و زمان عمل محرک بسیار طولانی است.
این دو لینک تاثیر زیادی در عملکرد تثبیت کننده ولتاژ دارند. روش نمونهگیری عموماً از نمونهگیری ارزش مؤثر یا مقدار متوسط استفاده میکند که حداقل چندین چرخه طول میکشد. در حالی که سروو موتور به طور کلی چند ثانیه تا ده ها ثانیه طول می کشد تا اقدامات تنظیم را انجام دهد، که بسیار طولانی و مضر است هیچ بهبودی در شکل موج ولتاژ وجود ندارد. این روش های تثبیت ولتاژ زمانی برای پاسخگویی و اجرای اختلالات سریع در حال تغییر در ولتاژ شبکه مانند نوسانات، افت، اختلالات پالس و اختلالات فرکانس بالا که باعث عبور اغتشاش از دستگاه تثبیت کننده ولتاژ و رسیدن به برق می شود، ندارند. تجهیزاتی که نمی توانند بر تجهیزات الکتریکی تأثیر بگذارند. اگر اثر محافظتی به دست نیاید، ممکن است باعث اختلال در عملکرد یا حتی آسیب دیدن تجهیزات الکتریکی شود.
مشاهده می شود که با تغییر و تداخل ولتاژ شبکه، ولتاژ خروجی منبع تغذیه تنظیم شده می تواند به سرعت به نزدیکی مقدار نامی بازگردد و ولتاژ AC سینوسی با شکل موج خوب و دامنه پایدار در اختیار تجهیزات الکتریکی قرار می گیرد. ، که عملکرد ایمن و عادی آن را تضمین می کند. مزایای بزرگی وجود دارد.
2. مقایسه لحظه ای روش های تنظیم ولتاژ AC
در ادامه روش جدیدی برای تثبیت ولتاژ متناوب معرفی می شود که می تواند کمبود منبع تغذیه تثبیت کننده ولتاژ متناوب فوق الذکر را بهبود بخشد، یعنی استفاده از روش مقایسه لحظه ای - فناوری تعمیر شکل موج برای ساخت منبع تغذیه تثبیت کننده ولتاژ AC.
ولتاژ شبکه uin{0}}ولتاژ نامی usS به علاوه ⊿u
ولتاژ شبکه uin به اضافه ولتاژ کنترل uC=ولتاژ خروجی uout
در میان آنها، ولتاژ نامی uS ولتاژی است که در حالت ایده آل به طور مصنوعی مشخص شده است، و ⊿u انحراف ولتاژ شبکه از ولتاژ نامی است. صرف نظر از اندازه، تا زمانی که انحراف از ولتاژ نامی را می توان توسط ولتاژ کنترلی تولید شده مصنوعی uC و ولتاژ شبکه uin اضافه کرد. اگر ولتاژ کنترل مصنوعی uC برابر با -⊿u باشد، وقتی ⊿u تغییر کند، -⊿u نیز بر این اساس تغییر میکند و ولتاژ ورودی uin و ولتاژ کنترل uC برابر با ولتاژ نامی uS قرار میگیرند. در شبکه برق شهری، مقدار موثر ولتاژ نامی تک فاز 220 ولت است.
برای تغییر ناشی از ولتاژ ورودی، ابتدا ولتاژ ورودی نمونه برداری می شود و ضریب نسبت 1/A است.
uin/A=(uS به علاوه ⊿u1)/A=uS/A به علاوه ⊿u1/A
به طور مصنوعی یک ولتاژ مرجع ur ایجاد کنید که دارای فرکانس و فاز مشابه با ولتاژ شبکه است، مقدار موثر US/A است و شکل موج خوب است. تفاوت بین مقدار نمونه برداری ولتاژ ورودی uin و ur ⊿u1/A است، یعنی uin-ur=⊿u1/A، و سپس اختلاف ولتاژ و توان با بار تقویت می شود. اجازه دهید =A، سپس مقدار تقویت شده ⊿u1 است، و سپس ⊿u1 را به صورت معکوس از طریق ترانسفورماتور کوپلینگ در مدار قرار دهید. در این زمان، ولتاژ خروجی برابر با ولتاژ نامی است، یعنی uout=uS=Aur= ur. در این زمان، از آنجایی که یک عامل تقویت است، عملکرد uout فقط به ur مربوط می شود. ur یک ولتاژ واقعی است که به طور مصنوعی تولید می شود و می توان آن را توسط مدارهای آنالوگ یا دیجیتال به دست آورد و دارای شاخص های عملکرد خوبی است. پایداری ur نیز پایداری ولتاژ خروجی را تعیین می کند.
