Мережні перетворювачі

Змінна напруга 230 В досконало надається до розподілу електричної енергії в будинках, але згодом вона повинна перетворюватись на напругу, пристосовану до потреб пристроїв живлення. Існує багато методів перетворення, більш-менш придатних у залежності від роду застосування.

Найпростіший мережний перетворювач складається з трансформатора, випрямляча і згладжувального фільтра. Втрати в цих елементах, а також заряджання і розряджання конденсаторів пульсаціями напруги постійного струму, дає відносно велике значення вихідного імпедансу, що спричиняє значні зміни вихідної напруги одночасно зі зміною навантаження. Цей тип перетворювачів використовується винятково в пристроях типу “підзаряд батарей”, де не вимагається великої стабільності вихідної напруги.

З метою уникнення змін значення напруги при змінах навантаження потрібно їх в якийсь спосіб стабілізувати, наприклад, через поєднання простого мережного перетворювача з нелінійним регулювальним пристроєм. Найпростішим пристроєм є паралельний регулятор, який складається із стабілітрона (діода Зенера). Можна його поєднати з емітерним повторювачем, завдяки чому можна збільшити значення вихідного струму. Використання емітерних повторювачів спричиняє також зменшення вихідного імпедансу. Ці технічні рішення використовуються в пристроях підзаряду батарей та в найпростіших перетворювачах.

Кращим способом регулювання є використання послідовних регуляторів із зворотнім зв’язком. Такий регулятор може бути реалізований з малими значеннями вихідних пульсацій напруги та імпедансу. Однак, у цьому випадку усе значення регульованого струму повинно протікати через послідовний транзистор, на якому виділяється значна потужність втрат. Тому такий тип перетворювачів має малий коефіцієнт корисної дії. Таке технічне рішення здебільшого використовується в лабораторних перетворювачах.

В імпульсних перетворювачах з перетворенням на вторинній стороні, перемикається струм. Через зміну ширини вихідного імпульсу, регулюється кількість енергії, що передається. Сучасні елементи для перемикання дають можливість досягнення дуже великих значень коефіцієнта корисної дії. Надалі йдеться про досить великий пристрій, з огляду на великий трансформатор. Його розміри визначає не тільки потужність, що переноситься, але також і швидкість наростання вихідного сигналу dφ/dt. Розміри трансформатора можна зменшити шляхом збільшення частоти перетворення. На практиці використовуються частоти перетворення порядку 20-50 кГц, але інколи можна зустріти й вищі значення, аж до 2 МГц. У цьому випадку перемикається напруга на первинній стороні і такий пристрій називається імпульсним перетворювачем з перетворенням на первинній стороні.

Імпульсне перетворення генерує завади і, тому, важливим є використати на вході і виході такого перетворювача фільтри. На відміну від цього, використання добре відомого методу резонансного перетворення, який останнім часом щоразу ширше застосовується, означає роботу із сигналами близькими до синусоїдних замість прямокутних. Це ставить й менші вимоги до фільтрування і екранування і часто такий перетворювач дає менші завади.

Перетворювачі напруги постійного струму DC/DC перетворюють, як показує назва, сталу напругу одного значення в сталу напругу іншого значення. Вхідна напруга перемикається, трансформується на іншу напругу і стабілізується ланкою зворотного зв’язку за лінійним законом. Такі перетворювачі напруги постійного струму можуть мати достатньо малі розміри, такі, що їх можна монтувати на друкованих платах. Деякі перетворювачі напруги постійного струму мають гальванічне розділення між входом та виходом.

Завади

В енергетичній мережі існує велика кількість різного типу електричних завад, які можуть створювати проблеми для вразливих електронних пристроїв. Завади походять ззовні, наприклад, від атмосферних розрядів, перемикань в енергетичних пристроях, вмикання та вимикання пристроїв фазової компенсації і перемикань в трансформаторних підстанціях. Велика частина завад походить також від локальних користувачів. Це завади, що найчастіше спричиняються ліфтами, освітлювальними пристроями, копіювальними апаратами, холодильниками, кухонними пристроями і т.д. Завади передусім повстають через вмикання та вимикання пристроїв. Завади, що виникають, можуть мати форму неусталених станів: імпульсів напруги, змін напруги, змін частоти а також збоїв.

З метою захисту вразливих електронних пристроїв перед цього типу завадами застосовується ряд різноманітних захисних пристроїв.

1.6.3.1. Фільтри. Протиперешкодний фільтр є найпростішою формою захисту від неусталених перехідних станів і імпульсів напруги. Зазвичай, такі фільтри мають відчутний ефект послаблення тільки у чаcтотному діапазоні вище від 50 кГц. Такі фільтри не убезпечують від коливань напруги. У фільтрі зазвичай використовуються також варистори або охоронні пристрої типу “Comgap”. На загал вони фільтрують такі перехідні стани, котрі можуть пошкодити електронні пристрої, але завжди існує ризик, що амплітуди послаблених завад є й надалі достатньо великими, щоб пошкодити деякі більш чутливі електронні елементи. Поза тим, такі фільтри, зазвичай, мають електричну міцність ізоляції 600-1400 В і, у випадку під’єднання такого фільтра в енергетичне коло з електричною міцністю 4 кВ, це означатиме відповідне зменшення електричної міцності роз’єму, до якого фільтр є під’єднаним. Тому існує ризик, що завади “притягуватимуться” власне до цього роз’єму.

Завадопослаблювальні трансформатори. Такий трансформатор послабляє завади з частотами від 100 Гц і вище, також завади з середніми частотами, так звані дзвеніння. Протиперешкодні трансформатори передусім застосовуються для захисту комп’ютерних пристроїв і вразливої електроніки проти перенапруг в перехідних станах, імпульсів напруги і завад, пов’язаних з заземленням (завад спільного виду). Завадопослаблювальний трансформатор має відповідні екранування з метою прийому і відведення завад, поза тим, він дає, зазвичай, можливість переривання контуру заземлення між входом і виходом. З вихідної сторони існує так зване нове “комп’ютерне заземлення”. Особисту безпеку під час можливого пошкодження ізоляції приєднаного пристрою можна забезпечити шляхом використання вбудованого автоматичного різницево-струмового вимикача. Зазвичай, завадопослаблювальний трансформатор має електричну міцність ізоляції 4 кВ, як і в більшості пристроїв з живленням від мережі.

Магнітний стабілізатор. Магнітний стабілізатор є спеціальним типом трансформатора, який працює за принципом ферорезонансу. Його основним завданням є стабілізація напруги. Комп’ютери зазвичай мають імпульсні перетворювачі, які добре переносять коливання напруги в межах ±(10-15) %. Магнітні стабілізатори можуть регулювати напругу в дуже широкому діапазоні. Стабілізатор з вихідною напругою 220 В регулює напругу до цього рівня, вже починаючи від 135 В вхідної напруги. До того ж, він забезпечує живлення приєднаного навантаження при пропаданнях напруги мережі. Такі стабілізатори мають також фільтрувальну дію.

Аварійні перетворювачі. Аварійні перетворювачі застосовуються для захисту комп’ютерів та інших чутливих електронних пристроїв проти раптових змін напруги, перехідних процесів та перерв в постачанні струму, які можуть призводити до серйозних наслідків. Такі системи мають акумулятори, перетворювачі, як також кола керування.

Ці пристрої загалом працюють за одним з двох способів: системи он-лайн (On-Line (UPS – Uninterruptable Power Supply)) та системи офф-лайн (Off-Line (SPS – Standby Power Supply)).

Системи он-лайн

Рис. 2.1. Структура системи живлення он-лайн

Напруга мережі перетворюється з 220 В змінної напруги на постійну напругу: це відбувається через пристрій, що з’єднує зарядні пристрої з випростовувачем (рис. 1.11). Напруга з випростовувача заряджає свинцевий акумулятор, а крім того подається на перетворювач напруги, який у свою чергу перетворює сталу напругу на 230 В змінної напруги. Після зникнення напруги, акумулятор живить приєднане навантаження напругою 230 В змінного струму на протязі пев-ного проміжку часу, зазвичай 10-20 хв. Час перемикання такої системи практично не впливає на її функціонування (є нехтовно малим порівняно із сталою часу вихідного фільтра). Ці перетворювачі забезпечують захист приєднаного навантаження від впливу перехідних процесів, імпульсів напруги, зміни напруги та частоти. З метою додаткового збільшення надійності роботи, систему он-лайн варто конструктивно розмістити всередині пристроїв (by-pass), які включаються під час сильного перевантаження або при можливому ушкодженні випростовувача. У звичайних умовах приєднане навантаження живиться безпосередньо з енергетичної мережі.

Системи офф-лайн

Рис. 1.12. – Структура системи живлення офф-лайн

живлення від акумулятора. Типовий час цього перемикання становить (2…10) мс. Система офф-лайн у певній мірі послаблює вплив нештатних режимів роботи, оскільки має вбудований фільтр мережі. Час резервного живлення зазвичай триває 10-20 хв. Форма вихідної напруги системі під час живлення від батареї може бути прямокутною або синусоїдною.

Запобіжники

Запобіжники це компоненти, що оберігають навантаження і припиняють протікання струму у випадку короткого замикання або надмірного струмового перевантаження об’єкту.

Допустима напруга – це найбільше значення напруги, як завгодно великої тривалості, та незалежно від її характеру (змінна або постійна), при якій можна застосовувати даний запобіжник.

Допустимий струм - це значення робочого струму, до котрого призначений даний запобіжник. Він є трохи меншим від струму, який може постійно проходити без дії запобіжника. Різниця між цими величинами є диференційована в залежності від стандартів (наприклад, ДСТУ, ГОСТ, CSA, IEC, Miti, UL).

Є дві основні групи: швидкі і повільні запобіжники. Швидкі запобіжники застосовуються в особливих випадках, коли потрібно припинити струм якнайшвидше – наприклад, на вході вимірювальних пристроїв. Вони інколи є необхідними з точки зору безпеки. Повільні запобіжники потрібні у випадках, коли приймач споживає великий струм в момент запуску, наприклад, двигун при вмиканні. Підвищений струм під час вмикання мають також трансформатори, особливо тороїдальні.

Характеристики запобіжників є стандартизовані. В стандарті IEC розрізняють такі типи: FF (дуже швидкий), F (швидкий), M (досить швидкий), T (запізнювальний) i TT (повільний).

З’єднувальна здатність – це значення найбільшого струму, який даний запобіжник може припинити при певній (даній) напрузі без ризику пробиття або стоплення його корпусу. Специфікація з’єднувальної здатності може охоп-

лювати,наприклад, значення струму переривання, значення робочої напруги та її вид (змінна або постійна). З’єднувальна здатність повинна бути підібрана із врахуванням екстремальних умов використання. Наприклад, під час короткого замикання слід враховувати також значення повного струму, який може віддати у навантаження джерело струму.

Поиск по сайту: