Phát triển bộ nguồn AC ổn định sử dụng phương pháp so sánh tức thời
Các thiết bị và dụng cụ điện tử chính xác được sử dụng rộng rãi trong các hộ gia đình, sản xuất công nghiệp, tự động hóa văn phòng, nghiên cứu thử nghiệm, kỹ thuật truyền thông, chăm sóc y tế và các lĩnh vực khác, và thường được cung cấp bởi lưới điện đô thị. Điện áp định mức của lưới điện đô thị là 220V một pha, đây là điện áp lý tưởng được quy định giả tạo. Vì điện áp ở đầu cuối của đường dây cấp điện từ máy biến áp là (220 cộng 10 phần trăm ) V và điện áp ở cuối là (220-10 phần trăm) V, thiết bị điện bắt buộc phải có một khả năng nhất định để chống dao động điện áp lưới. Mặc dù hầu hết các thiết bị điện đều có khả năng chống dao động điện áp nguồn nhưng theo thống kê, dao động điện áp nguồn là một trong những nguyên nhân gây hỏng hóc thiết bị điện. Vì vậy, các thiết bị điện này cần sử dụng nguồn điện quy định để đảm bảo chúng hoạt động bình thường.
Ổn áp nguồn là thiết bị ổn định điện áp lưới. Nó đã được sử dụng ở nước tôi trong nhiều năm, chẳng hạn như: loại tiếp điểm trượt của động cơ servo điều khiển máy biến áp điều chỉnh điện áp, loại lò phản ứng biến đổi và nguồn điện ổn định điện áp tự động bão hòa từ tính.
Về nguyên tắc, nguồn điện được điều chỉnh nêu trên lấy mẫu điện áp lưới, so sánh và điều chỉnh chúng bằng mô tơ servo hoặc công tắc không tiếp điểm để ổn định đầu ra của điện áp xoay chiều. Loại nguồn điện được điều chỉnh này thường có tác dụng điều chỉnh điện áp kém và độ chính xác là 1 phần trăm ~0.5 phần trăm.
Nguồn điện được điều chỉnh AC hiện tại chủ yếu có các vấn đề sau:
(1) Việc sử dụng các cuộn kháng phi tuyến thường mang lại sóng hài, không cải thiện được chất lượng dạng sóng điện áp lưới, một số còn bị méo dạng sóng gây ô nhiễm sóng hài cho lưới điện.
(2) Thời gian lấy mẫu và thời gian hoạt động của bộ truyền động quá dài.
Hai mắt xích này có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả hoạt động của ổn áp. Phương pháp lấy mẫu thường áp dụng lấy mẫu giá trị hiệu quả hoặc giá trị trung bình, phải mất ít nhất vài chu kỳ; trong khi động cơ servo thường mất vài giây đến hàng chục giây để thực hiện các hành động điều chỉnh, quá lâu và có hại cho Không có sự cải thiện về dạng sóng điện áp. Các phương pháp ổn định điện áp này không có thời gian để đáp ứng và thực hiện các nhiễu loạn thay đổi nhanh trong điện áp lưới, chẳng hạn như xung đột biến, sụt áp, nhiễu xung và nhiễu tần số cao, khiến nhiễu đi qua thiết bị ổn áp và đến mạch điện. thiết bị, mà không thể ảnh hưởng đến thiết bị điện. Nếu không đạt được hiệu quả bảo vệ còn có thể khiến các thiết bị điện hoạt động sai chức năng, thậm chí là hư hỏng.
Có thể thấy rằng khi điện áp lưới thay đổi và can thiệp, điện áp đầu ra của nguồn điện được điều chỉnh có thể nhanh chóng trở lại vùng lân cận của giá trị định mức và điện áp xoay chiều hình sin với dạng sóng tốt và biên độ ổn định sẽ được cung cấp cho thiết bị điện , sẽ đảm bảo hoạt động an toàn và bình thường của nó. Có những lợi ích tuyệt vời.
