1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Трансформаторные блоки питания

Трансформаторные блоки питания.

Трансформаторный

Любой радиолюбитель в своей жизни не раз собирал блок питания для своих электронных устройств. Поэтому его устройство и принцип работы должен знать каждый, кто занимается электроникой.

Ведь собрав даже самый простой блок питания своими руками, начинающие радиолюбители получают такой восторг, потому что простой блок питания не требует никакой настройки и никакой регулировки, он сразу начинает работать.

Блоки питания бывают нескольких типов: трансформаторные, бестрансформаторные, импульсные.

Как выбрать прибор

В отличие от первичных источников питания, предназначенных для перевода неэлектрической энергии в электроэнергию (например, солнечная батарея), лабораторный источник питания относится к вторичным, позволяющим преобразовать электроэнергию с целью обеспечения требуемых параметров (блок питания ПК, трансформатор, стабилизатор напряжения).

Лабораторный БП может быть линейным или импульсным. В основе приборов первого типа — трансформатор, работающий на низких частотах. Он понижает стандартное напряжение из электросети (220 В) до нескольких десятков вольт при сохранении частоты в 50 Гц. После этого диодный мост выпрямляет и сглаживает напряжение конденсаторами, выполняется окончательное снижение вольтажа стабилизатором до необходимого значения.

Линейный блок питания также называют регулируемым, поскольку он позволяет получать постоянный результат напряжения на выходе вне зависимости от изменений параметров при работе с переменным током. Это полезная функция для восстановления работоспособности аккумуляторов портативных устройств при нахождении в разряженном состоянии в течение длительного времени, а также для зарядки мобильных гаджетов.

Импульсный БП функционирует по принципу заряда импульсами тока сглаживающих конденсаторов. Главные достоинства такого типа приборов по сравнению с линейными — небольшой вес и КПД, превышающий 80 % за счет поступления в конденсаторы точного количества требуемой для работы БП энергии.

Важный параметр при выборе эффективного БП — диапазон напряжения и тока на выходе прибора. Устройства с автоограничением выходных параметров эффективнее приборов с постоянным диапазоном ввиду отсутствия ограничений по предельной мощности, вырабатываемой блоком питания.

Лабораторные БП могут содержать от 1 до 3 каналов. Большинство из них — одноканальные. Два или три канала применяются в специальных приборах, использующихся для компоновки схем с несколькими питающими напряжениями. Электроизоляция позволяет сделать независимыми ток и напряжение любого канала по отношению к электросети и прочим каналам. Это позволяет менять «плюс» на «минус» или соединять каналы последовательно.

В лабораторном источнике питания должны присутствовать защитные функции, позволяющие сохранить работоспособность прибора и предохраняющие пользователя от удара током. К ним относятся: защита от перегрузки по напряжению, току и мощности; предохранение от перегрева.

Наконец, большинство из БП среднего и премиального ценового диапазона поддерживают программный контроль наряду с ручным, а особо продвинутые модели управляются посредством компьютерных интерфейсов USB, LAN и IEEE-488.2. Это позволяет повысить комфорт при взаимодействии с прибором и единовременно отображать все параметры на мониторе ПК.

Выпрямитель

схема регулируемого блока питания

В качестве выпрямителя можно использовать как сборки, так и отдельные диоды. Перед тем как сделать регулируемый блок питания, проведите подбор всех его компонентов. Если сила тока высокая на выходе, то вам потребуется использовать мощные полупроводники. Желательно их устанавливать на алюминиевых радиаторах. Что касается схемы, то предпочтение нужно отдавать только мостовой, так как у нее намного выше КПД, меньше потерь напряжения при выпрямлении переменного тока. Однополупериодную схему использовать не рекомендуется, так как она малоэффективна, на выходе возникает много пульсаций, которые искажают сигнал и являются источником помех для радиоаппаратуры.

Читайте так же:
Периодичность регулировки предохранительных клапанов

3. Градуировка шкалы вольтметра.

Градуировать шкалу микроамперметра не требуется, если во время подбора добавочного резистора показания микроамперметра и образцового вольтметра практически совпадали при изменении выходного напряжения блока питания. То есть, стрелка микроамперметра находилась строго напротив или возле деления, соответствующего величине напряжения, на которую указывал образцовый вольтметр. В этом случае точнее подбираем добавочный резистор.

