ƏSAS ANALOQ ENERJİ KAYNAĞININ LAYİHƏSİ

Köhnə bir deyim var: "İnsana balıq verə bilərsiniz, o, bir gün yeyəcək və ya bir insana balıq tutmağı öyrədə bilərsiniz və o, əbədi olaraq yeyəcək". Oxucuya enerji təchizatı qurmaq üçün xüsusi bir dizayn verən bir çox məqalə var və bu yemək kitabı dizaynlarında səhv bir şey yoxdur. Çox vaxt çox yaxşı performans göstərirlər. Bununla belə, onlar oxuculara enerji təchizatı dizaynını özləri öyrətmirlər. Bu iki hissədən ibarət məqalə əvvəldən başlayacaq və əsas analoq enerji təchizatı qurmaq üçün lazım olan hər addımı izah edəcəkdir. Dizayn hər yerdə mövcud olan üç terminallı tənzimləyiciyə diqqət yetirəcək və əsas dizayna bir sıra təkmilləşdirmələri daxil edəcək.

Həmişə yadda saxlamaq vacibdir ki, enerji təchizatı - istər müəyyən bir məhsul üçün, istərsə də ümumi sınaq avadanlığı kimi - istifadəçini elektrik cərəyanı ilə vurmaq, yanğın törətmək və ya təchiz etdiyi cihazı məhv etmək potensialına malikdir. Aydındır ki, bunlar yaxşı şeylər deyil. Bu səbəbdən, bu dizayna konservativ yanaşmaq vacibdir. Komponentlər üçün çoxlu marja təmin edin. Yaxşı dizayn edilmiş enerji təchizatı heç vaxt nəzərə çarpmayan bir enerji təchizatıdır.

GİRİŞ GÜCÜNÜN DÖNÜŞMƏSİ

Şəkil 1 tipik analoq enerji təchizatı üçün əsas dizaynı göstərir. O, üç əsas komponentdən ibarətdir: giriş gücünün çevrilməsi və kondisioner; düzəltmə və filtrləmə; və tənzimləmə. Giriş gücünün çevrilməsi adətən güc transformatorudur və burada nəzərdən keçirilən yeganə üsuldur. Bununla belə, qeyd edilməli olan bir neçə məqam var.

ŞƏKİL 1. Əsas analoq enerji təchizatı üç hissədən ibarətdir. İlk ikisi bu məqalədə, sonuncusu isə növbəti hissədə müzakirə olunur.

---

Birincisi, 117 VAC (Volt Alternativ Cərəyan) həqiqətən RMS (Kök Orta Kvadrat) ölçməsidir. (Qeyd edək ki, mən hər yerdə 110 VAC-dan 125 VAC-a qədər müəyyən edilmiş adi məişət gücünü görmüşəm. Mən indicə mənimkini ölçdüm və onun dəqiq 120.0 VAC olduğunu tapdım.) Sinus dalğasının RMS ölçülməsi faktiki pik gərginlikdən xeyli aşağıdır və onu təmsil edir eyni gücü təmin etmək üçün lazım olan ekvivalent DC (birbaşa cərəyan) gərginliyi.

o RMS çevrilməsi dalğa formasına görə dəyişir; sinus dalğası üçün dəyər 1.414-dür. Bu o deməkdir ki, sıfır volt ətrafında olan sapma əslində 169.7 voltdur (mənim 120 VAC gücüm üçün). Güc hər dövrədə -169.7 voltdan +169.7 volta keçir. Buna görə də, zirvədən zirvəyə gərginlik əslində 339.4 voltdur!