2. So sánh tức thời các phương pháp điều chỉnh điện áp xoay chiều
Sau đây giới thiệu một phương pháp ổn định điện áp xoay chiều mới có thể cải thiện tình trạng thiếu nguồn cung cấp điện ổn định điện áp xoay chiều nói trên, đó là sử dụng công nghệ sửa chữa dạng sóng phương pháp so sánh tức thời để tạo ra nguồn cung cấp điện ổn định điện áp xoay chiều.
Điện áp lưới uin=điện áp định mức uS cộng với ⊿u
Điện áp lưới uin cộng với điện áp điều khiển uC=điện áp đầu ra uin
Trong số đó, điện áp định mức uS là điện áp ở trạng thái lý tưởng được chỉ định một cách giả tạo và ⊿u là độ lệch của điện áp lưới so với điện áp định mức. Bất kể kích thước, miễn là độ lệch so với điện áp định mức có thể được thêm vào bởi điện áp điều khiển nhân tạo uC và điện áp lưới uin. Nếu điện áp điều khiển nhân tạo uC bằng -⊿u, khi ⊿u thay đổi, -⊿u cũng thay đổi tương ứng, và điện áp đầu vào uin và điện áp điều khiển uC được đặt chồng lên nhau để bằng với điện áp định mức uS. Trong lưới điện đô thị, giá trị hiệu dụng của điện áp định mức một pha là 220V.
Đối với sự thay đổi do điện áp đầu vào gây ra, trước tiên điện áp đầu vào được lấy mẫu và hệ số tỷ lệ là 1/A,
uin/A=(uS cộng ⊿u1)/A=uS/A cộng ⊿u1/A
Tạo giả tạo điện áp tham chiếu ur, có cùng tần số và pha với điện áp lưới, giá trị hiệu dụng là US/A và dạng sóng tốt. Chênh lệch giữa giá trị lấy mẫu của điện áp đầu vào uin và ur là ⊿u1/A, nghĩa là uin—ur=⊿u1/A, sau đó chênh lệch điện áp và công suất được khuếch đại theo thời gian. Đặt =A, sau đó giá trị được khuếch đại là ⊿u1, sau đó đặt ngược lại ⊿u1 vào mạch thông qua biến áp ghép. Lúc này, điện áp đầu ra bằng với điện áp định mức, tức là uout=uS=Aur= ur. Lúc này, vì là hệ số khuếch đại nên hiệu suất của uout chỉ liên quan đến ur. ur là một điện áp thực được tạo ra một cách giả tạo, có thể thu được bằng các mạch tương tự hoặc kỹ thuật số và có các chỉ số hoạt động tốt. Độ ổn định của ur cũng quyết định độ ổn định của điện áp đầu ra.
Từ phân tích trên có thể thấy rằng bản chất của phương pháp ổn định điện áp xoay chiều so sánh tức thời là: sử dụng điện áp đầu vào và điện áp tham chiếu để so sánh tức thời để tìm ra sự thiếu hụt của dạng sóng, đồng thời cải thiện và sửa chữa điện áp đầu vào dạng sóng bằng cách kiểm soát sự chồng chất của điện áp, để đạt được sự ổn định. mục đích điện áp đầu ra. Chất lượng điện của điện áp đầu ra được xác định bởi ur, với dạng sóng tốt và biên độ ổn định; trong khi điện áp đầu vào chỉ cung cấp năng lượng cho hoạt động bên trong của nguồn điện và ổn định điện áp đầu ra, còn điện áp đầu ra ổn định với công suất cao có được bằng cách sử dụng điện áp điều khiển công suất thấp. Theo cách này, năng lượng đầu ra được cung cấp bởi lưới điện và điện áp điều khiển chỉ được sử dụng để sửa chữa phần dao động của lưới điện bị sai lệch so với điện áp định mức.
Tương tự, khi điện áp đầu vào không đổi và điện áp đầu ra thay đổi do tải thay đổi, điện áp đầu ra được lấy mẫu và điện áp điều khiển uC2 được điều chỉnh theo cách tương tự để thay đổi điện áp điều khiển uC2 nhằm duy trì ổn định điện áp đầu ra mà không cần ảnh hưởng đến điện áp đầu vào.
