Типы блоков питания постоянного тока: их определение, технические детали и возможности

Блоки питания

ВИДЫ И ТИПЫ — ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

Блок питания (БП) — электротехнический прибор, выполняющий функцию преобразования первичного напряжения (электрической сети, аккумулятора) в величину, требующуюся для работы различного типа оборудования:

Наиболее распространенный вариант БП подразумевает преобразование 220 Вольт переменного напряжения (U) в пониженное постоянное. Кроме этого, блоки питания могут осуществлять гальваническую развязку между входными и выходными цепями. При этом коэффициент трансформации (отношение входного и выходного напряжений) может быть равным единице.

Примером такого использование может служить энергоснабжение помещений с высокой степенью опасности поражения электрическим током, например, ванных комнат.

Кроме того, достаточно часто бытовые блоки питания могут оснащаться встроенными дополнительными устройствами: стабилизаторами, регуляторами. индикаторами и пр.

Виды и типы блоков питания

В первую очередь классификация источников питания осуществляется по принципу действия. Основных вариантов здесь два:

  • трансформаторный (линейный);
  • импульсный (инверторный).

Трансформаторный блок состоит из понижающего трансформатора и выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный. Далее устанавливается фильтр (конденсатор), сглаживающий пульсации и прочие элементы (стабилизатор выходных параметров, защита от коротких замыканий, фильтр высокочастотных (ВЧ) помех).

Преимущества трансформаторного блока питания:

  • высокая надежность;
  • ремонтопригодность;
  • простота конструкции;
  • минимальный уровень помех или их отсутствие;
  • низкая цена.

Недостатки — большой вес, крупные габариты и небольшой КПД.

Импульсный блок питания — инверторная система, в которой происходит преобразование переменного напряжения в постоянное, после чего генерируются высокочастотные импульсы, которые проходят ряд дальнейших преобразований (подробнее здесь). В устройстве с гальванической развязкой импульсы передаются к трансформатору, а при отсутствии таковой — напрямую к НЧ фильтру на выходе устройства.

Благодаря формированию ВЧ сигналов, в импульсных блоках питания применяются малогабаритные трансформаторы, что позволяет уменьшить размеры и вес устройства. Для стабилизации напряжения используется отрицательная обратная связь, благодаря которой на выходе поддерживается постоянный уровень напряжения, не зависящий от величины нагрузки.

Достоинства импульсного блока питания:

  • компактность;
  • небольшой вес;
  • доступная цена и высокий КПД (до 98%).

Кроме того, следует отметить наличие дополнительных защит, обеспечивающих безопасность применения устройства. В таких БП часто предусмотрена защита от короткого замыкания (КЗ) и выхода из строя при отсутствии нагрузки.

Минусы — работа большей составляющей схемы без гальванической развязки, что усложняет ремонт. Кроме того, устройство является источником помех высокой частоты и имеет ограничение на нижний предел нагрузки. Если мощность последней меньше допустимо параметра, агрегат не запустится.

Инвертор — популярное среди автовладельцев устройство, способное преобразовывать постоянное U 12/24 Вольта в переменное 220 Вольт. Инверторные БП питаются от автомобильного аккумулятора U. Применяя устройств, стоит учесть, что оно подходит для электроприемников, не требующих идеальной синусоидальной формы сигнала. Кроме того, стоит учитывать мощность подключаемых приборов.

Преимущества:

  • небольшие габариты и вес;
  • наличие защиты от скачков напряжения;
  • простота и удобство применения.

Недостатки — относительно высокая стоимость, а также небольшая надежность микропроцессорной управляющей платы.

Стабилизированные блоки питания — устройства, дополненные, как уже говорилось, стабилизатором, обеспечивающим постоянство напряжения на выходе устройства.

Бесперебойный (резервный) блок питания — источник, который включается в работу при кратковременном отключении электросети. Некоторые из них имеют дополнительную защиту (например, от помех в сети). Такие блоки питания используются в системах с повышенными требованиями к надежности электроснабжения, например, видеонаблюдения или сигнализации.

Бесперебойные источники бывают резервными и интерактивными. Особенность вторых в наличии на входе стабилизатора напряжения, обеспечивающего ступенчатую регулировку.

В начало

Параметры и характеристики блока питания

При выборе блока питания стоит принимать во внимание ряд характеристик, среди которых:

  • мощность;
  • выходное напряжение и ток;
  • а также наличие дополнительных опций и возможностей.

Мощность.

Параметр, который измеряется в Вт или В*А. При выборе устройства стоит брать во внимание наличие пусковых токов у многих электроприемников (насосов, поливных систем, холодильников и прочих). В момент пуска потребляемая мощность вырастает в 5-7 раз.

Что касается остальных случаев, блок питания выбирается с учетом суммарной мощности питающихся приборов с рекомендуемым запасом в 20-30%.

Входное напряжение.

В России этот параметр составляет 220 Вольт. Если использовать БП в Японии или США, потребуется устройство с входным напряжением на 110 Вольт. Кроме того, для инверторных блоков питания эта величина может составлять — 12/24 Вольта.

Выходное напряжение.

При выборе прибора стоит ориентироваться на номинальное напряжение применяемого потребителя (указывается на корпусе прибора). Это может быть 12 Вольт, 15,6 Вольта и так далее. При выборе стоит покупать изделие, максимально приближенное к требуемому параметру. Например, для питания устройства на 12,1 V подойдет блок на 12 V.

Тип выходного напряжения.

Большая часть приборов питается от стабилизированного постоянного напряжения, но есть и те, которым подойдет постоянное нестабилизированное или переменное. С учетом этого критерия выбирается и конструкция. Если потребителю достаточно нестабилизированного постоянного U на входе, БП со стабилизированным напряжением на выходе также подойдет.

Выходной ток.

Параметр этот может и не указываться, но при знании мощности его можно рассчитать. Мощность (P) равна напряжению (U), умноженному на ток (I). Следовательно, для расчета тока необходимо мощность поделить на напряжение. Имеющийся параметр пригодится для выбора подходящего блока питания под конкретную нагрузку.

По-хорошему рабочий ток должен превышать на 10-20% максимально потребляемый ток устройства.

Коэффициент полезного действия.

Большая мощность блока питания — еще не гарантия хорошей работы. Не менее важным параметром является КПД, отражающий эффективность преобразования энергии, и ее передачи к прибору. Чем выше КПД, тем эффективнее используется блок, и тем меньше энергии идет на нагрев.

Защита от перегрузок.

Многие источники оборудованы защитой от перегрузок, обеспечивающей отключение БП в случае превышения уровня тока, потребляемого из сети.

Защита от глубокого разряда.

Ее задача заключается в разрыве цепи питания при полном разряде АКБ (характерно для бесперебойных БП). После восстановления питания работоспособность устройства восстанавливается.

Кроме перечисленных выше опций, в блоке питания может быть предусмотрена защита от КЗ, от перегрева, перегрузки по току, повышенному и пониженному напряжению.

В начало

© 2012-2018 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Источник: https://eltechbook.ru/blok_pitanija.html

Типы компьютерных блоков питания

Приступая к изучению компьютерного «железа», неплохо бы для начала разобраться с блоком питания. Блок питания («Power Supply Unit», или сокращенно PSU) – это источник электроэнергии и является неотъемлемой частью компьютера.

Нарушения в его работе приводят к сбоям и различным «глюкам» в работе всего компьютера,  вплоть до абсолютной невозможности функционирования. Из-за неисправностей в этом узле компьютер может «зависать», могут возникать проблемы в работе программного обеспечения.

Его задача – преобразовать переменный ток в постоянный, и входное напряжение  до заданных параметров, необходимых для работы компьютерных комплектующих.

Для чего нужен БП?

Напряжение сети, к которой подключаются компьютеры, составляет 220 вольт. Компьютерные устройства потребляют следующие номиналы напряжений:

Таким образом, прибор преобразовывает входящие 220 вольт до требуемых величин и снабжает питанием элементы ПК.

В задачи устройства входит сглаживание бросков сетевого напряжения и обеспечение электропитанием всех устройств, находящихся в системном блоке. Вот несколько фотографий прибора:

Типичный блок питания ПК

Преимуществом изделий такого конструктивного исполнения является нижнее расположение вентилятора. Причем сам «карлсон» за счет своих размеров (12 см.) менее шумный, т. к. тот же объем воздуха для охлаждения обеспечивается при меньшей частоте вращения крыльчатки, чем у 8 сантиметровых кулеров.   

В случае компоновки системника с БП, расположенным выше процессора, вентилятор должен работать так, чтобы воздух выдувался из корпуса. Это способствует дополнительному охлаждению платы и процессора.

Нагретый воздух отводится наружу через специальные прорези сзади в корпусе блока. 12-сантиметровые вентиляторы имеют еще и больший срок службы.

Так как крыльчатка вращается с меньшей частотой, то соответственно и меньше изнашиваются осевые втулки.

Выбор прибора

Если у вас возникла необходимость его покупки, то при прочих равных условиях лучше выбирать БП с кнопкой выключения питания. Она расположена на задней стенке корпуса.

При наличии такой кнопки можно не выдергивать каждый раз при выключении компьютера провод из розетки.

Плюс к этому делает невозможным несанкционированное включение ПК в нештатных ситуациях (например – перепады сетевого напряжения).

Другой вариант БП

Также хорошая модель БП для запитки компьютера. Благодаря наличию большого количества разъемов такой блок питания может снабжать электроэнергией множество разных устройств. Кнопка отключения также в наличии. А кулер уже имеет габарит 8 сантиметров, и находится на задней стенке корпуса БП.     

