ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
К первичным относятся те, которые сами производят электрическую энергию, путем преобразования других видов энергии, химических или иных реакций.
В качестве примера можно указать различного типа электростанции (гидравлические, тепловые или атомные), химические источники (гальванические батареи, аккумуляторы, топливные элементы), автономные электростанции (бензо- и дизель-генераторы, ветровые и солнечные электростанции).
Вторичные источники электропитания служат для преобразования напряжения и тока первичных в соответствии с требованиями потребителей.
- трансформаторные преобразователи переменного тока;
- выпрямители;
- инверторные преобразователи.
Нередко понятия первичных и вторичных источников размыты и относительны. Так бытовая электросеть для домашних устройств является первичным источником, поскольку в составе большинства устройств имеется свой блок питания, который преобразует напряжение сети до необходимых значений.
В то же время трансформаторная подстанция, от которой берет начало бытовая электросеть, сама является вторичным источником относительно электростанции или предыдущей подстанции.
В большинстве случаев бытовая и промышленная аппаратура требуют наличия источников постоянного или переменного напряжения для питания внутренних цепей. В качестве вторичного используется внешний или встроенный блок питания, который преобразует входное напряжение 220 или 380 В до необходимых значений.
До недавнего времени блоки питания строились на основе трансформаторов переменного тока, выпрямителей, фильтров и стабилизаторов. Данные устройства имели большие габариты, массу и низкий КПД.
Развитие электроники позволило разработать устройства, также использующие трансформаторное преобразование, но работающие с промежуточным преобразованием входного переменного напряжения в постоянное, а затем обратно в переменное, но на гораздо более высокой частоте.
Такой подход позволил снизить габариты, массу и стоимость вторичных источников в несколько раз.
Отдельная категория блоков питания совсем не использует трансформаторы и работает по иному принципу преобразования напряжения. К сожалению, в большинстве из них присутствует гальваническая связь внутренних цепей и питающей сети, что не всегда соответствует требованиям электробезопасности.
ИСТОЧНИКИ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Большая категория устройств нуждается в непрерывной подаче электроэнергии вне зависимости от внешних условий. Это могут быть как вычислительная техника (серверы, устройства хранения данных), так и целые производства с непрерывным циклом. Перебои питания в таких случаях недопустимы.
Для обеспечения постоянной подачи питающего напряжения разработаны устройства бесперебойного питания. В широком смысле источником бесперебойного питания (ИБП) может служить резервная линия электропередач или автономная электростанция.
Сейчас этим термином принято именовать устройства вторичного электропитания, которые предназначены для обеспечения работоспособности подключенной аппаратуры при кратковременных перебоях электроэнергии питающей сети.
- off-line;
- line-interactive;
- online.
Наиболее простую конструкцию имеют off-line блоки электропитания. В нормальных условиях питание устройств осуществляется напрямую от первичного источника.
В случае пропадания напряжения или его выхода за допустимые пределы источник автоматически переключается на питание от встроенного аккумулятора, напряжение которого преобразуется при помощи инвертора.
Подобные устройства имеют в своем составе пассивные фильтры, препятствующие прохождению помех и схему слежения за параметрами входного напряжения. Несомненное достоинство off-line ИБП – простота конструкции, низкая стоимость и высокий КПД.
Следующий тип «бесперебойников» — line-interactive, работает по тому же принципу, но имеет встроенный ступенчатый стабилизатор на основе автотрансформатора.
Такой блок дополнительно стабилизирует входное напряжение и в большинстве случаев позволяет не переключаться на питание от аккумулятора, который необходим только в случаях неспособности автотрансформатора справиться со стабилизацией (значительное превышение или понижение входного напряжения, его полное пропадание).
- требуется определенное время на переключение в режим работы от аккумулятора;
- невозможность коррекции частоты сети;
- несинусоидальное напряжение на выходе при работе от аккумулятора.
Первый недостаток может вызвать сбои в работе подключенных устройств при переключениях. Второй более существенен и не позволяет подключать устройства, требующие для питания синусоидального напряжения, а это асинхронные электродвигатели и бытовая техника, имеющая их в составе, например, отопительные котлы.
Только электроприемники, работа которых основана импульсных блоках питания, то есть не чувствительные к форме входного напряжения, могут нормально функционировать от подобных ИБП. К таким потребителям относятся устройства вычислительной техники, где off-line ИБП получили наибольшее распространение.