Bu gərginlik elektrik təchizatına daxil olan və ya çıxan səs-küyün qarşısını almaq üçün əsas elektrik xətlərinə bypass kondansatörləri əlavə edərkən xüsusilə vacib olur (ümumi vəziyyət). Əgər faktiki gərginliyin 120 volt olduğunu düşünürsünüzsə, 150 voltluq kondansatörlərdən istifadə edə bilərsiniz. Gördüyünüz kimi, bu düzgün deyil. Kondansatörləriniz üçün mütləq minimum təhlükəsiz iş gərginliyi 200 voltdur (250 volt daha yaxşıdır). Unutmayın ki, əgər xəttdə səs-küy/sıxma görəcəyini düşünürsünüzsə, həmin səs-küy/spike gərginliyini pik gərginliyə əlavə etməlisiniz.

ABŞ-da giriş tezliyi universal olaraq 60 Hz-dir. Avropada 50 Hz tez-tez rast gəlinir. 60 Hz üçün qiymətləndirilən transformatorlar ümumiyyətlə 50 Hz-də yaxşı performans göstərəcək və əksinə. Bundan əlavə, elektrik xəttinin tezlik sabitliyi adətən əladır və nadir hallarda nəzərə alınır. Bəzən 400 Hz transformatorları tapa bilərsiniz. Bunlar adətən hərbi və ya aviasiya cihazlarıdır və ümumiyyətlə 50/60 Hz gücündə (və ya əksinə) istifadə üçün uyğun deyildir.

Transformatorun çıxışı da RMS gərginliyi kimi müəyyən edilir. Bundan əlavə, göstərilən gərginlik tam yük altında gözlənilən minimum gərginlikdir. Çox vaxt yük olmadan nominal çıxışda təxminən 10% artım var. (Mənim 25.2 volt/iki amper transformatorum yük olmadan 28.6 volt ölçür.) Bu o deməkdir ki, mənim 25.2 voltluq transformatorum üçün faktiki yüksüz/pik çıxış gərginliyi 40.4 voltdur! Gördüyünüz kimi, AC gücü üçün nominal RMS gərginliklərinin faktiki pik gərginliklərdən əhəmiyyətli dərəcədə az olduğunu xatırlamaq həmişə vacibdir.

Şəkil 2 tipik giriş gücünün çevrilməsi və kondisioner dizaynını təqdim edir. Mən iki qütblü açardan istifadə etməyi üstün tuturam, baxmayaraq ki, bu tamamilə zəruri deyil. Yanlış bağlanmış elektrik rozetkalarından (bu gün nadir hallarda rast gəlinir) və ya enerji təchizatının özündə (daha çox yayılmış) səhv kabellərdən qoruyur. Elektrik açarı söndürüldükdə, qaynar kabelin enerji təchizatı ilə əlaqəsinin kəsilməsi vacibdir.

ŞƏKİL 2. Giriş kondisioneri olduqca sadədir, lakin yadda saxlamaq lazımdır ki, RMS gərginliyi pik gərginliklə eyni deyil. 120 VAC RMS-in pik gərginliyi təxminən 170 voltdur.

---

Sigorta (və ya elektrik açarı) lazımdır. Onun əsas məqsədi yanğınların qarşısını almaqdır, çünki onsuz transformator və ya ilkin dövrə qısalması kütləvi cərəyanların axmasına imkan verəcək və metal hissələrin qırmızı və ya hətta ağ istiləşməsinə səbəb olacaqdır. Adətən 250 voltla qiymətləndirilən yavaş zərbə növüdür. Cari reytinq transformatorun çəkə biləcəyindən təxminən iki dəfə olmalıdır.

Məsələn, yuxarıda göstərilən 25.2 volt iki amperlik transformator təxminən 0.42 amperlik ilkin cərəyan çəkəcək (25.2 volt/120 volt x iki amper). Beləliklə, bir amperlik qoruyucu məqbuldur. İkinci dərəcəli bir qoruyucu növbəti məqalədə müzakirə olunacaq.

Bypass kondansatörləri səs-küyü süzməyə kömək edir və isteğe bağlıdır. Pik gərginlik təxminən 170 volt olduğundan, 250 voltluq marjinal 200 voltluq reytinqdən daha yaxşıdır. Siz "güc giriş filtrindən" istifadə etmək istəyə bilərsiniz. Bu vahidlərin bir çox növləri var. Bəziləri bir kiçik paketdə standart güc birləşdiricisi, açar, qoruyucu tutucu və filtrdən ibarətdir. Digərlərində bu komponentlərdən yalnız bəziləri ola bilər. Tipik olaraq, hər şeyə sahib olanlar kifayət qədər bahalıdır, lakin artıq birliklər adətən çox münasib qiymətlərlə tapıla bilər.

Birincil dövrənin gücləndiyini müəyyən etmək vacibdir, buna görə də pilot işığı istifadə olunur. İki tipik dövrə göstərilir. Neon lampa onilliklərdir istifadə olunur. Sadə və ucuzdur. Onun çatışmazlıqları var ki, o, bir qədər kövrəkdir (şüşədən hazırlanır); rezistor çox böyükdürsə, yanıb-sönə bilər; və əslində bəzi elektrik səsi yarada bilər (neon qazının qəfil ion parçalanması səbəbindən).

LED dövrəsi də cərəyanı məhdudlaşdıran bir rezistor tələb edir. 10,000 hms-də təxminən 12 mA cərəyan təmin edilir. Əksər LED-lər maksimum 20 mA cərəyan üçün qiymətləndirilir, buna görə də 12 mA məqbuldur. (Yüksək effektiv LED-lər yalnız 1 və ya 2 mA ilə qənaətbəxş işləyə bilər, buna görə də rezistor tələb olunduqda artırıla bilər.)

Qeyd edək ki, LED-lər həqiqətən zəif tərs qırılma gərginliyinə malikdir (adətən 10-20 volt). Bu səbəbdən ikinci bir diod lazımdır. Bu, ən azı 170 volt PIV (Peak Inverse Voltage) ilə işləyə bilməlidir. Standart 1N4003 çox marja təmin etməyən 200 PIV səviyyəsində qiymətləndirilir. 1N4004 400 PIV olaraq qiymətləndirilib və bəlkə də bir qəpik baha başa gəlir. Onu LED ilə ardıcıl yerləşdirməklə, ümumi PIV 400 plus LED PIV-dir.

REKTİFİKASİYA VƏ FİLTİRLƏMƏ

Şəkillər 3, 4 və 5 yuxarıda göstərilən çıxış dalğa forması ilə ən tipik rektifikasiya sxemlərini göstərir. (Filtr kondensatoru göstərilmir, çünki onu əlavə etməklə dalğa forması DC gərginliyi kimi bir şeyə dəyişir.) Bu üç əsas sxemin güclü və zəif tərəflərini müəyyən etmək üçün onları araşdırmaq faydalıdır.

Şəkil 3 əsas yarımdalğalı rektifikatoru göstərir. Bunun yeganə əvəzedici xüsusiyyəti odur ki, çox sadədir, yalnız bir rektifikatordan istifadə edir. Pis xüsusiyyət ondan ibarətdir ki, o, yalnız başlamaq üçün dövrənin nəzəri səmərəliliyini 50% -dən az edən güc dövrünün yalnız yarısını istifadə edir. Çox vaxt yarım dalğalı rektifikator enerji təchizatı yalnız 30% səmərəlidir. Transformatorlar bahalı əşyalar olduğundan, bu səmərəsizlik çox baha başa gəlir. İkincisi, dalğa formasını filtrləmək çox çətindir. Vaxtın yarısında transformatordan heç bir güc gəlmir. Çıxışın hamarlanması çox yüksək tutum dəyərlərini tələb edir. Analoq enerji təchizatı üçün nadir hallarda istifadə olunur.

ŞƏKİL 3. Yarımdalğalı rektifikator sxemi sadədir, lakin süzülməsi çox çətin olan zəif çıxış dalğa forması yaradır. Bundan əlavə, transformatorun gücünün yarısı boş yerə sərf olunur. (Nəzərə alın ki, filtrləmə kondansatorları dalğa formasını dəyişdirdiyi üçün aydınlıq üçün buraxılıb.)

