Låt oss först klargöra vad vi menar med ”konstant spänning”. Som Wikipedia säger oss är en konstant spänning (aka likström) en ström vars parametrar, egenskaper och riktning inte förändras med tiden. Likström flyter endast i en riktning och för den är frekvensen noll.
Vi undersökte DC-vågformen i artikeln Oscilloskop. Grunderna för drift:
Som ni kommer ihåg, horisontellt på det diagram vi har tiden (X-axeln) och vertikalt spänning(Y-axeln).
För att konvertera en växelvis enfasspänning av ett enstaka värde till en enfas växelspänning med ett lägre (eventuellt högre) värde använder vi en enkel enfasstransformator. Och för att förvandlas till konstant kretsspänning, vi anslöt diodbron efter transformatorn. En konstant pulserande spänning erhölls vid utgången. Men med sådana spänningar, som de säger, kan du inte göra vädret.
Men hur är det med pulserande likspänning?
att få den mest verkliga konstantspänningen?
För detta behöver vi bara en radiokomponent: kondensator.Och så borde den vara ansluten till diodbron:
I denna krets används en viktig egenskap hos kondensatorn: att ladda och urladda. En kondensator med liten kapacitet laddas snabbt och urladdas snabbt. Därför måste vi sätta in en kondensator med anständig kapacitet för att få en nästan rak linje på vågformen.
Ripplets beroende av kondensatorn
Låt oss i praktiken överväga varför vi behöver installera en stor kondensator. På bilden nedan har vi tre kondensatorer med olika kapacitet:
Tänk på den första. Vi mäter dess nominella värde med hjälp av vår LC-mätare. Dess kapacitet är 25,5 nanoFarad eller 0,025microFarad.
Vi ansluter den till diodbron enligt schemat ovan
Och hålla fast vid oscilloskopet:
Vi tittar på oscillogrammet:
Som ni ser, kvarstår krusningarna fortfarande.
Låt oss ta en större kondensator.
Vi får 0,226 mikrofarader.
Vi håller oss fast vid diodbron och den första kondensatorn, vi tar avläsningar från den.
Och här är själva vågformen
Inte ... nästan, men ändå inte det. Krusningar är fortfarande synliga.
Vi tar vår tredje kondensator. Dess kapacitet är 330 mikrofarader. Till och med en LC-mätare kan inte mäta den för mig, eftersom jag har en gräns på 200 mikrofarader på den.
Vi håller fast den på diodbron, tar bort vågformen från den.
Och här är hon
Nåväl här. Trots allt en annan sak!
Så vi drar små slutsatser:
- ju större kapacitans vid utgången från kretsen, desto bättre. Men missbruk inte kapaciteten! Eftersom i detta fall vår enhet kommer att vara mycket stor, eftersom kondensatorer med stora kapaciteter vanligtvis är mycket stora. Och den initiala laddningsströmmen kommer att vara enorm, vilket kan leda till överbelastning av matningskretsen.
- ju lägre belastningen vid utgången från en sådan kraftaggregat, desto mer kommer rippelamplituden att visas. De kämpar med detta, och de använder också integrerade spänningsstabilisatorer, som ger den renaste konstantspänningen.
Hur man väljer radioelement för likriktaren
Låt oss återgå till vår fråga i början av artikeln. Hur får du en likström på 12 volt för dina behov? Först måste du plocka upp en transformator så att den matar ut ... 12 volt? Men de gissa inte! Från den sekundära lindningen av transformatorn vi kommer att få.
var
U D - effektiv spänning, V
U max - maximal spänning, V
Därför måste transformatorns utgång vara 12 / 1,41 \u003d 8,5 volt växelspänning för att få 12 volt konstant spänning. Nu beställningen. För att få en sådan spänning på transformatorn måste vi reducera eller lägga till transformatorens lindningar. Formula. Sedan väljer vi dioderna. Vi väljer dioder baserade på den maximala strömmen i kretsen. Vi letar efter lämpliga dioder för datablad (tekniska beskrivningar för radioelement). Vi sätter in en kondensator med en anständig kapacitet. Vi väljer det baserat på det faktum att konstant spänning på den inte överstiger det som skrivs på dess markering. Den enklaste likspänningskällan är klar att använda!
Förresten, jag fick en 17-volt DC-spänningskälla, eftersom transformatorn har 12 volt vid utgången (multiplicera 12 med 1,41).
Och slutligen, för att bättre komma ihåg:
För att testa driften av enskilda hushållsapparater kan en husmästare behöva en spänning på 12 volt både likström och växelström. Vi kommer att analysera båda fallen i detalj, men först måste du överväga en annan mängd el - kraften som kännetecknar enhetens förmåga att på ett tillförlitligt sätt utföra arbete.
Om kraften i källan är otillräcklig kommer den inte att slutföra uppgiften. Till exempel ger en datorströmförsörjning och ett bilbatteri 12 volt. Datorns belastningsströmmar överstiger sällan 20 ampère, och startströmmen för bilens batteri är mer än 200 A.Ett bilbatteri har en stor reservkraft för datoruppgifter, men en PC-strömförsörjningsenhet med samma spänning på 12 volt är absolut inte lämplig för att lossa en start, den kommer helt enkelt att brännas ut.
Sätt att få en konstant spänning
Från galvaniska celler (batterier)
Branschen producerar runda batterier i olika storlekar (beroende på effekt) med en spänning på 1,5 volt. Om du tar 8 bitar får du bara 12 volt när de är anslutna i serie.
Anslut batteriledningarna till varandra i tur och ordning med "plus" från föregående till "minus" till nästa. En spänning på 12 volt är mellan de första och sista terminalerna, och mellanvärden, till exempel 3, 6 eller 9 volt, kan mätas på två, fyra, sex batterier.
Elementens kapacitans bör inte skilja sig åt, annars kommer kretsens effekt att reduceras med ett försvagat batteri. För sådana anordningar är det önskvärt att använda alla element av samma typ med ett gemensamt tillverkningsdatum. Lastströmmen från alla 8 batterier monterade i serie motsvarar det värde som anges för en cell.
Om det finns ett behov av att ansluta ett sådant batteri till en last som är dubbelt så mycket som källans nominella värde, måste du skapa en annan liknande design och ansluta båda batterierna parallellt, ansluta deras unipolära terminaler: "+" till "+" och "-" till "-".
Från små batterier
Nickel-kadmiumbatterier finns med en spänning på 1,2 volt. För att få 12 volt från dem behöver du 10 element anslutna i serie, som i kretsen som beaktades innan detta.
Enligt samma princip monteras ett batteri av nickel-metallhydridbatterier.
Det laddningsbara batteriet används för längre drift än med konventionella galvaniska celler: batteriet kan laddas och laddas många gånger om det behövs.
Från nätaggregat
Många hushållsapparater har inbyggd elektronik, som drivs av en likriktad spänning erhållen genom omvandling av 220 volt. Strömförsörjningen till datorn, bärbar dator ger bara ut 12 volt korrigerade och.
Det räcker med att ansluta till motsvarande terminaler på utgångskontakten och strömförsörja strömförsörjningen för att få 12 volt från den.
På samma sätt kan du använda strömförsörjningen från gamla radioapparater, bandspelare och föråldrade TV-apparater.
Dessutom kan du självständigt montera en strömförsörjning för DC och välja en lämplig krets för den. De vanligaste är att konvertera 220 volt till sekundär spänning, som korrigeras av en diodbrygga, jämnas ut av en kondensator och regleras av en transistor med hjälp av ett trimmotstånd.
Det finns många liknande scheman. Det är bekvämt att inkludera stabiliserande enheter i dem.
Metoder för att erhålla växelspänning
Av transformator
Den mest prisvärda metoden är användningen av en neddragbar transformator, som redan visas i föregående diagram. Branschen har länge släppt sådana enheter för olika ändamål.
Det är dock inte alls svårt för en husmästare att göra en transformator för sina behov från gamla strukturer.
För att ansluta transformatorn till nätverket 220 bör den primära lindningen förses med kraft genom skydd, det är fullt möjligt att komma förbi en beprövad säkring, även om effektbrytaren är bättre lämpad för dessa ändamål.
Hela sekundärlastkretsen måste monteras i förväg och verifieras. Transformatorns kraftreserv på cirka 30% gör att den kan arbeta under lång tid utan att överhettning av isoleringen.
Andra metoder
Det är tekniskt möjligt att få 12 volt växelström från en generator som drivs av en motor eller genom att omvandla likström till en växelriktare. Dessa metoder är emellertid mer lämpade för industrianläggningar och har en komplex struktur. Därför används de praktiskt taget inte i vardagen.
Strömavbrott i våra hem blir tyvärr en tradition. Måste barnet läxa med ett ljus? Eller bara en intressant film på TV, jag skulle vilja se den.