Читайте также:  Как своими руками сделать солнечную панель для дома: характеристика батареи, преимущества и недостатки, советы

Вид узла изнутри

А на этом фото (уже со снятой крышкой) представлен обычный прибор бюджетной серии made in China. Специалисты рекомендуют при покупке этого узла не в последнюю очередь ориентироваться на его вес.

Ведь вес изделия зависит как от толщины металла корпуса, (то ли китайская «фольга», то ли листовой металл) так и от внутренней электронной «начинки» устройства – если при изготовлении не экономить на деталях и комплектующих.

Количество и ассортимент разъемов, также влияют на это параметр. Так что все логично.  

Наличие надежного агрегата критически важно для стабильной работы ПК. Возьмем для примера фирму, у которой работают несколько компьютеров. Два из них – современные, от известных брендов. Несколько – средней руки, уже подизношенные.

А один – древний «дедушка», служащий чисто для работы с текстами. Когда при перепадах напряжения начинают моргать или тускнеют лампочки, «патриарх» сразу уходит в перезагрузку.

Более современные машины перегружаются, что называется, «через раз», а самые современные – почти ни разу не перезагружались.

Все дело, оказывается, в надежном и исправном блоке питания. В качественном приборе имеются кроме всего прочего, разрядные конденсаторы. Благодаря этому он имеет возможность некоторое время выравнивать просевшее напряжение сети за счет разрядки емкостей и этим уберечь систему от сбоя.

Принцип действия этой системы следующий. Во время работы системы, при напряжении в сети в пределах нормы, происходит накопление заряда емкостями. Когда же напряжение понижается –конденсаторы разряжаются, отдавая накопленную энергию в систему. В случае кратковременного падения напряжения для компьютера не составляет труда без потерь преодолеть такие скачки.

Стоит также отметить одну особенность этих приборов. У современных БП разъем материнской платы 24-пиновый (имеет 24 контакта), в то время как у более ранних версий – разъемы 20-ти контактные. Чтобы установить такой прибор на современный компьютер, нужно установить дополнительную секцию с 4 контактами.

Дополнительная секция с 4 контактами

Добавочные контакты нужны для подвода дополнительной мощности к потребителям.

Вследствие стремительных темпов развития компьютерной индустрии повышается соответственно и потребление энергии, необходимой устройствам для выполнения задач.

Несмотря на то, что для питания большинства устройств вполне достаточно 20-пинового разъема, конструкторы уже заложили запас по мощности с учетом будущего роста потребления мощности. 

Благодаря добавлению 4-пинового модуля появилась возможность подавать на шину материнской платы дополнительную мощность до 75 Ватт.  

Отличия современных БП

В настоящее время многие производители внедряют систему модульного соединения кабелей. При таком подходе становится меньше неподключенных жгутов с кабелями в корпусе системника. Соответственно освобождается место, меньше «пылесборников», меньше паутины проводов. Такая система приобрела название «кабельный менеджмент».

Еще одно преимущество модульных разъемов – улучшение интенсивности воздухообмена в системном блоке. Как правило, у таких приборов можно отсоединить все разъемы, кроме материнской платы и ЦП.

Устройство с модульными разъемами

Вот такие компьютерные БП были получены фирмой в одной из последних партий комплектующих.

Устройство в заводской упаковке

В упаковке находится сетевой кабель — он входит в комплект поставки Прибор герметично упакован в плотный полиэтилен. Коробка имеет ручку для переноски. В общем- удобно, практично и по-деловому. 

Бп для ноутбуков

Отдельный тип блоков питания составляют приборы для ноутбуков. Подавляющее большинство из них – устройства с выходным напряжением 12 или 24 Вольта. Реже встречаются узлы с выходом на 10 Вольт.

Мелкий ремонт устройства

Вследствие того, что ноутбук подразумевает высокую мобильность, многие юзеры этим активно пользуются. Как результат — перелом силового кабеля из-за частых перегибов. Не так давно узел с подобной проблемой ремонтировался у нас. Процесс ремонта запечатлен на фото. 

Собственно вот: на картинке штатный девайс. Чаще всего переламывается провод непосредственно около корпуса.

Блок питания

Чтобы исправить данную поломку, нужно сделать следующее:

  • Определить место на силовом кабеле, где переломились проводники;
  • После этого можно приступать к разборке;
  • Отрезать часть провода с неисправными жилами;
  • На оставшемся проводе зачистить изоляцию и припаять провода на место.

Чтобы разобрать прибор такого типа, нужно проявить смекалку, так как корпуса у них неразборные. Приходится на свой страх и риск использовать подручные средства. Подойдет и обычный канцелярский нож.

Разборка

Чтобы снять внешний корпус, нужно разрезать стыковый шов по всему периметру. После этого нужно развести половинки корпуса в стороны.  Для этого может потребоваться достаточно большое усилие. Под пластмассовым корпусом находится металлический кожух, предохраняющий электронную начинку от механических повреждений.

Снятие корпуса

Его тоже нужно снять. Под этим кожухом находится прозрачная пластиковая подкладка. Она служит для исключения предотвращения токоведущих частей блока к металлическому кожуху корпуса.

После того, как пластиковая подкладка удалена, можно откусывать кабель. В результате этих операций прибор принимает следующий вид:

Разобранный прибор

Дальше нужно отпаять с платы куски отрезанных проводов. Затем обработать место

ремонта, очистить его от остатков старого олова. На подготовленное место припаять зачищенные концы оставшегося провода, каждый на соответственное место.

Плата, готовая к пайке

Припаяв проводки, нужно дождаться остывания платы, после чего произвести сборку в обратном порядке. Чтоб пластмассовые половинки корпуса не распадались, можно их заново склеить, или просто замотать скотчем.

Проверка исправности

Осталось лишь проверить исправность прибора. Подсоединив к ноутбуку и включив его, убеждаемся, что все работает нормально. Ремонт прошел удачно. 

Узел исправен и готов к работе.

Выбор прибора по мощности

Под конец хотелось бы порекомендовать вам пару полезных  утилит. Это программы, позволяющие рассчитать требуемую мощность для БП. Расчет производится в зависимости от заданных параметров и конфигурации ПК. Выбор компонентов происходит тут же из всплывающих окон. Можно указать количество, тип, модель оборудования и т. п.

Если вы покупаете компьютер по частям, или вам нужен новый узел после апгрейда, то с помощью утилиты «Power Watts PC» вы сможете произвести точный расчет необходимой мощности устройств вашего ПК и выбрать оптимальную модель.

После определения конфигурации компьютера в нижней части диалогового окна будет отображена суммарная потребляемая мощность вашего ПК.

Power Watts PC

Ту же самую операцию можно выполнить в режиме онлайн. В этом вам поможет утилита Power Calculator. Она полезна еще и тем, что в ее базе есть не только современные комплектующие, но и предыдущие модели устройств, в отличие от Power Watts PC

Power Calculator

Интерфейс программы интуитивно понятен и прост в использовании. С ним легко можно освоиться и подбирать аппарат в соответствии с вашими требованиями.

Видео: Выбор блока питания для ПК

Поделиться

Плюсануть

Поделиться

Класснуть

Комплектующие4.81 14Идёт загрузка…

Источник: http://brainfart.ru/tipyi-kompyuternyix-blokov-pitaniya/

Классификация блоков питания и зарядных устройств

В данном разделе представлены блоки питания (сетевые адаптеры) и зарядные устройства, распределенные по следующим подгруппам:

  • НЕСТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ блоки питания — самые распространенные трансформаторные блоки питания. Обеспечивают выходное напряжение ПОСТОЯННОГО ТОКА. Такой блок питания содержит сетевой трансформатор и выпрямитель. В нестабилизированных блоках питания выходное напряжение соответствует номинальному только при номинальном сетевом напряжении (220V) и номинальном токе нагрузки. Эти блоки пригодны для питания осветительных и нагревательных приборов, электромоторов и любых устройств со встроенным стабилизатором напряжения (например, большинство радиотелефонов и автоответчиков). Такие блоки питания как правило имеют значительный уровень пульсаций сетевого напряжения и не пригодны для питания звуковой техники (радиоприемников, плееров, музыкальных синтезаторов). Для этих устройств следует применять стабилизированные блоки питания.
  • СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ блоки питания. Обеспечивают СТАБИЛИЗИРОВАННОЕ выходное напряжение ПОСТОЯННОГО ТОКА. Такой блок питания содержит сетевой трансформатор, выпрямитель и стабилизатор. СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ — означает, что выходное напряжение не зависит (или почти не зависит) от изменения сетевого напряжения (в разумных пределах) и от изменения тока нагрузки. В отличие от нестабилизированных блоков питания в стабилизированных выходное напряжение будет одинаковым как на холостом ходу так и при номинальной нагрузке. Кроме того, в таких блоках питания как правило достаточно малы пульсации напряжения переменного тока на выходе. Стабилизированный блок питания практически всегда может заменить нестабилизированный (но разумеется не наоборот). Поэтому, если Вы не знаете, какой блок питания постоянного тока нужен для Вашей бытовой аппаратуры — стабилизированный или нестабилизированный, то используйте СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ или ИМПУЛЬСНЫЙ блок питания.
  • ИМПУЛЬСНЫЕ блоки питания также обеспечивают на выходе СТАБИЛИЗИРОВАННОЕ напряжение постоянного тока. При этом ИМПУЛЬСНЫЕ блоки питания имеют следующие преимущества по сравнению с трансформаторными:
    • Большой КПД
    • Незначительный нагрев
    • Малый вес и габариты
    • Как правило бОльший допустимый диапазон сетевого напряжения
    • Как правило имеют встроенную защиту от перегрузки и замыканий на выходе