Để xem xét tính kinh tế khi thực hiện sơ đồ, để đơn giản hóa mạch, việc thu được điện áp điều khiển uC1 và thu được điện áp điều khiển uC2 được kết hợp trong một mạch cụ thể để thu được sơ đồ khối chức năng như trong Hình 3 .
Giá trị so sánh của điện áp đầu vào và điện áp tham chiếu và giá trị so sánh của điện áp đầu ra và điện áp tham chiếu được thêm vào bởi bộ cộng, sau đó được khuếch đại bởi mạch khuếch đại điện áp và công suất, và điện áp điều khiển uC thu được bằng khớp nối máy biến áp, được đặt chồng lên nhau giữa điện áp đầu vào và điện áp đầu ra. Điện áp điều khiển uC chủ yếu được sử dụng để sửa chữa dạng sóng, điều chỉnh điện áp nguồn, đồng thời đóng vai trò cách ly nguồn điện đầu vào và tải.
3. So sánh với nguồn điện quy định thông thường
So với bộ nguồn điều chỉnh được chế tạo theo nguyên tắc thông thường, bộ nguồn điều chỉnh được chế tạo theo nguyên tắc trên có các đặc điểm sau:
(1) Phản ứng nhanh. Do sử dụng các thiết bị điện tử tuyến tính tốc độ cao, lấy mẫu tức thời và thực hiện tức thời, tốc độ phản hồi điều khiển cực nhanh và có thể hoàn thành việc điều chỉnh trong vòng một phần nghìn giây, do đó điện áp đầu ra có thể nhanh chóng quay trở lại vùng lân cận của điện áp định mức . Do đó, nó có chức năng khử nhiễu và nhiễu tần số cao, đồng thời có tác dụng lọc nhiễu cấp độ mili giây, điều không thể đối với các bộ nguồn điều chỉnh thông thường.
(2) Phạm vi ứng dụng rộng rãi của điện áp đầu vào. Điện áp đầu vào có thể thay đổi từ 30 phần trăm ~ 50 phần trăm trở lên và có thể điều chỉnh đối xứng. Phạm vi càng rộng thì càng cần cung cấp nhiều năng lượng sửa chữa. Giá trị của điện áp điều khiển chủ yếu được xác định bởi nhu cầu. Từ quan điểm kinh tế và thực tế, nên lấy (8~10) phần trăm .
(3) Độ chính xác cao của điều chỉnh điện áp. Tùy thuộc vào phương pháp tạo điện áp tham chiếu, hiệu quả ổn định điện áp có thể đạt tới 1 phần trăm , 0.1 phần trăm , 0.01 phần trăm . Bộ điều chỉnh điện áp với độ chính xác khác nhau phù hợp cho những dịp có yêu cầu khác nhau. 1 phần trăm được sử dụng cho các yêu cầu chung về ổn định điện áp; 0.1 phần trăm được sử dụng cho các phòng thí nghiệm hoặc thiết bị công nghiệp quan trọng; 0,01 phần trăm có thể được sử dụng để xác minh thiết bị.
(4) Nó có đặc điểm cung cấp năng lượng xanh. Phương pháp này đầu tiên hiệu chỉnh dạng sóng của điện áp lưới thành sóng hình sin tốt, sau đó cấp điện cho phụ tải. Lượng năng lượng sửa chữa phụ thuộc vào nhu cầu. Vì bản chất của phương pháp này là hiệu chỉnh dạng sóng lưới, nên độ méo của dạng sóng đã hiệu chỉnh thường nhỏ hơn 1 phần trăm đến 0.5 phần trăm, vì vậy phương pháp ổn định điện áp này có màu xanh lục.