---

Yarım dalğalı rektifikator dövrəsinə filtr kondansatörü əlavə edildikdə maraqlı və vacib bir şey baş verir. Yüksüz gərginlik fərqi ikiqat artır. Bunun səbəbi, kondansatörün enerjini dövrün birinci yarısından (müsbət hissədən) saxlamasıdır. İkinci yarı baş verdikdə, kondansatör müsbət zirvə gərginliyini saxlayır və mənfi pik gərginliyi digər terminala tətbiq olunur, bu da kondansatör və onun vasitəsilə diod tərəfindən tam zirvədən zirvəyə gərginliyin görünməsinə səbəb olur. Beləliklə, yuxarıdakı 25.2 volt transformator üçün bu komponentlər tərəfindən görülən faktiki pik gərginlik 80 voltdan çox ola bilər!

Şəkil 4 (yuxarı dövrə) tipik tam dalğa/mərkəzi kran rektifikator dövrəsinə nümunədir. Bu istifadə edildikdə, əksər hallarda, yəqin ki, olmamalıdır. Tamamilə düzəldilmiş gözəl bir çıxış təmin edir. Bu filtrləməni nisbətən asanlaşdırır. Yalnız iki rektifikatordan istifadə edir, buna görə də olduqca ucuzdur. Bununla belə, yuxarıda təqdim olunan yarım dalğa sxemindən daha səmərəli deyil.

ŞƏKİL 4. Tam dalğalı dizayn (yuxarı) gözəl çıxış yaradır. Dövrəni (aşağıda) yenidən çəkməklə, bunun həqiqətən bir-birinə bağlanmış iki yarımdalğalı rektifikator olduğunu görmək olar. Yenə də transformatorun gücünün yarısı boş yerə sərf olunur.

---

Bu, dövrəni iki transformatorla yenidən çəkməklə görünə bilər (Şəkil 4 alt). Bunu etdikdə aydın olur ki, tam dalğa həqiqətən bir-birinə bağlı iki yarımdalğalı dövrədir. Hər bir transformatorun güc dövrünün yarısı istifadə edilmir. Beləliklə, maksimum nəzəri səmərəlilik 50%, real səmərəlilik isə təxminən 30% təşkil edir.

Dövrənin PIV-i yarım dalğa dövrəsinin yarısıdır, çünki diodlara giriş gərginliyi transformator çıxışının yarısıdır. Mərkəzi kran transformator sarımlarının iki ucuna gərginliyin yarısını verir. Beləliklə, 25.2 voltluq transformator nümunəsi üçün PIV 35.6 volt üstəgəl yüksüz artımdır ki, bu da təxminən 10% çoxdur.

Şəkil 5 körpü rektifikatoru dövrəsini təqdim edir, hansı ki, ümumiyyətlə ilk seçim olmalıdır. Çıxış tamamilə düzəldilmişdir, buna görə filtrləmə kifayət qədər asandır. Ən əsası isə o, güc dövrünün hər iki yarısını istifadə edir. Bu, ən səmərəli dizayndır və bahalı transformatordan maksimum fayda əldə edir. İki diod əlavə etmək, transformatorun gücünü ikiqat artırmaqdan daha ucuzdur ("Volt-Amper" və ya VA ilə ölçülür).

ŞƏKİL 5. Körpü rektifikatorunun yanaşması (yuxarı) transformatorun gücündən tam istifadəni və tam dalğalı rektifikasiyanı təmin edir. Bundan əlavə, torpaq istinadını (aşağıda) dəyişdirərək ikili gərginlikli enerji təchizatı əldə etmək olar.

---

Bu dizaynın yeganə çatışmazlığı odur ki, güc digər dizaynlar üçün 1.4 volt əvəzinə 0.7 volt gerilim düşməsi ilə iki dioddan keçməlidir. Ümumiyyətlə, bu, yalnız əlavə 0.7 voltun çıxışın əhəmiyyətli bir hissəsini təşkil etdiyi aşağı gərginlikli enerji təchizatı üçün narahatlıq doğurur. (Belə hallarda, yuxarıda göstərilən sxemlərdən hər hansı birindən daha çox, bir keçid enerji təchizatı istifadə olunur.)

Hər yarım dövrədə iki diod istifadə edildiyi üçün transformator gərginliyinin yalnız yarısı hər biri tərəfindən görülür. Bu, PIV-ni pik giriş gərginliyinə bərabər edir və ya yuxarıdakı tam dalğalı dövrə ilə eyni olan transformator gərginliyinin 1.414 qatına bərabərdir.

Körpü rektifikatorunun çox gözəl bir xüsusiyyəti, müsbət və mənfi çıxış gərginliyi yaratmaq üçün torpaq istinadının dəyişdirilə bilməsidir. Bu, Şəkil 5-in aşağı hissəsində göstərilmişdir.

Süzgəcdən keçir

Analoq enerji təchizatı üçün demək olar ki, bütün filtrlər filtr kondansatöründən gəlir. Çıxışla ardıcıl olaraq induktordan istifadə etmək mümkündür, lakin 60 Hz-də bu induktorlar kifayət qədər böyük olmalıdır və bahalıdır. Bəzən uyğun kondansatörlərin bahalı olduğu yüksək gərginlikli enerji təchizatı üçün istifadə olunur.

Süzgəc kondansatörünün (C) hesablanması düsturu olduqca sadədir, lakin məqbul zirvədən zirvəyə dalğalanma gərginliyini (V), yarım dövrə müddətini (T) və çəkilmiş cərəyanı (I) bilməlisiniz. Düstur C=I*T/V-dir, burada C mikrofaradlarda, I milliamperlərdə, T millisaniyələrdə, V isə voltlardadır. 60 Hz üçün yarımdövr müddəti 8.3 millisaniyədir (istinad: 1997-ci il Radio Həvəskarının Əl Kitabı).

Formuladan aydın olur ki, filtrləmə tələbləri yüksək cərəyan və/yaxud aşağı dalğalı enerji təchizatı üçün artır, lakin bu, sadəcə sağlam düşüncədir. Yadda saxlaması asan bir nümunə, hər amperə görə 3,000 mikrofarad cərəyanın təxminən üç volt dalğalanmasını təmin edəcəkdir. Siz kifayət qədər tez ehtiyacınız olana dair ağlabatan təxminləri təmin etmək üçün bu nümunədən müxtəlif nisbətlər işlədə bilərsiniz.

Əhəmiyyətli bir məqam, işə salındıqda cərəyanın artmasıdır. Filtr kondansatörləri doldurulana qədər ölü qısaqapanma rolunu oynayır. Kondansatörlər nə qədər böyükdürsə, bu dalğalanma bir o qədər böyük olacaqdır. Transformator nə qədər böyükdürsə, dalğalanma da bir o qədər çox olacaq. Əksər aşağı gərginlikli analoq enerji təchizatı üçün (<50 volt) transformatorun sarım müqaviməti bir qədər kömək edir. 25.2 volt/iki amperlik transformatorun ölçülmüş ikincil müqaviməti 0.6 ohm təşkil edir. Bu, maksimum girişi 42 amperlə məhdudlaşdırır. Bundan əlavə, transformatorun endüktansı bunu bir qədər azaldır. Bununla belə, işə salındıqda hələ də böyük potensial cərəyan artımı var.

Yaxşı xəbər budur ki, müasir silisium rektifikatorları çox vaxt böyük cərəyan imkanlarına malikdir. Standart 1N400x diod ailəsi adətən 30 amperlik dalğalanma cərəyanı ilə müəyyən edilir. Körpü dövrə ilə, bunu daşıyan iki diod var, buna görə də ən pis vəziyyət hər biri 21 amperlik spesifikasiyadan aşağı olan 30 amperdir (bərabər cərəyan paylamasını nəzərə alsaq, bu həmişə belə deyil). Bu ifrat bir nümunədir. Ümumiyyətlə, 10 deyil, təxminən 21 əmsalı istifadə olunur.

Buna baxmayaraq, bu cari artım diqqətdən kənarda qalacaq bir şey deyil. Bir amperlik körpünün əvəzinə üç amperlik körpüdən istifadə etmək üçün bir neçə sent daha çox xərcləmək yaxşı xərclənmiş pul ola bilər.

Təcrübə dizaynı

İndi biz bu qaydaları və prinsipləri istifadə etmək və əsas enerji təchizatı dizaynına başlaya bilərik. Dizaynın əsası olaraq 25.2 volt transformatordan istifadə edəcəyik. Şəkil 6 əvvəlki rəqəmlərin birləşməsi kimi görünə bilər, lakin praktiki hissə dəyərləri əlavə edilmişdir. İkinci dərəcəli ikinci pilot işığı onun vəziyyətini göstərir. O, həmçinin kondansatörün yükünün olub olmadığını göstərir. Belə böyük bir dəyərlə bu, mühüm təhlükəsizlik məsələsidir. (Qeyd edək ki, bu DC siqnalı olduğundan, 1N4004 əks gərginlikli diod tələb olunmur.)

ŞƏKİL 6. Praktik hissələrin spesifikasiyası ilə enerji təchizatının yekun dizaynı. Gücün tənzimlənməsi növbəti məqalədə müzakirə olunur.

---

Paralel olaraq iki kiçik kondansatördən istifadə etmək bir böyükdən daha ucuz ola bilər. Kondansatör üçün iş gərginliyi ən azı 63 volt olmalıdır; 50 volt pik üçün 40 volt kifayət deyil. 50 voltluq vahid yalnız 25% marja təmin edir. Bu, kritik olmayan bir tətbiq üçün yaxşı ola bilər, lakin kondansatör burada uğursuz olarsa, nəticələr fəlakətli ola bilər. 63 voltluq bir kondansatör təxminən 60%, 100 voltluq bir cihaz isə 150% marja təmin edir. Enerji təchizatı üçün ümumi qayda düzəldicilər və kondansatörlər üçün 50% ilə 100% arasında marjadır. (Göstərildiyi kimi dalğalanma təxminən iki volt olmalıdır.)

Körpü rektifikatoru yüksək ilkin cərəyan artımını idarə edə bilməlidir, buna görə də etibarlılığın artırılması üçün əlavə bir və ya iki qəpik xərcləməyə dəyər. Nəzərə alın ki, körpü nəhayət enerji təchizatının təyin olunduğundan daha çox transformatorun nə təmin edə biləcəyi ilə müəyyən edilir. Bu, qısa bir çıxış olduğu halda edilir. Belə bir vəziyyətdə transformatorun tam cərəyanı diodlardan keçəcəkdir. Unutmayın ki, enerji təchizatı çatışmazlığı pis bir şeydir. Beləliklə, onu möhkəm olmaq üçün dizayn edin.

NƏTİCƏ

Enerji təchizatı dizaynında təfərrüatlar mühüm nəzərə alınır. RMS gərginliyi ilə pik gərginlik arasındakı fərqi qeyd etmək, təchizatı üçün düzgün işləmə gərginliklərinin müəyyən edilməsində vacibdir. Bundan əlavə, ilkin dalğalanma cərəyanı göz ardı edilə bilməyən bir şeydir.

2-ci hissədə üç terminallı tənzimləyici əlavə etməklə bu layihəni tamamlayacağıq. Biz ümumi təyinatlı, cərəyanla məhdudlaşan, uzaqdan söndürmə ilə tənzimlənən gərginlikli enerji təchizatı dizayn edəcəyik. Bundan əlavə, bu dizayn üçün istifadə olunan prinsiplər istənilən enerji təchizatı dizaynına tətbiq edilə bilər. 

Mesaj yaz 

Message siyahısı