Toissijainen virtalähde

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 6. lokakuuta 2020 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 15 muokkausta .

Toissijainen virtalähde  - laite, joka muuntaa päävirtalähteen (esimerkiksi teollisuusverkon) sähkön parametrit sähköksi apulaitteiden toimintaan tarvittavilla parametreilla. Erota stabiloidut ja epävakautetut toisiovirtalähteet. [yksi]

Toisiovirtalähde voidaan integroida kokonaispiiriin (yleensä yksinkertaisissa laitteissa; tai kun on tarpeen säätää (asettaa, muuttaa) ja stabiloida jännitettä tietyllä alueella, mukaan lukien dynaamisesti - esimerkiksi eri tietokoneiden emolevyt ovat sisäänrakennetut jännitemuuntimet, jotka antavat virran CPU :lle ja muille erilaisille IC :ille , moduuleille ja PU: ille , tai kun pienikin jännitteen lasku syöttöjohtoissa ei ole hyväksyttävää), jotka on valmistettu moduulin muodossa ( virtalähde , virtateline ja niin edelleen ), tai jopa erillisessä huoneessa ( virtalähdepaja ).

Toissijaisen virtalähteen tehtävät

Useimmiten toissijaiset virtalähteet joutuvat muuttamaan sähköä teollisuustaajuisesta vaihtovirtaverkosta (esimerkiksi Venäjällä - 240 V 50 Hz, Yhdysvalloissa - 120 V 60 Hz).

Kaksi tyypillisintä mallia ovat muuntaja ja hakkuriteholähteet.

Muuntaja

Klassinen virtalähde on muuntaja PSU, joka on valmistettu lineaarisen järjestelmän mukaan. Yleisessä tapauksessa se koostuu alas- alennusmuuntajasta tai automaattimuuntajasta , jossa ensiökäämi on suunniteltu verkkojännitteelle . Toisiokäämiin on kytketty tasasuuntaaja , joka muuntaa vaihtojännitteen suoraksi (sykkiväksi yksisuuntaiseksi). Useimmissa tapauksissa tasasuuntaaja koostuu neljästä diodista, jotka muodostavat diodisillan (täysaaltotasasuuntaaja), harvemmin - yhdestä diodista (puoliaaltotasasuuntaaja). Joskus käytetään muitakin piirejä, kuten jännitteen kaksinkertaistavissa tasasuuntaajissa. Tasasuuntaajan jälkeen asennetaan suodatin , joka tasoittaa värähtelyjä (värähtelyjä). Yksinkertaisimmassa muodossaan se on suuri kondensaattori .

Piiriin voidaan asentaa myös suurtaajuisia häiriösuodattimia , purskeita ( varistoreita ), oikosulkusuojauksia (oikosulku), jännitteen ja virran stabiloijia.

Muuntajan mitat

Kolmannesta Maxwell-yhtälöstä, joka on Faradayn sähkömagneettisen induktion lain matemaattinen tallenne , seuraa, että käämin yhdessä kierrossa indusoitunut EMF , joka kattaa ajassa muuttuvan magneettivuon , on yhtä suuri:

Sinimuotoinen muutos näkyvissä:

missä:

 - amplitudi (maksimi) arvo ;  on kulmataajuus ;  - aika.

Tämä tarkoittaa:

Magneettivuo liittyy magneettiseen induktioon [2] kaavalla:

missä  on kelan pinta-ala.

Käytännössä tärkeällä sinimuotoisella muutoksella muuntajissa lain mukaan:

missä  on induktion amplitudi (maksimi) arvo muuntajan sydämessä ( magneettipiirissä ).

Siksi toisiokäämin yhden kierroksen EMF muuntajissa, joiden ensiökäämiin syötetään sinimuotoinen virta ja jonka ferromagneettinen magneettipiiri ei mene magneettiseen kyllästymiseen , ilmaistaan ​​kaavalla:

Käytännössä ja muuntajien laskelmissa ei amplitudi ole amplitudi, vaan EMF:n tai jännitteen neliökeskiarvo (tehollinen) arvo, joka sinimuotoisen muutoksen tapauksessa liittyy EMF:n amplitudiarvoon. EMF lausekkeella:

Viimeisen kaavan korvaaminen EMF-lausekkeella yhdelle kierrokselle ja huomioimalla se

 - taajuus , meillä on peruskaava muuntajan käämien kierrosten lukumäärän laskemiseksi, koska käämin EMF on suoraan verrannollinen käämin kierrosten lukumäärään:

missä  on yhden kierroksen tehollinen EMF.

Muuntajan toisiokäämin antama teho:

missä:

 - käämitysjännite kuormitettuna;  - käämivirta.

Koska maksimikäämivirtaa rajoittaa käämijohtimien rajoittava virrantiheys tietylle poikkileikkaukselle ja , tästä seuraa, että muuntajan tehon lisäämiseksi muuttamatta sen mittoja, on tarpeen lisätä ja/tai .

Merkittävää kasvua estää ytimen magneettinen kyllästyminen. Kyllästymisessä, joka tapahtuu ensiökäämin virran ääripisteissä jakson aikana, josta seuraa, että: Ensinnäkin ensiökäämin reaktanssi pienenee, mikä aiheuttaa tyhjäkäynnin lisääntymisen ja lisäyksen käämin kuumeneminen ohmisen vastuksen vuoksi ja toiseksi hystereesihäviöt magneettipiirin magneettisesta käänteestä johtuen, kun hystereesisilmukan pinta-ala kasvaa, mikä aiheuttaa lämpöhäviöiden lisääntymistä magneettipiirissä.

Magneettipiirin häviöiden kannalta on välttämätöntä vähentää magneettipiirin maksimiinduktiota ( ) niin paljon kuin mahdollista, mutta tämä lähestymistapa ei ole taloudellisesti kannattava, koska muiden asioiden ollessa sama, se kasvattaa mittoja ja muuntajan materiaalinkulutus. Siksi magneettipiirissä ne valitaan kohtuullisen kompromissin perusteella, ja pienitehoisilla muuntajilla ne kasvavat ja tehokkailla muuntajilla ne pienenevät. Tämä johtuu siitä, että pienen muuntajan magneettisydän jäähdytetään tehokkaammin kuin suurten muuntajien. Teollisuuden taajuusmuuntajien sähköteräksille he valitsevat 1,1-1,35 T muuntajille, joiden teho on jopa satoja watteja, ja 0,7-1,0 T jakeluasemien suurtehomuuntajille.

Perustuu käytettyyn käytännön kaavaan, joka saadaan korvaamalla kelan EMF:n teoreettiseen arvoon annetulla arvolla ja taajuudella 50 Hz :

Tässä ilmaistuna cm 2 -  voltteina. Pienemmät nimittäjäarvot valitaan pienitehoisille muuntajille, suuret voimakkaille.

Toinen tapa lisätä muuntajan tehoa on lisätä käyttötaajuutta. Suunnilleen voidaan olettaa, että tietyllä muuntajan koolla sen teho on suoraan verrannollinen toimintataajuuteen. Siksi taajuuden lisääminen kertoimella vakioteholla mahdollistaa muuntajan koon pienentämisen kertoimella (magneettipiirin poikkipinta-ala pienenee kertoimella) tai vastaavasti sen massaa tekijällä .

Erityisesti, mukaan lukien näistä syistä, lentokoneiden ja laivojen sisäisissä sähköverkoissa käytetään yleensä 400 Hz:n taajuutta 115 V:n jännitteellä.

Mutta taajuuden kasvu pahentaa magneettipiirien magneettisia ominaisuuksia, mikä johtuu pääasiassa hystereesihäviöiden lisääntymisestä, joten yli muutaman kHz:n toimintataajuuksilla käytetään muuntajien ferrodielektrisiä magneettipiirejä, esimerkiksi ferriitistä tai karbonyyliraudasta valmistettuja.

Nykyaikaiset toissijaiset virtalähteet erilaisille kodinkoneille, tietokoneille, tulostimille jne. tehdään nyt useimmissa tapauksissa pulssilähteiden kaavioiden mukaisesti ja ne ovat lähes kokonaan korvanneet klassiset muuntajat. Tällaisissa lähteissä syöttöpiirin ja syöttöverkon galvaaninen erottaminen , jolloin saadaan joukko tarvittavia toisiojännitteitä, suoritetaan suurtaajuusmuuntajilla, joissa on ferriittiytimet. Korkeataajuisen jännitteen lähde on pulssipainikepiirit, joissa on puolijohdeavaimet, yleensä transistori . Tällaisten laitteiden, joita usein kutsutaan inverttereiksi , käyttö mahdollistaa laitteen painon ja mittojen pienentämisen moninkertaisesti sekä tehonsyötön laadun ja luotettavuuden edelleen parantamisen, koska pulssilähteet ovat vähemmän tärkeitä virtalähteen laadulle. primääriverkossa - ne ovat vähemmän herkkiä verkkojännitteen ylijännitteille ja putouksille ja sen taajuuden muutoksille.

Edut ja haitat

Muuntajavirtalähteiden edut. Muuntajavirtalähteiden haitat.

Sovellus

Lineaarisia virtalähteitä käytetään laajalti erilaisissa pienjännitelaitteissa. Puhekielessä niitä kutsutaan usein virtalähteiksi tai yksinkertaisesti sovittimiksi. Laturit ovat rakenteeltaan samanlaisia ​​ja niitä voidaan käyttää myös virtalähteinä.

Hakkurivirtalähde

Hakkuriteholähteet ovat invertterijärjestelmä . Hakkuriteholähteissä AC-tulojännite tasasuuntautuu ensin. Tuloksena oleva tasajännite muunnetaan suorakaiteen muotoisiksi suurennetuiksi taajuuksiksi ja tietyn käyttöjakson omaaviksi pulsseiksi , jotka syötetään joko muuntajaan (jos pulssivirtalähteet on galvaanisesti erotettu verkosta) tai suoraan ulostulon alipäästösuodattimeen (pulssitilassa). virtalähteet ilman galvaanista eristystä). Pulssiteholähteissä voidaan käyttää pienikokoisia muuntajia - tämä johtuu siitä, että taajuuden kasvaessa muuntajan hyötysuhde kasvaa ja vaatimukset vastaavan tehon siirtoon tarvittavan sydämen mitoille (osuudelle) pienenevät. Useimmissa tapauksissa tällainen sydän voidaan valmistaa ferromagneettisista materiaaleista, toisin kuin matalataajuisten muuntajien ytimet, joissa käytetään sähköterästä.

Hakkuriteholähteissä jännitteen stabilointi saadaan aikaan negatiivisen takaisinkytkennän kautta . Palautteen avulla voit pitää lähtöjännitteen suhteellisen vakiona riippumatta tulojännitteen ja kuormituksen vaihteluista. Palaute voidaan järjestää monin eri tavoin. Kun kyseessä ovat impulssilähteet, joissa on galvaaninen eristys verkosta, yleisimmät menetelmät ovat tiedonsiirto muuntajan jonkin lähtökäämin kautta tai optoerotin . Takaisinkytkentäsignaalin suuruudesta riippuen (riippuen lähtöjännitteestä) pulssien toimintajakso PWM - ohjaimen lähdössä muuttuu . Jos erotusta ei tarvita, käytetään yleensä yksinkertaista resistiivistä jännitteenjakajaa . Näin ollen virtalähde ylläpitää vakaata lähtöjännitettä.

Edut ja haitat

Hakkurivirtalähteiden edut

Vastaavilla kytkentäsäätimillä, jotka ovat lähtöteholtaan verrattavissa lineaarisiin stabilaattoreihin, on seuraavat pääedut:

Hakkurivirtalähteiden haitat

Katso myös

Kirjallisuus

Linkit

Muistiinpanot

Kommentit
  1. Tehokkaissa muuntajan teholähteissä impulssikohinaa esiintyy kuitenkin siitä syystä, että tasasuuntausdiodien (ja muuntajan toisiokäämin) läpi kulkeva virta on lyhyiden pulssien muotoa, koska diodi ei ole auki koko puoliskon ajan. -sykli, mutta lyhyen aikaa lähellä siniaallon maksimiarvoa, kun hetkellinen arvo AC-jännite toisiokäämissä ylittää suodatinsäiliön tasajännitteen).
Lähteet
  1. Toissijainen virtalähde // Tehoelektroniikka: lyhyt sanakirja termien ja määritelmien sanakirjasta - M .: MPEI Publishing House, 2008
  2. Tässä tarkoitetaan kelaa ympäröivän piirin keskimääräistä induktiota. Tasaisessa magneettikentässä, jonka induktiovektori on kohtisuorassa käämin tasoon nähden - vain induktion suuruus.
  3. 1 2 Hakkuriteholähteet . Haettu 17. kesäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 17. kesäkuuta 2015.
  4. Lineaaristen ja hakkuriteholähteiden vertailu . Haettu 17. kesäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 9. toukokuuta 2015.