Меню

Рабочий ток источника питания это

Характеристики источников питания тока

Источники питания постоянного тока, схема которых включает выпрямитель (AC/DC преобразователь), представляют собой востребованные устройства, широко применяемые в автоматизированных испытательных системах, предназначенных для проверки электрооборудования, модулей, монтажных схем. Также их используют для электропитания различной радиоэлектронной аппаратуры, электродвигателей, заряда аккумуляторных батарей, протекания электрохимических процессов. Они преобразуют переменное напряжение электросети в стабилизированное постоянное напряжение. Многие модели предоставляют возможность регулировки выходных параметров.

Отдельный вид источников питания (ИП) составляют конверторы (DC/DC преобразователи). Они работают от сети постоянного тока. Их сфера применения включает автоматизированные системы управления техпроцессами, энергетику, транспорт, телекоммуникационные и информационные технологии, охранно-пожарные системы.

Основными техническими характеристиками источников питания постоянного тока являются:

  • Номинальное входное напряжение.
  • Номинальное выходное напряжение и диапазон его регулировки.
  • Максимальный ток нагрузки.
  • Точность стабилизации выходного напряжения.
  • КПД.

Помимо базовых характеристик, большое значение имеют и другие рабочие параметры, которые мы рассмотрим более подробно.

Шумы и пульсации

Эта характеристика источников питания постоянного тока определяет качество выходного сигнала, а также выбор между импульсным и линейным источником электропитания. Импульсные преобразователи являются по сути генераторами шумов. Устройства, использующие для управления переключением силовых ключей широтно-импульсную модуляцию, создают шумы в определенной полосе частот. Частота повторения шума зависит от частоты переключения импульсного источника питания, а амплитуда сильно зависит от топологии оборудования. Пульсации представляют собой флуктуацию выходного напряжения, которая связана с зарядом и разрядом устройства. Она может быть уменьшена с помощью увеличения входной или выходной емкости.

Для многих задач, связанных с тестированием электроаппаратуры, целесообразно использовать не импульсные, а линейные ИП. Несмотря на то, что они отличаются низкой эффективностью, габаритами и весом, выделением значительного количества тепла, их можно применять в приложениях, где не требуется высокая мощность (до 200 Вт на один канал). Линейные устройства генерируют высокочастотный шум, который можно легко отфильтровать. Также они обладают высокой скоростью реагирования на изменение нагрузки. Если же поставленная задача не выдвигает повышенных требований к уровню шума и пульсаций, лучше выбрать импульсный преобразователь. Он характеризуется высокой мощностью, компактностью, широкими диапазонами регулировки, гибкостью настроек.

Скорость изменения выходного напряжения

Это важный параметр, который имеет большое значение в сфере тестирования электроприборов. При испытаниях на аппаратуру подаются различные напряжения для проверки ее правильного функционирования в пределах рабочего диапазона. Чем быстрее источник питания реагирует на изменение настроек, тем выше производительность тестирования. В стандартных устройствах время установки выходного напряжения с точностью до 1% составляет в среднем 50-500 мс. Существуют специальные схемы регулируемых источников питания постоянного тока, которые позволяют уменьшить данный показатель до 1-4 мс.

Время реакции на изменение нагрузки

Этот параметр определяет, насколько быстро ИП реагирует на изменение нагрузки или скачки электротока. Если выходной ток быстро изменяется в широком диапазоне значений, выходное напряжение также начинает с высокой скоростью уменьшаться или увеличиваться. Время, которое необходимо устройству для стабилизации характеристик, называется временем реакции (или отклика) на изменение нагрузки. Из-за использования обратной связи в топологии для контроля выходного напряжения, импульсные ИП отличаются сравнительно медленной реакцией.

Чтобы обезопасить тестируемые устройства от сильных перегрузок, рекомендуется применять предварительную нагрузку. Она подключается параллельно с испытываемым прибором и ограничивает скачки напряжения. У современных импульсных источников питания время отклика составляет 40-80 мкс, а у линейных — до 1 мкс.

Возможность параллельного и последовательного подключения ИП

Параллельное подключение источников электропитания обеспечивает увеличение выходного электротока. Многие ИП оснащены специализированной параллельной шиной управления. Она позволяет создавать единую конфигурацию из нескольких источников. Система автоматически определяет, какие устройства являются ведущими, а какие ведомыми.

Последовательное подключение источников питания используется, если необходимо увеличение напряжения. При этом оно не должно превышать электрическую прочность изоляции выходных клемм.

Цифровое программирование

Многие источники питания поддерживают возможность цифрового программирования для режимов стабилизации напряжения (CV) или тока (CC). Устройства работают в режиме стабилизации напряжения при условии, что ток нагрузки меньше установленного значения. После достижения электротоком порогового значения ИП переходит в режим стабилизации тока. Выходное напряжение может ограничиваться, чтобы исключить перегрузку по мощности. Настройка осуществляется через панель управления устройства или с компьютера через интерфейсы USB, LAN, GPIB.

Программирование предоставляет расширенные возможности по управлению. Например, можно формировать последовательность изменений напряжения и тока, генерирование пилообразных и других сигналов для тестирования предохранителей и различных электроприборов.

Итоги

В статье были рассмотрены основные характеристики источников питания постоянного тока, применяемых в испытательных системах.

Источник



ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ТОКОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА

date image2015-05-26
views image14561

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Номинальный ток Iном – наибольший ток (действующее значение), который аппарат или проводник способен длительно проводить при заданном напряжении, номинальной частоте и номинальной температуре воздуха, при этом температура частей аппарата не должна превышать допустимую, установленную для длительной работы.

Рабочий режим аппаратов и проводников по их нагрузке делится на нормальный и утяжеленный.

Под нормальным режимом электроустановки понимают такой режим работы, при котором значения ее параметров не выходят за пределы, допустимые при заданных условиях эксплуатации. В нормальном режиме функционируют все элементы данной электроустановки без вынужденных отключений и без перегрузок.

Утяжеленным режимом называется режим при вынужденном отключении части присоединений вследствие их повреждения или в связи с профилактическим ремонтом, когда рабочие токи других присоединений могут заметно увеличиться. При этом в качестве расчетного принимают наиболее тяжелый режим, когда в электроустановке протекает наибольший ток.

При выборе сечения проводников по экономической плотности тока исходят из рабочего нормального режима без учёта непродолжительных перегрузок, а по условию нагрева из условий утяжеленного режима.

Таким образом, для выбора аппаратов и проводников в нормальных режимах нужно знать значения рабочих токов присоединений нормального Iраб.норм и утяжеленного Iраб.ут режимов.

В общем случае силу тока можно определить по формуле:

где Sнагр полная мощность нагрузки, в кВ . А, (значение можно определить по методу упорядоченных диаграмм или коэффициенту спроса);

Uном – номинальное напряжение, в кВ.

Приведенные ниже формулы для расчета токов в отдельных элементах энергосистемы в основном используются для приблизительных расчетов, когда их нагрузка неизвестна. Если нагрузка у элементов отличается от номинальной, то для расчета рабочих и аварийных токов необходимо учитывать реальную нагрузку в рабочем и аварийном режимах.

Рассмотрим некоторые конкретные случаи определения расчетных рабочих токов.

Для присоединений генераторовисинхронных компенсаторов,расчётный рабочий ток нормального режима принимают равным соответствующему номинальному току

где Рном номинальная мощность генератора, в кВт;

cos φном – номинальный коэффициент мощности генератора.

Для синхронных двигателей при номинальном токе возбуждения и асинхронных двигателей

где Рном номинальная мощность двигателя, в кВт;

Uном – номинальное напряжение питающей сети, в кВ

cos φном – номинальный коэффициент мощности двигателя;

ηном – номинальный КПД двигателя.

Утяжеленный режим у генераторов, синхронных компенсаторов и двигателей практически отсутствует, так как допустимая продолжительная перегрузка по току не превышает 5% (при снижении напряжения на 5 %), при этом ток утяжеленного режима

Для присоединений силовых трансформаторов расчетный рабочий ток нормального режима должен быть равен номинальному току трансформатора, меньше или больше его в зависимости от назначения и метода резервирования трансформатора.

Так для присоединений блочныхповышающих трансформаторов на электростанциях, включаемых последовательно с генераторами,

где Sном — номинальная мощность трансформатора (выбранная с учетом соответствующей мощности генератора), в кВ . А.

Аналогично определяются токи для однотрансформаторных подстанций. Утяжеленный режим здесь исключён.

На подстанциях с двумя трансформаторами, загруженными одинаково, номинальную мощность Sном каждого трансформатора обычно выбирают из условия допустимой перегрузки в послеаварийном режиме

где Smax — максимальная нагрузка подстанции в перспективе.

При нормальной работе нагрузка каждого трансформатора составляет приблизительно 0,7 его номинальной мощности, поэтому расчётный рабочий ток нормального режима присоединений трансформатора Iраб.норм со стороны высшего и низшего напряжений должен быть принят равным

В случае вынужденного отключения одного трансформатора второй принимает на себя всю нагрузку подстанции и в течение 5 суток по 6 часов в сутки нагружен до 1,4 номинальной мощности.

Расчетный ток утяжеленного режима

При определении расчетных рабочих токов присоединений трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов нужно учитывать распределение мощности между обмотками в нормальном и утяжеленном режимах. Так, например, в цепи высшего напряжения трехобмоточного трансформатора или автотрансформатора на понизительной подстанции расчетные токи нормального и утяжеленного режима определяются так же, как в цепи двухобмоточного трансформатора.

На стороне среднего и низшего напряжений при двух работающих трансформаторах (автотрансформаторах), нагруженных одинаково:

где Sнагр — наибольшая перспективная нагрузка на стороне среднего или низшего напряжения, в кВ . А.

