Pengembangan Catu Daya Stabilisasi AC Menggunakan Metode Perbandingan Sesaat
Instrumen dan peralatan elektronik presisi banyak digunakan di rumah tangga, produksi industri, otomatisasi kantor, penelitian eksperimental, teknik komunikasi, perawatan medis, dan bidang lainnya, dan umumnya ditenagai oleh jaringan listrik perkotaan. Tegangan pengenal jaringan listrik perkotaan adalah 220V fase tunggal, yang merupakan tegangan ideal yang ditentukan secara artifisial. Karena tegangan pada ujung kepala saluran catu daya dari trafo adalah (220 ditambah 10 persen ) V dan tegangan pada ujungnya adalah (220-10 persen ) V, peralatan listrik harus memiliki kemampuan tertentu untuk menahan fluktuasi tegangan jaringan. Meskipun sebagian besar peralatan listrik memiliki kemampuan untuk menahan fluktuasi tegangan catu daya, menurut statistik, fluktuasi tegangan catu daya adalah salah satu penyebab kegagalan peralatan listrik. Oleh karena itu, peralatan listrik ini perlu menggunakan catu daya yang diatur untuk memastikan pengoperasian normalnya.
Catu daya yang distabilkan adalah perangkat yang menstabilkan tegangan jaringan. Ini telah digunakan di negara saya selama bertahun-tahun, seperti: tipe kontak geser dari motor servo yang menggerakkan trafo pengatur tegangan, tipe reaktor variabel, dan catu daya stabil tegangan otomatis saturasi magnetik.
Pada prinsipnya, catu daya teregulasi yang disebutkan di atas mengambil sampel tegangan jaringan, membandingkannya, dan menyesuaikannya menggunakan motor servo atau sakelar non-kontak untuk menstabilkan keluaran tegangan AC. Catu daya yang diatur semacam ini umumnya memiliki efek pengaturan voltase yang buruk, dan akurasinya 1 persen ~0.5 persen .
Catu daya yang diatur AC saat ini terutama memiliki masalah berikut:
(1) Penggunaan reaktor nonlinier sering membawa harmonik, yang tidak meningkatkan kualitas bentuk gelombang tegangan jaringan, dan beberapa memiliki distorsi bentuk gelombang tambahan yang menyebabkan polusi harmonik ke jaringan.
(2) Waktu pengambilan sampel dan waktu tindakan aktuator terlalu lama.
Kedua tautan ini berdampak besar pada kinerja penstabil tegangan. Metode pengambilan sampel umumnya mengadopsi pengambilan sampel nilai efektif atau nilai rata-rata, yang membutuhkan setidaknya beberapa siklus; sedangkan motor servo umumnya membutuhkan waktu beberapa detik hingga puluhan detik untuk melakukan tindakan penyetelan, yang terlalu lama dan berbahaya bagi bentuk gelombang tegangan. Metode stabilisasi tegangan ini tidak memiliki waktu untuk merespon dan mengimplementasikan gangguan yang berubah cepat pada tegangan jaringan, seperti lonjakan, kedip, gangguan pulsa, dan gangguan frekuensi tinggi, yang menyebabkan gangguan melewati perangkat stabilisasi tegangan dan mencapai jaringan listrik. peralatan, yang tidak dapat mempengaruhi peralatan listrik. Jika efek perlindungan tidak tercapai, hal itu juga dapat menyebabkan kegagalan fungsi peralatan listrik atau bahkan kerusakan.
Dapat dilihat bahwa ketika tegangan jaringan berubah dan mengganggu, tegangan keluaran dari catu daya yang diatur dapat dengan cepat kembali ke sekitar nilai pengenal, dan tegangan AC sinusoidal dengan bentuk gelombang yang baik dan amplitudo yang stabil akan diberikan ke peralatan listrik. , yang akan memastikan pengoperasian yang aman dan normal. Ada manfaat besar.
2. Perbandingan sesaat metode pengaturan tegangan AC
Berikut ini memperkenalkan metode baru stabilisasi tegangan AC yang dapat memperbaiki kekurangan catu daya stabilisasi tegangan AC yang disebutkan di atas, yaitu, menggunakan teknologi perbaikan bentuk gelombang metode perbandingan instan untuk membuat catu daya stabilisasi tegangan AC.
Tegangan jaringan uin=tegangan terukur uS plus ⊿u
Tegangan jaringan uin ditambah tegangan kontrol uC=tegangan keluaran uout
Diantaranya, tegangan pengenal uS adalah tegangan dalam keadaan ideal yang ditentukan secara artifisial, dan ⊿u adalah penyimpangan tegangan jaringan dari tegangan pengenal. Terlepas dari ukurannya, selama penyimpangan dari tegangan pengenal dapat ditumpangkan oleh tegangan kontrol yang diproduksi secara artifisial uC dan tegangan jaringan uin. Jika tegangan kontrol buatan uC sama dengan -⊿u, ketika ⊿u berubah, -⊿u juga berubah sesuai, dan tegangan input uin dan tegangan kontrol uC ditumpangkan agar sama dengan tegangan pengenal uS. Di jaringan listrik perkotaan, nilai efektif tegangan pengenal fase tunggal adalah 220V.
Untuk perubahan yang disebabkan oleh tegangan input, tegangan input diambil sampelnya terlebih dahulu, dan koefisien rasionya adalah 1/A,
uin/A=(uS ditambah ⊿u1)/A=uS/A ditambah ⊿u1/A
Secara artifisial membuat tegangan referensi ur, yang memiliki frekuensi dan fase yang sama dengan tegangan jaringan, nilai efektifnya adalah US/A, dan bentuk gelombangnya bagus. Perbedaan antara nilai sampling tegangan masukan uin dan ur adalah ⊿u1/A, yaitu, uin—ur=⊿u1/A, dan kemudian perbedaan tegangan dan daya diperkuat oleh waktu. Misalkan =A, maka nilai yang diperkuat adalah ⊿u1, lalu lapiskan ⊿u1 ke dalam rangkaian secara terbalik melalui transformator kopling. Pada saat ini, tegangan keluaran sama dengan tegangan pengenal, yaitu, uout=uS=Aur= ur. Saat ini, karena merupakan faktor amplifikasi, kinerja uout hanya terkait dengan ur. ur adalah tegangan nyata yang dihasilkan secara artifisial, yang dapat diperoleh dengan rangkaian analog atau digital, dan memiliki indikator kinerja yang baik. Stabilitas ur juga menentukan stabilitas tegangan keluaran.
Dapat dilihat dari analisis di atas bahwa inti dari metode stabilisasi tegangan AC perbandingan sesaat adalah: menggunakan tegangan input dan tegangan referensi untuk perbandingan sesaat untuk mengetahui kekurangan bentuk gelombang, dan untuk memperbaiki dan memperbaiki tegangan input bentuk gelombang dengan mengendalikan superposisi tegangan, sehingga mencapai stabilitas. tujuan tegangan keluaran. Kualitas daya tegangan keluaran ditentukan oleh ur, dengan bentuk gelombang yang baik dan amplitudo yang stabil; sedangkan tegangan input hanya menyediakan energi untuk operasi internal catu daya dan tegangan output yang stabil, dan tegangan output yang stabil dengan daya tinggi diperoleh dengan menggunakan tegangan kontrol daya rendah. Dengan cara ini, energi keluaran disediakan oleh jaringan, dan tegangan kontrol hanya digunakan untuk memperbaiki bagian jaringan yang berfluktuasi yang menyimpang dari tegangan pengenal.
Demikian pula, ketika tegangan input konstan dan tegangan output berubah karena perubahan beban, tegangan output diambil sampelnya, dan tegangan kontrol uC2 disesuaikan dengan cara yang sama untuk mengubah tegangan kontrol uC2 untuk menjaga stabilitas tegangan output tanpa mempengaruhi tegangan masukan.
Untuk pertimbangan ekonomi dalam implementasi skema, untuk menyederhanakan rangkaian, perolehan tegangan kontrol uC1 dan perolehan tegangan kontrol uC2 digabungkan dalam rangkaian tertentu untuk mendapatkan diagram blok fungsional yang ditunjukkan pada Gambar 3 .
Nilai perbandingan tegangan input dan tegangan referensi dan nilai perbandingan tegangan output dan tegangan referensi ditambahkan oleh penambah, kemudian dikuatkan oleh tegangan dan rangkaian penguat daya, dan tegangan kontrol UC diperoleh dengan kopling transformator, yang ditumpangkan antara tegangan input dan tegangan output. Tegangan kontrol UC terutama digunakan untuk memperbaiki bentuk gelombang, menyesuaikan tegangan catu daya, dan pada saat yang sama memainkan peran mengisolasi catu daya input dan beban.
3. Perbandingan dengan catu daya yang diatur secara konvensional
Dibandingkan dengan catu daya yang diatur yang dibuat dengan prinsip konvensional, catu daya yang diatur yang dibuat dengan prinsip di atas memiliki karakteristik sebagai berikut:
(1) Respon cepat. Karena penggunaan perangkat elektronik linier berkecepatan tinggi, pengambilan sampel instan, dan eksekusi instan, kecepatan respons kontrol sangat cepat, dan penyesuaian dapat diselesaikan dalam milidetik, sehingga tegangan keluaran dapat dengan cepat kembali ke sekitar tegangan pengenal . Oleh karena itu, ia memiliki fungsi untuk menekan interferensi dan kebisingan frekuensi tinggi, dan memiliki efek memurnikan interferensi tingkat milidetik, yang tidak mungkin untuk catu daya yang diatur biasa.