(5) Nó có một số đặc tính bảo vệ môi trường. Nếu điện áp đầu vào không thay đổi, điện áp đầu ra sẽ thay đổi do tính chất khác nhau của tải và sự thay đổi tương ứng của điện áp điều khiển được sử dụng trong một dải sóng hài nhất định để giữ cho điện áp đầu ra không đổi. Vì điện áp điều khiển có tác dụng cách ly và không ảnh hưởng đến điện áp đầu vào nên phương pháp ổn định điện áp này thân thiện với môi trường ở một mức độ nhất định.
(6) Hiệu quả công việc cao. Nguyên lý làm việc của nguồn điện này là công suất thấp điều khiển công suất cao và nó có hiệu suất cao. Công suất của điện áp đầu ra chủ yếu được lấy từ lưới điện và điện áp điều khiển nói chung là phần mà điện áp lưới sai lệch so với điện áp định mức, vì vậy nó chỉ cần tiêu thụ năng lượng sản xuất nguồn điện điều khiển, do đó hiệu quả là cực kỳ cao.
Lấy nguồn điện đầu ra 300 VA làm ví dụ: nếu điện áp lưới dao động thêm 10 phần trăm , bạn chỉ cần kiểm soát dao động công suất cộng thêm 10 phần trăm. Hiệu suất là 300/(300 cộng với 100)=75 phần trăm . Và hiệu quả của phương pháp chế tạo nguồn điện điều khiển càng cao thì hiệu quả làm việc của toàn bộ máy càng cao.
Lấy phương pháp biến tần làm ví dụ: để tạo nguồn cấp điện có độ ổn định cao 0.01 phần trăm, do chuyển đổi AC/DC, DC/AC và hạn chế về hiệu suất của thiết bị khuếch đại công suất, tổng thể hiệu quả dưới 30 phần trăm mà không có tổn thất khác. Khi sử dụng phương pháp so sánh tức thời để tạo nguồn điện điều chỉnh có cùng công suất, chỉ cần tạo nguồn điện của nguồn điện điều khiển để sửa chữa dao động 10 phần trăm. Ngay cả khi bộ nguồn điều khiển được sản xuất bằng phương pháp biến tần, điện năng tiêu thụ cũng chỉ tương đương với phương pháp biến tần. 1/10. Rõ ràng, khi chế tạo bộ nguồn điều hòa có độ ổn định cao, hiệu suất sử dụng phương pháp so sánh tức thời cao hơn nhiều so với bộ nguồn điều hòa sử dụng phương pháp biến tần.
(7) Không sử dụng các thiết bị lọc tần số thấp như điện cảm lớn và điện dung lớn, kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, dạng sóng đầu ra tốt và độ méo dạng sóng chung là 1 phần trăm ~0.5 phần trăm.
(8) Bộ điều chỉnh điện áp này có thể được xếp tầng với các bộ điều chỉnh điện áp khác và phạm vi độ chính xác của độ ổn định được đặt càng hẹp thì mức tiêu thụ năng lượng sẽ càng nhỏ. Ví dụ: khi độ chính xác về độ ổn định của bộ điều chỉnh trước giai đoạn là 2% , nếu cần xuất ra công suất 5000 VA, thì chỉ cần sản xuất bộ nguồn điều khiển 100 VA và độ ổn định có thể đạt hơn 0,1%.
(9) Có thể sử dụng mạch bảo vệ nhanh. Khi sự cố ngắn mạch tức thời xảy ra ở đầu tải, nguồn điện điều khiển sẽ ngừng hoạt động ngay lập tức. Tại thời điểm này, máy biến áp ghép nối tương đương với một cuộn kháng (máy biến áp ghép nối là máy biến áp đưa nguồn điện điều khiển vào), có chức năng hạn chế sự gia tăng của dòng điện ngắn mạch. Sau khi lỗi được loại bỏ, nguồn điện điều khiển sẽ tự hoạt động trở lại.