از تجزیه و تحلیل بالا می توان دریافت که ماهیت روش تثبیت ولتاژ AC مقایسه لحظه ای این است: استفاده از ولتاژ ورودی و ولتاژ مرجع برای مقایسه لحظه ای برای پی بردن به کمبود شکل موج و بهبود و تعمیر ولتاژ ورودی. شکل موج با کنترل برهم نهی ولتاژ، به طوری که به ثبات برسد. هدف ولتاژ خروجی کیفیت توان ولتاژ خروجی توسط ur، با شکل موج خوب و دامنه پایدار تعیین می شود. در حالی که ولتاژ ورودی فقط انرژی را برای عملکرد داخلی منبع تغذیه و خروجی ولتاژ پایدار تامین می کند و با استفاده از ولتاژ کنترلی کم توان یک ولتاژ خروجی پایدار با توان بالا به دست می آید. به این ترتیب انرژی خروجی توسط شبکه تامین می شود و ولتاژ کنترل فقط برای تعمیر قسمت نوسانی شبکه که از ولتاژ نامی منحرف می شود استفاده می شود.
به طور مشابه، هنگامی که ولتاژ ورودی ثابت است و ولتاژ خروجی به دلیل تغییرات بار تغییر می کند، ولتاژ خروجی نمونه برداری می شود و ولتاژ کنترل uC2 به روشی مشابه تنظیم می شود تا ولتاژ کنترل uC2 تغییر کند تا پایداری ولتاژ خروجی بدون نیاز به حفظ ثبات باشد. بر ولتاژ ورودی تاثیر می گذارد.
برای در نظر گرفتن صرفه جویی در اجرای طرح، به منظور ساده سازی مدار، کسب ولتاژ کنترل uC1 و کسب ولتاژ کنترل uC2 در یک مدار خاص ترکیب می شوند تا بلوک دیاگرام عملکردی نشان داده شده در شکل 3 به دست آید. .
مقدار مقایسه ولتاژ ورودی و ولتاژ مرجع و مقدار مقایسه ولتاژ خروجی و ولتاژ مرجع توسط جمع کننده اضافه می شود و سپس توسط مدار تقویت کننده ولتاژ و توان تقویت می شود و ولتاژ کنترل uC توسط کوپلینگ به دست می آید. ترانسفورماتور که بین ولتاژ ورودی و ولتاژ خروجی قرار می گیرد. ولتاژ کنترل uC عمدتاً برای تعمیر شکل موج، تنظیم ولتاژ منبع تغذیه و در عین حال نقش جداسازی منبع تغذیه ورودی و بار استفاده می شود.
3. مقایسه با منابع تغذیه تنظیم شده معمولی
در مقایسه با منبع تغذیه تنظیم شده ساخته شده توسط اصل معمولی، منبع تغذیه تنظیم شده توسط اصل فوق دارای ویژگی های زیر است:
(1) پاسخ سریع. با توجه به استفاده از دستگاه های الکترونیکی خطی پرسرعت، نمونه برداری لحظه ای و اجرای آنی، سرعت پاسخ کنترل بسیار سریع است و تنظیم می تواند در عرض میلی ثانیه انجام شود، به طوری که ولتاژ خروجی می تواند به سرعت به مجاورت ولتاژ نامی بازگردد. . بنابراین، عملکرد سرکوب تداخل و نویز با فرکانس بالا را دارد و دارای اثر تصفیه تداخل سطح میلی ثانیه است که برای منابع تغذیه تنظیم شده معمولی غیرممکن است.
(2) دامنه کاربرد گسترده ولتاژ ورودی. ولتاژ ورودی می تواند 30 تا 50 درصد یا بیشتر تغییر کند و می توان آن را به صورت متقارن تنظیم کرد. هرچه دامنه وسیعتر باشد، انرژی تعمیر بیشتری نیاز است. مقدار ولتاژ کنترل عمدتاً توسط تقاضا تعیین می شود. از نقطه نظر اقتصادی و عملی، توصیه می شود (8 تا 10) درصد.
(3) دقت بالای تنظیم ولتاژ. بسته به روش تولید ولتاژ مرجع، اثر تثبیت ولتاژ می تواند به 1 درصد، 0.1 درصد، 0 برسد.01 درصد. تنظیم کننده های ولتاژ با دقت های مختلف برای موقعیت هایی با نیازهای مختلف مناسب هستند. 1 درصد برای الزامات عمومی تثبیت ولتاژ استفاده می شود. 0.1 درصد برای آزمایشگاه ها یا تجهیزات مهم صنعتی استفاده می شود. 0.01 درصد می تواند برای تأیید ابزار استفاده شود.
(4) دارای ویژگی های منبع تغذیه سبز است. این روش ابتدا شکل موج ولتاژ شبکه را به یک موج سینوسی خوب تصحیح می کند و سپس برق را برای بار تامین می کند. مقدار انرژی تعمیر بستگی به نیاز دارد. از آنجایی که ماهیت این روش اصلاح شکل موج شبکه است، اعوجاج شکل موج اصلاح شده عموماً کمتر از 1 درصد تا 0.5 درصد است، بنابراین این روش تثبیت ولتاژ سبز است.
(5) دارای خواص حفاظت از محیط زیست خاصی است. اگر ولتاژ ورودی تغییر نکند، ولتاژ خروجی به دلیل ماهیت متفاوت بار تغییر می کند و تغییر متناظر ولتاژ کنترل در محدوده هارمونیک خاصی برای ثابت نگه داشتن ولتاژ خروجی استفاده می شود. از آنجایی که ولتاژ کنترل دارای اثر ایزوله است و بر ولتاژ ورودی تأثیر نمی گذارد، این روش تثبیت کننده ولتاژ تا حدودی سازگار با محیط زیست است.
(6) راندمان کار بالا. اصل کار این منبع تغذیه این است که توان کم قدرت بالا را کنترل می کند و راندمان بالایی دارد. ظرفیت ولتاژ خروجی عمدتاً از شبکه گرفته می شود و ولتاژ کنترل به طور کلی بخشی است که ولتاژ شبکه از ولتاژ نامی منحرف می شود، بنابراین فقط نیاز به مصرف توان تولید منبع تغذیه کنترل دارد، بنابراین راندمان خیلی بالا.
منبع تغذیه خروجی 300 VA را به عنوان مثال در نظر بگیرید: اگر ولتاژ شبکه به اضافه 10 درصد نوسان داشته باشد، فقط باید نوسان برق 10 درصدی را کنترل کنید. راندمان 300/(300 به علاوه 100){6}} درصد است. و هر چه راندمان روش برای ساخت منبع تغذیه کنترل بیشتر باشد، راندمان کار کل دستگاه بالاتر است.
روش اینورتر را به عنوان مثال در نظر بگیرید: برای ایجاد یک منبع تغذیه با پایداری بالا 0.01 درصد، به دلیل تبدیل AC/DC، DC/AC و محدودیت راندمان دستگاه تقویت کننده برق، به طور کلی راندمان زیر 30 درصد بدون تلفات دیگر است. هنگام استفاده از روش مقایسه لحظه ای برای ایجاد یک منبع تغذیه تنظیم شده با همان توان، فقط لازم است پاور منبع تغذیه کنترل را برای تعمیر نوسانات 10 درصد ایجاد کنید. حتی اگر منبع تغذیه کنترلی با استفاده از روش اینورتر ساخته شود، توان مصرفی تنها معادل با روش اینورتر است. 1/10. بدیهی است که هنگام ساخت یک منبع تغذیه تنظیم شده با پایداری بالا، راندمان استفاده از روش مقایسه لحظه ای بسیار بیشتر از منبع تغذیه تنظیم شده با استفاده از روش اینورتر است.
(7) از دستگاه های فیلتر فرکانس پایین مانند اندوکتانس بزرگ و ظرفیت بزرگ، اندازه کوچک، وزن سبک، شکل موج خروجی خوب استفاده نکنید و اعوجاج شکل موج کلی 1 درصد ~{3}}.5 درصد است.
(8) این تنظیم کننده ولتاژ را می توان با سایر تنظیم کننده های ولتاژ آبشاری کرد و هرچه محدوده دقت پایداری باریکتر باشد، مصرف انرژی کمتر خواهد بود. به عنوان مثال، هنگامی که دقت پایداری رگولاتور پیش مرحله 2 درصد است، اگر نیاز به خروجی 5{5}}00 VA باشد، تنها نیاز به تولید یک منبع تغذیه کنترلی 100 VA دارد و پایداری میتواند به بیش از 0.1 درصد برسد.
(9) می توان از مدار حفاظت سریع استفاده کرد. هنگامی که خطای اتصال کوتاه آنی در انتهای بار رخ می دهد، منبع تغذیه کنترل فوراً از کار خارج می شود. در این زمان، ترانسفورماتور کوپلینگ معادل یک راکتور است (ترانسفورماتور کوپلینگ ترانسفورماتوری است که منبع تغذیه کنترل را معرفی می کند)، که عملکرد محدود کردن رشد جریان اتصال کوتاه را دارد. پس از رفع عیب، منبع تغذیه کنترل به خودی خود کار خود را از سر می گیرد.