При отключении одного трансформатора

Цепь линии. Для одиночной, радиальной линии

и определяется по наибольшей нагрузке линии

где Sнагр — наибольшая мощность, передаваемая по линиям.

Для n параллельных линий,загруженных одинаково

Утяжеленный режим для параллельных линий возникает при отключении одной из них

В частности для двух параллельно работающих линий, загруженных одинаково

Для цепей кабельных линий необходимо учитывать перегрузочную способности кабелей. Так для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией напряжением 10 кВ и ниже согласно ПУЭ на время ликвидации аварии допускается перегрузка кабеля до 1,3 × Iдоп, если нагрузка в часы максимума составляла не болев 0,8 × Iдоп. Указанная перегрузка допускается в период максимальной нагрузки (не более 6 часов в сутки) в течение пяти суток.

Читайте также:  Выполняется ли закон ома для участка цепи переменного тока содержащего емкостное сопротивление

Для сборных шин станций и подстанций, аппаратов и шин в цепях шиносоединительных и секционных выключателейток утяжеленного режима определяется с учетом токораспределения по шинам при наиболее неблагоприятном эксплуатационном режиме. Такими режимами являются отключение части генераторов, перевод отходящих линий на одну систему шин, а источников питания — на другую. Обычно ток, проходящий по сборным шинам, секционному и шиносоединительному выключателю не превышает Iраб.ут самого мощного источника питания, присоединенного к этим шинам.

В цепи группового сдвоенного реактора в нормальном режиме ветви реактора загружены равномерно

где Sнагр — нагрузка присоединенных к ветви потребителей, в кВ . А.

Утяжеленный режим наступает при отключении одной из потребительских линий, присоединенных к ветви реактора, когда нагрузка другой ветви может соответственно возрасти

где n — число линий, присоединенных к одной ветви реактора. При правильно выбранном реакторе Iраб.ут не превышает номинального тока ветви реактора.

Источник

Статьи

03.11.2018г. Правительство РФ внесло несколько изменений в постановление от 10.11.2017г. №1356 «Об утверждении требований к осветительным устройствам и электрическим лампам, используемым в цепях переменного тока в целях освещения». В частности, изменения были внесены в п.27: «Пусковой ток светильников на этапе 2 (с 1 января 2020г.) не должен быть более пятикратного рабочего тока источника питания». При этом в документе отсутствует четкое определение понятия «пусковой ток», как, впрочем и во всей нормативной документации, и ничего не сказано о его длительности.
Так как же производителю светильников соблюдать требования этого важнейшего документа, если термины не определены и величины не нормируются? В этой статье мы постараемся помочь производителю светотехники найти выход: что же делать в данной ситуации, чтобы не нарушить постановление, участвуя в государственных тендерах. Но сначала попробуем разобраться в сути, что же такое пусковой ток, как во всем мире его измеряют и как с ним «сражаются» именитые производители блоков питания?
Амплитуда и длительность пускового тока (Inrush current) всеми известными мировыми производителями блоков питания для светодиодных светильников (MOONS’ Mean Well, Inventronics, Helvar, OSRAM Opto Semiconductors, Philips и др.) измеряются в соответствии с требованиями мирового стандарта NEMA-410-2015 (Performance Testing for Lighting Controls and Switching Devices with Electronic Drivers and Discharge Ballasts).
Одним из важных предназначений данного стандарта является предотвращение частых срабатываний коммутационной аппаратуры, искрений и перегрева кабелей – основных предпосылок возникновения пожаров и человеческих жертв на объектах. Документ определяет параметры коммутационной аппаратуры (реле, выключатели, автоматические выключатели, нестойкие к импульсам полупроводниковые устройства коммутации и т.п.). Величина пускового тока и его длительность влияют на выбор типа автоматического выключателя и другой коммутационной аппаратуры.
Пусковой ток в электронных блоках питания (БП) – это самый первый импульс тока, возникающий сразу после включения БП в питающую сеть. Амплитуда такого тока зачастую в десятки раз превышает рабочий ток (nominal current), что связано с «нулевым сопротивлением» входных емкостей в момент включения БП, являющихся элементами фильтра ЭМС/ЭМИ. Пусковой ток может иметь различную длительность – от нескольких микросекунд до сотен микросекунд, а значение его может в десятки раз превышать рабочий ток. Форма пускового тока показана на рис.1.


Рис.1. Форма пускового тока

Самая большая сложность измерения максимального значения амплитуды пускового тока связана с тем, что необходимо обеспечить включение БП строго в момент времени, когда напряжение питающей сети достигает своего максимального значения (амплитуды). В сертифицированных лабораториях для этого используется дорогостоящее оборудование, например, электронный генератор сети переменного тока (рис.2) Programmable AC Electronic Load 63800, к которому подключается блок питания или светильник через эквивалент питающей сети

450 мОм 800 мкГн.


