瞬時比較方式を用いた交流安定化電源の開発
精密電子機器や機器は、家庭、工業生産、OA、実験研究、通信工学、医療などの分野で広く使用されており、一般に都市部の電力網から電力を供給されています。 都市部の送電網の定格電圧は単相220Vであり、人為的に定められた理想電圧である。 変圧器からの電源ラインの始端の電圧は（220プラス10パーセント）V、終端の電圧は（220-10パーセント）Vであるため、電気機器には一定の性能が求められます。グリッド電圧の変動に耐えます。 ほとんどの電気機器は電源電圧の変動に耐える能力を備えていますが、統計によれば、電源電圧の変動は電気機器の故障の原因の 1 つとなっています。 したがって、これらの電気機器は、正常な動作を保証するために安定化電源を使用する必要があります。
安定化電源は系統電圧を安定化させる装置です。 我が国では、調圧トランスを駆動するサーボモータの滑り接触式、可変リアクトル式、磁気飽和自動電圧安定化電源など、長年使用されてきました。
上述の安定化電源は、原理的に系統電圧をサンプリングして比較し、サーボモータや非接触スイッチで調整して交流電圧の出力を安定させます。 この種の安定化電源は一般に電圧調整効果が低く、精度は 1% ~0.5% です。
現在の交流安定化電源には主に次のような問題があります。
(1) 非線形リアクトルの使用は多くの場合高調波をもたらしますが、これは系統電圧波形の品質を改善しません。また、一部のものでは追加の波形歪みが発生し、系統に高調波汚染を引き起こします。
(2) サンプリング時間とアクチュエータの動作時間が長すぎます。
これら 2 つのリンクは、電圧安定化装置のパフォーマンスに大きな影響を与えます。 サンプリング方法は一般的に実効値または平均値サンプリングを採用しており、少なくとも数サイクルかかります。 一方、サーボモータは一般に調整動作に数秒から数十秒かかりますが、これは長すぎて有害です。電圧波形は改善されません。 これらの電圧安定化方法には、サージ、サグ、パルス外乱、高周波外乱などの系統電圧の急速に変化する外乱に対応して実行する時間がなく、外乱が電圧安定化デバイスを通過して電気系統に到達します。電気機器に影響を与えることはできません。 保護効果が得られない場合、電気機器の誤動作や破損の原因となる場合もあります。
系統電圧が変動して妨害を受けた場合でも、安定化電源の出力電圧は速やかに定格値付近に復帰し、波形が良く振幅が安定した正弦波交流電圧が電気機器に供給されることがわかります。これにより、安全で正常な動作が保証されます。 大きなメリットがあります。
2. 交流電圧調整方式の瞬時比較
以下では、上記の交流電圧安定化電源の不足を改善できる新しい交流電圧安定化方法、すなわち、瞬時比較方式波形修復技術を利用した交流電圧安定化電源を紹介します。
系統電圧 uin=定格電圧 uS プラス ⊿u
グリッド電圧 uin と制御電圧 uC の合計=出力電圧 uout
このうち、定格電圧 uS は人為的に指定された理想状態の電圧、⊿u は定格電圧からの系統電圧の偏差です。 定格電圧からの偏差を人工的に製造された制御電圧 uC とグリッド電圧 uin によって重畳できる限り、規模に関係なく。 擬似制御電圧 uC が -⊿u の場合、⊿u が変化すると、それに応じて -⊿u も変化し、入力電圧 uin と制御電圧 uC が重畳されて定格電圧 uS と等しくなります。 都市部の電力網では、単相定格電圧の実効値は 220V です。
入力電圧による変化は、まず入力電圧をサンプリングし、比率係数を1/Aとし、
uin/A=(us プラス ⊿u1)/A=uS/A プラス ⊿u1/A
グリッド電圧と同じ周波数と位相を持ち、実効値が US/A で波形が良好な基準電圧 ur を人為的に作成します。 入力電圧uinとurのサンプリング値の差は⊿u1/A、つまりuin—ur=⊿u1/Aとなり、電圧差と電力が倍増幅されます。 =A とすると、増幅された値は⊿u1 となり、結合トランスを介して逆に回路に⊿u1 を重畳します。 このときの出力電圧は定格電圧、つまりuout=uS=Aur= urになります。 このとき、 は増幅率であるため、uout のパフォーマンスは ur のみに関係します。 ur は人工的に生成された実際の電圧で、アナログまたはデジタル回路によって取得でき、優れた性能指標を持ちます。 ur の安定性は出力電圧の安定性も決定します。