Allt detta kan fixeras om du har ett bilbatteri. Du kan montera en enhet för den, kallad en DC-till-AC-omvandlare (eller, i västerländsk terminologi, en DC-AC-omvandlare). Fig. 1 och 2 visar två huvudkretsar för sådana omvandlare.
Kretsschema
Kretsen i fig. 1 använder fyra kraftfulla transistorer VT1 ... VT4 som fungerar i tangentläge. I en halvcykel av en spänning på 50 Hz är transistorerna VT1 och VT4 öppna.
Strömmen från batteriet GB1 flyter genom transistorn VT1, den primära lindningen av transformatorn T1 (från vänster till höger enligt diagrammet) och transistorn VT4.
Fig. 1. Schematiskt diagram över omvandlaren för likspänning 12V till AC 220V.
Under den andra halvcykeln är transistorerna VT2 och VT3 öppen, strömmen från batteriet GB1 går genom transistorn VT3, den primära lindningen av transformatorn TV1 (från höger till vänster enligt schemat) och transistorn VT2.
Som ett resultat är strömmen i lindningen av transformatorn TV1 variabel, och i den sekundära lindningen stiger spänningen till 220 6. Vid användning av ett 12-volts batteri är koefficienten K \u003d 220/12 \u003d 18.3.
En pulsgenerator med en frekvens på 50 Hz kan byggas på transistorer, logiska kretsar och vilken annan element som helst.
Figur 1 visar pulsgeneratorn på den integrerade timern KR1006VI1 (chip DA1). Från DA1-utgången passerar pulser med en frekvens på 50 Hz genom två inverterare på transistorerna VT7, VT8.
Från den första av dem kommer pulserna genom strömförstärkaren VT5 till paret VT2, VT3, från den andra - genom strömförstärkaren VT6 till paret VT1, VT4. Om vi \u200b\u200banvänder transistorer med hög strömöverföringskoefficient ("superbet") som VT1 ... VT4, till exempel, typ KT827B eller kraftfulla fälteffekttransistorer, till exempel KP912A, kan VT5, VT6 strömförstärkare utelämnas.
I kretsen i fig. 2 används endast två kraftfulla transistorer VT1 och VT2, men transformatorns primära lindning har dubbelt så många varv och en mittpunkt.
Fig. 2. Kretsen för utgångsdelen av pulsspänningsomvandlaren på två kraftfulla transistorer.
Pulsgeneratorn i denna krets är densamma, basen för transistorerna VT1 och VT2 är anslutna till punkterna A och B i pulsgeneratorkretsen i fig. 1.
Fig. 3. Diagram över batteriladdningsindikatorn.
Detaljer och justering
Konverterarens driftstid bestäms av batterikapaciteten och lastkraften. Om vi \u200b\u200btillåter en batteriladdning på 80% (blybatterier tillåter en sådan urladdning), har uttrycket för konvertorns driftstid formen:
T (h) \u003d (0,7 WU) / P
där W är batterikapaciteten, Ah; U är batteriets nominella spänning, V; P - lasteffekt, watt. I detta uttryck beaktas även omvandlarens effektivitet, som är 0,85 ... 0,9.
Då, till exempel, när du använder ett bilbatteri med en kapacitet på 55 Ah med en nominell spänning på 12 V med en belastning på en glödlampa med en effekt på 40 W, kommer driftstiden att vara 10 ... 12 timmar och med en belastning på en TV-mottagare med en effekt på 150 W, 2,5-3 timmar.
Vi presenterar data från T1-transformatorn i två fall: för en maximal belastning på 40 W och för en maximal belastning på 150 W.
I tabellen: S - magnetkretsens tvärsnittsarea; W1, W2 - antalet varv för primär- och sekundärlindningarna; D1, D2 - diametrar på ledningarna i primär- och sekundärlindningarna.
Du kan använda en färdig krafttransformator, inte röra vid nätverkets lindning, utan linda den primära lindningen. I det här fallet måste du ansluta lindningen till nätverket efter lindning och se till att spänningen på primärlindningen är 12 V.
Om du använder VT1 ... VT4 som kraftfulla transistorer i kretsen i Fig. 1 eller VT1, VT2 i kretsen i Fig. 2 KT819A, kom ihåg följande.
Den maximala driftsströmmen för dessa transistorer är 15 A, så om du räknar med omvandlarens effekt över 150 W måste du antingen installera transistorer med en maximal ström på mer än 15 A (till exempel KT879A) eller slå på två transistorer parallellt.
