פיתוח אספקת חשמל מיוצבת AC בשיטת השוואה מיידית
מכשירים וציוד אלקטרוני מדויק נמצאים בשימוש נרחב במשקי בית, ייצור תעשייתי, אוטומציה משרדית, מחקר ניסיוני, הנדסת תקשורת, טיפול רפואי ותחומים אחרים, והם מופעלים בדרך כלל על ידי רשתות חשמל עירוניות. המתח הנקוב של רשת החשמל העירונית הוא חד פאזי 220V, שהוא מתח אידיאלי שנקבע באופן מלאכותי. מכיוון שהמתח בקצה הראש של קו אספקת החשמל מהשנאי הוא (220 פלוס 10 אחוז ) וולט והמתח בקצה הוא (220-10 אחוז ) וולט, ציוד חשמלי נדרש להיות בעל יכולת מסוימת להתנגד לתנודות מתח ברשת. למרות שלרוב הציוד החשמלי יש את היכולת להתנגד לתנודות מתח באספקת החשמל, על פי הסטטיסטיקה, תנודות מתח באספקת החשמל הן אחד הגורמים לתקלות בציוד החשמלי. לכן, ציוד חשמלי זה צריך להשתמש בספקי כוח מוסדרים כדי להבטיח את פעולתם הרגילה.
ספק הכוח המיוצב הוא מכשיר המייצב את מתח הרשת. הוא נמצא בשימוש במדינה שלי במשך שנים רבות, כגון: סוג מגע ההזזה של מנוע הסרוו המניע את שנאי ויסות המתח, סוג הכור המשתנה, ואספקת הכוח האוטומטית של הרוויה המגנטית המייצבת את המתח.
באופן עקרוני, ספק הכוח המוסדר המוזכר לעיל דוגם את מתח הרשת, משווה אותם ומתאים אותם באמצעות מנוע סרוו או מתג ללא מגע כדי לייצב את הפלט של מתח ה-AC. סוג זה של ספק כוח מווסת יש בדרך כלל אפקט ויסות מתח גרוע, והדיוק הוא 1 אחוז ~0.5 אחוז.
לספק הכוח הנוכחי המוסדר AC יש בעיקר את הבעיות הבאות:
(1) השימוש בכורים לא ליניאריים מביא לרוב הרמוניות, שאינן משפרות את איכות צורת הגל של מתח הרשת, ולחלקם יש עיוות צורת גל נוסף הגורם לזיהום הרמוני לרשת.
(2) זמן הדגימה וזמן פעולת המפעיל ארוכים מדי.
לשני הקישורים הללו יש השפעה רבה על הביצועים של מייצב המתח. שיטת הדגימה מאמצת בדרך כלל דגימת ערך אפקטיבי או ערך ממוצע, הנמשכת לפחות מספר מחזורים; בעוד למנוע הסרוו לוקח בדרך כלל מספר שניות עד עשרות שניות לבצע פעולות התאמה, וזה ארוך מדי ומזיק ל. אין שיפור בצורת גל המתח. לשיטות ייצוב מתח אלו אין זמן להגיב וליישם את ההפרעות המשתנות במהירות במתח הרשת, כגון נחשולי מתח, נפילות, הפרעות דופק והפרעות בתדר גבוה, הגורמות להפרעות לעבור דרך התקן ייצוב המתח ולהגיע לחשמל. ציוד, שאינו יכול להשפיע על ציוד חשמלי. אם האפקט המגן לא מושג, הדבר עלול גם לגרום לתקלה בציוד החשמלי או אפילו להינזק.
ניתן לראות שכאשר מתח הרשת משתנה ומפריע, מתח המוצא של ספק הכוח המוסדר יכול לחזור במהירות לקרבת הערך המדורג, ומתח AC סינוסואידאלי עם צורת גל טובה ומשרעת יציבה יסופק לציוד החשמלי , שיבטיח את פעולתו הבטוחה והתקינה. יש יתרונות גדולים.
2. השוואה מיידית של שיטות ויסות מתח AC
להלן מוצגת שיטה חדשה לייצוב מתח AC שיכולה לשפר את המחסור באספקת הכוח לייצוב מתח AC שהוזכרה לעיל, כלומר, שימוש בטכנולוגיית שיטת ההשוואה המיידית-תיקון צורות גל כדי ליצור ספק כוח לייצוב מתח AC.