    Преимущества импульсных блоков питания растут с увеличением мощности т.е. для самой маломощной бытовой аппаратуры их применение может быть экономически не оправдано, а блоки питания мощностью от 50Вт уже существенно дешевле в импульсном варианте. ИМПУЛЬСНЫЕ блоки питания получают все большее распространение т.к. сейчас затраты на изготовление даже сложной электронной начинки ниже чем на массивный сетевой трансформатор из меди и железа.  Стоимость импульсных блоков питания даже малой мощности (около 5Вт) для такой бытовой техники как, например, радиотелефоны и автоответчики, вплотную приближается к стоимости трансформаторных. Следует также учитывать экономию на транспортных расходах при доставке — импульсные блоки питания легче трансформаторных.

    Некоторые люди имет предубеждение против применения импульсных блоков питания. С чем оно может быть связано?

    1. Импульсные блоки питания схемотехнически сложнее трансформаторных. Самостоятельный ремонт их пользователем вряд ли возможен;
    2. Блоки питания самодельщиков и мелких кооперативов 90-х годов прошлого века отличались малой надежностью. Сейчас это не так — по нашему опыту процент отказов (по различным причинам, в т.ч и из-за перегрузок и перепадов сетевого напряжения) у импульсных блоков питания не превышает этого показателя у трансформаторных .

    Уже несколько десятилетий ряд приборов традиционно поставляются с импульсными блоками питания — это в первую очередь все компьютеры, ноутбуки, практически все современные телевизоры…Страшно представить их с классическими трансформаторными блоками питания — их размеры и вес возрасли бы вдвое!

    Современные ИМПУЛЬСНЫЕ блоки питания достаточно надежны. Например, на все блоки питания Robiton® дается гарантия 1 год.

  • ПЕРЕМЕННЫЕ — блоки питания с выходным напряжением переменного тока.

    Применяются для питания осветительных и нагревательных электроприборов, а также для тех бытовых приборов, которые содержат внутренний выпрямитель напряжения (например многие радиотелефоны Siemens, Toshiba, ряд автоответчиков). Значок напряжения переменного тока указывается на корпусе приборов в виде символов: ~ или AC.

  • АДАПТЕРЫ 220V-110V AC (автотрансформаторные) — эти изделия хоть и похожи по выходным характеристикам на блоки питания с ПЕРЕМЕННЫМ выходным напряжением, но выполнены по автотрансформаторной схеме.

    Это дает возможность снизить габариты и вес устройства, и обеспечить относительную стабильность выходного напряжения 110V на холостом ходу. При этом гальваническая развязка выходной цепи от входной не обеспечивается.

    Данные адаптеры применяются для питания техники из США и некоторых других стран.

  • ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА

    — под зарядными устройствами будем понимать устройства, предназначенные исключительно для заряда аккумуляторов различных типов. При этом аккумуляторы могут в процессе заряда располагаться как внутри зарядного устройства так и снаружи. Однако, например, сетевые адаптеры для радиотелефонов, ноутбуков будем относить к БЛОКАМ ПИТАНИЯ т.к. во-первых аккумуляторы при этом подключаются к устройству заряда не напрямую, а через базу радиотелефона или ноутбук, а во-вторых кроме заряда аккумуляторов такой блок питания как правило обеспечивает и работу от сети данного бытового прибора.

    Таким образом, будем относить к ЗАРЯДНЫМ УСТРОЙСТВАМ, например, устройство заряда аккумуляторов для фотоаппарата, если аккумуляторы при этом вынимаются из него и вставляются в зарядное устройство. А сетевой адаптер, подключаемый к фотоаппарату (и при этом также обеспечивающий заряд аккумуляторов, но уже внутри него) отнесем к БЛОКАМ ПИТАНИЯ.

Внимание!При подборе блока питания для Вашей бытовой аппаратуры (взамен поломанного или утраченного) соблюдайте несколько простых правил:

  1. Выясните, постоянное (DC) или переменное (AC) напряжение нужно Вашему прибору. Обращайте внимание на надписи на корпусе прибора и на выходное напряжение блока питания (OUTPUT).

  2. Выясните величину требуемого напряжения, а также, стабилизированное или нестабилизированное питание требуется Вашему прибору.

  3. Выясните потребляемый прибором ток. Выбирайте блок питания с током не менее, чем потребляет Ваш прибор.

  4. При подключении блоков питания с постоянным выходным напряжением (DC) и зарядных устройств всегда соблюдайте полярность!  Подключение в неправильной полярности может привести к выходу из строя как Вашего бытового прибора так и самого блока питания! Внимательно изучите маркировку полярности на бытовом приборе и блоке питания или в технической документации на них. При отсутствии информации на блоке питания для определения полярности воспользуйтесь тестером.

Информационные знаки, обозначающие полярность питания на круглых разъемах:

  плюс на центральном (внутреннем) контакте разъема, минус на внешнем контакте разъема.
  минус на центральном (внутреннем) контакте разъема, плюс на внешнем контакте разъема.

Примечание! Во многих случаях незначительная разница (в несколько десятых долей вольта) питающего напряжения не сказывается отрицательно на работе бытовых приборов.

В большей степени это касается нестабилизированных блоков питания и блоков с переменным выходным напряжением.

Если Вы не можете найти блок питания с «экзотическими» параметрами, то попробуйте применить блок с несколько меньшим напряжением.

Если Вы затрудняетесь самостоятельно подобрать блок питания для Вашего бытового прибора то принесите его и(или) старый неисправный блок питания в наш магазин — продавцы-консультанты будут рады Вам помочь, а также провести проверку на месте.

©Sergey Kitsya (KSV®) 2008г.

Источник: http://tec.org.ru/board/78-1-0-116

Отличие переменного тока от постоянного

Август 20, 2014

47075 просмотров

Электрический ток— это направленное или упорядоченное движение заряженных частиц: электронов в металлах, в электролитах — ионов, а в газах — электронов и ионов. Электрический ток может быть как постоянным, так и переменным.

Определение постоянного электрического тока, его источники

Постоянный ток ( DC, по-английски Direct Current) — это электрический ток, у которого  свойства и направление не меняются с течением времени. Обозначается постоянный ток и напряжение в виде короткой горизонтальной черточки или двух параллельных, одна из которых штриховая.

Постоянный ток используется в автомобилях и в домах, в многочисленных электронных приборах: ноутбуки, компьютеры, телевизоры и т. д. Перемеренный электрический ток  из розетки преобразуется в постоянный при помощи блока питания или трансформатора напряжения с выпрямителем.

Любой электроинструмент, устройство или прибор, работающие от батареек так же являются потребителями постоянного тока , потому что батарея или аккумулятор- это исключительно источники постоянного тока, который при необходимости преобразуется  в переменный с использованием специальных преобразователей (инверторов).

Принцип работы переменного тока

Переменный ток  (AC по-английски Alternating Current)- это электрический ток, который изменяется по величине и направлению с течением времени. На электроприборах условно обозначается отрезком синусоиды « ~ ».
Иногда после синусоиды могут указываться характеристики переменного тока — частота, напряжение, число фаз.

Переменный ток может быть как одно- , так и  трёхфазным, для которого мгновенные значения тока и напряжения меняются по гармоническому закону.

Основные характеристики переменного тока — действующее значение напряжения и частота.

Обратите внимание, как на левом графике для однофазного тока меняется направление и величина напряжения с переходом в ноль за период времени Т, а на втором графике для трехфазного тока существует смещение трех синусоид на одну третью периода.

На правом графике 1 фаза обозначена буквой «а», а вторая буквой «б». Хорошо известно, что в домашней розетке 220 Вольт. Но мало кто знает, что это действующие значение переменного напряжения, но амплитудное или максимальное значение будет больше на корень из двух, т.

е будет равно 311 Вольт.

Таким образом, если у постоянного тока величина напряжения и направление не изменяются в течении времени, то у переменного тока- напряжение постоянно меняется по величине и направлению (график ниже нуля это обратное направление).

И так мы подошли к понятию частота— это отношение числа полных циклов  (периодов) к единице времени периодически меняющегося  электрического тока. Измеряется в Герцах. У нас и в Европе частота равна 50 Герцам, в США- 60 Гц.

Что означает частота 50 Герц? Она означает, что у нас переменный ток меняет свое направление на противоположное и обратно (отрезок Т- на графике) 50 раз за секунду!

Источниками переменного тока являются все розетки в доме и все то, что подключено напрямую проводами или кабелями  к электрощиту. У многих возникает вопрос: а почему  в розетке не постоянный ток? Ответ прост.

В сетях переменного тока легко и с минимальными потерями преобразовывается величина напряжения до необходимого уровня при помощи трансформатора в любых объемах. Напряжение необходимо увеличивать для возможности передачи электроэнергии на большие расстояния с наименьшими потерями в промышленных масштабах.

  С электростанции, где стоят мощные электрогенераторы, выходит напряжение величиной 330 000-220 000 Вольт, далее возле нашего дома на трансформаторной подстанции оно преобразуется с величины 10 000 Вольт в трехфазное напряжение 380 Вольт, которое и приходит в многоквартирный дом, а к нам в квартиру приходит однофазное напряжение, т. к. между фазой и нулем или землей напряжение равняется 220 В, а между разноименными фазами в электрощите 380 Вольт.

И еще одним из важных достоинств переменного напряжения является то, что асинхронные электродвигатели переменного тока конструктивно проще и работают значительно надежнее, чем двигатели постоянного тока.

Как переменный ток сделать постоянным

Для потребителей, работающих на постоянном токе- переменный преобразуется при помощи  выпрямителей.

  1. Первоначальный этап преобразования— это подключение диодного моста, состоящего из 4 диодов достаточной мощности (на рисунке ниже), который срезает верхние границы переменных синусоид или делает ток однонаправленным.
  2. Второй этап— это подключение параллельно на выход с диодного мостика конденсатора или сглаживающего фильтра, который исправляет провалы между пиками синусоид. Обратите внимание, как выглядит синусоида после прохождения через диодный мост (на рисунке выделена зеленным цветом).

    И как уменьшаются пульсации (изменения напряжения) после подключения конденсатора- на рисунке выделено синим цветом.

  3. Далее при необходимости для уменьшения уровня пульсаций,  дополнительно могут применяются стабилизаторы тока или  напряжения.

Преобразователь постоянного тока в переменный

Если с преобразованием переменного тока в постоянный не возникает сложностей, то со обратным преобразованием все гораздо сложнее. В домашних условиях для этого используется инвертор — это генератор периодического напряжения из постоянного, по форме приближённого к синусоиде.

Инвертор технически сложное устройство, поэтому и цены на него не маленькие. Стоимость зависит напрямую от выходной максимальной мощности переменного тока.

Как правило, преобразование постоянного тока требуется в редких случаях. Например, для подключения от бортовой электросети автомобиля домашних электроприборов, инструмента и т. п. в походе, на даче и т. д.

Что такое фаза, ноль, заземление читайте в следующей нашей статье.

Источник: http://jelektro.ru/elektricheskie-terminy/postojannyj-peremennyj-tok.html

Трансформаторные и импульсные источники питания

Достоинства и недостатки. Трансформаторный БП состоит из понижающего трансформатора или автотрансформатора. Импульсные блоки питания являются инверторной системой. В импульсных блоках питания переменное входное напряжение сначала выпрямляется.

Трансформаторные БП

Классическим блоком питания является трансформаторный БП. В общем случае он состоит из понижающего трансформатора или автотрансформатора, у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение.

Затем устанавливается выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное (пульсирующее однонаправленное).

В большинстве случаев выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель).

Иногда используются и другие схемы, например, в выпрямителях с удвоением напряжения. После выпрямителя устанавливается фильтр, сглаживающий колебания (пульсации). Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.

Также в схеме могут быть установлены фильтры высокочастотных помех, всплесков, защиты от КЗ, стабилизаторы напряжения и тока

Схема простейшего трансформаторного БП c двухполупериодным выпрямителем
 

Габариты трансформатора

Существует формула, несложно выводимая из базовых законов электротехники (и даже уравнений Максвелла):
( 1 / n ) ~ f * S * B

где n — число витков на 1 вольт (в левой части формулы стоит ЭДС одного витка, которая есть по уравнению Максвелла производная от магнитного потока, поток есть нечто в виде sin ( f * t ), в производной f выносится за скобку), f — частота переменного напряжения, S — площадь сечения магнитопровода, B — индукция магнитного поля в нем. Формула описывает амплитуду B, а не мгновенное значение.

Величина B на практике ограничена сверху возникновением гистерезиса в сердечнике, что приводит к потерям на перемагничивание и перегреву трансформатора.

Если принять, что f есть частота сети (50 Гц), то единственные два параметра, доступные для выбора при разработке трансформатора, есть S и n. На практике принята эвристика n = ( от 55 до 70 ) / S в см2.

Увеличение S означает повышение габаритов и веса трансформатора. Если же идти по пути снижения S, то это означает повышение n, что в трансформаторе небольшого размера означает снижение сечения провода (иначе обмотка не поместится на сердечнике).

Увеличение n и снижение сечения означает сильное увеличение активного сопротивления обмотки. В маломощных трансформаторах, где ток через обмотку невелик, этим можно пренебречь, но с повышением мощности ток через обмотку растет и, при высоком сопротивлении обмотки, рассеивает на ней значительную тепловую мощность, что недопустимо.

Перечисленные выше соображения приводят к тому, что на частоте 50 Гц трансформатор большой (от десятков ватт) мощности может быть успешно реализован только как устройство большого габарита и веса (по пути повышения S и сечения провода со снижением n).

Потому в современных БП идут по другому пути, а именно по пути повышения f, т.е. переходу на импульсные блоки питания. Таковые блоки питания в разы легче (причем основная часть веса приходится на экранирующую клетку) и значительно меньше габаритами, чем классические. Кроме того, они не требовательны к входному напряжению и частоте.

Достоинства трансформаторных БП

  • Простота конструкции
  • Надёжность
  • Доступность элементной базы
  • Отсутствие создаваемых радиопомех (в отличие от импульсных, создающих помехи за счет гармонических составляющих)
  • Недостатки трансформаторных БП
  • Большой вес и габариты, особенно при большой мощности
  • Металлоёмкость
  • Компромисс между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения: для обеспечения стабильного напряжения требуется стабилизатор, вносящий дополнительные потери.

Импульсные БП

Импульсные блоки питания являются инверторной системой. В импульсных блоках питания переменное входное напряжение сначала выпрямляется.

Полученное постоянное напряжение преобразуется в прямоугольные импульсы повышенной частоты и определенной скважности, либо подаваемые на трансформатор (в случае импульсных БП с гальванической развязкой от питающей сети) или напрямую на выходной ФНЧ (в импульсных БП без гальванической развязки).

В импульсных БП могут применяться малогабаритные трансформаторы — это объясняется тем, что с ростом частоты повышается эффективность работы трансформатора и уменьшаются требования к габаритам (сечению) сердечника, требуемым для передачи эквивалентной мощности.

В большинстве случаев такой сердечник может быть выполнен из ферромагнитных материалов, в отличие от сердечников низкочастотных трансформаторов, для которых используется электротехническая сталь.

В импульсных блоках питания стабилизация напряжения обеспечивается посредством отрицательной обратной связи. Обратная связь позволяет поддерживать выходное напряжение на относительно постоянном уровне вне зависимости от колебаний входного напряжения и величины нагрузки.

Обратную связь можно организовать разными способами. В случае импульсных источников с гальванической развязкой от питающей сети наиболее распространенными способами являются использование связи посредством одной из выходных обмоток трансформатора или при помощи оптрона.

В зависимости от величины сигнала обратной связи (зависящему от выходного напряжения), изменяется скважность импульсов на выходе ШИМ-контроллера. Если развязка не требуется, то, как правило, используется простой резистивный делитель напряжения.

Таким образом, блок питания поддерживает стабильное выходное напряжение.

Принципиальная схема простейшего однотактного импульсного БП  

Достоинства импульсных БП

  • Сравнимые по выходной мощности с линейными стабилизаторами соответствующие им импульсные стабилизаторы обладают следующими основными достоинствами:
  • меньшим весом за счет того, что с повышением частоты можно использовать трансформаторы меньших размеров при той же передаваемой мощности. Масса линейных стабилизаторов складывается в основном из мощных тяжелых низкочастотных силовых трансформаторов и мощных радиаторов силовых элементов, работающих в линейном режиме;
  • значительно более высоким КПД (вплоть до 90-98%) за счет того, что основные потери в импульсных стабилизаторах связаны с переходными процессами в моменты переключения ключевого элемента. Поскольку основную часть времени ключевые элементы находятся в одном из устойчивых состояний (т.е. либо включен, либо выключен) потери энергии минимальны;
  • меньшей стоимостью, благодаря массовому выпуску унифицированной элементной базы и разработке ключевых транзисторов высокой мощности. Кроме этого следует отметить значительно более низкую стоимость импульсных трансформаторов при сравнимой передаваемой мощности, и возможность использования менее мощных силовых элементов, поскольку режим их работы ключевой;
  • сравнимой с линейными стабилизаторами надежностью. (Блоки питания вычислительной техники, оргтехники, бытовой техники почти исключительно импульсные).
  • широким диапазоном питающего напряжения и частоты, недостижимым для сравнимого по цене линейного. На практике это означает возможность использования одного и того же импульсного БП для носимой цифровой электроники в разных странах мира — Россия/США/Англия, сильно отличных по напряжению и частоте в стандартных розетках.
  • наличием в большинстве современных БП встроенных цепей защиты от различных непредвиденных ситуаций, например от короткого замыкания и от отсутствия нагрузки на выходе

Недостатки импульсных БП

  • Работа основной части схемы без гальванической развязки от сети, что, в частности, несколько затрудняет ремонт таких БП;
  • Все без исключения импульсные блоки питания являются источником высокочастотных помех, поскольку это связано с самим принципом их работы. Поэтому требуется предпринимать дополнительные меры помехоподавления, зачастую не позволяющие устранить помехи полностью. В связи с этим часто недопустимо применение импульсных БП для некоторых видов аппаратуры.
  • В распределённых системах электропитания: эффект гармоник кратных трём. При наличии эффективно действующих корректоров фактора мощности и фильтров во входных цепях этот недостаток обычно не актуален.

Источник: https://secandsafe.ru/stati/kompleksnye_sistemy_bezopasnosti/transformatornye_i_impulsnye_istochniki_pitaniya

__________________________________________
Ссылка на основную публикацию