Рис.2. Programmable AC Electronic Load 63800

Для того чтобы измерить основные характеристики пускового тока (амплитуду длительность при 10 и 50 %), необходимо зафиксировать осциллограмму входного тока, синхронизировав ее с амплитудой входного напряжения. Типовые значения амплитуды пускового тока составляют более 20А, а длительность в среднем 150-400 мкс.
Итак, мы узнали, как во всем мире измеряется пусковой ток. Поскольку стандарт NEMA-410 является общепризнанным в мире, логично было бы его менять также в России, тем самым сделав в нашей стране оборудование более конкурентоспособным на мировом рынке.
Но вернемся к нашему постановлению, а именно «Пусковой ток светильников на этапе 2 (с 1 января 2020г.) не должен быть более пятикратного рабочего тока источника питания». К сожалению, блоков питания для уличного освещения с такими требованиями у известных иностранных производителей мы еще не встречали! И это вполне объяснимо, поскольку во всех качественных блоках питания, особенно для уличных и промышленных светильников:
• Применяется двухкаскадная схема, что повышает их надежность и устойчивость к помехам в сетях питания, а также улучшает электрические характеристики (КПД и КМ), необходимые для повышения энергоэффективности продукции;
• Во входном каскаде в цепи активного корректора мощности применяется накопительный конденсатор большой емкости, который также является и накопителем энергии импульсов повышенной мощности, дополнительно защищая компоненты БП от повреждения, тем самым увеличивая надежность светильника в целом.

Что же делать? Остановить производство и закрывать компанию?

Рассмотрим, что теоретически и практически можно сделать для выхода из сложившейся ситуации. Чего точно нельзя делать – придумывать «новое» определение и методику измерения пускового тока, внеся их в нормативную базу и «подгоняя» под постановление, так как это вызовет негативную реакцию от производителей радиоэлектронной аппаратуры, не связанных со светотехникой и привыкших определять пусковой ток так, как их учили в техническом вузе и как это, собственно, описано в NEMA-410-2015.
Маловероятные варианты, но наилучшие для рынка:
1. Полностью аннулировать п.27, как невыполнимый на сегодня, исходя из текущих достижений мировой электронной промышленности и здравого смысла. Определить в нормативной базе термин «пусковой ток» в соответствии с общепризнанным стандартом NEMA-410-2015.
2. Ввести в нормативную базу термин «стартовый ток» (см. ниже), затем в новом постановлении правительства заменить п.27 «пусковой ток» на «стартовый ток». Тогда проблема исчезнет, как, впрочем, и смысл в этом требовании, поскольку найти БП, не соответствующий данному нормативу, крайне сложно! Затем также ввести в нормативную базу термин «пусковой ток», определив его в соответствии с общепризнанным стандартом NEMA-410-2015.
Но если все же придется «бороться» с пусковым током, то сегодня реальны следующие варианты:
1. РОПТ – реле ограничения пусковых токов. Устанавливается в герметичный отсек светильника вместе с БП. Такие устройства выпускаются достаточно давно (рис.3).


Рис.3. Внутренняя схема РОПТ и подключение к нему нагрузки

Работает такое устройство по следующему принципу: при включении питания ограничения пускового тока осуществляется за счет термистора с очень высоким сопротивлением, который через 300-500 мс после включения замыкается с помощью реле, и тем самым исключается длительная тепловая потеря мощности на термисторе.
Недостатки такой схемы:
• Амплитуда пускового тока будет уже не такая высокая, но все же превысит пятикратное значение;
• Узкий диапазон входного напряжения – так как реле при низком входном напряжении может не включиться, или при повышенном напряжении может сгореть управляющая обмотка;
• Провалы напряжения в питающей сети будут приводить к постоянному включению-выключению светильника, так как реле будет срабатывать.
2. Усовершенствованный РОПТ – решение с запитыванием от 12В. А не от питающей фазы управляющей обмотки реле, позволяющее убрать почти все недостатки решения, описанного выше. При этом не требуется использовать дополнительный БП, необходимо просто иметь штатный светодиодный драйвер с выходом 12В (драйвер со входом диммирования, трехпроводное управление). Поскольку БП включается через 300-500 мс после подсоединения к питающей сети, то соответственно, и напряжение 12В на его выходе появится с задержкой 300-500 мс. Тем самым обеспечивается задержка включения реле, замыкающего термистор. На рис.4 показан пример схемы соединения РОПТ с блоком питания компании MOONS’.


Рис.4. БП MOONS’ записывает РОПТ

3. Включение при переходе через ноль – такие устройства работают по принципу включения нагрузки (БП, подключенный к устройству) только при нулевом напряжении питания (при «нуле синусоиды») то есть когда пусковой ток будет гарантированно минимален. Такое выключение осуществляется за счет встроенного в устройство симистора – полупроводникового элемента, который является при этом и самым слабозащищенным от внешних помех по сети питания элементом устройства. Если симистор выйдет из строя, то и светильник перестанет работать, поэтому для его защиты подобные приборы надо обязательно встраивать SPD (surge protection device) – устройство защиты от перенапряжений с варисторами и грозоразрядниками, а также фильтр ЭМС. Не менее важно и то, чтобы данное защитное устройство работало по принципу проходного устройства – то есть фаза и нейтраль, а не только фаза, должны проходить через него насквозь к БП, в противном случае при ошибке подключения фазы и нейтрали или аварии на линии питания высока вероятность выхода из строя светильника. Всеми указанными характеристиками обладает устройство SPD-230_OVP от компании MOONS’ (рис.5).