Если же показания расходились на 2-3 вольта по всему диапазону, клеим лист бумаги на шкалу микроамперметра и размечаем свою шкалу.

Снимаем защитную крышку микроамперметра.
Для этого отворачиваем болт в нижней части прибора.

Микроамперметр. Вид сзади

Может получиться так, что герметичная прокладка, расположенная между корпусом и защитной крышкой, не даст сняться крышке. Отделите или прорежьте ее ножом или отверткой по всему периметру крышки.

Микроамперметр со снятой крышкой

Наклеиваем бумагу и делаем отметку первого деления – это будет «».

Нулевая отметка на шкале микроамперметра

Подсоединяем на место микроамперметр и подаем напряжение питания на блок.
По образцовому вольтметру устанавливаем на выходе блока питания 1 вольт и напротив конца стрелки наносим риску ручкой или простым карандашом. Далее, на выходе устанавливаем 2 вольта и опять наносим риску. И таким образом доходим до конца шкалы.

Наносим деления на шкалу вольтметра

Для дальнейшего удобства пользования вольтметром можно через каждые пять вольт выделить риску и напротив нее написать соответствующее цифровое значение напряжения.

Шкала вольтметра

На этом градуировка микроамперметра закончена.

Как выбрать источник питания для станка с ЧПУ

Импульсный блок питания MSF-10-5, напряжение 5 В, ток до 2.0 А, мощность 10 Вт

Все, кто работал с РЭА, знают, что источник питания — важнейший элемент функционирования системы. Основная задача в выборе блока питания для станка с ЧПУ заключается в определении питающего напряжения, силы тока и вида источника питания (импульсный-линейный, регулируемый-нерегулируемый и т.п.).

блок питания станка чпуПоскольку серводрайверы, как правило, обладают встроенным источником питания со входным напряжением 220 или 380 В, нижесказанное относится к выбору источника питания для привода на шаговых двигателях.

СИЛА ТОКА

Наиболее просто выбрать уровень силы тока, который базируется на характеристиках привода. Рассмотрим сразу на примерах. Сила тока, требуемая драйверу шагового двигателя от ИП, для линейного источника питания составляет минимум 2/3 от номинального значения тока фазы двигателя, а для импульсного надо сделать небольшой запас, порядка 15-30%. Т.е., для двигателя с заявленным током фазы 4.2 А требуется линейный источник питания с током не менее 2.8 А, или импульсный с током от 4.5 А. При подключении нескольких шаговых приводов к одному блоку питания полученные таким образом для каждого значения необходимо сложить, чтобы получить ток, который необходимо получить с источника питания. При подключении нескольких драйверов к одному блоку питания всегда используйте схему подключения звезда с общей точкой на клемме блока. Не подключайте драйверы к клеммам другого драйвера!

НАПРЯЖЕНИЕ ПИТАНИЯ И МОЩНОСТЬ

Напряжение источника питания зависит от индуктивности нагрузки(от кол-ва витков на статоре шагового или серводвигателя). Для определения максимального питающего напряжения некоторыми производителями рекомендуется формула:

32 * √L = Umax, где L — индуктивность обмотки в мГн. Считается, что полученное значение Umax нелья превышать, иначе можно повредить двигатель. Эту формулу эмпирически вывел инженер компании Geckodrive, она не является догмой, и лишь показывает, что с ростом индуктивности обмоток двигателя требуется большее напряжение, чтобы получить требуемую динамику, а также ограничивает неопытных пользователей от использования слишком большого напряжения.
В случае, когда запитываются несколько приводов с разными индуктивностями от одного блока питания, для расчета напряжения источника по этой формуле надо брать минимальную индуктивность из всех двигателей — так вы несколько снизите динамику остальных двигателей, но спасете их от перегрева. Если индуктивность обмоток двигателя неизвестна, для определения Umax можно воспользоваться напряжением U, указанным для обмоток производителем. Как правило, оно весьма мало, порядка 1-5 В. Для получения напряжения питания драйвера это число необходимо увеличить в 7-20 раз(чем больше двигатель, тем больше должен быть множитель). По еще одной эмпирической формуле Umax = 25*U, то есть превышение номинального напряжения более чем в 23-25 раз может привести к перегреву двигателя и выходу его из строя!