4. áp dụng hiệu ứng
Ban đầu, một nguồn cung cấp điện ổn định bù được phát triển bằng phương pháp điều khiển này. Ý tưởng chính là điều khiển điện áp lưới bằng phản hồi âm, với độ ổn định là 0.1% , độ méo dạng sóng là 1% và công suất là 100VA. Do sự lựa chọn thiết bị lúc bấy giờ còn hạn chế, tốc độ bảo vệ không theo kịp cùng với các vấn đề khác, loại nguồn điện điều chỉnh này không thể được phổ biến và áp dụng. Sau đó, sơ đồ thiết kế ban đầu, lựa chọn thiết bị, mạch đầu vào bảo vệ nhanh, v.v. được tối ưu hóa bằng cách sử dụng công nghệ sửa chữa dạng sóng và so sánh tức thời. Sau một số cải tiến và thử nghiệm, bộ nguồn ổn định AC công suất đầu ra 300VA được tạo ra để xác minh đồng hồ đo năng lượng điện có các chức năng thực tế và phép đo thực tế đạt được các chỉ số sau:
Khi điện áp lưới đầu vào thay đổi thêm 10 phần trăm , được đo bằng vôn kế kỹ thuật số, độ ổn định điện áp đầu ra tối đa không vượt quá cộng 0,03 phần trăm /3 phút và độ méo dạng sóng đầu ra là<0.5%.
Nguồn điện quy định có các đặc điểm sau:
(1) Các mạch đều bao gồm các thiết bị tương tự, dễ lựa chọn và rẻ tiền;
(2) Nguyên tắc làm việc của nguồn điện là công suất thấp điều khiển công suất cao và có hiệu suất cao. Chỉ cần tạo công suất điều khiển 30 VA để đạt được công suất đầu ra 300VA;
(3) Ống công suất đầu ra không cần ống kết hợp. Khi công suất đầu ra của toàn bộ máy là 300VA, do chỉ cần công suất điều khiển 30VA nên chỉ có thể sử dụng một cặp đèn công suất cao cho đầu ra và không cần tản nhiệt làm mát bằng không khí;
(4) Khả năng chống nhiễu mạnh. Trong quá trình thử nghiệm, thao tác hàn điện ba pha được thực hiện trên cùng một đường dây cấp điện trong cùng một phòng của nguồn điện và điện áp đầu ra không nhảy;
(5) Bộ nguồn điều chỉnh do trợ lý sản xuất độc lập theo thiết kế này có các chỉ số kỹ thuật giống nhau, điều này cho thấy phương pháp thiết kế rất nhất quán.
5. kết luận:
Phương pháp so sánh tức thời - công nghệ sửa chữa dạng sóng Nguyên tắc cơ bản của việc chế tạo nguồn điện điều chỉnh là so sánh giá trị lấy mẫu của điện áp đầu vào với điện áp tham chiếu để tìm ra sự thiếu hụt của dạng sóng, sau đó cải thiện và sửa chữa dạng sóng điện áp đầu vào và ổn định biên độ bằng cách thay đổi điện áp điều khiển, để đạt được mục đích ổn định điện áp đầu ra. Bản chất của nó là sử dụng nguồn điện điều khiển công suất thấp để có được đầu ra điện áp ổn định công suất lớn. Đây là một phương pháp ổn định điện áp xoay chiều tích hợp màu xanh lá cây, bảo vệ môi trường, thanh lọc, hiệu suất cao và hiệu suất cao. Nguồn cung cấp điện được điều chỉnh AC được phát triển bằng cách sử dụng công nghệ này có các đặc điểm là chi phí thấp, chỉ số cao, chi phí thấp và điều khiển dễ dàng, đồng thời cũng có thể được mở rộng thành nguồn cung cấp điện được điều chỉnh công suất cao theo nhu cầu.
Sử dụng phương pháp ổn định điện áp này có thể cung cấp nguồn điện áp ổn định AC chất lượng cao cho nghiên cứu khoa học, phòng máy tính, thiết bị y tế, thiết bị tự động hóa công nghiệp, thiết bị liên lạc, hệ thống chiếu sáng, thiết bị nghe nhìn và các thiết bị khác.