Med en maximal driftsström på 15 A kommer spridningseffekten vid varje transistor att vara ungefär 5 W, medan utan radiator är den maximala avledade effekten 3 W. På dessa transistorer är det därför nödvändigt att installera små radiatorer i form av en metallplatta med en yta på 15-20 cm.
Omvandlarens utspänning har formen av bipolära pulser med en amplitud på 220 V. En sådan spänning är ganska lämplig för att driva olika radioutrustningar, för att inte tala om glödlampor.
Enfasiga elmotorer med spänning av denna form fungerar emellertid inte bra. Därför bör du inte inkludera en dammsugare eller bandspelare i en sådan omvandlare.
Vägen ut kan hittas genom att linda in ytterligare en lindning på transformatorn T1 och ladda den på kondensatorn Cp (visas med streckade linjer i fig. 2).
Denna kondensator väljs så att en slinga bildas avstämd till en frekvens av 50 Hz. Med en omvandlareffekt på 150 W kan kapacitansen för en sådan kondensator beräknas med formeln C \u003d 0,25 / U2, där U är den spänning som genereras på den extra lindningen, till exempel vid U \u003d 100 V, C \u003d 25 μF.
I detta fall måste kondensatorn arbeta med växelspänning (du kan använda kassetter av metallpapper K42U eller liknande) och ha en driftspänning på minst 2U.
En sådan krets tar en del av omvandlarens effekt. Denna del av effekten beror på kondensatorns kvalitetsfaktor. Så för metallpapperkondensatorer är dielektrisk förlusttangens 0,02 ... 0,05, därför minskar omvandlarens effektivitet med cirka 2 ... 5%.
För att undvika batterifel stör konverteraren inte utrustningen av en urladdningsindikator. Ett enkelt diagram över ett sådant larm visas i fig. 3.
Transistorn VT1 är ett tröskelelement. Medan batterispänningen är normal är transistorn VT1 öppen och spänningen på dess kollektor är lägre än tröskelspänningen för DD1.1-chipet, så ljudsignalgeneratorn på detta chip fungerar inte.
När batterispänningen sjunker till ett kritiskt värde stängs transistorn VT1 av (låspunkten ställs in av ett variabelt motstånd R2), generatorn på DD1-chipet börjar fungera och det akustiska elementet HA1 börjar "gnälla". I stället för ett piezoelektriskt element kan du använda en dynamisk högtalare med låg effekt.
Efter användning av växelriktaren måste batteriet laddas. För laddaren kan du använda samma T1-transformator, men antalet varv i primärlindningen är inte tillräckligt, eftersom den är konstruerad för 12 V och minst 17 V. behövs.
Därför bör vid tillverkningen av transformatorn en ytterligare lindning för laddaren tillhandahållas. Naturligtvis måste batterikretsen stängas av när batteriet laddas.
V. D. Panchenko, Kiev, Ukraina.
beskrivning
funktioner
egenskaper hos
Paketpaket
Arbetsprincip
- Batteriströmbegränsning;
- Naturlig kylning;
- Hög tillförlitlighet;
- Hög effektivitet.
| modell | PS1205B |
|---|---|
| utförande | vägg |
| Typ av likriktare | pulsad |
| Inmatningsegenskaper | |
| 220 | |
| 85-264 | |
| 50 | |
| Utgångskaraktäristik | |
| 12 | |
| 13,7 ± 0,2 | |
| 10,5-13,7 | |
utgångsspänning, mV |
högst 150 |
| Maximal utgångsström, A | 5 |
| Effektivitet,% | 82 |
| Laddningsbara batterier | |
| 7 x 1 | |
| Utgångsström för batteriladdning, EN |
högst 0,8 |
| AB-hanteringsfunktionalitet | |
| LED-indikering | |
| Torra kontakter | är där |
| från +5 till +40 | |
| från -60 till +50 | |
| Kyltyp | naturliga |
| Serviceliv, år | inte mindre än 20 |
| MTBF, h | ≥150000 |
| Garanti, månad | 24 |
| Mekaniska egenskaper | |
| Mått (HxBxD), mm | 255x190x75 |
| Vikt (utan batteri), kg | 1,5 |
Certifieringar
Bruksanvisningar
beskrivning
Shtil PS1205B DC avbrottsfri strömförsörjningsenhet är utformad för att ge garanterad strömförsörjning med en konstant spänning på 12 V för olika typer av enheter som kräver nätverkskvalitet:
- säkerhets- och brandlarmssystem;
- utrustning för videoövervakning;
- utrustning för åtkomstkontroll till ett stängt territorium;
- intercoms och elektriska kombinationslås;
- switchar, routrar och andra komponenter i dataöverföringssystem.
Strömförbrukningen för den anslutna utrustningen bör inte överstiga 5 A. När du väljer en UPS är det också nödvändigt att beakta att den angivna utgångsströmmen måste tillhandahålla både lastkraft och batteriladdning. Om utgångsströmmen från PS1205B UPS inte räcker för dig, var uppmärksam på mer kraftfulla modeller.
Design (typ "B")
Strukturellt är kraftkällan tillverkad i form av en väggmonteringsmodul med ett fack för installation av ett 7 Ah-batteri. Produktens frontpanel är utrustad med LED-indikatorer för närvaro av ingångs- och utgångsspänning. Inuti modulen finns anslutningsblock för anslutning till UPS-nätverk, belastning och fjärrlarmutgång. För bättre kylning har UPS-höljet luftventiler.
Arbetsprincip
Shtil PS1205B likström UPS är byggd enligt PWM-schemat för en växelströmsomvandlare med en spänning från 220 V till DC med en spänning på 12 V. Denna funktionsprincip gör det möjligt att tillhandahålla de nödvändiga belastningsegenskaperna med minsta vikt- och storleksindikatorer. För att uppfylla kraven på elektromagnetisk kompatibilitet i produkten installeras brusdämpande ingångs- och utgångsfilter.
Strömkällan växlar automatiskt till driftläget från batteriet när nätspänningen misslyckas. Systemet för att begränsa laddningsströmmen för batteriet implementerat i produkten och skyddet mot "djup" urladdning möjliggör bästa möjliga användning av dess resurs. Automatisk övergång till driftläget för nätverk sker när ingångsspänningsparametrarna återställs.
funktioner
- Överbelastning och kortslutningsskydd med automatisk återhämtning;
- Skydd mot omvänd polaritet hos batterianslutningen med full återhämtning efter eliminering av nödläget;
- Indikation av närvaron av ingångs- och utgångsspänning;
- Galvanisk isolering av ingångs- och utgångskretsar;
- "Torra" fjärrlarmkontakter;
- Brett ingångsspänningsområde
- Skydd mot "djup" urladdning av batteriet (batteriets bortkoppling när det laddas ut med 80-85%);
- Batteriströmbegränsning;
- Automatisk laddning / laddning av batteriet i buffertläge;
- Naturlig kylning;
- Hög tillförlitlighet;
- Hög effektivitet.
egenskaper hos
| modell | PS1205B |
|---|---|
| utförande | vägg |
| Typ av likriktare | pulsad |
| Inmatningsegenskaper | |
| Nominell spänning för växelström, V | 220 |
| Ingångsspänningsområde, V | 85-264 |
| Nominell ingångsfrekvens, Hz | 50 |
| Utgångskaraktäristik | |
| Nominell utgång DC-spänning, V | 12 |
| Området för den utgående likspänningen vid drift från nätverket, V | 13,7 ± 0,2 |
| Område för utgångsspänning för en likström under arbetet från AB, V | 10,5-13,7 |
| RMS-krusning utgångsspänning, mV |
högst 150 |
| Maximal utgångsström, A | 5 |
| Effektivitet,% | 82 |
| Laddningsbara batterier | |
| Kapacitet och antal batterier (begränsat av batterifackets storlek), Ah x st. | 7 x 1 |
| Utgångsström för batteriladdning, EN |
högst 0,8 |
| AB-hanteringsfunktionalitet | skydd mot "djup" urladdning, skydd mot omvänd polaritet, begränsning av laddningsström, automatisk laddning / laddning av batteriet i buffertläget |
| Kontrollpanelen och gränssnitten | |
| LED-indikering | närvaro av ingångs- och utgångsspänning |
| Torra kontakter | är där |
| Pålitlighet och prestanda | |
| Driftstemperaturområde, 0 С | från +5 till +40 |
| Lagringstemperaturintervall, 0 С | från -60 till +50 |
| Kyltyp | naturliga |
| Serviceliv, år | inte mindre än 20 |
| MTBF, h | ≥150000 |
| Garanti, månad | 24 |
| Mekaniska egenskaper | |
| Mått (HxBxD), mm | 255x190x75 |
| Vikt (utan batteri), kg | 1,5 |
