Разумевање наизменичне струје (АЦ) у дизајну напајања
За пројектовање напајања помоћу наизменичне струје (АЦ), потребно је прво одредити улазну струју. Већина мрежних извора напајања је наизменична струја, која обично показује синусоидални таласни облик.
Слика 1: АЦ таласни облик и кључни параметри
Када радите са АЦ, морате узети у обзир следеће параметре:
Вршни напон/струја: Максимална амплитуда таласног облика.
Фреквенција: Број циклуса таласног облика у секунди. Време за један комплетан циклус се називапериод.
Просечан напон/струја: Средња вредност свих напонских тачака током једног циклуса. У чистом АЦ таласном облику без ДЦ офсета, ова вредност је нула јер се позитивна и негативна половина међусобно поништавају.
РМС (средњи квадратни корен) напон/струја: Средњи квадрат тренутних вредности напона током једног циклуса. За чисти АЦ синусни талас, ово се може израчунати помоћу формуле.
РМС је еквивалентан једносмерној снази која је потребна да се произведе исти ефекат грејања. Ова дефиниција, иако сложена, пружа „ефикасну вредност“ наизменичне струје и широко се користи у електротехници, често се означава као ВАЦ.
Фаза: Угаона разлика између два таласна облика. Потпуни циклус наизменичне струје обухвата 360 степени, са врховима на 90 степени (позитивно) и 270 степени (негативно), и нултим прелазима на 180 степени и 360 степени.
Ако се два таласна облика нацртају заједно и један достигне свој позитивни врх, док други достигне негативан максимум (нпр. 90 степени у односу на . 270 степен), они имају фазну разлику од 180 степени и називају се ван фазе. Фазна разлика од 0 степени указује да су таласни облици у фази.
АЦ у преносу струје
АЦ је примарни метод за пренос електричне енергије од електрана до крајњих корисника. То је зато што АЦ омогућава ефикасну трансформацију напона током преноса.
Електране производе електричну енергију на ~40.000 В (40 кВ), која се затим појачава150–800кВза{0}}пренос на велике удаљености ради минимизирања отпорних губитака.
У близини одредишта, напон се смањује на4–35кВ, и на крају да120В или 240Вза стамбену употребу.
ДЦ не може лако постићи такве трансформације напона, јер линеарни трансформатори (који се ослањају на флуктуације напона) раде само са наизменичном струјом.
АЦ/ДЦ линеарна напајања
АЦ/ДЦ линеарно напајање прати ове кораке:
Слика 2: Функционални блок дијаграм
Ниже{0}} трансформатор: Смањује улазни напон наизменичне струје.
Ректификација: Конвертује наизменичну струју у пулсирајућу једносмерну струју.
Филтрирање: Изглађује ДЦ таласни облик.
Предности: Једноставан дизајн, сазревао деценијама са побољшаном ефикасношћу и опсегом снаге.
Ограничења:
Величина: Ниско{0}}оперативни рад (нпр. 50 Хз) захтева велике, тешке трансформаторе за пренос снаге између примарног и секундарног намотаја.
Регулација напона: Линеарни регулатори расипају вишак енергије као топлоту. При великој снази, ово захтева огромне хладњаке, што чини управљање топлотом непрактичним.
АЦ/ДЦ Свитцхинг-Напајања за режим
Да би се решила ограничења линеарног дизајна, развијена су прекидачка{0}}напајања:
Улазно исправљање/филтрирање: АЦ се директно претвара у ДЦ.
Чопер коло: Конвертује једносмерну струју у високо{0}}пулсе.
Ниже{0}} трансформатор: Користи компактан,{0}}трансформатор високе фреквенције.
Исправљање/филтрирање излаза: Производи стабилан ДЦ.
Предности:
Цомпацт сизе: Високо{0}}оперативни рад омогућава мање трансформаторе.
Висока ефикасност: Минимални губитак енергије у поређењу са линеарним дизајном.
Управљање топлотом: Смањено расипање топлоте елиминише гломазне хладњаке.
Изазови:
Бука: Високо{0}}прекидање уводи електромагнетне сметње (ЕМИ), које захтевају напредно филтрирање.
Сложеност: Управљачка кола су софистициранија, али њима се може управљати са модерним интегрисаним компонентама.
Резиме
АЦ/ДЦ извори напајања су свеприсутни, претварајући наизменичну струју у стабилну једносмерну струју за електронске уређаје. Кључне тачке:
АЦ вс. ДЦ пренос: АЦ доминира мрежама због ефикасне трансформације напона.
Једнофазни{0}}и трофазни системи-:
Једнофазни{0}}: Једноставније, довољно за домаћинства.
Тро-фазни: Пружа стабилну, велику снагу за индустријске примене.
Еволуција дизајна:
Линеарне залихе: Ограничено величином и ефикасношћу, али једноставно.
Промена залиха{0}}режима: Компактан, ефикасан и доминантан у савременим апликацијама.