Читайте так же:
Регулировка рулевой рейки лифан х50

Мощность, потребляемую двигателем, можно оценить сверху, перемножив полученное в расчетах максимальное напряжение питания на 2/3 от номинального тока двигателя. Т.е. для двигателя ST57-56 мощность потребления составит порядка 32*sqrt(2.4 мГн) * 2/3 * 3 А = примерно 100 Ватт. Эта формула дает очень осторожную оценку. В реальности потребление много ниже, и составляет примерно такие цифры: двигатели серии 57 мм — 40-70 ватт, двигатели 86 серии — 65-120 ватт на двигатель, в зависимости от нагрузки, выставленного тока на драйверах и т.п.

ВИД БЛОКА ПИТАНИЯ

При выборе вида источника питания можно руководствоваться следующими соображениями. Нерегулируемый трансформаторный(линейный) источник питания подойдет в большинстве случаев, и обладает существенным преимуществом — простотой. При резком торможении шагового мотора генерируется существенная ЭДС, которая складывается с питающим напряжением контроллере двигателя. На многих регулируемых источниках питания может сработать защита от превышения напряжения, тогда как на линейном источнике энергия будет просто запасена в фильтрующем конденсаторе. Кроме того, линейные источники легко переносят резкие скачки потребляемого тока, что позволяет для питания одного и того же набора приводов использовать линейный источник с меньшим номинальным током, чем импульсный.

Регулируемые импульсные источники питания получили весьма широкое распространение вследствие своей дешевизны. В настоящее время импульсные источники питания показывают весьма неплохие эксплуатационные характеристики. Несмотря на то, что импульсные блоки питания с выходным напряжением более 50 В практически не выпускаются, они допускают соединение нескольких блоков последовательно, что позволяет сделать составной блок питания с требуемым напряжением. Скажем, соединив последовательно источники S-350-48 и S-350-27, получим источник питания с выходным напряжением в 75 В, что является оптимальным для драйверов AM882. При соединении ИБП последовательно выбирайте блоки с одинаковым значением выходного тока! (подробней об отличиях линейных и имульсных блоков питания).
Существуют также нерегулируемые импульсные блоки питания, специально предназначенные для питания индуктивных нагрузок, таких, как шаговые двигатели и сервомоторы. Обычный импульсный источник питания рассчитан на сравнительно постоянную, равномерную нагрузку, такую, какую потребляют маломощные логические устройсва — контроллеры, компьютеры и т.п., тогда как в приводах станка с ЧПУ сила тока изменяется очень быстро, что вызывает периодические скачкообразные изменения напряжения на БП. По этой причине при использовании регулируемого ИБП есть вероятность выхода из строя драйвера или блока питания, срабатывания защит регулируемого БП и т.п.

Читайте так же:
Как отрегулировать ток лазера

Нерегулируемые импульсные источники питания лишены данного недостатка.

Когда шаговый двигатель резко снижает обороты с приложенным большим моментом инерции на валу, необходимо обязательно учитывать генерируемую двигателем ЭДС индукции(так называемая «обратная ЭДC», или иногда говорят «противоЭДС»). Кинетическая энергия вала с нагрузкой превращается в ток, и должна быть отведена из двигателя. Так как драйвер не может диссипировать эту энергию, он передает её на блок питания. В результате, из потребителя тока драйвер превращается в его источник. Этот ток может привести к пробою конденсаторов блока питания. Если вы питаете несколько шаговых приводов от одного блока питания, это не так страшно, так как энергия , генерируемая одним двигателем, будет поглощена другими. Но только не в том случае, когда они тормозят одновременно! Для этого случая и для случая использования 1 привода на 1 источнике питания может потребоваться установить стабилитрон для отвода тока. Напряжение стабилитрона должно быть больше, чем расчетное питающее напряжение, но достаточно низким, чтобы защитить блок питания. Например, если вы для драйвера AM882 с расчетным напряжением питания 75 В выбрали блок питания и установили на нем выходное напряжение 75 В, напряжение стабилитрона можно выбрать порядка 80-85 В.