Наиболее высокое качество обеспечивают online устройства. Работают они по принципу двойного преобразования. Входное напряжение сети сначала преобразуется в постоянное, а затем, при помощи инвертора, обратно в переменное.
Самое главное, что время переключения на питание от внешнего аккумулятора здесь отсутствует полностью, поскольку он постоянно подключен в цепь и при нормальных условиях работы находится в буферном режиме.
Поскольку выходное напряжение получается в результате преобразования постоянного, то имеется возможность коррекции его частоты и уровня в необходимых пределах.
Только самые дешевые устройства имеют на выходе напряжение с низким качеством. В основном большинство ИБП двойного преобразования выдают потребителям чистое синусоидальное напряжение, что делает такие приборы пригодными для питания большинства устройств.
Существенный недостаток online преобразователя – его высокая стоимость.
Все перечисленные устройства предназначены для кратковременной работы от внутреннего аккумулятора. Так происходит потому, что аккумуляторы имеют низкое значение ЭДС и при преобразовании к уровню входного напряжения от аккумулятора требуется отдать довольно значительный ток.
Аккумуляторы больших емкостей имеют значительные габариты и массу, а также требуют большое количество времени на подзарядку.
Таким образом, ИБП служат в основном для того, чтобы корректно и безопасно отключить устройства при пропадании напряжения сети.
ИСТОЧНИКИ АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Автономные источники электропитания предназначены для обеспечении непрерывности питания устройств при длительном пропадании напряжения сети или в том случае, когда объект находится на большом расстоянии от линии электропередач и подвод питания от нее нецелесообразен по той или иной причине.
Автономные электростанции строятся на основе дизельных или бензиновых генераторов, ветряных или солнечных электростанций. Каждый тип имеет свою область применения в зависимости от местных условий.
Если существует необходимость в обеспечении беспрерывной работе устройств в условиях временных перебоев поставок электроэнергии, то наиболее приемлемый вариант – использование бензиновых или дизельных генераторов.
Бытовые электростанции выпускаются многими предприятиями на различные значения мощности. Существенный недостаток подобных электростанций – высокое потребление дорогостоящего топлива.
Более дешевая электроэнергия получается при помощи солнечных или ветроэлектростанций, которые используют восполняемые природные источники энергии – солнечное освещение или энергию ветра.
Целесообразность в использовании такого оборудования возникает в случаях более или менее постоянной работы исключительно от них, поскольку первоначальные затраты на их приобретение и установку весьма велики. И окупаемость таких устройств занимает длительное время.
Работа ветровых и солнечных электростанций сильно зависит от местных условий. Так для нормальной работы солнечной электростанции необходимо большое количество солнечных дней в году, а для компенсации энергии солнца в темное время суток или ненастную погоду требуется внушительный запас резервных аккумуляторов.
Зато такая станция не имеет подвижных частей и, как следствие, очень высокую надежность. Солнечные панели имеют небольшой вес и могут размещаться на крышах практически любых построек или на простых каркасах.
Ветрогенераторы требуют размещения в местах с регулярным движением воздуха, преимущественно в одном направлении. Лучшее место для установки – преобладающая возвышенность на местности.
Конструкция ветрогенератора имеет большой вес и требует капитального обустройства. Наличие подвижных частей, зачастую установленных на большой высоте, затрудняет обслуживание электростанции.
© 2012-2024 г. Все права защищены.
Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов
- Электроснабжение
- Автономное
- Аккумуляторы
- Бесперебойное
- Источники электропитания
- Категории
- Подключение электричества
- Проектирование
- Электроприемники
- Частного дома
ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Первичные сами вырабатывают электрическую энергию путем преобразования в нее других видов энергии, полученной в результате химических и прочих реакций.
К ним относятся различные электростанции (тепловые, атомные, гидравлические), химические преобразователи (аккумуляторы, гальванические и топливные элементы), термоэлектрические и фотоэлектрические генераторы (солнечные батареи) и др.
Вторичные предназначены для преобразования получаемой от первичного источника электроэнергии в напряжение с требуемыми параметрами. Для питания и нормального функционирования большинства электронных приборов требуется стабильное напряжение с различными значениями.