(2) Kisaran aplikasi tegangan input yang luas. Tegangan input dapat bervariasi sebesar 30 persen ~ 50 persen atau lebih, dan dapat disesuaikan secara simetris. Semakin luas jangkauannya, semakin banyak energi perbaikan yang perlu disediakan. Nilai tegangan kontrol terutama ditentukan oleh permintaan. Dari sudut pandang ekonomis dan praktis, disarankan untuk mengambil (8~10) persen .
(3) Akurasi pengaturan tegangan yang tinggi. Bergantung pada metode pembangkitan tegangan referensi, efek stabilisasi tegangan dapat mencapai 1 persen , 0.1 persen , 0.01 persen . Regulator tegangan dengan presisi berbeda cocok untuk acara dengan kebutuhan berbeda. 1 persen digunakan untuk persyaratan stabilisasi tegangan umum; 0.1 persen digunakan untuk laboratorium atau peralatan industri penting; 0,01 persen dapat digunakan untuk verifikasi instrumen.
(4) Ini memiliki karakteristik catu daya hijau. Metode ini pertama-tama mengoreksi bentuk gelombang tegangan jaringan menjadi gelombang sinus yang baik, dan kemudian memasok daya ke beban. Jumlah energi perbaikan tergantung pada kebutuhan. Karena inti dari metode ini adalah untuk mengoreksi bentuk gelombang jaringan, distorsi bentuk gelombang yang dikoreksi umumnya kurang dari 1 persen hingga 0.5 persen , jadi metode stabilisasi tegangan ini berwarna hijau.
(5) Ini memiliki sifat perlindungan lingkungan tertentu. Jika tegangan input tidak berubah, tegangan output berubah karena sifat beban yang berbeda, dan perubahan tegangan kontrol yang sesuai digunakan dalam rentang harmonik tertentu untuk menjaga tegangan output konstan. Karena tegangan kontrol memiliki efek isolasi dan tidak mempengaruhi tegangan input, metode stabilisasi tegangan ini sampai batas tertentu ramah lingkungan.
(6) Efisiensi kerja yang tinggi. Prinsip kerja catu daya ini adalah daya rendah mengontrol daya tinggi, dan memiliki efisiensi tinggi. Kapasitas tegangan keluaran terutama diambil dari jaringan, dan tegangan kontrol umumnya merupakan bagian di mana tegangan jaringan menyimpang dari tegangan pengenal, sehingga hanya perlu mengonsumsi daya dari pembuatan catu daya kontrol, sehingga efisiensinya adalah sangat tinggi.
Ambil catu daya keluaran 300 VA sebagai contoh: jika voltase jaringan berfluktuasi plus 10 persen, Anda hanya perlu mengontrol fluktuasi daya plus 10 persen. Efisiensinya adalah 300/(300 ditambah 100)=75 persen . Dan semakin tinggi efisiensi metode pembuatan catu daya kontrol, semakin tinggi efisiensi kerja seluruh mesin.
Ambil metode inverter sebagai contoh: untuk membuat catu daya stabilitas tinggi 0,01 persen, karena konversi AC/DC, DC/AC dan keterbatasan efisiensi perangkat penguat daya, keseluruhan efisiensi di bawah 30 persen tanpa kerugian lainnya. Saat menggunakan metode perbandingan seketika untuk membuat catu daya yang diatur dengan daya yang sama, hanya perlu membuat daya catu daya kontrol untuk memperbaiki fluktuasi 10 persen. Bahkan jika catu daya kontrol diproduksi menggunakan metode inverter, daya yang dikonsumsi hanya setara dengan metode inverter. 1/10. Jelas, ketika membuat catu daya yang diatur dengan stabilitas tinggi, efisiensi menggunakan metode perbandingan sesaat jauh lebih tinggi daripada catu daya yang diatur menggunakan metode inverter.
(7) Jangan gunakan perangkat filter frekuensi rendah seperti induktansi besar dan kapasitansi besar, ukuran kecil, ringan, bentuk gelombang keluaran bagus, dan distorsi bentuk gelombang umum adalah 1 persen ~0.5 persen .
(8) Regulator tegangan ini dapat mengalir dengan regulator tegangan lainnya, dan semakin sempit rentang akurasi stabilitas yang ditetapkan, semakin kecil konsumsi energinya. Misalnya, ketika akurasi stabilitas pengatur tahap awal adalah 2 persen , jika diperlukan untuk menghasilkan daya 5000 VA, hanya perlu membuat catu daya kontrol 100 VA, dan stabilitas dapat mencapai lebih dari 0,1 persen.
(9) Sirkuit proteksi cepat dapat digunakan. Ketika gangguan hubung singkat sesaat terjadi di ujung beban, catu daya kontrol akan segera berhenti bekerja. Saat ini, trafo kopling setara dengan reaktor (trafo kopling adalah trafo yang memperkenalkan catu daya kontrol), yang berfungsi membatasi pertumbuhan arus hubung singkat. Setelah kesalahan dihilangkan, catu daya kontrol akan kembali bekerja dengan sendirinya.
4. menerapkan efek
Awalnya, catu daya stabil kompensasi dikembangkan menggunakan metode kontrol ini. Ide utamanya adalah untuk mengontrol tegangan jaringan dengan umpan balik negatif, dengan stabilitas 0.1 persen , distorsi bentuk gelombang 1 persen , dan daya 100VA. Karena pemilihan perangkat yang terbatas pada saat itu, kecepatan perlindungan tidak dapat mengimbangi masalah lain, catu daya yang diatur semacam ini tidak dapat dipopulerkan dan diterapkan. Setelah itu, skema desain asli, pemilihan perangkat, sirkuit input proteksi cepat, dll. Dioptimalkan dengan menggunakan perbandingan instan dan teknologi perbaikan bentuk gelombang. Setelah beberapa perbaikan dan pengujian, catu daya stabil AC daya output 300VA yang dibuat untuk verifikasi meter energi listrik memiliki fungsi praktis, dan pengukuran sebenarnya mencapai indikator berikut:
Ketika voltase jaringan input berubah plus 10 persen , diukur dengan voltmeter digital, stabilitas voltase output maksimum tidak melebihi plus 0,03 persen /3 menit, dan distorsi bentuk gelombang output adalah<0.5%.
Catu daya yang diatur memiliki karakteristik sebagai berikut:
(1) Sirkuit semuanya terdiri dari perangkat analog, yang mudah dipilih dan murah;
(2) Prinsip kerja catu daya adalah daya rendah mengontrol daya tinggi, dan memiliki efisiensi tinggi. Hanya perlu membuat daya kontrol 30 VA untuk mencapai output daya 300VA;
(3) Tabung daya keluaran tidak memerlukan tabung gabungan. Ketika daya keluaran seluruh mesin adalah 300VA, karena hanya diperlukan daya kontrol 30VA, hanya sepasang tabung daya tinggi yang dapat digunakan untuk keluaran, dan tidak diperlukan pembuangan panas berpendingin udara;
(4) Kemampuan anti-interferensi yang kuat. Selama pengujian, operasi pengelasan listrik tiga fase dilakukan pada saluran catu daya yang sama di ruangan yang sama dari catu daya, dan tegangan keluaran tidak melonjak;
(5) Catu daya yang diatur secara mandiri yang diproduksi oleh asisten menurut desain ini memiliki indikator teknis yang sama, yang menunjukkan bahwa metode desainnya sangat konsisten.
5. kesimpulannya:
Metode perbandingan instan - teknologi perbaikan bentuk gelombang Prinsip dasar pembuatan catu daya yang diatur adalah membandingkan nilai sampling tegangan input dengan tegangan referensi untuk mengetahui kekurangan bentuk gelombang, kemudian memperbaiki dan memperbaiki bentuk gelombang tegangan input dan menstabilkan amplitudo dengan mengubah tegangan kontrol, untuk mencapai tujuan stabilitas tegangan keluaran. Esensinya adalah menggunakan catu daya kontrol daya rendah untuk mendapatkan output tegangan stabil berkapasitas besar. Ini adalah metode stabilisasi tegangan AC yang mengintegrasikan hijau, perlindungan lingkungan, pemurnian, efisiensi tinggi, dan efisiensi tinggi. Catu daya teregulasi AC yang dikembangkan dengan menggunakan teknologi ini memiliki karakteristik biaya rendah, indeks tinggi, biaya rendah, dan kontrol yang mudah, serta dapat diperluas menjadi catu daya teregulasi daya tinggi sesuai kebutuhan.
Menggunakan metode stabilisasi tegangan ini dapat menyediakan catu daya tegangan stabil AC berkualitas tinggi untuk penelitian ilmiah, ruang komputer, peralatan medis, peralatan otomasi industri, peralatan komunikasi, sistem pencahayaan, peralatan audio-visual, dan peralatan lainnya.