上記の分析から、瞬時比較交流電圧安定化法の本質は、入力電圧と基準電圧を使用して瞬時比較し、波形の欠陥を見つけ、入力電圧を改善および修復することであることがわかります。電圧の重畳を制御することで波形を安定させます。 出力電圧の目的。 出力電圧の電力品質は、良好な波形と安定した振幅によって決まります。 一方、入力電圧は電源の内部動作と安定した電圧出力のためのエネルギーのみを提供し、低電力の制御電圧を使用することで高電力の安定した出力電圧が得られます。 このように、出力エネルギーはグリッドによって提供され、制御電圧は定格電圧から逸脱したグリッドの変動部分を修復するためにのみ使用されます。
同様に、入力電圧が一定で、負荷の変化により出力電圧が変化する場合、出力電圧がサンプリングされ、同様の方法で制御電圧 uC2 が調整され、制御電圧 uC2 が変更され、出力電圧の安定性が維持されます。入力電圧に影響を与えます。
実装時の経済性を考慮し、回路を簡略化するために、制御電圧uC1の取得と制御電圧uC2の取得を特定の回路で組み合わせ、図3に示す機能ブロック図を取得します。 。
入力電圧と基準電圧の比較値、出力電圧と基準電圧の比較値を加算器で加算し、電圧・電力増幅回路で増幅し、カップリングにより制御電圧uCを求めます。入力電圧と出力電圧の間に重畳されるトランス。 制御電圧uCは主に波形の修復、電源電圧の調整に使用され、同時に入力電源と負荷を絶縁する役割も果たします。
3. 従来の安定化電源との比較
上記の原理で作られた安定化電源は、従来の原理で作られた安定化電源と比較して、次のような特徴があります。
(1) レスポンスが早い。 高速リニア電子デバイスの使用、瞬時サンプリング、瞬時実行により、制御の応答速度が非常に速く、ミリ秒以内に調整が完了するため、出力電圧を素早く定格電圧付近に戻すことができます。 。 そのため、高周波干渉やノイズを抑制する機能があり、通常の安定化電源では不可能なミリ秒レベルの干渉を浄化する効果があります。
(2) 入力電圧の適用範囲が広い。 入力電圧は 30% ～ 50% 以上変動する可能性があり、対称的に調整できます。 範囲が広いほど、より多くの修復エネルギーを提供する必要があります。 制御電圧の値は主に要求によって決まります。 経済的かつ実用的な観点から、（8 ～ 10）パーセントを摂取することをお勧めします。
(3) 電圧調整精度が高い。 基準電圧の生成方法に応じて、電圧安定化効果は 1 パーセント、0.1 パーセント、0.01 パーセントに達する可能性があります。 さまざまな精度の電圧レギュレータは、さまざまな要件の場面に適しています。 1% は一般的な電圧安定化要件に使用されます。 0.1% は研究室または重要な産業機器に使用されます。 0.01 パーセントは機器の検証に使用できます。
(4) グリーン電源の特徴を持っています。 この方法では、系統電圧の波形を良好な正弦波に補正してから負荷に電力を供給します。 修復エネルギーの量は必要性に応じて異なります。 この方法の本質はグリッド波形を補正することであるため、補正された波形の歪みは一般に 1 パーセント未満から 0.5 パーセント未満であるため、この電圧安定化方法はグリーンです。
(5) 特定の環境保護特性を備えています。 入力電圧が変化しない場合、負荷の性質の違いにより出力電圧が変化します。これに対応する制御電圧の変化は、出力電圧を一定に保つために特定の高調波範囲内で使用されます。 制御電圧は絶縁効果があり、入力電圧に影響を与えないため、ある程度環境に優しい電圧安定化方式です。
(6) 作業効率が高い。 この電源の動作原理は、低電力で高電力を制御し、高効率を実現することです。 出力電圧の容量は主にグリッドから取得され、制御電圧は一般にグリッド電圧が定格電圧から外れる部分であるため、制御電源の製造電力のみを消費する必要があるため、効率は高くなります。すごく高い。
300 VA 出力電源を例にとります。グリッド電圧がプラス 10 パーセント変動する場合、制御する必要があるのはプラス 10 パーセントの電力変動だけです。 効率は 300/(300 プラス 100)=75 パーセントです。 そして、制御電源の作り方の効率が高ければ高いほど、機械全体の作業効率も高くなります。