Читайте также:  Как признать пострадавшего от электрического тока мертвым


Рис.5. Устройство защиты MOONS’SPD-230_OVP

Также в устройстве предусмотрена функция защиты от перенапряжения 380В, благодаря которой светильник выключается и не выйдет из строя в течение минимум 2ч, как показано на рис.6.


Рис.6. Гистерезис включения БП, подключенного к SPD-230_OVP

4. Вариант «борьбы» с пусковым током – путем изменения методики его измерения. Пожалуй, это самый простой и дешевый вариант решения существующей проблемы. Дело в том, что определение «пусковой ток» и методика его измерения в российской нормативной базе, как мы уже выяснили, не описаны, но мы можем сами определять, какой именно ток в нашем светильнике «пусковой». То есть мы можем в качестве пускового указать значение тока не в момент включения БП в питающую сеть, а через 300-800 мс. Этот ток правильно называется «стартовый», но еще раз повторим, нам никто не запрещает назвать его применительно к нашем у изделию «пусковым». Итак, необходимо сделать следующее:
• Обратиться за русифицированным описанием, например, БП MOONS’ к компании «Планар» или другого известного производителя к его дилеру, в котором указан новый термин – «стартовый» ток (start current) – как импульс тока, возникающий через 300- 800 мс после включения в сеть 220 В (переходный процесс). Природа его возникновения принципиально отличается от пускового тока по методике NEMA-410-2015 и связана с выходом всех компонентов БП в рабочий режим. Амплитуда стартового тока, в отличие от пускового тока, имеет незначительное превышение от рабочего тока – не более чем в 1,5-2 раза;
• Указать в паспорте своего светильника пусковой ток, значение которого следует взять из графы «Стартовый ток» из описания БП MOONS’, а также указать общее количество блоков питания (светильников), подключаемых к различным типам автоматических выключателей, которое есть в описании на БП. Если же вы хотите провести измерения стартового тока для светильника в целом, то предлагаем использовать методику, описанную ниже.

Методика измерения стартового тока

1. Подключить блок питания через токовый шунт 0,5 см Ом (мощностью 1Вт для блоков питания мощностью 320Вт) к питающей сети напряжения 220/230В 50Гц
2. Подключить осциллограф с двумя каналами (с гальванической изоляцией измерительных каналов от питающей сети) к входу блока питания, чтобы наблюдать форму входного тока относительно формы входного напряжения.
3. Зафиксировать осциллограмму (режим работы «Триггер») и измерять амплитуду стартового тока — импульс тока, следующий после пускового тока ориентировочно через 300-800 мс и характеризующий включение БП, как выделено красным кругом на рис.7.


Рис.7. Стартовый ток

Каким путем пойти, решать вам. Мы лишь предложили возможные варианты выхода из сложившейся ситуации, в которой оказались российские производители светодиодного освещения из-за внесения в постановление некорректных изменений.

Источник
Журнал «Полупроводниковая светотехника» 3/2020
© «LEDPROM», 2020

Источник

Что нужно знать об источниках питания

Принято считать, что из всех технических средств ОПС источники питания (ИП) наиболее простое изделие. В большинстве описаний и характеристик на ИП, производители указывают набор стандартных параметров не конкретизируя способы их реализации. Но так как истина всегда скрыта в нюансах, без понимания смысла и методов реализации приводимых показателей невозможно оценить качество и возможности изделий. Проще всего оценивать каждый параметр ИП по его назначению и техническим способам реализации.

1. Защита от перегрузки и короткого замыкания. (Примечание: здесь и далее все виды защит на плавких вставках и самовосстанавливаемых предохранителях авторы не относят к защитам, полагая их декоративными элементами схемы ИП). Один из наиболее сложных показателей. Защита от перегрузки – это защита от превышения током нагрузки безопасного значения, рассчитанного на долговременный режим работы, защита от замыкания — от критических токов, способных мгновенно вывести источник из строя. Как правило, защита от замыкания «быстрая» и устанавливается на достаточно большой ток (чтобы исключить срабатывание в момент подключения емкостной нагрузки), защита от перегрузки «медленная» и устанавливается на ток, соответствующий максимально допустимому долговременному току. Допустим, ток защиты от замыкания 3-х амперного источника установлен на 8 А, а защита от перегрузки отсутствует. Если потребитель непреднамеренно установил ток 4 А, то очевидно, что источник какое то время будет работать, но только не очень долго. Иногда в пусковых источниках, ток работы при наличии аккумуляторов устанавливается больший, чем при работе без аккумуляторов. В этом работа будет осуществляться до разряда аккумуляторов.