Вторичные источники имеют вид отдельных блоков или входят в состав различных электронных узлов. Кроме самого источника питания узлы могут включать дополнительные устройства, поддерживающие его нормальную работу при воздействии разных внешних факторов. К вторичным относятся трансформаторные и инверторные преобразователи, выпрямители и т. п.
Понятие первичных и вторичных источников относительно. Например, бытовая электросеть является первичным источником для домашних электроприборов, так как большинство устройств имеет свой внешний или встроенный блок питания, преобразующий входное напряжение до необходимых значений.
В свою очередь, трансформаторная подстанция, от которой питается бытовая электросеть, сама является вторичным источником по отношению к электростанции.
ИСТОЧНИКИ ПЕРВИЧНОГО ПИТАНИЯ
Как было сказано, к первичным источникам относятся устройства, преобразующие различные виды энергии в электроэнергию. Это может быть химическая, механическая энергия, световая, тепловая и энергия атомного распада.
- гидроэлектростанции – преобразуют в электроэнергию гравитационную энергию воды;
- химические источники (аккумуляторы, топливные и гальванические элементы) – переводят химическую энергию в электрическую;
- дизель-генераторы – химическая энергия преобразуется сначала в механическую, потом в электрическую;
- солнечные батареи – преобразуют энергию солнечного света в электрическую на основе физического закона фотоэффекта;
- ветряные генераторы – преобразуют кинетическую энергию воздушных частиц;
- термоэлектрические преобразователи – преобразуют тепловую энергию в электрическую.
Химические источники обычно используются в маломощных устройствах и как резервные источники. Работа топливных элементов основана на электрическом окислении топлива. В термоэлектрических устройствах электрический потенциал создает разница температур.
ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО ПИТАНИЯ
Вторичные источники подключаются к первичным и преобразуют получаемую электроэнергию в выходное напряжение с требуемыми параметрами частоты, пульсации и т. д.
- обеспечение передачи требуемой мощности с наименьшими потерями;
- преобразование формы напряжения (переменного напряжения в постоянное, изменение частоты, формирование импульсов;
- преобразование значение напряжения (повышение или понижение его величины, формирование нескольких величин для разных цепей);
- стабилизация напряжения (его показатели на выходе должны находиться в заданном диапазоне);
- защита (чтобы напряжение, превысившее допустимые значения вследствие неисправности, не вывело из строя аппаратуру или сам ИП);
- гальваническое разделение цепей.
Существует два основных типа источников вторичного питания (ИВП) – трансформаторный и импульсный.
Трансформаторный блок питания.
Трансформаторный, или линейный ИВП – классический блок питания. Регулировка выходного напряжения происходит в нем непрерывно, то есть линейно.
- трансформатор (корректирует напряжение в ту или иную сторону до нужной величины);
- выпрямитель (преобразует переменное напряжение в постоянное);
- фильтр (сглаживает пульсацию (колебания) в выпрямленном напряжении).
Также схема может включать защиту от короткого замыкания, фильтр высокочастотных помех, стабилизатор и др.
- простота конструкции;
- гальваническая развязка от сети;
- надежность в эксплуатации.
- большие габариты и вес, которые прямо пропорциональны его мощности;
- относительно низкий КПД.
В бытовой технике линейные ИП малой мощности используются для питания плат управления стиральных машин, микроволновок, отопительных котлов.
Импульсный ИВП.
Импульсный блок питания устроен принципиально иначе и имеет более сложную конструкцию.
- выпрямитель (входное напряжение сначала выпрямляется – преобразуется из переменного в постоянное);
- блок широтно-импульсной модуляции – ШИМ (преобразует постоянное напряжение в импульсы определенной частоты и скважности);
- частотный фильтр (в блоках без гальванической развязки);
- трансформатор (в блоках с гальванической развязкой от сети).
В импульсных источниках вторичного напряжения стабилизация реализуется посредством обратной связи, что позволяет поддерживать выходное напряжение на заданном уровне независимо от скачков входных параметров.
Например, в блоках с гальванической развязкой в зависимости от величины выходного сигнала изменяется скважность (отношение частоты следования импульсов к их длительности) на выходе ШИМ-контроллера.
