Vahelduvvoolu (AC) mõistmine toiteallika projekteerimisel
Vahelduvvoolu (AC) kasutava toiteallika projekteerimiseks tuleb esmalt määrata sisendvool. Enamik võrgu toiteallikaid on vahelduvvooluallikad, millel on tavaliselt siinuskujuline lainekuju.
Joonis 1: Vahelduvvoolu lainekuju ja peamised parameetrid
Vahelduvvooluga töötamisel tuleb arvestada järgmiste parameetritega:
Tipppinge/vool: lainekuju maksimaalne amplituud.
Sagedus: lainekuju tsüklite arv sekundis. Ühe täieliku tsükli aega nimetatakseperioodi.
Keskmine pinge/vool: kõigi pingepunktide keskmine väärtus ühe tsükli jooksul. Puhtal vahelduvvoolu lainekujul ilma alalisvoolu nihketa on see väärtus null, kuna positiivne ja negatiivne pool tühistavad üksteist.
RMS (keskmine ruut) pinge/vool: ühe tsükli pinge hetkeväärtuste ruutkeskmine. Puhta vahelduvvoolu siinuslaine puhul saab selle arvutada valemi abil.
RMS on samaväärne sama kuumutusefekti tekitamiseks vajaliku alalisvoolu võimsusega. Kuigi see määratlus on keeruline, annab see vahelduvvoolu "efektiivse väärtuse" ja seda kasutatakse laialdaselt elektrotehnikas, mida sageli nimetatakse VAC-ks.
Faas: nurkade erinevus kahe lainekuju vahel. Täielik vahelduvvoolutsükkel hõlmab 360 kraadi , piigid 90 kraadi (positiivne) ja 270 kraadi (negatiivne) ning nulli ristumisi 180 kraadi ja 360 kraadi juures.
Kui kaks lainekuju on koos joonistatud ja üks saavutab positiivse tipu, teine aga negatiivse tipu (nt 90 kraadi vs . 270 kraadi), on nende faaside erinevus 180 kraadi ja neid nimetatakse faasist väljas. 0-kraadine faasierinevus näitab, et lainekujud on faasis.
Vahelduvvool jõuülekandes
Vahelduvvool on peamine meetod elektrienergia edastamiseks elektrijaamadest lõppkasutajatele. Seda seetõttu, et vahelduvvool võimaldab tõhusat pinge muundamist edastamise ajal.
Elektrijaamad toodavad elektrit ~40 000 V (40 kV) juures, mida seejärel suurendatakse150-800kVpika{0}}edastuse jaoks, et minimeerida takistuskadusid.
Sihtkoha lähedal vähendatakse pinget kuni4-35kV, ja lõpuks120V või 240Velamuks kasutamiseks.
DC ei saa selliseid pingeteisendusi kergesti saavutada, kuna lineaarsed trafod (mis sõltuvad pinge kõikumisest) töötavad ainult vahelduvvooluga.
AC/DC lineaarsed toiteallikad
AC/DC lineaarne toiteallikas toimib järgmiselt.
Joonis 2: Funktsionaalne plokkskeem
Alla{0}}trafo: vähendab vahelduvvoolu sisendpinget.
Parandamine: Muudab vahelduvvoolu pulseerivaks alalisvooluks.
Filtreerimine: pehmendab alalisvoolu lainekuju.
Eelised: Lihtne disain, aastakümnete jooksul küpsenud, täiustatud tõhususe ja võimsusvahemikuga.
Piirangud:
Suurus: Madal-sageduslik töö (nt 50 Hz) nõuab primaar- ja sekundaarpoolide vahelise võimsuse ülekandmiseks suuri ja raskeid trafosid.
Pinge reguleerimine: Lineaarsed regulaatorid hajutavad liigse energia soojusena. Suure võimsuse korral nõuab see tohutuid jahutusradiaatoreid, mis muudab soojusjuhtimise ebapraktiliseks.
Vahelduv-/alalisvoolulülitus-režiimi toiteallikad
Lineaarsete konstruktsioonide piirangute kõrvaldamiseks töötati välja lülitusrežiimis{0}}toiteallikad:
Sisendi korrigeerimine/filtreerimine: AC teisendatakse otse alalisvooluks.
Chopperi ahel: teisendab alalisvoolu kõrgsageduslikeks{0}}impulssideks.
Alla{0}}trafo: kasutab kompaktset kõrgsageduslikku-trafot.
Väljundi korrigeerimine/filtreerimine: Toodab stabiilset alalisvoolu.
Eelised:
Kompaktne suurus: kõrgsageduslik-töö võimaldab väiksemaid trafosid.
Kõrge efektiivsus: Minimaalne energiakadu võrreldes lineaarsete konstruktsioonidega.
Soojusjuhtimine: Vähendatud soojuse hajumine kõrvaldab mahukad jahutusradiaatorid.
Väljakutsed:
Müra: kõrgsageduslik-lülitus põhjustab elektromagnetilisi häireid (EMI), mis nõuab täiustatud filtreerimist.
Keerukus: Juhtahelad on keerukamad, kuid kaasaegsete integreeritud komponentidega juhitavad.
Kokkuvõte
Vahelduv-/alalisvoolutoiteallikad on üldlevinud, muutes vahelduvvoolu elektroonikaseadmete jaoks stabiilseks alalisvooluks. Põhipunktid:
AC vs DC ülekanne: AC domineerib võrkudes tänu tõhusale pingemuundusele.
Ühefaasilised-vs kolme{2}}faasilised süsteemid:
Ühefaasiline-: lihtsam, leibkondade jaoks piisav.
Kolm{0}}faasi: tagab stabiilse ja suure võimsusega tööstuslike rakenduste jaoks.
Disaini areng:
Lineaarsed tarvikud: Piiratud suuruse ja tõhususega, kuid lihtne.
Režiimi{0}}tarvikute vahetamine: kompaktne, tõhus ja tänapäevastes rakendustes domineeriv.