Следует иметь в виду, что замыкание замыканию рознь как, впрочем, и перегрузка перегрузке. Для источников питания, особенно импульсных наиболее опасным является так называемое искрящее замыкание, против которого обычная защита в большинстве случаев бессильна. Как правило, если проблему пытаются решить, то ее решают блокированием, на какое то время, повторного включения ИП после обнаружения замыкания. Если Вас интересует подобный параметр, имеет смысл уточнить у разработчиков как он реализован, или проверить на личном опыте, создавая частые замыкания по выходу.

Особенно полезно проверить работу источника на емкостную нагрузку, так как устройства, используемые в качестве нагрузки, как правило, содержат в своем составе накопительные емкости. Чем больше таких устройств, тем больше суммарная емкость нагрузки. В момент подачи напряжения от ИП незаряженная емкость воспринимается им как короткое замыкание. Длительность этого замыкания тем больше, чем больше емкость нагрузки и выше сопротивление соединительных проводов. Таким образом, источник питания с номинальным выходным током, скажем 3 А может не включиться на нагрузку со средним потребляемым током 100 мА, поскольку в момент включения в нем будет постоянно срабатывать защита от короткого замыкания.

Проверить этот параметр достаточно легко: подключите к выходу источника (без аккумулятора) электролитический конденсатор емкостью 4000 мкФ согласно полярности и рабочим напряжением больше выходного напряжения питания ИП, включите источник в сеть. Если в нем сработает защита, можете смело сдавать его в металлолом.

Примечание: Поясним, почему емкостная нагрузка, в момент включения воспринимается как замыкание. Известно, что ток заряда емкости описывается выражением: Ic = C (dUc /dt), где С – емкость нагрузки в Фарадах, (dUc/dt) – скорость изменения напряжения на емкости (В/с). Пусть источник напряжением 24 В включается на емкостную нагрузку 1000 мкФ и время включения источника 1 мс. Положим, что внутреннее сопротивление источника и сопротивление соединительных проводов до нагрузки равно 0. Тогда пиковый ток источника на заряд емкости нагрузки: Ic = 1000 -6 * (24/10 -3 ) = 24 А.

У понятия защиты есть еще один немаловажный и особо существенный аспект: возможность питать устройство, имеющие несколько выходов или несколько устройств, в каждом из которых предусмотрены выходы. Представьте схему, показанную на рисунке 1.

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b91306

Пусть в устройстве, защищенном по выходу плавкой вставкой или самовосстанавливаемым предохранителем, произошло замыкание. Если защита в ИП сработает раньше, чем предохранитель, все (все) устройство(а) обесточатся и соответственно имеющиеся тревожные состояния будут сброшены.

Далее источник будет пытаться включиться и процесс, соответственно повторится. В итоге вся система окажется неработоспособной. Значимость этого показателя является, пожалуй, наиболее существенной из всех. Рекомендуем проверить его после монтажа системы, закорачивая какой либо выход питаемого от него устройства.

Таким образом, к защите от замыкания и перегрузки негласно добавляется еще один параметр – возможность источника выводить из строя предохранительные элементы выходов питаемых им устройств без обесточивания этих устройств и собственного повреждения (время выдерживания критической перегрузки). Если такая функция в источниках есть, то она реализуется только при наличии АКБ, в противном случае мощности самого источника может не хватить для вывода предохранительных элементов из строя.

2. Работа источников в параллель

Существенный параметр. Он предполагает, что в источниках предусмотрено ограничение по току (мощности), т.е, при увеличении выходного тока выходное напряжение снижается, таким образом, чтобы ток не превысил безопасную величину. Представьте себе, что этой функции нет и параллельно включили два источника, один с напряжением 13 В, другой — 13,6 В и сопротивление проводов между ними 0,1 Ом. Тогда от одного источника к другому пойдет ток 60 А, что приведет к выходу одного источника из строя или срабатыванию в нем защиты от перегрузки.

3. Резервируемые источники питания

Под резервируемыми источниками питания подразумеваются источники, которые работают как от сети, так и от аккумуляторов при отсутствии сети, а так же имеющие возможность дополнительной подпитки сетевого выхода аккумуляторным током (в последнем случае они еще называются пусковыми ИП). Важной особенностью таких ИП, является схема переключения с сетевого источника на аккумулятор и обратно, а так же дополнительная подпитка сетевого выхода аккумуляторным током. Существует два основных метода: переключением на аккумулятор, схемой с ограничением тока. Рассмотрим первый вариант. Самое отвратительное, что может быть – это схема с переключением на аккумулятор и обратно посредством реле (рис.2а).

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b91307

Предположим, что в какой то момент времени возникла перегрузка по току сетевого источника и реле переключается на аккумулятор. Мало того, что в момент переключения контактов реле нагрузка вообще обесточивается, после их переключения ток сетевого источника прекращается, защита выключается, и контакты реле возвращаются обратно. Далее процесс повторяется. Более распространенной является схема переключения на диодах (рис.2б). Ее несомненным преимуществом является постоянное электропитание нагрузки, но и недостатков у нее, то переключение с источника на аккумулятор и обратно, как в и предыдущем случае, будет приводить к броскам напряжения между уровнем сетевого источника и аккумулятора, особенно заметным в системах оповещения при срабатывании защиты на пиковые токи нагрузки. Обычно это прослушивается в громкоговорителях как характерные щелчки. На выходных диодах приходится рассеивать значительную мощность, что усугубляет проблему охлаждения (на токе 10 А потери составляют около 10 Вт), кроме того падение дополнительного вольта на проходном диоде уменьшает время работы от аккумуляторов.

Читайте также:  Проводники с током всегда взаимодействуют друг с другом да или нет

Существуют и гибридные варианты обеих методов, в которых контакты реле зашунтированы диодами (на переключениях работают диоды, после переключений контакты реле). Неустранимой проблемой подобного метода являются отмеченные выше броски напряжения.

И, конечно для пусковых ИП нужно иметь в виду, что ток защиты от перегрузки при работе от сети и аккумуляторов должен быть разным (иначе само понятие пускового блока теряет смысл). В любом случае особенностью всех схем на переключениях является недоиспользование тока сетевого источника при переходе на аккумулятор и соответственное меньшее время работы при перегрузках.

Альтернативной, но более дорогой, является схема источника с ограничением тока. Ее смысл состоит в том, что при возрастании тока нагрузки более допустимого, выходное напряжение источника начинает снижаться и при дальнейшем увеличении тока сравнивается с напряжением на аккумуляторе. При этом ток нагрузки распределяется между аккумулятором и источником пропорционально наклону линии снижения напряжения (рис.3). Примечание: Это тот же метод, которым обеспечивается работа источников в параллель

Рассмотрим работу схемы поэтапно. Предположим, что аккумулятор зарядился не полностью и напряжение сетевого источника и аккумулятора отличаются. При увеличении тока нагрузки и достижении им тока начала ограничения, выходное напряжение ИП начинает снижаться.

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b91314

Пусть выходной ток установлен на уровне точки «В», тогда выходное напряжение будет соответствовать напряжению на аккумуляторе, а ток нагрузки распределиться между током сетевого источника и аккумулятора. По мере разряда аккумуляторов напряжение источника и аккумулятора будет снижаться с перераспределением токов между ними. Очевидно, что на всей стадии снижения, ток сетевого источника не должен превышать безопасных для него значений, а схема ИП должна распознавать факт работы от АКБ для установки тока защиты от перегрузки на более высоком уровне.

Схема пускового блока на основе ограничения тока лишена недостатков схем на переключениях и, что немаловажно, допускает работу нескольких источников питания в параллель.

4. Способ заряда аккумуляторов.

Традиционно существуют два основных способа заряда: буферный и ускоренный. Каждый из них обладает своими достоинствами и недостатками. Однозначно, что ускоренный способ обеспечивает более быструю зарядку, его технология состоит в том, что аккумулятор заряжается постоянным током (порядка 0,1С) до напряжения примерно 14,2 В, далее ток снижается и обеспечивается поддержание напряжения на уровне 13,6 В. К недостаткам метода относится сложность схемной реализации, а так же нивелирование основного преимущества (ускоренного заряда) при установках АКБ большей емкости (при установке АКБ меньшей паспортной емкости, ток заряда будет превышать допустимый). В простых и наиболее распространенных системах используется принцип буферного заряда, когда аккумулятор подключен к источнику выходного напряжения ИП через токоограничивающую цепь (линейную или импульсную, включая ограничители тока) – рис.4 а.

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b91309

В процессе заряда, по мере повышения напряжения на аккумуляторе, ток снижается и процесс заряда увеличивается по времени (Рис.4 б). Как правило, если в технических параметрах ИП указан «максимальный» ток заряда, речь идет о буферном заряде, а указываемый ток соответствует напряжению полного разряда. Очевидно, что подобная информация не позволяет самостоятельно рассчитать время полного заряда аккумулятора.

5. Контроль емкости аккумуляторов.

Функция далеко не лишняя, особенно в пусковых ИП, где требования к исправности аккумуляторов выше, чем в простых бесперебойных источниках питания. К сожалению, узаконенного метрологического способа, обеспечивающего ускоренную проверку емкости не существует, ибо метод предполагает многократные циклы полного заряда и разряда АКБ калиброванным током. Во всех схемах, где реализован контроль емкости, используется принцип измерения внутреннего сопротивления аккумулятора и сравнения полученных ре- зультатов либо с первоначальными значениями, либо с неким предельным уровнем, после которого дальнейшая эксплуатация АКБ невозможна. Т.е емкость измеряется весьма условно. Принципиальная схема контроля показана на рисунке 5

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b91310

На основании анализа сопротивления принимается решение о снижении емкости. Принципиально метод идентичен способу ускоренной проверки качества автомобильных аккумуляторов.

6. Напряжение пульсаций.

Фактически это переменная составляющая выходного постоянного напряжения. В линейных источниках она обусловлена недостаточной фильтрацией входного напряжения сети, в импульсных – выбросами на переключениях силовых ключевых транзисторов. Зависит от тока нагрузки, при этом в линейных источниках с увеличением тока нагрузки увеличивается, а в импульсных, как правило, снижается. Традиционно измеряется в амплитудных значениях (рис.6) или в двойных амплитудных значениях. Для импульсных источников считается допустимым амплитуда пульсаций ± 150 мВ, или двойная амплитуда пульсаций 300 мВ.

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b91311

7. Наличие нескольких независимых выходов.

Параметр отсутствует в нормативных документах, однако часто востребован и в большинстве случаев, из-за непонимания сути проблем электропитания аппаратуры.

По порядку: повреждение цепей электропитания может носить характер обрыва или замыкания. Для предупреждения обрыва достаточно запараллелить провода питания с одного выхода и проблема будет решена.

Теперь о замыкании.

d0b1d0b5d0b7d18bd0bcd18fd0bdd0bdd18bd0b91313

Ситуация 1-я. Рассмотрим схему, показанную на рисунке 6. Предположим, что по одному из выходов нагрузки произошло замыкание (наиболее распространенный случай). При этом, если источник не может обеспечить срабатывание элемента защиты по выходу нагрузки, он отключит напряжение по всем своим независимым выходам, и это произойдет по всем источникам, если в системе электропитания используется несколько ИП для одной нагрузки.

Ситуация 2-я. В изделии используется схема объединения основной и резервной линии питания в одну на двух диодах (как показано на рис.7.) и замыкание происходит в одной из линии до изделия. В этом случае, за счет падения на проводах линии «земли» возникает бросок напряжения, который прикладывается к «-» провода питания. В изделии этот импульс воспринимается как водах линии «земли» возникает бросок напряжения, который прикладывается к «-» провода питания. В изделии этот импульс воспринимается как помеха, причем весьма серьезная, амплитуда которой пропорциональна сопротивлению проводов, а длительность – скорости срабатывания защиты от замыкания. Далее с частотой попыток включения закороченного выхода ИП эта помеха будет повторяться.

Ситуация 3-я. В изделии используется схема объединения основной и резервной линии питания в одну на четырех диодах (как показано на рис. 8.) и замыкание происхо-дит в одной из линии до изделия. В этом случае импульс помехи на аппаратуре не формируется, однако за счет потери напряжения на паре диодов (а это почти 2 В) значительно сокращается время работы от АКБ. Т.е, если у Вас 12-ти вольтовое изделие с минимальным напряжением питания 10 В после объединения линий питания, то минимальное напряжение на выходе ИП, при работе от АКБ, когда изделие еще работает, будет не 10,5 В как полагается, а все 12 В. Т.е время работы от АКБ сокращается почти на 40% и это надо учитывать при выборе емкости аккумуляторных батарей. Ситуация с одним диодом, конечно, легче, но потеря вольта все равно ощутима (снижение времени работы примерно на 25 %), особенно для изделий с напряжением питания 12 В.

Существуют и другие схемы объединения линий (на реле, полевых транзисторах), но, во- первых, они горазда дороже в реализации, и, во- вторых, проектировщик, в любом случае, должен знать минимальное напряжение питания изделий после этого объединения, чтобы не ошибиться с выбором емкости АКБ.

Таким образом, наличие двух независимых линий питания, как правило, на решает, а чаще усугубляет проблему.

Система электропитания не ограничивается только выбором ИП, c определенным количеством независимых выходов, а требует комплексного подхода, с учетом особенностей работы подключенной аппаратуры.

8. К.П.Д. Принципиально КПД отличаются для импульсных и линейных источников. У импульсных он, конечно, больше. В группе импульсных источников отличие КПД на 1 – 2 % практически не существенно, тепловой режим ИП с более низким к.п.д хуже, но если изготовитель гарантирует его работу, серьезного внимания на этот параметр обращать не стоит.

9. Корректор коэффициента мощности (ККМ). Устройство, обеспечивающее увеличение коэффициента мощности, т.е. снижение доли реактивной составляющей в потребляемой мощности. С точки зрения электросети, если так можно выразиться, нагрузка в виде источника питания, оснащенного ККМ, представляется практически резистивной. Корректор мощности многими представляется как устройство, обеспечивающее экономию электроэнергии, однако в применении к ИП они выполняют более важные функции:
— увеличивают диапазон напряжений питания (как правило, ИП, оснащенные ККМ имеют диапазон входных напряжений питающей сети от 90 до 250 В);
— облегчают режим работы силовой части преобразователя и соответственно повышают его надежность;
— снижают уровень помех, излучаемых в электросеть.

В заключение хочется пожелать всем, кто связан с применением ИП внимательно относиться к этому виду изделий. Нет смысла в сложных системах и дорогостоящем оборудовании, если в нужный момент оно окажется обесточенным.

Источник