- малый вес и небольшие размеры;
- высокий КПД (до 98%);
- широкий диапазон допустимого входного напряжения;
- встроенная защита от короткого замыкания и других форс-мажоров;
- невысокая цена;
- по надежности сравнимы с трансформаторными ИП.
- являются источниками высокочастотных помех, которые нельзя полностью устранить;
- имеют ограничение по минимальной мощности нагрузки: не включаются, если она ниже требуемой.
Импульсные источники – это зарядки мобильных телефонов, блоки питания компьютеров, оргтехники, бытовой электроники.
БЕСПЕРЕБОЙНЫЕ И РЕЗЕРВНЫЕ ИСТОЧНИКИ
Источники бесперебойного и резервного энергоснабжения необходимы при краткосрочных и длительных отключениях электроэнергии. При отсутствии таких устройств частный дом может остаться без света, отопления и всей электротехники на неопределенный срок.
Бесперебойные.
Эти устройства обеспечивают работоспособность подключенных электроприборов и техники при кратковременных перебоях в поставках электроэнергии. Также они выполняют функцию защиты от скачков напряжения и помех.
Бесперебойники делятся на три категории:
Имеют самую простую конструкцию, высокий КПД и низкую стоимость. При отключении электроэнергии или выходе параметров напряжения за допустимые пределы источник автоматически включает встроенный аккумулятор.
Line-interactive.
Имеют аналогичную конструкцию плюс встроенный стабилизатор. Аккумулятор включается только тогда, когда стабилизатор неспособен справиться со стабилизацией входного напряжения. Его основные недостатки, как и у предыдущего устройства – это наличие промежутка времени, требуемого на переключение режимов работы, и невозможность корректировать частоту сети.
У таких источников самое высокое качество и стоимость. Они работают по принципу двойного преобразования: входное напряжение сначала преобразуется в постоянное, а затем с помощью инвертора обратно в переменное. Здесь не требуется время на переключение на питание от внешнего аккумулятора, он подключен в цепь и при стабильном энергоснабжении находится в буферном режиме.
- для безопасного отключения устройств при перебоях в сети;
- в охранно пожарной сигнализации, видеонаблюдении, контроле доступа;
- для оборудования системы умный дом.
Резервные источники питания.
Эти устройства необходимы для питания электроприборов при длительных отключениях электроэнергии или когда объект находится далеко от линии электропередач.
Автономные электростанции бывают следующих видов:
Эффективны, но потребляют много топлива. Работают бесшумно, хорошо запускаются в зимний период.
Работают практически в любых условиях, но также требуют значительных финансовых вложений. Целесообразно их использование при суммарной потребляемой мощности свыше 6 кВт.
Используют природный источник энергии – солнечный свет. Их применение выгодно в условиях климата с большим количеством солнечных дней. Станции не имеют подвижных частей и отличаются высокой надежностью.
Они должны размещаться на возвышенности и в местности с регулярным движением воздуха, желательно в одном направлении. Конструкция имеет большой вес, осложняет ситуацию наличие подвижных частей.
Использование солнечных и ветряных генераторов целесообразно при их постоянной эксплуатации как альтернативных систем электроснабжения, так как они требуют значительных затрат на приобретение и установку и окупаются не сразу.
* * *
© 2014-2024 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.ВИДЫ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Источник электропитания – это устройство для производства, преобразования электроэнергии, подачи напряжения в аварийных ситуациях.
Правила устройства электроустановок (ПУЭ) определяют такие понятия, как энергетическая система и система энергоснабжения. При этом не конкретизируются устройства, в эти системы входящие.
С чего начинается работа любой электроустановки (от карманного фонарика до персонального компьютера или холодильника)? С подключения к электропитанию.
Под эту категорию подпадает достаточно много устройств. Для большинства потребителей знакомы такие понятия, как электростанции, трансформаторные подстанции, генераторы, аккумуляторы, одноразовые батарейки. Кроме того, каждый держал в руках зарядное устройство для телефона или БП для ноутбука.
Это и есть источники питания во всем разнообразии.
- вилка в розетку;
- батарейка в корпус;
- выключатель нажать.
Интерес к устройству возникает лишь при его поломке.
Разберем основные их типы.
ИСТОЧНИКИ ПЕРВИЧНОГО ПИТАНИЯ
Источники первичного электропитания – это устройства, которые генерируют электроэнергию, не имея на входе напряжения. Выполняется преобразование любого другого вида энергии в электрическую. Из ничего получить что-либо невозможно (доказано Эйнштейном). Поэтому генерирующие установки используют силы природы.
Для получения электричества можно использовать три вида энергии: механическую, тепловую, либо световую. Соответственно, любой источник первичного питания относится к этим группам.
Механическая энергия.
С ее помощью вращается ротор генератора, вследствие чего на его обмотках возникает электрический ток. Крутящий момент можно получить разными способами
Гидроэлектростанции.
Получают его за счет перепада давления между уровнями воды (для этого строят плотины). Грамотно спроектированные турбины под непосредственным влиянием этих сил передают вращение на генератор. Это достаточно дешевый способ получения энергии, поскольку течение реки условно бесплатно.
Приливные станции.
Еще один способ получить пользу из воды – генераторы, работающие от перепада уровня на линии прибоя, или прилива-отлива. Такие установки более сложные в техническом плане, но при отсутствии рядом полноводных рек, работают эффективно.
Ветровые станции.
Тепловая энергия.
Сразу оговоримся: электричество получают не напрямую от тепла, хотя есть опытные образцы термопар. Но до промышленного применения им еще далеко. С помощью тепла банально кипятится вода, полученный пар вращает турбину. А дальше – как в гидроэлектростанции.
Так что тепловые генераторы – это тоже механика.
Атомная электростанция.
Самый яркий представитель в этой категории . При ядерном распаде выделяется огромное количество тепла. Вода нагревается очень эффективно, нет зависимости от природных явлений.
Главная задача – жесточайший контроль над безопасностью. Экологи разумеется против, но если к ним прислушиваться, придется отказаться от технического прогресса.
Тепловая электростанция.
Энергию получают, сжигая горючие материалы. Это может быть природный газ, уголь, мазут, солярка, и даже дрова. Экологичность генерации напрямую зависит от используемого топлива. Экономически такие установки выгодны лишь там, где в пределах транспортной доступности имеются большие запасы топлива.
Часто ТЭС строят в регионах, где нет возможности получить энергию иным способом (про эффективность в таком случае можно забыть). Просто стоимость возведения атомной станции не всегда оправдывается необходимостью в электричестве. Да и противопоказаний у АЭС слишком много (например, сейсмические риски).
Световая энергия.
Установки обычно называют солнечными электростанциями, хотя это не совсем верно. Фотоэлементы работают не только от прямых солнечных лучей.
Для «старта» достаточно обычного дневного света даже при 100% облачности. Преобразования в механику не требуются: фотоэлементы сразу вырабатывают электроток.
Представители Greenpeace и им подобных организаций считают эту энергию самой чистой, однако это в корне неверно.
Во-первых, никто не занимался изучением влияния вынужденной тени от огромных площадей солнечных батарей на земную кору.
Во-вторых, производство и утилизация фотоэлементов далеко не экологичный процесс.
Тем не менее, наряду с АЭС, они относятся к перспективным.
- Очевидно, что ночью электростанция на фотоэлементах не работает. Следовательно, необходимо накапливать электроэнергию с помощью аккумуляторных батарей, либо встраивать такие генерирующие системы в некие единые сети, где каждый источник дополняет друг друга.
- Стоимость подобных станций слишком высока.
Химические источники питания вроде как держатся особняком, но это также первичные генераторы электроэнергии.
Важно: Речь идет о батарейках, не путать с аккумуляторами.
Для получения электричества используется химическая реакция. Несмотря на то, что энергия получается напрямую, без преобразования в механическую, экономика таких источников питания крайне низкая.
Высокая стоимость элементов питания и необходимость постоянного обновления, не позволяет использовать эту энергию массово.
ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
- элементная база электронных устройств работает на низком напряжении питания;
- безопасность использования бытовых приборов: чем ниже напряжение, тем меньше рисков;
- первичные источники питания расположены на значительном удалении от потребителей: для транспортировки электроэнергии необходимо напряжение в сотни киловольт.
Соответственно, необходимы промежуточные преобразователи параметров между генерирующей системой и потребителем. Эти устройства называются вторичными источниками питания.
Для информации.
Определение вторичности относительно. Например, трансформаторная подстанция между электростанцией и вашим домом, относительно генерирующей системы является вторичным источником питания. А по отношению к зарядному устройству вашего смартфона – это первичный источник.
Применимо к электроприборам, если розетку 220 вольт считать первичкой, вторичным является любой блок питания. Вне зависимости от того, встроен он в телевизор, или выполнен отдельным устройством, как в ноутбуке.
Помимо основной задачи: преобразовывать параметры напряжения и тока, источник вторичного питания может выполнять роль стабилизатора.
БЕСПЕРЕБОЙНЫЕ И РЕЗЕРВНЫЕ ИСТОЧНИКИ
К этим категориям относятся генерирующие системы, которые обеспечивают питание в случае выхода из строя основных поставщиков энергии. В чем между ними отличие, ведь задача одна?
Бесперебойные блоки питания.
Всегда находятся в режиме «on-line». Это значит, что при пропадании основного питания, мгновенно подключается собственный источник. Наилучший вариант – аккумуляторная батарея, работающая в буферном режиме. Разумеется, необходим преобразователь напряжения, стабилизатор, и пр. Но это тема для другой статьи.
Преимущества очевидны: потребитель практически не замечает перехода на «запасной» источник. Это особенно важно для сохранности данных (на компьютере), или исправности оборудования (например, система управления отопительным котлом в доме).
Недостаток – аккумулятор имеет определенную емкость. То есть, время работы ограничено. Поэтому бесперебойный источник необходим лишь для отсрочки времени: можно сохранить данные, и отключиться. Либо у вас есть время для включения резервного источника питания.
Резервный источник.
Позволяет на 100% обеспечивать питанием объекты, при аварии на генерирующем устройстве. Это может быть автономный генератор, или резервная линия электропитания.
Для подключения требуется время, поэтому эти устройства нельзя отнести к бесперебойникам. Работа «резерва» приводит к дополнительным затратам, поэтому в качестве первичного источника питания он не используется.
Размытость понятий.
Нет четкой границы между «первичкой», «вторичкой» и резервом. Например, аккумулятор вашего планшета является источником бесперебойного питания, пока вы подключены к сети 220 вольт.
А в автономном режиме – это первичный источник. Трансформаторная подстанция (по определению – первичка), может стать резервным источником питания, если в вашем доме установлены солнечные батареи и ветрогенератор.
Рекомендуемые материалы:
Электрические измерения. Схема измерения величин напряжения, силы тока, сопротивления.
Виды электрических энергосберегающих обогревателей для отопления дома
Устройство и принцип работы электрических инфракрасных обогревателей, как выбрать лучший вариант для отопления дома
Какой бензиновый генератор выбрать для дома и дачи, рейтинг и характеристики моделей от лучших производителей
Ветрогенераторы для частного дома, их виды, типы, особенности выбора и установки
Газовый генератор для дома на природном баллонном и магистральном газе, преимущества и недостатки использования
© 2010-2024 г.г.. Все права защищены.
Материалы, представленные на сайте, имеют ознакомительно-информационный характер и не могут использоваться в качестве руководящих документовТипы источников питания: обзор, устройство, отличия
Источники питания — это электрические оборудования, которые производят, накапливают или преобразуют электрическую энергию для различных целей.
Источники питания могут быть разделены на первичные и вторичные. Первичные источники питания преобразуют другие виды энергии в электрическую, например, химическую, солнечную, тепловую и т.д. Вторичные источники питания не генерируют электрическую энергию, а изменяют ее параметры, например, напряжение, ток, частоту , необходимые для подключенного электрического прибора.
Чаще всего вторичные источники питания преобразуют переменный ток в постоянный ток и питают различные электронные устройства (компьютер, телевизор, принтер, роутер, низковольтные источники света и т. д.).
Есть два различных вида источника питания: источник напряжения (обеспечивает постоянное напряжение) и источник тока (обеспечивает постоянный ток).
Для питания низковольтной аппаратуры постоянным током от сети переменного напряжения 220 В (50 Гц) традиционно используется следующая последовательность преобразования переменного тока в постоянный:
- понижение напряжения сетевым трансформатором,
- выпрямление тока,
- фильтрация пульсаций,
- стабилизация напряжения на нагрузке.
Габариты таких источников питания в основном определяются габаритами сетевого трансформатора и конденсатора фильтра. Это связано с тем, что при частоте питающей сети 50 Гц для передачи во вторичную обмотку требуемой мощности нужен магнитопровод большого сечения, а для сглаживания пульсаций с частотой 50 и 100 Гц требуется конденсатор большой емкости.
В настоящее время большой популярностью пользуются схемы блоков питания, в которых последовательность преобразования переменного тока сети в постоянный ток нужного напряжения несколько отличается от традиционной:
- выпрямление сетевого тока,
- сглаживание пульсаций,
- возбуждение в первичной обмотке разделительного трансформатора колебаний прямоугольной формы высокой частоты,
- выпрямление вторичных напряжений,
- фильтрация пульсаций,
- стабилизация напряжений.
Благодаря тому, что трансформатор работает на высокой частоте (от единиц до десятков килогерц), его габариты и масса значительно меньше аналогичного по мощности сетевого трансформатора.
Источники питания для электронных устройств в основном можно разделить на линейные и импульсные:
- линейные источники питания, в которых согласующим элементом является трансформатор (сущетсуют и бестрансформаторные линейные истчники питания);
- импульсные источники питания с использованием различных типов электронных систем (преобразователей напряжения);
Линейные имеют относительно простую конструкцию, которая может усложняться с увеличением тока, который они должны подавать, однако их регулировка напряжения у них не очень эффективна.
Источник питания — неотъемлемая часть многих устройств. Вот некоторые из основных типов:
- Импульсный блок питания. В настоящее время большинство блоков питания производится в виде импульсных блоков питания. Их преимущество — в основном меньший вес. Когда полупроводниковые компоненты управления и питания еще не были доступны, чтобы позволить недорогую конструкцию импульсных блоков питания, использовались более тяжелые и долговечные блоки питания с трансформатором.
- Компьютерный блок питания. Компьютеры содержат импульсный источник питания, который преобразует низкое напряжение переменного тока из распределительной сети (230 В, 50 Гц) в низкое напряжение, используемое в электрических цепях компьютера (напряжение постоянного тока 3,3 В, 5 В и 12 В).
- Сетевой адаптер. Это небольшой импульсный блок питания, имеющий форму и размер стандартной электрической вилки (например, зарядного устройства для сотового телефона), используемый в сети 230 В, обеспечивающей небольшое напряжение, необходимое для конкретного электрического или электронного устройства. Сетевые адаптеры, как правило, используются с устройствами и приборами, которые не имеют свой собственный внутренний источник питания.
- Сварочный источник питания. Сварочные источники обеспечивают высокий ток (обычно сотни ампер), который позволяет расплавлять металл локально и, таким образом, обеспечивать его соединение. Раньше применялись так называемые сварочные трансформаторы (со специальными электромагнитными трансформаторами, рассчитанными на большие сварочные токи), более современными являются сварочные инверторы с электронным управлением.
Внутренне сопротивление источника питания
Идеальный источник питания, как источник напряжения, всегда обеспечивает одно и то же напряжение независимо от подключенной нагрузки (т. е. напряжение источника питания постоянно при разном потребляемом токе).
Однако идеального источника не существует, потому что внутреннее сопротивление реального источника ограничивает максимальный ток, который может протекать через электрическую цепь.
Настоящий источник питания может использовать стабилизатор напряжения для обеспечения стабильного выходного напряжения, которое обеспечивается за счет падения напряжения (разницы между входным и выходным напряжением стабилизатора). Пример — Импульсный стабилизатор напряжения
Итак, по качеству выходного напряжения источники питания различают:
- стабилизированные источники, напряжение которых поддерживается на постоянном уровне независимо от колебаний тока,
- нестабилизированные источники, в которых выходное напряжение может изменяться в зависимости от колебаний тока .
Трансформаторные линейные источники питания
Классические линейные источники состоят из следующих элементов: трансформатор, выпрямитель, фильтр и устройство регулирования напряжения.
Принципиальная схема линейного источника питания
Сначала трансформатор преобразует сетевое напряжение в пониженное и обеспечивает гальваническую развязку. Схема, которая преобразует переменный ток в импульсный постоянный ток, называется выпрямителем (для выпрямления используются мостовые схемы на диодах), далее фильтр с конденсаторами и индуктивностями уменьшает пульсации. Подробно про фильтры — Фильтры источников питания.
Регулирование или стабилизация напряжения до заданного значения достигается с помощью так называемого регулятора напряжения, в конструкции которого используются транзисторы.
Транзистор в схеме действует как регулируемое сопротивление. На выходе из этого каскада для достижения большей стабильности в пульсации есть второй каскад фильтрации (хотя и не обязательно, все зависит от проектных требований), это может быть обычный конденсатор.
Среди источников питания есть такие, в которых мощность, подаваемая на нагрузку, регулируется тиристорами, чтобы подавать требуемое напряжение и мощность на нагрузку.
Немецкий лабораторный источник питания
Современные линейные источники питания
Стабилизация напряжения в базовом типе линейных источников достигается путем включения специального элемента параллельно цепи, питаемой от нестабилизированного источника более высокого напряжения, через подходящий резистор, вольт-амперная характеристика которого показывает резкое увеличение тока при требуемом напряжении. Такой элементом является стабилитрон (диод Зинера), который работает в широком диапазоне пороговых напряжений.
Недостатками источника питания с диодом Зенера являются относительно низкая стабильность выходного напряжения, относительно небольшой диапазон тока и особенно низкий КПД, поскольку электрическая энергия преобразуется в тепло в последовательном резисторе и в самом стабилитроне.
Современные линейные источники (обычно в виде интегральной схемы) используют элемент с переменным импедансом (транзистор в линейном режиме), который регулируется обратной связью, основанной на разнице между выходным напряжением и постоянным напряжением от внутреннего опорного напряжения (на основе диодной схемы, но с небольшим постоянным потреблением).
Типичными представителями линейных источников являются интегральные схемы типа 78xx (например, 7805 — источник напряжения 5 В) и их производные.
Недостатком таких линейных источников питания является их низкая эффективность (и поскольку рассеиваемая мощность в интегральной схеме изменяется в зависимости от нагрева, а также необходимость охлаждения), особенно когда существует большая разница между входным и выходным напряжением и большими токами. Недостатком иногда является также то, что выходное напряжение всегда ниже входного.
Преимущество заключается в их низкой цене, небольшом размере, простоте использования и отсутствии помех извне и в цепи питания.
Встроенный источник питания в лабораторном стенде по изучению электротехники
Импульсные источники питания
В импульсных источниках питания используется полевой транзистор, который периодически замыкаются с относительно высокой частотой (десятки кГц и более) и увеличивают входное напряжение схемы, состоящей из комбинации катушки, конденсатора и диода. С помощью подходящей комбинации этих элементов можно добиться снижения и увеличения напряжения.
Другой тип импульсного источника питания — это источник питания с трансформатором и последующим диодным выпрямителем, в котором используются выгодные свойства (меньшие размеры трансформатора при больших токах, меньшие магнитные потери) современных магнитных материалов (ферритов) на высоких частотах. Изменяя частоту можно добиться изменения выходного напряжения.
Таким образом, такой источник питания включает в себя схему (обычно в виде интегральной схемы), которая обеспечивает изменение частоты на основе обратной связи от выходного напряжения, чтобы обеспечить стабильное выходное напряжение при различных нагрузках.
Поскольку импульсные источники питания работают с прямоугольными напряжениями токов и токов, они, как правило, излучают электромагнитные волны в широком диапазоне частот. Поэтому при их создании и использовании необходимо соблюдать принципы электромагнитной совместимости (ЭМС).
Лабораторное оборудование
В мастерской или лаборатории прецизионный источник питания используется для проведения измерений, испытаний, поиска и устранения неисправностей. Эти лабораторные источники питания преобразуют, выпрямляют и регулируют напряжения, а также выходные токи, так что измерения можно проводить без повреждения тестируемых элементов.
Кроме того, эти источники питания обеспечивают стабильность и точность параметров, необходимых для получения достоверных результатов.
Лабораторные источники питания могут иметь различные режимы работы, такие как постоянное напряжение, постоянный ток, ограничение тока или напряжения, а также различные функции защиты, такие как перегрузка, перегрев, короткое замыкание и т.д.
Лабораторные источники питания могут быть аналоговыми или цифровыми, а также иметь различные интерфейсы для подключения к компьютеру или другим устройствам.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: