Fonte di energia Il principio di funzionamento e caratteristiche. Batterie e gruppi di continuità
La fonte di energia è un dispositivo speciale che fornisce energia a diversi consumatori di energia. Le fonti di energia sono divise in primaria e secondaria.
Il primo gruppo include convertitori. Il loro scopo principale è convertire qualsiasi tipo di energia in energia elettrica. Cioè, la fonte di energia primaria è un generatore di energia elettrica.
Le fonti di energia primarie comprendono fonti di corrente chimica (celle galvaniche, celle a combustibile, batterie, celle redox) e altre fonti di energia (convertitori fotoelettrici, sorgenti di corrente elettromeccaniche, convertitori termoelettrici, generatori MHD, fonti di energia radioisotopiche).
Le fonti secondarie convertono l'energia elettrica. Permettono di ottenere energia per vari dispositivi con i parametri richiesti. Questo gruppo include trasformatori e autotrasformatori, stabilizzatori di tensione, stabilizzatori corrente, convertitori di impulsi, convertitori di vibrazioni, invertitori, hummer.
La scelta dell'alimentatore (PSU)
Quando si seleziona o si sviluppa l'alimentatore, è necessario tenere conto delle condizioni operative, della natura del carico, dei requisiti di sicurezza, ecc .. I parametri devono corrispondere ai requisiti del dispositivo alimentato. È auspicabile avere un dispositivo di protezione, leggerezza e dimensioni.
L'alimentatore è una parte delle apparecchiature elettroniche, quindi andare oltre la tolleranza di uno qualsiasi dei suoi parametri può portare a operazioni instabili o guasti dell'intero dispositivo.
Principali tipi di fonti di energia secondarie
Gli alimentatori di rete fanno parte di qualsiasi dispositivo elettronico. Sono divisi nei seguenti tipi:
- senza trasformatore;
- lineare;
- impulso.
senza trasformatore
Questi dispositivi sono molto semplici, economici, non richiedono la configurazione. Il circuito di alimentazione è costituito da pochi elementi: un circuito di ingresso, un raddrizzatore e uno stabilizzatore parametrico. I dispositivi sono classificati per correnti fino a centinaia di mA. Sono leggeri e pesanti. Il consumatore è alimentato dalla rete attraverso il condensatore o il resistore di spegnimento ed è costantemente sotto tensione di rete. Pertanto, quando si lavora con cautela: non toccare elementi non isolati.
lineare
Iniziato ad usare in apparecchiature elettroniche all'inizio del 20 ° secolo. Al momento, sono obsolete e vengono principalmente utilizzate in costruzioni economiche a causa dei loro inconvenienti intrinseci: peso e dimensioni elevati, bassa efficienza. I vantaggi degli alimentatori lineari sono la semplicità e l'alta affidabilità, basso rumore e radiazioni.
Il principio di funzionamento dell'alimentazione è estremamente semplice. La tensione di ingresso viene fornita al trasformatore, abbassata al valore richiesto, rettificata, levigata da un condensatore e alimentata all'ingresso di uno stabilizzatore, che consiste in un transistor e un circuito di controllo. La tensione "Surplus" viene compensata dal transistor di regolazione. Pertanto, produce una potenza significativa sotto forma di calore. L'alimentazione lineare è consigliabile utilizzare a correnti di consumo fino a 1A.
Alimentatore ad impulsi
Nei dispositivi elettronici che consumano corrente da 1 a 5 amp, utilizzare alimentatori a impulsi. Il principio di funzionamento di tali dispositivi si basa sulla conversione della tensione di rete in corrente alternata ad alta frequenza. I trasformatori ad alta frequenza hanno un peso e dimensioni ridotte. Pertanto, gli alimentatori switching sono molto più piccoli e leggeri di quelli lineari. Una caratteristica distintiva di questi dispositivi è un elevato livello di radiazione spuria, che porta alla necessità di schermatura e filtraggio delle interferenze ad alta frequenza.
Un posto speciale è occupato dagli alimentatori switching con un ingresso senza trasformatore e un convertitore ad alta frequenza progettato per funzionare con frequenze di 20-400 kHz. L'efficienza di questi dispositivi raggiunge il 90% o più. Ma finora non hanno trovato ampia applicazione a causa dell'elevato costo, della complessità del dispositivo, della bassa affidabilità, dell'alto livello di interferenza.
Caratteristiche degli alimentatori CC
Questi dispositivi sono progettati per produrre una tensione o corrente costante stabile. Di conseguenza, hanno modalità di stabilizzazione sia in corrente che in tensione. Cioè, alla massima variazione di corrente, la tensione praticamente non cambia, e allo stesso modo, con fluttuazioni di tensione significative, il valore corrente rimane costante.
C'è una modalità di interruzione corrente. In questa modalità, la tensione viene rimossa dal dispositivo alimentato se la corrente supera il valore impostato.
Un moderno alimentatore ha diverse uscite regolabili e uscite aggiuntive per tensioni fisse (3,3 V, 5 V, 12 V ...).
Il funzionamento della PSU è controllato dal microcontrollore integrato. Le modalità operative e i singoli parametri sono registrati nelle celle di memoria.
L'alimentazione della fonte di alimentazione dipende dallo scopo del dispositivo e dalle attività. I produttori producono dispositivi di potenza bassa (fino a 100 W), media (fino a 300 W) e alta (oltre 300 W).
Qual è la differenza tra fonti di alimentazione ininterrotte e di riserva?
La fonte di alimentazione di backup è collegata all'apparecchiatura solo quando la tensione di rete diminuisce. La connessione può essere eseguita in modalità automatica o manuale.
Gli UPS (Uninterruptible power supply) sono utilizzati in apparecchiature in cui non è presente l'alimentazione di rete. Sono collegati in modo permanente e forniscono il carico con una potenza stabile. L'UPS è sia una fonte di alimentazione primaria che di riserva. In caso di perdita di tensione nella rete, passa automaticamente all'alimentazione di backup.
La composizione del gruppo di continuità comprende un alimentatore di rete, una fonte di alimentazione di riserva (batteria ricaricabile), un caricabatterie, un circuito di commutazione.
I principali tipi di UPS, caratteristiche applicative
Periodici blackout improvvisi sono diventati un luogo comune nelle nostre vite. Sfortunatamente tali sbalzi di tensione accorciano significativamente la vita degli elettrodomestici, portando alla perdita di dati elettronici.
Gli alimentatori di continuità aiutano ad evitare spiacevoli conseguenze. Il mercato moderno rappresenta una vasta gamma di questi dispositivi. Il principio di funzionamento è abbastanza semplice: il dispositivo è acceso alla rete elettrica e gli elettrodomestici sono collegati ad esso. Se la rete funziona normalmente, l'UPS accumula solo energia. In caso di perdita di energia elettrica, l'UPS si accende al lavoro.
Gli UPS sono dei seguenti tipi:
• Backup UPS. Adatto per apparecchiature da ufficio, computer, uso domestico. Efficienza di circa il 99%. Questo è un buon gruppo di continuità. Il prezzo è abbastanza abbordabile. Sfortunatamente, tali sistemi di continuità non funzionano solo quando l'elettricità è scollegata, ma anche quando i suoi parametri vengono modificati, quindi l'usura della batteria aumenta. In questo caso, puoi suggerire di utilizzare una fonte di alimentazione esterna aggiuntiva.
• UPS line-interactive. Lavora solo in caso di completa interruzione di corrente. Possono essere utilizzati per apparecchiature da ufficio, riscaldamento di caldaie, apparecchiature informatiche.
• UPS a doppia conversione. Questo è l'alimentatore di continuità più costoso. Il suo prezzo supera i 50 mila rubli, ma ne vale la pena. Gli UPS a doppia conversione portano le letture della rete a parametri eccellenti. Il tempo di commutazione in caso di guasto è inferiore a 1 ms. Sono utilizzati per alimentare apparecchiature mediche, server, apparecchiature altamente sensibili.
Sostituzione batteria UPS
Le batterie ricaricabili - le fonti di alimentazione di corrente - sono l'elemento più debole dell'UPS. Il 90% dei guasti dell'UPS è dovuto a un guasto della batteria. In UPS, di regola, vengono installate batterie sigillate prive di piombo. L'elettrolita è una massa a base di gel acido solforico. Questo è uno dei tipi più economici di batterie. Allo stesso tempo, sono abbastanza efficaci (bassa resistenza interna, bassa autoscarica).
Le batterie al piombo non consentono una scarica forte. In questo caso, perdono rapidamente capacità. Il loro periodo di servizio non supera i 5 anni. Alta temperatura e le frequenti scariche riducono notevolmente la durata della batteria.
Criteri di selezione della batteria per UPS:
• La batteria deve avere la tensione e le dimensioni richieste.
• Si consiglia di installare batterie di produttori rinomati.
• Solo batterie appositamente progettate o batterie di determinate marche sono adatte per UPS.