מתח רשת uin=מתח מדורג uS פלוס ⊿u
מתח רשת uin בתוספת מתח בקרה uC=מתח פלט uout
ביניהם, המתח הנקוב uS הוא המתח במצב האידיאלי שצוין באופן מלאכותי, ו- ⊿u הוא הסטייה של מתח הרשת מהמתח המדורג. ללא קשר לגודל, כל עוד הסטייה מהמתח המדורג יכולה להיות מונחת על ידי מתח הבקרה uC המיוצר באופן מלאכותי ומתח הרשת uin. אם מתח הבקרה המלאכותי uC שווה ל-⊿u, כאשר ⊿u משתנה, גם -⊿u משתנה בהתאם, ומתח הכניסה uin ומתח הבקרה uC משולבים כך שיהיו שווים למתח הנקוב uS. ברשת החשמל העירונית, הערך האפקטיבי של מתח מדורג חד פאזי הוא 220V.
עבור השינוי שנגרם על ידי מתח הכניסה, מתח הכניסה נדגם תחילה, ומקדם היחס הוא 1/A,
uin/A=(uS plus ⊿u1)/A=uS/A plus ⊿u1/A
צור באופן מלאכותי מתח ייחוס ur, בעל תדר ופאזה זהה למתח הרשת, הערך האפקטיבי הוא US/A וצורת הגל טובה. ההבדל בין ערך הדגימה של מתח הכניסה uin ו-ur הוא ⊿u1/A, כלומר uin—ur=⊿u1/A, ואז הפרש המתח וההספק מוגברים בזמנים. תן ל-=A, אז הערך המוגבר הוא ⊿u1, ולאחר מכן שים את ⊿u1 לתוך המעגל בצורה הפוכה דרך שנאי הצימוד. בשלב זה, מתח המוצא שווה למתח המדורג, כלומר uout=uS=Aur= ur. בשלב זה, מכיוון שהוא גורם הגברה, הביצועים של uout קשורים רק ל-ur. ur הוא מתח אמיתי שנוצר באופן מלאכותי, שניתן להשיג על ידי מעגלים אנלוגיים או דיגיטליים, ויש לו מחווני ביצועים טובים. היציבות של ur קובעת גם את יציבות מתח המוצא.
ניתן לראות מהניתוח לעיל כי המהות של שיטת ייצוב מתח AC בהשוואה מיידית היא: להשתמש במתח הכניסה ובמתח הייחוס לצורך השוואה מיידית כדי לגלות את החסר של צורת הגל, ולשפר ולתקן את מתח הכניסה. צורת גל על ידי שליטה בסופרפוזיציה של המתח, כדי להשיג יציבות. מטרת מתח מוצא. איכות ההספק של מתח המוצא נקבעת על ידי ur, עם צורת גל טובה ומשרעת יציבה; בעוד שמתח הכניסה מספק רק אנרגיה לפעולה הפנימית של ספק הכוח ופלט מתח יציב, ומתח מוצא יציב עם הספק גבוה מתקבל על ידי שימוש במתח בקרה נמוך. באופן זה, אנרגיית המוצא מסופקת על ידי הרשת, ומתח הבקרה משמש רק לתיקון החלק המשתנה של הרשת החורג מהמתח הנקוב.
באופן דומה, כאשר מתח הכניסה קבוע ומתח המוצא משתנה עקב שינויים בעומס, מתח המוצא נדגם, ומתח הבקרה uC2 מותאם באופן דומה לשינוי מתח הבקרה uC2 כדי לשמור על יציבות מתח המוצא ללא משפיע על מתח הכניסה.
לצורך שיקול של חסכון ביישום הסכימה, על מנת לפשט את המעגל, רכישת מתח הבקרה uC1 ורכישת מתח הבקרה uC2 משולבים במעגל ספציפי כדי לקבל את דיאגרמת הבלוק הפונקציונלית המוצגת באיור 3 .
ערך ההשוואה של מתח הכניסה ומתח הייחוס וערך ההשוואה של מתח המוצא ומתח הייחוס מתווספים על ידי המוסיף, ולאחר מכן מוגברים על ידי מעגל מגבר המתח וההספק, ומתח הבקרה uC מתקבל על ידי הצימוד שנאי, המוצב בין מתח הכניסה למתח המוצא. מתח הבקרה uC משמש בעיקר לתיקון צורת הגל, לכוונון מתח אספקת החשמל, ובו זמנית למלא את התפקיד של בידוד אספקת החשמל המבוא והעומס.
3. השוואה עם ספקי כוח מוסדרים קונבנציונליים
בהשוואה לאספקת החשמל המווסתת שנעשתה על ידי העיקרון המקובל, לספק הכוח המוסדר המיוצר על ידי העיקרון הנ"ל יש את המאפיינים הבאים:
(1) תגובה מהירה. בשל השימוש במכשירים אלקטרוניים לינאריים במהירות גבוהה, דגימה מיידית וביצוע מיידי, מהירות תגובת הבקרה מהירה ביותר, וניתן להשלים את ההתאמה תוך אלפיות שניות, כך שמתח המוצא יכול לחזור במהירות לקרבת המתח הנקוב. . לכן, יש לו את הפונקציה של דיכוי הפרעות ורעש בתדר גבוה, ויש לו השפעה של טיהור הפרעות ברמת אלפית השנייה, דבר בלתי אפשרי עבור ספקי כוח מוסדרים רגילים.