インバータ方式を例にとります。0.01 パーセントの高安定電源を作成するには、AC/DC、DC/AC 変換、およびパワーアンプデバイスの効率の制限により、全体の他の損失がなければ、効率は 30% 未満です。 瞬時比較方式で同じ電力の安定化電源を作る場合、制御電源の電力は10％変動を補正するだけで済みます。 制御電源をインバータ方式で製造しても、消費電力はインバータ方式と同等です。 1/10。 安定度の高い安定化電源を作る場合、インバータ方式の安定化電源よりも瞬時比較方式の方が効率が高いのは明らかです。
(7) 大きなインダクタンスと大きな容量、小型、軽量、良好な出力波形などの低周波フィルタ デバイスは使用しないでください。一般的な波形歪みは 1% ~0.5% です。
(8) この電圧レギュレータは他の電圧レギュレータとカスケード接続することができ、安定精度範囲を狭く設定するほど、消費電力が小さくなります。 例えば、前段レギュレータの安定精度が2%の場合、5000 VAの電力を出力する必要がある場合、100 VAの制御電源を製造するだけで安定性が確保できます。 0.1パーセント以上に達します。
(9) 高速保護回路が使用可能です。 負荷端で瞬時短絡故障が発生した場合、制御電源は直ちに動作を停止します。 このとき、結合トランスはリアクトルに相当し（結合トランスは制御電源を導入するトランス）、短絡電流の増大を制限する機能を有する。 障害が解消されると、制御電源は自動的に動作を再開します。
4.エフェクトを適用する
当初はこの制御方式を用いて補償型安定化電源が開発されました。 主なアイデアは、0.1 パーセントの安定性、1 パーセントの波形歪み、および 100VA の電力を備えた負のフィードバックでグリッド電圧を制御することです。 当時はデバイスの選択が限られていたため、保護速度が他の問題に追いつかず、この種の安定化電源は普及および応用できませんでした。 その後、独自の設計スキーム、デバイスの選択、高速保護入力回路などを、瞬時比較および波形修復技術を使用して最適化しました。 電力量計の検証用に作られた出力300VAの交流安定化電源は、改良とテストを重ね、実用的な機能を備え、実測値は以下の指標に達しました。
入力グリッド電圧がプラス 10 パーセント変化した場合（デジタル電圧計で測定）、最大出力電圧安定性はプラス 0.03 パーセント /3 分を超えず、出力波形の歪みは次のようになります。<0.5%.
安定化電源には次のような特徴があります。
(1) 回路は全てアナログデバイスで構成されており、選定が容易で安価である。
(2) 電源の動作原理は、低電力が高電力を制御し、高効率であることです。 300VAの電力出力を達成するには、30VAの制御電力を作成するだけで済みます。
(3) 出力管は結合管が不要です。 マシン全体の出力電力が 300VA の場合、制御電力は 30VA しか必要としないため、出力には 2 本の高出力管のみを使用でき、空冷による放熱は必要ありません。
(4) 強力な抗干渉能力。 試験中、三相電気溶接作業は、電源の同じ部屋の同じ電源ラインで実行され、出力電圧はジャンプしません。
(5) この設計に従ってアシスタントが独自に作成した安定化電源は同じ技術指標を持ち、設計方法が非常に一貫していることを示しています。
5. 結論として:
瞬時比較方式 波形修復技術 安定化電源の基本原理は、入力電圧のサンプリング値と基準電圧を比較して波形の欠陥を見つけ、入力電圧波形を改善・修復して安定化することです。出力電圧の安定性という目的を達成するために、制御電圧を変更することで振幅を調整します。 その本質は、低電力の制御電源を使用して大容量の安定した電圧出力を得るということです。 グリーン、環境保護、浄化、高効率、高効率を統合したAC電圧安定化方法です。 本技術を用いて開発した交流安定化電源は、低コスト、高インデックス、低コスト、制御が容易という特徴を有しており、ニーズに応じて大電力安定化電源への拡張も可能です。
この電圧安定化方式を使用すると、科学研究、コンピュータ室、医療機器、産業オートメーション機器、通信機器、照明システム、オーディオビジュアル機器などの機器に高品質の交流安定化電圧電源を提供できます。
