Izpratne par maiņstrāvu (AC) barošanas avota projektēšanā
Lai projektētu barošanas avotu, izmantojot maiņstrāvu (AC), vispirms ir jānosaka ieejas strāva. Lielākā daļa tīkla barošanas avotu ir maiņstrāva, kas parasti parāda sinusoidālu viļņu formu.
1. attēls: maiņstrāvas viļņu forma un galvenie parametri
Strādājot ar maiņstrāvu, jāņem vērā šādi parametri:
Maksimālais spriegums/strāva: viļņu formas maksimālā amplitūda.
Biežums: viļņu formas ciklu skaits sekundē. Viena pilna cikla laiku sauc parperiodā.
Vidējais spriegums/strāva: visu sprieguma punktu vidējā vērtība vienā ciklā. Tīrā maiņstrāvas viļņu formā bez līdzstrāvas nobīdes šī vērtība ir nulle, jo pozitīvā un negatīvā puse atceļ viena otru.
RMS (vidējais kvadrāts) Spriegums/strāva: Momentāno sprieguma vērtību vidējā kvadrātā vienā ciklā. Tīram maiņstrāvas sinusoidālajam vilnim to var aprēķināt, izmantojot formulu.
RMS ir līdzvērtīga līdzstrāvas jaudai, kas nepieciešama tāda paša sildīšanas efekta radīšanai. Šī definīcija, lai arī sarežģīta, nodrošina maiņstrāvas "efektīvo vērtību" un tiek plaši izmantota elektrotehnikā, ko bieži apzīmē kā VAC.
Fāze: leņķiskā atšķirība starp divām viļņu formām. Pilns maiņstrāvas cikls aptver 360 grādos , ar maksimumiem 90 grādos (pozitīvs) un 270 grādos (negatīvs) un nulles krustojumiem 180 grādos un 360 grādos .
Ja divas viļņu formas ir attēlotas kopā un viena sasniedz savu pozitīvo maksimumu, bet otra sasniedz savu negatīvo maksimumu (piemēram, 90 grādi pret . 270 grādu), tām ir 180 grādu fāzes atšķirība, un tās sauc par ārpusfāzi. 0 grādu fāzes atšķirība norāda, ka viļņu formas ir fāzē.
Maiņstrāva jaudas pārvadē
Maiņstrāva ir galvenā metode elektroenerģijas pārvadīšanai no spēkstacijām galalietotājiem. Tas ir tāpēc, ka maiņstrāva pārraides laikā nodrošina efektīvu sprieguma transformāciju.
Elektrostacijas ražo elektroenerģiju pie ~40 000 V (40 kV), kas pēc tam tiek palielināta līdz150-800kVpārraidei lielos{0}} attālumos, lai samazinātu pretestības zudumus.
Netālu no galamērķa spriegums tiek samazināts līdz4-35kV, un visbeidzot uz120V vai 240Vizmantošanai dzīvojamās telpās.
Līdzstrāva nevar viegli sasniegt šādas sprieguma transformācijas, jo lineārie transformatori (kas balstās uz sprieguma svārstībām) darbojas tikai ar maiņstrāvu.
Maiņstrāvas/līdzstrāvas lineārie barošanas avoti
Maiņstrāvas/līdzstrāvas lineārais barošanas avots veic šādas darbības:
2. attēls. Funkcionālā blokshēma
Leju{0}}transformators: samazina maiņstrāvas ieejas spriegumu.
Labošana: pārvērš maiņstrāvu par pulsējošu līdzstrāvu.
Filtrēšana: izlīdzina līdzstrāvas viļņu formu.
Priekšrocības: vienkāršs dizains, nogatavināts gadu desmitiem ar uzlabotu efektivitāti un jaudas diapazonu.
Ierobežojumi:
Izmērs: zemas-frekvences darbībai (piemēram, 50 Hz) ir nepieciešami lieli, smagi transformatori, lai pārsūtītu jaudu starp primāro un sekundāro spolēm.
Sprieguma regulēšana: Lineārie regulatori izkliedē lieko enerģiju kā siltumu. Pie lielas jaudas tam ir nepieciešamas lielas siltuma izlietnes, kas padara siltuma pārvaldību nepraktisku.
Maiņstrāvas/līdzstrāvas pārslēgšanas{0}}režīmu barošanas avoti
Lai novērstu lineāro dizainu ierobežojumus, tika izstrādāti pārslēgšanas -režīmu barošanas avoti:
Ievades labošana/filtrēšana: maiņstrāva tiek tieši pārveidota par līdzstrāvu.
Chopper ķēde: pārvērš līdzstrāvas{0}}augstfrekvences impulsos.
Leju{0}}transformators: izmanto kompaktu,{0}}augstfrekvences transformatoru.
Izvades rektifikācija/filtrēšana: rada stabilu līdzstrāvu.
Priekšrocības:
Kompakts izmērs: Augstas-frekvences darbība ļauj izmantot mazākus transformatorus.
Augsta efektivitāte: minimāls enerģijas zudums salīdzinājumā ar lineārajām konstrukcijām.
Termiskā vadība: Samazināta siltuma izkliede novērš lielgabarīta siltuma izlietnes.
Izaicinājumi:
Troksnis: augstas{0}}frekvences pārslēgšana rada elektromagnētiskos traucējumus (EMI), kam nepieciešama uzlabota filtrēšana.
Sarežģītība: Vadības shēmas ir sarežģītākas, bet pārvaldāmas ar moderniem integrētiem komponentiem.
Kopsavilkums
Maiņstrāvas/līdzstrāvas barošanas avoti ir visuresoši, pārvēršot maiņstrāvu par stabilu līdzstrāvu elektroniskām ierīcēm. Galvenie punkti:
Maiņstrāvas un līdzstrāvas transmisija: Maiņstrāva dominē tīklos efektīvas sprieguma transformācijas dēļ.
Vienfāzes-un trīs-fāžu sistēmas:
Viena{0}}fāze: vienkāršāks, pietiekams mājsaimniecībām.
Trīs{0}}fāzes: nodrošina stabilu, lielu jaudu rūpnieciskiem lietojumiem.
Dizaina evolūcija:
Lineārie materiāli: ierobežota izmēra un efektivitātes dēļ, bet vienkārši.
Režīma{0}}materiālu pārslēgšana: kompakts, efektīvs un dominējošs mūsdienu lietojumos.