(2) טווח יישום רחב של מתח כניסה. מתח הכניסה יכול להשתנות ב-30% ~50% או יותר, וניתן לכוונן אותו באופן סימטרי. ככל שהטווח רחב יותר, יש לספק יותר אנרגיית תיקון. ערך מתח הבקרה נקבע בעיקר על ידי הביקוש. מנקודת מבט חסכונית ומעשית, רצוי לקחת (8~10) אחוזים.
(3) דיוק גבוה של ויסות מתח. בהתאם לשיטת היצירה של מתח הייחוס, אפקט ייצוב המתח יכול להגיע ל-1 אחוז, 0.1 אחוז, 0.01 אחוז. ווסתי מתח בעלי דיוק שונה מתאימים לאירועים עם דרישות שונות. 1 אחוז משמש לדרישות ייצוב מתח כלליות; 0.1 אחוז משמש למעבדות או לציוד תעשייתי חשוב; ניתן להשתמש ב-0.01 אחוז לאימות מכשיר.
(4) יש לו את המאפיינים של אספקת חשמל ירוקה. שיטה זו מתקנת תחילה את צורת הגל של מתח הרשת לגל סינוס טוב, ולאחר מכן מספקת כוח לעומס. כמות אנרגיית התיקון תלויה בצורך. מכיוון שהמהות של שיטה זו היא לתקן את צורת הגל של הרשת, העיוות של צורת הגל המתוקנת הוא בדרך כלל פחות מאחוז אחד עד 0.5 אחוזים, כך ששיטת ייצוב מתח זו ירוקה.
(5) יש לו תכונות מסוימות להגנת הסביבה. אם מתח הכניסה אינו משתנה, מתח המוצא משתנה עקב האופי השונה של העומס, והשינוי המתאים של מתח הבקרה משמש בטווח הרמוני מסוים כדי לשמור על מתח המוצא קבוע. מכיוון שלמתח הבקרה יש אפקט בידוד ואינו משפיע על מתח הכניסה, שיטת ייצוב מתח זו ידידותית לסביבה במידה מסוימת.
(6) יעילות עבודה גבוהה. עקרון העבודה של ספק כוח זה הוא שהספק נמוך שולט בהספק גבוה, ויש לו יעילות גבוהה. הקיבולת של מתח המוצא נלקחת בעיקר מהרשת, ומתח הבקרה הוא בדרך כלל החלק שבו מתח הרשת חורג מהמתח הנקוב, ולכן הוא צריך רק לצרוך את הכוח של ייצור ספק הכוח הבקרה, כך שהיעילות היא ממש גבוה.
קח את ספק הכוח במוצא 300 VA כדוגמה: אם מתח הרשת משתנה ב-10 אחוזים פלוס, אתה רק צריך לשלוט בתנודת ההספק בתוספת של 10 אחוז. היעילות היא 300/(300 פלוס 100)=75 אחוזים. וככל שהיעילות של השיטה לייצור ספק כוח הבקרה גבוהה יותר, כך יעילות העבודה של המכונה כולה גבוהה יותר.
קח את שיטת המהפך כדוגמה: ליצור 0.01 אחוז אספקת חשמל בעלת יציבות גבוהה, עקב ההמרה AC/DC, DC/AC והגבלת היעילות של התקן מגבר ההספק, הכוללת היעילות נמוכה מ-30 אחוז ללא הפסדים אחרים. כאשר משתמשים בשיטת ההשוואה המיידית כדי ליצור אספקת חשמל מווסתת מאותו הספק, יש צורך לבצע רק את הכוח של ספק הכוח הבקרה לתיקון תנודות של 10 אחוז. גם אם ספק כוח הבקרה מיוצר בשיטת אינוורטר, ההספק הנצרך שווה רק לזה של שיטת המהפך. 1/10. ברור שכאשר מייצרים ספק כוח מווסת ביציבות גבוהה, היעילות של שימוש בשיטת ההשוואה המיידית גבוהה בהרבה מזו של ספק הכוח המוסדר בשיטת המהפך.
(7) אל תשתמש בהתקני סינון בתדר נמוך כגון השראות גדולה וקיבול גדול, גודל קטן, משקל קל, צורת גל פלט טובה, ועיוות צורת הגל הכללי הוא 1 אחוז ~0.5 אחוזים.
(8) וסת מתח זה יכול להיות משולב עם ווסת מתח אחרים, וככל שטווח דיוק היציבות מוגדר צר יותר, כך צריכת האנרגיה תהיה קטנה יותר. לדוגמה, כאשר דיוק היציבות של הרגולטור הטרום-שלבי הוא 2 אחוזים, אם יש צורך להפיק 5000 VA של הספק, הוא צריך רק לייצר ספק כוח שליטה 100 VA, והיציבות יכולה להגיע ליותר מ-0.1 אחוז.
(9) ניתן להשתמש במעגל הגנה מהיר. כאשר תקלת הקצר המיידית מתרחשת בקצה העומס, ספק הכוח הבקרה יפסיק לעבוד באופן מיידי. בשלב זה, שנאי הצימוד שווה ערך לכור (שנאי הצימוד הוא שנאי המציג את ספק כוח הבקרה), שתפקידו להגביל את צמיחת זרם הקצר. לאחר ביטול התקלה, ספק כוח הבקרה יחזור לעבוד מעצמו.
4. להחיל אפקטים
בתחילה פותח ספק כוח מיוצב מפצה בשיטת בקרה זו. הרעיון המרכזי הוא לשלוט במתח הרשת עם משוב שלילי, עם יציבות של 0.1 אחוז , עיוות צורת גל של 1 אחוז והספק של 100VA. בשל המבחר המצומצם של מכשירים באותה תקופה, מהירות ההגנה לא יכלה לעמוד בקצב של בעיות אחרות, לא ניתן היה ליישם וליישם סוג זה של ספק כוח מוסדר. לאחר מכן, ערכת התכנון המקורית, בחירת המכשיר, מעגל קלט ההגנה המהיר וכו' אופטימיזציה על ידי שימוש בטכנולוגיית השוואה מיידית ותיקון צורות גל. לאחר מספר שיפורים ובדיקות, לאספקת הכוח 300VA פלט AC מיוצב המיוצר לאימות מדי אנרגיה חשמליים יש פונקציות מעשיות, והמדידה בפועל מגיעה לאינדיקטורים הבאים:
כאשר מתח רשת הכניסה משתנה בפלוס 10 אחוז, נמדד עם מד מתח דיגיטלי, יציבות מתח המוצא המקסימלית אינה עולה על פלוס 0.03 אחוז /3 דקות, ועיוות צורת הגל במוצא הוא<0.5%.
לספק הכוח המוסדר יש את המאפיינים הבאים:
(1) המעגלים מורכבים כולם ממכשירים אנלוגיים, שקל לבחור וזולים;
(2) עקרון העבודה של ספק הכוח הוא שהספק נמוך שולט בהספק גבוה ויש לו יעילות גבוהה. רק צריך ליצור כוח בקרה של 30 VA כדי להשיג תפוקת הספק של 300 VA;
(3) צינור כוח הפלט אינו זקוק לצינור משולב. כאשר הספק המוצא של המכונה כולה הוא 300VA, מכיוון שנדרש רק עוצמת בקרה של 30VA, ניתן להשתמש רק בזוג צינורות בעלי הספק גבוה לתפוקה, ואין צורך בפיזור חום מקורר באוויר;
(4) יכולת חזקה נגד הפרעות. במהלך הבדיקה, פעולת הריתוך החשמלי התלת פאזי מתבצעת באותו קו אספקת חשמל באותו חדר של ספק הכוח, ומתח המוצא אינו קופץ;
(5) לספק הכוח המוסדר המיוצר באופן עצמאי על ידי העוזר לפי תכנון זה יש את אותם אינדיקטורים טכניים, מה שמראה ששיטת התכנון עקבית מאוד.
5. לסיכום:
שיטת השוואה מיידית - טכנולוגיית תיקון צורות גל העיקרון הבסיסי של יצירת ספק כוח מוסדר הוא להשוות את ערך הדגימה של מתח הכניסה למתח הייחוס כדי לגלות את החסר של צורת הגל, ולאחר מכן לשפר ולתקן את צורת הגל של מתח הכניסה ולייצב. המשרעת על ידי שינוי מתח הבקרה, כדי להשיג את המטרה של יציבות מתח המוצא. המהות שלו היא להשתמש בספק כוח בעל שליטה נמוכה כדי להשיג פלט מתח יציב בעל קיבולת גדולה. זוהי שיטת ייצוב מתח AC המשלבת ירוק, שמירה על איכות הסביבה, טיהור, יעילות גבוהה ויעילות גבוהה. לספק הכוח המוסדר AC שפותח באמצעות טכנולוגיה זו יש מאפיינים של עלות נמוכה, אינדקס גבוה, עלות נמוכה ושליטה קלה, וניתן להרחיב אותו לאספקת כוח מווסתת בהספק גבוה בהתאם לצרכים.
שימוש בשיטת ייצוב מתח זו יכול לספק אספקת מתח AC מיוצבת באיכות גבוהה למחקר מדעי, חדר מחשבים, ציוד רפואי, ציוד אוטומציה תעשייתית, ציוד תקשורת, מערכת תאורה, ציוד אודיו-ויזואלי וציוד אחר.