4. اعمال اثرات
در ابتدا، یک منبع تغذیه تثبیت شده جبرانی با استفاده از این روش کنترل ایجاد شد. ایده اصلی کنترل ولتاژ شبکه با بازخورد منفی، با پایداری 0.1 درصد، اعوجاج شکل موج 1 درصد و توان 100 VA است. با توجه به محدود بودن انتخاب دستگاه ها در آن زمان، سرعت حفاظتی نمی توانست با مشکلات دیگر همگام شود، این نوع منبع تغذیه تنظیم شده را نمی توان رایج کرد و اعمال کرد. پس از آن، طرح اولیه طراحی، انتخاب دستگاه، مدار ورودی حفاظت سریع و غیره با استفاده از مقایسه آنی و فناوری تعمیر شکل موج بهینه شد. پس از چندین بهبود و آزمایش، منبع تغذیه تثبیت شده AC با توان خروجی 300 VA که برای تأیید کنتورهای انرژی الکتریکی ساخته شده است، عملکردهای عملی دارد و اندازه گیری واقعی به شاخص های زیر می رسد:
هنگامی که ولتاژ شبکه ورودی به اضافه 10 درصد تغییر می کند، که با یک ولت متر دیجیتال اندازه گیری می شود، حداکثر پایداری ولتاژ خروجی از مثبت 0.03 درصد / 3 دقیقه تجاوز نمی کند و اعوجاج شکل موج خروجی است.<0.5%.
منبع تغذیه تنظیم شده دارای ویژگی های زیر است:
(1) مدارها همه از دستگاه های آنالوگ تشکیل شده اند که انتخاب آنها آسان و ارزان است.
(2) اصل کار منبع تغذیه این است که توان کم قدرت بالا را کنترل می کند و راندمان بالایی دارد. برای دستیابی به توان خروجی 300 VA، فقط باید قدرت کنترل 30 VA ایجاد کنید.
(3) لوله برق خروجی به لوله ترکیبی نیاز ندارد. هنگامی که توان خروجی کل دستگاه 300 VA است، از آنجایی که فقط به توان کنترل 30 VA نیاز است، فقط می توان از یک جفت لوله با توان بالا برای خروجی استفاده کرد و نیازی به اتلاف گرمای خنک شده با هوا نیست.
(4) توانایی ضد تداخل قوی. در طول آزمایش، عملیات جوشکاری الکتریکی سه فاز در همان خط منبع تغذیه در همان اتاق منبع تغذیه انجام می شود و ولتاژ خروجی پرش نمی کند.
(5) منبع تغذیه تنظیم شده که به طور مستقل توسط دستیار مطابق با این طرح تولید می شود دارای همان شاخص های فنی است که نشان می دهد روش طراحی بسیار سازگار است.
5- در نتیجه:
روش مقایسه لحظه ای - فناوری تعمیر شکل موج اصل اساسی ساخت منبع تغذیه تنظیم شده این است که مقدار نمونه گیری ولتاژ ورودی را با ولتاژ مرجع مقایسه کنید تا کمبود شکل موج را مشخص کنید و سپس شکل موج ولتاژ ورودی را بهبود و تعمیر و تثبیت کنید. دامنه با تغییر ولتاژ کنترل، برای رسیدن به هدف ثبات ولتاژ خروجی. ماهیت آن استفاده از منبع تغذیه کنترلی کم مصرف برای به دست آوردن یک خروجی ولتاژ پایدار با ظرفیت بالا است. این یک روش تثبیت ولتاژ AC است که سبز، حفاظت از محیط زیست، تصفیه، راندمان بالا و راندمان بالا را ادغام می کند. منبع تغذیه تنظیمشده AC که با استفاده از این فناوری توسعه یافته است، دارای ویژگیهای کم هزینه، شاخص بالا، هزینه کم و کنترل آسان است و همچنین میتواند بر اساس نیاز به منبع تغذیه تنظیمشده با توان بالا گسترش یابد.
با استفاده از این روش تثبیت ولتاژ می توان منبع تغذیه ولتاژ تثبیت شده AC با کیفیت بالا برای تحقیقات علمی، اتاق کامپیوتر، تجهیزات پزشکی، تجهیزات اتوماسیون صنعتی، تجهیزات ارتباطی، سیستم روشنایی، تجهیزات صوتی و تصویری و سایر تجهیزات فراهم کرد.