Проверяем БП без подключения к компьютеру

Прежде всего нужно провести внешний осмотр на предмет повреждений как самого корпуса БП, так и кабелей. При включенном в сеть БП и правильном положении выключателя на задней панели блока (вкл.), у нас на 24-контактом разъеме должно появиться дежурное напряжение 5 В. Допустимое отклонение от номинального значения ± 5 %, то есть от 4,75 В до 5,25 В.

Дежурное напряжение подается на материнскую плату и позволяет ее логике давать сигнал к включению блока питания. То есть, когда мы нажимаем кнопку на системном блоке, то подаем сигнал материнской плате, а уже она сигнализирует БП, что неплохо бы запуститься. Измерить его можно тут:

Если его нет, проверьте исправность кабеля питания, наличие напряжения в сети и положение выключателя на задней панели блока. Все правильно, а напряжения нет? Еще раз проверьте, на нужном ли контакте вы проводите измерения, и если все сделано верно, а напряжения нет, скорее всего БП неисправен. Выход из строя дежурного источника питания не такая редкая причина поломки.

Если дежурное напряжение есть, как на картинке выше, то запустить блок питания можно, замкнув два контакта на колодке 24-контактного разъема. В данном случае нам нужен PS_ON и любой земляной контакт. Удобно это делать обычной канцелярской скрепкой, если согнуть ее нужным образом, но подойдет и любой кусок проволоки.

Операцию эту надо делать аккуратно. Хотя при незапущенном, но включенном блоке напряжение у нас есть только на паре контактов — дежурный источник напряжения и PS_ON, и если вы их куда-нибудь не туда замкнете, ничего страшного не произойдет. У современных БП защита от кроткого замыкания на дежурном источнике питания, как правило, имеется.

Читайте так же:
Ohv двигатель регулировка зажигания

БП должен запуститься, а вентилятор завертеться, если он вообще работает на низких нагрузках, то есть БП у вас не с полупассивным охлаждением. Теперь можно замерить основные напряжения. Их три: 3,3 В; 5 В и 12 В. Есть еще напряжение -12 В, но его можно не учитывать. В современных системах оно не нужно. Прежде всего — где измерять. Самые доступные разъемы в данном случае — это четырехконтактные Molex.

Раньше во всех БП АТХ провода были определенного цвета для каждого напряжения, и об этом на пару страниц были разъясниения в Power Supply Design Guide, но в последнее время модным стали черные провода. Да, выглядят они определенно эстетичнее, но ориентироваться, где какое напряжение на разъеме стало труднее. Поэтому для вас сделал пару картинок с распиновкой. Ориентироваться где какая сторона у разъема удобно по защелке.

Разъем для дополнительного питания видеокарт.

Разъем для питания процессора.

Напряжение 3,3 В есть только на 24-контактном разъеме.

Допуски основных напряжений ± 5 % от номинала.

Замеряем все напряжения, и если они в допустимых пределах, блок питания можно считать условно исправным. Почему условно? Полную информацию о его состоянии можно получить только тестированием под нагрузкой.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ

  • мощность;
  • выходное напряжение;
  • сила тока на выходе;
  • коэффициент полезного действия;
  • наличие дополнительных опций;
  • габариты и масса;
  • стоимость.

Мощность измеряется в ваттах или, по сохранившейся традиции, в вольт-амперах. Максимальное значение, которое может выдать устройство на выходе, обязательно указывается в его характеристиках; в идеале оно должно на 15–30% превышать суммарную потребляемую мощность всех подключённых к сети через блок питания приборов.

Например, если для работы первого изделия требуется 15 Вт, второго — 6 Вт, а третьего — 9 Вт, мощность стабилизированного блока питания должна составлять: (15 + 6 + 9)×(1,15…1,30), то есть от 34,5 до 39 ватт. Устройства, выдающие большие значения, использовать можно; меньшие — нет.

У холодильников, насосов и ряда других устройств она может превышать постоянную более чем в пять раз, что необходимо закладывать в расчёты.

Если для запуска первого из перечисленных в примере выше приборов требуется мощность, в три раза превышающая потребляемую в ходе функционирования, расчёты будут выглядеть следующим образом: (15×3 + 6 + 9)×(1,15…1,30), то есть требуемая мощность оборудования должна составлять от 69 до 78 ватт.

Устройство, выдающее только номинальные 60 Вт, может оказаться недостаточно эффективным — или владельцу придётся на время пуска отключать другие два электроприбора.

Выходное напряжение.

Поскольку значение напряжения на входе не зависит от воли пользователя и в бытовой сети составляет приблизительно 220 В, с существенными колебаниями в меньшую или большую сторону, значение имеет лишь выходной параметр. Он может быть единственным (например, 12 В) или переключаемым — от 6 до 20 вольт или в любом другом предусмотренном производителем диапазоне.

В отличие от мощности, подбирать выходное напряжение нужно по ближайшему значению, не обязательно в большую сторону. Если для функционирования техники нужно 12,3 В, а в наличии имеются устройства с показателями 12 и 16 вольт, отдать предпочтение следует первому.

Читайте так же:
Регулировка сварочного тока в трехфазных трансформаторах

Хотя не все приборы требуют стабилизации напряжения, выбирать нужно устройства с этой функцией; они универсальны и подходят для любой техники, в то время как использование блока без стабилизатора может привести к выходу дорогостоящего оборудования из строя.

Выходная сила тока.

Этот параметр прямо связан с мощностью и напряжением, а потому зачастую не указывается. При подборе оборудования по силе тока нужно, как и в случае с мощностью, просуммировать потребляемые подключённой аппаратурой значения и прибавить к результату 15–30%

Например, если для работы первого прибора требуется 2 А, второго — 0,5 А, а третьего — 6 А, блок питания должен выдавать как минимум: (2 + 0,5 + 6)×(1,15…1,30), то есть от 9,8 до 11,1 ампера. По аналогии с ранее приведёнными расчётами нужно учитывать и пусковые значения, часто превышающие рабочие.

С целью упростить подбор оборудования можно руководствоваться эмпирическим правилом: если требуемое значение силы тока менее 5 А, нужно выбирать трансформаторный блок; если более — импульсный.

Коэффициент полезного действия.

Тут всё просто: чем выше КПД, тем эффективнее прибор и тем меньше потери электроэнергии в сети. Высокая стоимость блоков питания с КПД 95…98% со временем окупится экономией на потребляемом токе — а значит, приобретение устройства с максимальным параметром имеет смысл.

Дополнительная защита.

Наличие в устройстве блока защиты от перегрузок, полной разрядки, короткого замыкания, перегревания в ходе работы, резких скачков напряжения и повышения силы тока увеличивает стоимость изделия, зато даёт владельцу почти стопроцентную гарантию безопасности.

При выборе устройства следует обращать внимание на наличие регуляторов выходных параметров (плавных или ступенчатых), индикаторов, показывающих входных и выходные параметры тока (шкальных или цифровых), а также работу от сети или в автономном режиме (светодиодных), и возможности ручного разрыва сигнала (обычно реализуется в виде тумблера).

Чем больше информации сможет владелец получить о состоянии блока питания, тем безопаснее будет его работа и тем меньше риск преждевременного выхода из строя, «вылета» сети или короткого замыкания с последующим возгоранием.

Габариты и масса.

Здесь, как и в случае с КПД, всё прозрачно: чем компактнее и легче блок питания, тем он удобнее в эксплуатации — но, как правило, тем больше за него придётся заплатить.

Указанные параметры не являются краеугольными: если условиями работы являются большая мощность и высокий КПД, устройство просто не может быть слишком маленьким, тем более если подразумевается наличие в нём дополнительных функций.

Наиболее дорогими и качественными в отношении выходного сигнала являются промышленные блоки питания; но если пользователю необходимо обеспечить работу компьютера, телевизора и видеопроигрывателя, никакой необходимости в излишних тратах нет. Достаточно найти подходящий по перечисленным выше параметрам прибор — и, сравнив цены, выбрать идеальную модель.

© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector