Разбиране на променливия ток (AC) в дизайна на захранването
За да се проектира захранване, използващо променлив ток (AC), първо трябва да се определи входният ток. Повечето източници на захранване от мрежата са променлив ток, който обикновено показва синусоидална форма на вълната.
Фигура 1: AC вълна и ключови параметри
При работа с AC трябва да се имат предвид следните параметри:
Пиково напрежение/ток: Максималната амплитуда на формата на вълната.
Честота: Броят цикли на формата на вълната в секунда. Времето за един пълен цикъл се наричапериод.
Средно напрежение/ток: Средната стойност на всички точки на напрежение за един цикъл. В чиста променливотокова вълна без постояннотоково отместване тази стойност е нула, тъй като положителната и отрицателната половина се компенсират взаимно.
RMS (средно квадратно) напрежение/ток: Средният квадрат на моментните стойности на напрежението за един цикъл. За чиста AC синусоида това може да се изчисли с помощта на формула.
RMS е еквивалентен на DC мощността, необходима за получаване на същия топлинен ефект. Тази дефиниция, макар и сложна, предоставя "ефективната стойност" на AC и се използва широко в електротехниката, често означавана като VAC.
Фаза: Ъгловата разлика между две вълнови форми. Пълният променливотоков цикъл обхваща 360 градуса, с пикове при 90 градуса (положителен) и 270 градуса (отрицателен) и пресичания на нулата при 180 градуса и 360 градуса.
Ако две форми на вълната се начертаят заедно и едната достигне своя положителен пик, докато другата достигне своя отрицателен пик (напр. 90 градуса срещу . 270 градуса), те имат фазова разлика от 180 градуса и се наричат извън фаза. Фазова разлика от 0 градуса показва, че вълните са във фаза.
AC в предаването на мощност
AC е основният метод за пренос на електроенергия от електроцентралите до крайните потребители. Това е така, защото AC позволява ефективна трансформация на напрежението по време на предаване.
Електрическите централи генерират електричество при ~40 000 V (40 kV), което след това се повишава до150–800kVза предаване на-разстояния за минимизиране на резистивните загуби.
В близост до дестинацията напрежението се намалява до4–35kV, и накрая до120V или 240Vза жилищно ползване.
DC не може лесно да постигне такива трансформации на напрежението, тъй като линейните трансформатори (които разчитат на колебания на напрежението) работят само с AC.
AC/DC линейни захранвания
AC/DC линейно захранване следва следните стъпки:
Фигура 2: Функционална блокова диаграма
Понижаващ-трансформатор: Намалява входното AC напрежение.
Коригиране: Преобразува AC в пулсиращ DC.
Филтриране: Изглажда формата на DC вълната.
Предимства: Опростен дизайн, отлежавал в продължение на десетилетия с подобрена ефективност и диапазон на мощност.
Ограничения:
Размер: Ниско{0}}честотната работа (напр. 50 Hz) изисква големи, тежки трансформатори за пренос на мощност между първична и вторична намотки.
Регулиране на напрежението: Линейните регулатори разсейват излишната енергия като топлина. При висока мощност това изисква масивни радиатори, което прави управлението на топлината непрактично.
Захранващи устройства в превключващ-режим AC/DC
За преодоляване на ограниченията на линейните конструкции бяха разработени захранвания в-режим на превключване:
Коригиране/филтриране на входа: AC се преобразува директно в DC.
Хеликоптерна верига: Преобразува DC във високо{0}}честотни импулси.
Понижаващ-трансформатор: Използва компактен, високо{0}}честотен трансформатор.
Коригиране/филтриране на изхода: Произвежда стабилен DC.
Предимства:
Компактен размер: Високо{0}}честотната работа позволява по-малки трансформатори.
Висока ефективност: Минимална загуба на енергия в сравнение с линейните конструкции.
Топлинно управление: Намаленото разсейване на топлина елиминира обемистите радиатори.
Предизвикателства:
Шум: Високо{0}}честотното превключване въвежда електромагнитни смущения (EMI), изискващи разширено филтриране.
Сложност: Контролните вериги са по-сложни, но управляеми с модерни интегрирани компоненти.
Резюме
AC/DC захранванията са повсеместни, преобразувайки AC в стабилен DC за електронни устройства. Ключови точки:
AC срещу DC предаване: AC доминира в мрежите поради ефективна трансформация на напрежението.
Едно-фазни срещу три-фазни системи:
Еднофазен-: По-прост, достатъчен за домакинства.
Три{0}}фаза: Осигурява стабилна висока мощност за индустриални приложения.
Еволюция на дизайна:
Линейни консумативи: Ограничен по размер и ефективност, но прост.
Консумативи в-режим на превключване: Компактен, ефективен и доминиращ в съвременните приложения.
