Устройства для понижения и повышения напряжения: Что такое напряжение, как понизить и повысить напряжение

Высокое или повышенное напряжение. Как понизить напряжение в сети

Высокое и повышенное напряжение. Причины возникновения

Как в наших электросетях могут появиться высокое или повышенное напряжение? Как правило к повышению напряжения могут привести некачественные электрические сети или аварии в сетях. К недостаткам сетей можно отнести: устаревшие сети, низкокачественное обслуживание сетей, высокий процент амортизации электрооборудования, неэффективное планирование линий передач и распределительных станций, не управляемый рост количества потребителей. Это приводит к тому, что сотни тысяч потребителей, получают высокое или повышенное напряжение. Значение напряжения в таких сетях может достигать 260, 280, 300 и даже 380 Вольт.

Одной из причин повышенного напряжения, как ни странно, может быть пониженное напряжение потребителей, находящихся далеко от трансформаторной подстанции.

В этом случае часто электрики умышленно повышают выходное напряжение электрической подстанции, чтобы добиться удовлетворительных показателей тока у последних в линии передач потребителей. В итоге, у первых в линии напряжение будет повышенным. По этой же причине можно наблюдать повышенное напряжение в дачных поселках. Здесь изменение параметров тока связаны с сезонностью и периодичностью потребления тока. Летом мы наблюдаем рост потребления электроэнергии. В этот сезон на дачах находится много людей, они используют большое количество энергии, а зимой потребление тока резко падает. В выходные дни потребление на дачных участках растёт, а в рабочие дни падает. В результате имеем картину неравномерного потребления энергии. В этом случае, если установить выходное напряжение на подстанции (а они, как правило, недостаточной мощности) нормальным (220 Вольт), то летом и в выходные напряжение резко просядет и будет пониженным. Поэтому электрики изначально настраивают трансформатор на повышенное напряжение.

В итоге зимой и в рабочие дни напряжение в поселках высокое или повышенное.

Вторая большая группа причин появления высокого напряжения — это перекосы по фазам при подключении потребителей. Часто бывает так, что подключение потребителей происходит хаотично без предварительного плана и проекта. Или в ходе реализации проекта или развития поселений происходит изменение значения потребления на разных фазах линии передач. Это может привести к тому, что на одной фазе напряжение будет пониженным, а на другой фазе — повышенным.

Третья группа причин повышенного напряжения в сети — это аварии на линиях электропередач и внутренних линиях. Здесь следует выделить две основные причины — обрыв нуля и попадание тока высокого напряжения в обычные сети. Второй случай — это редкость, случается в городах в сильный ветер, ураган. Бывает, что линия питания электротранспорта (трамвая или троллейбуса) попадает при обрыве на линии городских сетей.

В этом случае в сеть может попасть и 300, и 400 Вольт.

Теперь рассмотрим, что происходит при пропадании «нуля» во внутренние домовые сети. Этот случай бывает довольно часто. Если в одном подъезде дома используется две фазы, то при пропадании нуля (например, нет контакта на нуле) происходит изменение значения напряжения на разных фазах. На той фазе, где сейчас нагрузка в квартирах меньше, напряжение будет завышенным, на второй фазе — заниженным. Причем напряжение распределяется обратно пропорционально нагрузке. Так, если на одной фазе нагрузка именно в этот момент в 10 раз больше, чем на другой, то мы можем получить на первой фазе 30 Вольт (низкое напряжение), а на второй фазе — 300 Вольт (высокое напряжение). Что приведет к сгоранию электрических приборов и, возможно, пожару.

Чем опасно высокое и повышенное напряжение

Высокое напряжение опасно для электрических приборов. Значительное повышение напряжения может привести к сгоранию приборов, их перегреву, дополнительному износу. Особенно критичны к высокому напряжению электронное оборудование и электромеханические приборы.

Повышенное напряжение может привести к пожару в доме, нанести большой ущерб.

Как защититься от высокого напряжения и как понизить напряжение в сети

Чтобы защитить свои сети от повышенного напряжения, пиков высокого напряжения, скачков тока и перенапряжения необходимо использовать устройства защиты от скачков напряжения.
Подробнее смотрите в разделе «Устройства защиты от импульсных перенапряжений». Чтобы понизить напряжение, нормализовать параметры тока необходимо использовать стабилизаторы. Подробнее смотрите в разделе «Стабилизаторы напряжения».

Читайте также:

Преобразователи напряжения. Виды и устройство. Работа

Преобразователем напряжения называется устройство, которое изменяет вольтаж цепи. Это электронный прибор, который используется для изменения величины входного напряжения устройства. Преобразователи напряжения могут повышать или понижать входное напряжение, в том числе менять величину и частоту первоначального напряжения.

Необходимость применения данного устройства преимущественно возникает в случаях, когда необходимо использовать какой-либо электрический прибор в местах, где невозможно использовать имеющиеся стандарты или возможности электроснабжения. Преобразователи могут использоваться в виде отдельного устройства либо входить в состав систем бесперебойного питания и источников электрической энергии. Они широко применяются во многих областях промышленности, в быту и других отраслях.

Устройство

Для преобразования одного уровня напряжения в иное часто используют импульсные преобразователи напряжения с применением индуктивных накопителей энергии. Согласно этому известно три типа схем преобразователей:

• Инвертирующие.
• Повышающие.
• Понижающие.

Общими для указанных видов преобразователей являются пять элементов:

• Ключевой коммутирующий элемент.
• Источник питания.
• Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
• Конденсатор фильтра, который включен параллельно сопротивлению нагрузки.
• Блокировочный диод.

Включение указанных пяти элементов в разных сочетаниях дает возможность создать любой из перечисленных типов импульсных преобразователей.

Регулирование уровня выходящего напряжения преобразователя обеспечивается изменением ширины импульсов, которые управляют работой ключевого коммутирующего элемента. Стабилизация выходного напряжения создается методом обратной связи: изменение выходного напряжения создает автоматическое изменение ширины импульсов.

Типичным представителем преобразователя напряжения также является трансформатор. Он преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения. Данное свойство трансформатора широко применяется в радиоэлектронике и электротехнике.

Устройство трансформатора включает следующие элементы:

• Магнитопровод.
• Первичная и вторичная обмотка.
• Каркас для обмоток.
• Изоляция.
• Система охлаждения.
• Другие элементы (для доступа к выводам обмоток, монтажа, защиты трансформатора и так далее).

Напряжение, которое будет выдавать трансформатор на вторичной обмотке, будет зависеть от витков, которые имеются на первичной и вторичной обмотке.

Существуют и другие виды преобразователей напряжения, которые имеют иную конструкцию. Их устройство в большинстве случаев выполнено на полупроводниковых элементах, так как они обеспечивают значительный коэффициент полезного действия.

Принцип действия

Преобразователь напряжение вырабатывает напряжение питания необходимой величины из иного питающего напряжения, к примеру, для питания определенной аппаратуры от аккумулятора. Одним из главных требований, которые предъявляются к преобразователю, является обеспечение максимального коэффициента полезного действия.

Преобразование переменного напряжения легко можно выполнить при помощи трансформатора, вследствие чего подобные преобразователи постоянного напряжения часто создаются на базе промежуточного преобразования постоянного напряжения в переменное.

• Мощный генератор переменного напряжения, который питается от источника исходного постоянного напряжения, соединяется с первичной обмоткой трансформатора.
• Переменное напряжение необходимой величины снимается с вторичной обмотки, которое потом выпрямляется.
• В случае необходимости постоянное выходное напряжение выпрямителя стабилизируется при помощи стабилизатора, который включен на выходе выпрямителя, либо с помощью управления параметрами переменного напряжения, которое вырабатывается генератором.
• Для получения высокого кпд в преобразователях напряжения используются генераторы, которые работают в ключевом режиме и вырабатывают напряжение с использованием логических схем.
• Выходные транзисторы генератора, которые коммутируют напряжение на первичной обмотке, переходят из закрытого состояния (ток не течет через транзистор) в состояние насыщения, где на транзисторе падает напряжение.
• В преобразователях напряжения высоковольтных источников питания в большинстве случаев применяется эдс самоиндукции, которая создается на индуктивности в случаях резкого прерывания тока. В качестве прерывателя тока работает транзистор, а первичная обмотка повышающего трансформатора выступает индуктивностью. Выходное напряжение создается на вторичной обмотке и выпрямляется. Подобные схемы способны вырабатывать напряжение до нескольких десятков кВ. Их часто применяют для питания электронно-лучевых трубок, кинескопов и так далее. При этом обеспечивается кпд выше 80%.

Виды

Преобразователи можно классифицировать по ряду направлений.

Преобразователи напряжения постоянного тока:

• Регуляторы напряжения.
• Преобразователи уровня напряжения.
• Линейный стабилизатор напряжения.

Преобразователи переменного тока в постоянный:

• Импульсные стабилизаторы напряжения.
• Блоки питания.
• Выпрямители.

Преобразователи постоянного тока в переменный:

Преобразователи переменного напряжения:

• Трансформаторы переменной частоты.
• Преобразователи частоты и формы напряжения.
• Регуляторы напряжения.
• Преобразователи напряжения.
• Трансформаторы разного рода.

Преобразователи напряжения в электронике в соответствии с конструкцией также делятся на следующие типы:

• На пьезоэлектрических трансформаторах.
• Автогенераторные.
• Трансформаторные с импульсным возбуждением.
• Импульсные источники питания.
• Импульсные преобразователи.
• Мультиплексорные.
• С коммутируемыми конденсаторами.
• Бестрансформаторные конденсаторные.

Особенности

• При отсутствии ограничений по объему и массе, а также при высоком значении питающего напряжения преобразователи рационально использовать на тиристорах.
• Полупроводниковые преобразователи на тиристорах и транзисторах могу быть регулируемыми и нерегулируемыми. При этом регулируемые преобразователи могут применяться как стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.
• По способу возбуждения колебаний в устройстве могут быть схемы с независимым возбуждением и самовозбуждением. Схемы с независимым возбуждением выполняются из усилителя мощности и задающего генератора. Импульсы с выхода генератора направляются на вход усилителя мощности, что позволяет управлять им. Схемы с самовозбуждением – это импульсные автогенераторы.

Применение

• Для распределения и передачи электрической энергии. На электростанциях генераторы переменного тока обычно вырабатывается энергия напряжением 6—24 кВ. Для передачи энергии на дальние расстояния выгодно использовать большее напряжение. Вследствие этого на каждой электростанции ставят трансформаторы, повышающие напряжение.
• Для различных технологических целей: электротермических установок (электропечные трансформаторы), сварки (сварочные трансформаторы) и так далее.
• Для питания различных цепей;

— автоматики в телемеханике, устройств связи, электробытовых приборов;
— радио- и телевизионной аппаратуры.

Для разделения электрических цепей данных устройств, в том числе согласования напряжений и так далее. Трансформаторы, применяемые в данных устройствах, в большинстве случаев имеют малую мощность и невысокое напряжение.

• Преобразователи напряжения практически всех типов широко применяются в быту. Блоки питания многих бытовых приборов, сложных электронных устройств, инверторные блоки широко используются для обеспечения требуемого напряжения и обеспечения автономного энергоснабжения. К примеру, это может быть инвертор, который может быть использован для аварийного или резервного источника питания бытовых приборов (телевизор, электроинструмент, кухонная техника и так далее), потребляющих переменный ток напряжением 220 Вольт.
• Наиболее дорогими и востребованными в медицине, энергетике, военной сфере, науке и промышленности являются преобразователи, которые имеют выходное переменное напряжение с чистой формой синусоиды. Подобная форма пригодна для работы устройств и приборов, которые имеют повышенную чувствительность к сигналу. К ним можно отнести измерительную и медицинскую аппаратуру, электрические насосы, газовые котлы и холодильники, то есть оборудование, в составе которых имеются электромоторы. Преобразователи часто необходимы и для продления времени службы оборудования.

Достоинства и недостатки

К достоинствам преобразователей напряжения можно отнести:

• Обеспечение контроля входного и выходного режима тока. Эти устройства трансформируют переменный ток в постоянный, служат в качестве распределителей напряжения постоянного тока и трансформаторов. Поэтому их часто можно встретить в производстве и быту.
• Конструкция большинства современных преобразователей напряжения имеет возможность переключения между разным входным и выходным напряжением, в том числе предполагает выполнение подстройки выходного напряжения. Это позволяет подбирать преобразователь напряжения под конкретный прибор или подключаемую нагрузку.
• Компактность и легкость бытовых преобразователей напряжения, к примеру, автомобильных преобразователей. Они миниатюрны и не занимают много места.
• Экономичность. КПД преобразователей напряжения достигает 90%, благодаря чему существенно экономится энергия.
• Удобство и универсальность. Преобразователи позволяют подключать быстро и легко любой электроприбор.
• Возможность передачи электроэнергии на дальние расстояния благодаря повышению напряжения и так далее.
• Обеспечение надежной работы критических узлов: охранных систем, освещения, насосов, котлов отопления, научного и военного оборудования и так далее.

К недостаткам преобразователей напряжения можно отнести:

• Восприимчивость преобразователей напряжения к повышенной влажности (кроме преобразователей, специально созданных для работы на водном транспорте).
• Занимают некоторое место.
• Сравнительно высокая цена.

Похожие темы:

Трансформатор,понижение, повышение переменного напряжения.

Режимы работы, передача электроэнергии. Тесты онлайн, курсы по физике, подготовка к ЦТ

Тестирование онлайн

Трансформатор

Устройство, служащее для преобразования (повышения или понижения) переменного напряжения.

Простейший трансформатор состоит из сердечника замкнутой формы, на который намотаны две обмотки: первичная и вторичная. Первичная обмотка подсоединяется к источнику переменного тока, а вторичная к потребителям электроэнергии.

В основе работы трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. Магнитный поток, создаваемый переменным током в первичной обмотке, благодаря наличию сердечника практически без потерь пронизывает витки вторичной обмотки, возбуждая в ней ЭДС индукции. Так как магнитный поток должен изменяться, трансформатор может работать только на переменном токе.

Напряжение на вторичной обмотке зависит от числа витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора:

При k>1 трансформатор будет понижающим, при k

Режимы работы трансформатора. Режим холостого хода трансформатора называется режим с разомкнутой вторичной обмоткой. Рабочим режимом (ходом) трансформатора называется режим, при котором в цепь его вторичной обмотки включена нагрузка с отличным от нуля сопротивлением. Режимом короткого замыкания называется режим, при котором вторичная обмотка трансформатора замкнута без нагрузки. Данный режим опасен для трансформатора, поскольку в этом случае ток во вторичной обмотке максимален и происходит электрическая и тепловая перегрузка системы.

Передача и использование электрической энергии

Трансформаторы широко используются для передачи электроэнергии на большие расстояния. Электрическая энергия, которая вырабатывается генераторами на электростанциях, передается к потребителям на большие расстояния. Линии, по которым электрическая энергия передается от электростанций к потребителям, называют

линии электропередачи (ЛЭП).

При передачи электроэнергии неизбежны ее потери, связанные с нагреванием проводов. Чтобы уменьшить потери энергии, необходимо уменьшить силу тока в линии передачи. При данной мощности уменьшение силы тока возможно лишь при увеличения напряжения (P=UI). Для этого между генератором и линией электропередачи включают повышающий трансформатор. А затем, между ЛЭП и потребителем электроэнергии — понижающий трансформатор.

Как понизить напряжение — Мои статьи — Каталог статей

Как понизить напряжение сопротивлением?

Сопротивление ограничивает ток и при его протекании падает напряжение на сопротивление (токоограничивающий резистор). Такой способ позволяет понизить напряжение для питания маломощных устройств с токами потребления в десятки, максимум сотни миллиампер.

Примером такого питания можно выделить включение светодиода в сеть постоянного тока 12 (например, бортовая сеть автомобиля до 14.7 Вольт). Тогда, если светодиод рассчитан на питание от 3.3 В, током в 20 мА, нужен резистор R:

R=(14.7-3.3)/0. 02)= 570 Ом

Но резисторы отличаются по максимальной рассеиваемой мощности:

P=(14.7-3.3)*0.02=0.228 Вт

Ближайший по номиналу в большую сторону — резистор на 0.25 Вт.

Именно рассеиваемая мощность и накладывает ограничение на такой способ питания, обычно мощность резисторов не превышает 5-10 Вт. Получается, что если нужно погасить большое напряжение или запитать таким образом нагрузку мощнее, придется ставить несколько резисторов т.к. мощности одного не хватит и ее можно распределить между несколькими.

Способ снижения напряжения резистором работает и в цепях постоянного тока и в цепях переменного тока.

Недостаток — выходное напряжение ничем нестабилизировано и при увеличении и снижении тока оно изменяется пропорционально номиналу резистора.

Как понизить переменное напряжение дросселем или конденсатором?

Если речь вести только о переменном токе, то можно использовать реактивное сопротивление. Реактивное сопротивление есть только в цепях переменного тока, это связно с особенностями накопления энергии в конденсаторах и катушках индуктивности и законами коммутации.

Дроссель и конденсатор в переменном токе могут быть использованы в роли балластного сопротивления.

Реактивное сопротивление дросселя (и любого индуктивного элемента) зависит от частоты переменного тока (для бытовой электросети 50 Гц) и индуктивности, оно рассчитывается по формуле:

где ω – угловая частота в рад/с, L-индуктивность, 2пи – необходимо для перевода угловой частоты в обычную, f – частота напряжения в Гц.

Реактивное сопротивление конденсатора зависит от его емкости (чем меньше С, тем больше сопротивление) и частоты тока в цепи (чем больше частота, тем меньше сопротивление). Его можно рассчитать так:

Пример использования индуктивного сопротивление — это питание люминесцентных ламп освещения, ДРЛ ламп и ДНаТ. Дроссель ограничивает ток через лампу, в ЛЛ и ДНаТ лампах он используется в паре со стартером или импульсным зажигающем устройством (пусковое реле) для формирования всплеска высокого напряжения включающего лампу. Это связано с природой и принципом работы таких светильников.

А конденсатор используют для питания маломощных устройств, его устанавливают последовательно с питаемой цепью. Такой блок питания называется «бестрансфоматорный блок питания с балластным (гасящим) конденсатором».

Очень часто встречают в качестве ограничителя тока заряда аккумуляторов (например, свинцовых) в носимых фонарях и маломощных радиоприемниках. Недостатки такой схемы очевидны — нет контроля уровня заряда аккумулятора, их выкипание, недозаряд, нестабильность напряжения.

Как понизить и стабилизировать напряжение постоянного тока

Чтобы добиться стабильного выходного напряжения можно использовать параметрические и линейные стабилизаторы. Часто их делают на отечественных микросхемах типа КРЕН или зарубежных типа L78xx, L79xx.

Линейный преобразователь LM317 позволяет стабилизировать любое значение напряжения, он регулируемый до 37В, вы можете сделать простейший регулируемый блок питания на его основе.

Если нужно незначительно снизить напряжение и стабилизировать его описанные ИМС не подойдут. Чтобы они работали должна быть разница порядка 2В и более. Для этого созданы LDO(low dropout)-стабилизаторы. Их отличие заключается в том, что для стабилизации выходного напряжение нужно, чтобы входное его превышало на величину от 1В. Пример такого стабилизатора AMS1117, выпускается в версиях от 1.2 до 5В, чаще всего используют версии на 5 и 3.3В, например в платах Arduino и многом другом.

Конструкция всех вышеописанных линейных понижающих стабилизаторов последовательного типа имеет существенный недостаток – низкий КПД. Чем больше разница между входным и выходным напряжением – тем он ниже. Он просто «сжигает» лишнее напряжение, переводя его в тепло, а потери энергии равны:

Pпотерь = (Uвх-Uвых)*I

Компания AMTECH выпускает ШИМ аналоги преобразователей типа L78xx, они работают по принципу широтно-импульсной модуляции и их КПД равен всегда более 90%.

Они просто включают и выключают напряжение с частотой до 300 кГц (пульсации минимальны). А действующее напряжение стабилизируется на нужном уровне. А схема включения аналогичная линейным аналогам.

Как повысить постоянное напряжение?

Для повышения напряжения производят импульсные преобразователи напряжения. Они могут быть включены и по схеме повышения (boost), и понижения (buck), и по повышающе-понижающей (buck-boost) схеме. Давайте рассмотрим несколько представителей:

1. Плата на базе микросхемы XL6009

2. Плата на базе LM2577, работает на повышение и понижение выходного напряжения.

3. Плата преобразователь на FP6291, подходит для сборки 5 V источника питания, например powerbank. С помощью корректировке номиналов резисторов может перестраиваться на другие напряжения, как и любые другие подобные преобразователь – нужно корректировать цепи обратной связи.

4. Плата на базе MT3608

Здесь всё подписано на плате – площадки для пайки входного – IN и выходного – OUT напряжения. Платы могут иметь регулировку выходного напряжения, а в некоторых случая и ограничения тока, что позволяет сделать простой и эффективный лабораторный блок питания. Большинство преобразователей, как линейных, так и импульсных имеют защиту от КЗ.

 

 

 

Как повысить переменное напряжение?

Для корректировки переменного напряжения используют два основных способа:

1. Автотрансформатор;

2. Трансформатор.

Автотрансформатор – это дроссель с одной обмоткой. Обмотка имеет отвод от определенного количества витков, так подключаясь между одним из концов обмотки и отводом, на концах обмотки вы получаете повышенное напряжение во столько раз, во сколько соотносится общее количество витков и количество витков до отвода.

Промышленностью выпускаются ЛАТРы – лабораторные автотрансформаторы, специальные электромеханические устройства для регулировки напряжения. Очень широко применение они нашли в разработке электронных устройств и ремонте источников питания. Регулировка достигается за счет скользящего щеточного контакта, к которому подключается питаемое устройство.

Недостатком таких устройств является отсутствие гальванической развязки. Это значит, что на выходных клеммах может запросто оказаться высокое напряжение, отсюда опасность поражения электрическим током.

Трансформатор – это классический способ изменения величины напряжения. Здесь есть гальваническая развязка от сети, что повышает безопасность таких установок. Величина напряжения на вторичной обмотке зависит от напряжений на первичной обмотки и коэффициента трансформации.

Uвт=Uперв*Kтр

Kтр=N1/N2

Отдельный вид – это импульсные трансформаторы. Они работают на высоких частотах в десятки и сотни кГц. Используются в подавляющем большинстве импульсных блоках питания, например:

• Зарядное устройство вашего смартфона;

• Блок питания ноутбука;

• Блок питания компьютера.

За счет работы на большой частоте снижаются массогабаритные показатели, они в разы меньше чем у сетевых (50/60 Гц) трансформаторов, количество витков на обмотках и, как следствие, цена. Переход на импульсные блоки питания позволил уменьшить габариты и вес всей современной электроники, снизить её потребление за счет увеличения кпд (в импульсных схемах 70-98%).

 

 

 

В магазинах часто встречаются электронные траснформаторы, на их вход подаётся сетевое напряжение 220В, а на выходе например 12 В переменное высокочастотное, для использования в нагрузке которая питается от постоянного тока нужно дополнительно устанавливать на выход диодный мост и высокоскоростных диодов.

Внутри находится импульсный трансформатор, транзисторные ключи, драйвер, или автогенераторная схема, как изображена ниже.

Достоинства – простота схемы, гальваническая развязка и малые размеры.

Недостатки – большинство моделей, что встречаются в продаже, имеют обратную связь по току, это значит что без нагрузки с минимальной мощностью (указано в спецификациях конкретного прибора) он просто не включится. Отдельные экземпляры оборудованы уже ОС по напряжению и работают на холостом ходу без проблем.

 

Причины повышения и понижения напряжения в сети

Во многих российских регионах электрические сети находятся в очень плохом состоянии. Нередко там возникает повышение или понижение, скачки напряжения, из-за чего случаются сбои в функционировании всех видов электронной аппаратуры, бытовой техники, а иногда и их возгорание.

Каковы показатели аномального напряжения?

В ГОСТе строго прописано, что нормальным отклонением напряжения от показателя в 220 В можно считать 10%, то есть, пределы 200-240 В считаются приемлемыми. На данный момент чаще встречается проблема пониженного напряжения, связанного с износом линий электропередач, а также увеличением нагрузки на них. Повышенное напряжение встречается реже, но это явление считается более опасным, так как из-за него техника выходит из строя намного быстрее.

В некоторых случаях при внезапном отключении подачи напряжения возникают импульсные помехи, при которых происходит бросок напряжения и тока. В редких случаях в квартирные электросети попадает напряжение в 380 В, а не 220 В, как это должно быть. Это становится причиной поломки электрических устройств и бытовой техники, а также возникновения очагов возгорания.

Повышенное напряжение

Повышение напряжения может наблюдаться в жилых домах, где проводка находится в аварийном состоянии. При этом из-за отсоединения общего нулевого провода случается «обгорание нуля», а соседние фазы получают опасное напряжение в 360 вольт. Однофазное напряжение в квартирах берется из трехфазного. Обрыв нуля делает так, что напряжение становится зависимым от нагрузки, влияющей на соседние фазы. При разном значении нагрузки отмечается и различное напряжение на бытовой электронике, иногда достигающее 380 В. С этим связано отсутствие предохранителей на нулевом проводе. При повышении напряжения даже до 250 вольт бытовая техника будет служить вдвое меньше, а при сильном превышении нормального уровня напряжения на входе можно говорить о возможности выхода техники из строя и ее возгорании. Чаще всего, напряжение в бытовой электросети ниже нормального уровня.

Пониженное напряжение

Напряжение может понизиться по разным причинам, к примеру, при одновременном подключении ряда мощных электрических приборов, включении отопительных приборов в большом количестве (свойственно для зимы), сбои в функционировании подстанции и прочих. При продолжительной работе электротехники в условиях пониженного напряжения можно говорить о вероятности ускорения износа компонентов, перегрева деталей, а также возгорания. Статистика такова, что количество пожаров заметно увеличивается именно во время холодного сезона. Первая причина состоит в халатном отношении со стороны самих жильцов, а вторая связана со скачками напряжения и неисправностями электрической сети.

Как же поступить рядовому потребителю, если в доме наблюдаются скачки напряжения? Самым очевидным вариантом выхода из ситуации и защиты от повышения или понижения напряжения является монтаж бытового стабилизатора подходящей мощности. Ее требуется рассчитать в зависимости от электроприборов, которые будут подключены к стабилизатору. Наиболее востребованными показателями мощности стабилизаторов является 8-10 кВт.

Симисторные стабилизаторы российского и украинского производства считаются более надежными. Их особенностями является более продолжительный срок эксплуатации, отсутствие шума при работе и лучшие эксплуатационные качества, а также безопасность в эксплуатации. Их установка освободит вас от беспокойства за правильность работы техники, подключенной к ним.

Подключение стабилизатора напряжения выполняется между энергосетью и электронным устройством. Этот прибор берет из сети имеющееся напряжение, которое он преобразует в «правильное», подавая его к конечному электроустройству. При возникновении критической ситуации, когда происходит чрезмерное падение или повышение сетевого напряжения, устройство просто отключает его от потребителя, переходя в состояние ожидания до того момента, пока не произойдет восстановление напряжения до разумных пределов. Это позволяет стабилизатору не только выполнять функцию по стабилизации напряжения, но и защищать электроприборы, с чем не способны справиться предохранители или автоматические выключатели.

Принцип работы стабилизатора

В стандартном варианте контролером сравнивается напряжение на выходе с опорным, после чего происходит изменение воздействия на регулирующий элемент. В качестве последнего может выступать проходной транзистор или ключевая схема в зависимости от типа устройства. Изменение направлено на компенсацию возникающего расхождения. Воздействие может быть таким, что на регулирующем элементе меняется напряжение, либо производится изменение частоты или скважности управляющих импульсов.

Электрическая машина для повышения или понижения напряжения, 13 (тринадцать) букв

Примеры употребления слова трансформатор в литературе.

Трубка возбуждалась высоковольтным трансформатором, но при очень малых давлениях показывала только две или три линии Бальмера и слабые признаки сотен линий, которые, как мы теперь знаем, объясняются присутствием молекулярного водорода.

А теперь Брэнгвин своими глазами видел настоящий флаг с черепом и костями, как на будке трансформатора токов высокого напряжения.

Форбс сообщал, что полковник Бустаманте закончил эксперименты с собачьим потомством трансформатора Оуэна, получил блестящие результаты и принципиально решил проблему увеличения штата оборотней: все щеночки, покушав рудбекию, тако-ое показали.

При свете раннего солнца город был похож на огромный ящик с сокровищами, обитый черным и серым бархатом пепелищ и наполненный миллионами сверкающих драгоценных камней: осколками аккумуляторов, амперметров, анализаторов, батарей, библиотечных автоматов, бутылок, банкнотов, бобин, вентиляторов, генераторов, громкоговорителей, динамо-машин, динамометров, детекторов, калориметров, конденсаторов, копилок, консервных автоматов, вакуумных установок, изоляторов, ламп, магнето, массспектрометров, масштабных линеек, машин по учету личного состава, моек для посуды, мотогенераторов, моторов, механических уборщиков, осциллографов, очистителей, записывающих устройств, напильников, колосников, обогревателей, панелей управления, понижающих трансформаторов, прерывателей, преобразователей, приводных ремней, потенциометров, пылеулавливателей, резцов, распылителей, регуляторов частоты, радиоприемников, реакторов, реле, реостатов, рентгеновских установок, сварочных аппаратов, счетных машин, счетчиков Гейгера, светофоров, сопротив

Отец Видикон выдернул из запасного трансформатора перегоревший резистор.

Источник: библиотека Максима Мошкова

Принцип работы реле контроля напряжения

Реле напряжения — это устройства с автоматическим срабатыванием, которые защищают электрическую технику от возможного понижения / повышения напряжения (относительно номинального значения 230 В) в однофазных сетях. Есть приборы, предназначенные для тех же функций при трехфазном питании. При отклонении значений напряжений в любую сторону такое реле отключит нагрузку. Что, в свою очередь, исключит негативное влияние бросков напряжения на эксплуатируемое электрооборудование.

Причинами отклонений напряжения в сети могут быть такие факторы:

— При обрыве воздушной линии электропередач напряжение может достигать 380 В, что вызовет перегорание большинства бытовых электроприборов.

— Разрыв нулевого провода ветром либо по другим причинам приводит к возрастанию напряжения и выходу электроприборов из строя.

— Если объект (здание) находится на большом расстоянии от понижающего трансформатора, возрастают потери в соединительных проводах, что ведет к сильному понижению значений напряжения на входе в дом с последующей поломкой техники.

— Если в сеть включен потребитель значительной мощности, то эта фаза перегружена. В результате напряжение на ней падает ниже номинального, приводя к сгоранию электротехники.

Следует помнить, что реле напряжения работают в диапазоне напряжений 100 – 420 В. Поэтому они не в состоянии защитить электрические приборы от импульсных молниевых разрядов, достигающих несколько тысяч вольт.

Конструктивная схема всех типов реле напряжений состоит из 2-х основных частей – силовой и электронной. В составе электроники имеется микропроцессор, предназначенный непосредственно для контроля напряжения. Если его значение вышло за заданные границы, микропроцессор подает сигнал на силовую часть реле. А она оперативно (от долей до нескольких секунд) отключает напряжение от нагрузки. Эта характеристика реле напряжения называется его быстродействием.

Пределы срабатывания (по напряжению) у всех реле RBUZ составляют:

— Нижний 120 – 210 В.

— Верхний 220 – 280 В.

После стабилизации напряжения в сети у реле срабатывает таймер задержки подключения приборов (3 — 600 с). Это дополнительный фактор защиты компрессорного оборудования, которое чувствительно к частым повторным пускам. Для него рекомендуется устанавливать время задержки 120 — 180 с.

Настройка реле (пороги срабатывания, время задержки и т. д.) осуществляется при помощи трех кнопок (механических либо сенсорных).

У всех реле торговой марки RBUZ (кроме D16, D25-63) реализован алгоритм True RMS, который обеспечивает более точное измерение напряжения и отключение питания от нагрузки до того, как последняя получит повреждения. Благодаря True RMS уменьшается влияние сетевых помех на измерение напряжения, форма которого отлична от синусоиды.

Во всех моделях реле напряжения RBUZ (исключая D16, D25-63) имеется профессиональная модель времени отключения нагрузки. Она не отключает защищаемое оборудование при безопасных по величине и длительности отклонениях напряжения. За основу взята кривая «ITIC (CBEMA) Curve» (http://www. home.agilent.com/upload /cmc_upload/All/1.pdf?&cc=UA&lc=eng). Она называется графиком терпимости подключаемого оборудования и содержится в прошивке микропроцессора реле напряжения. В том случае, когда забросы напряжения, а также их продолжительность не больше, чем запас прочности подключаемой нагрузки, отсоединение питания с нее не делается.

Все реле контроля напряжения RBUZ снабжены энергонезависимой памятью, с помощью которой сохраняются все настройки параметров их работы и критические значения напряжения.

Также они (кроме линии D) имеют встроенную защиту от перегревов. А в линейке Dt применена интересная функция. С целью увеличения продолжительности ресурса ее контактной группы и снижения ее искрения нагрузку коммутируют в максимальной близости к моменту перехода синусоиды через нулевое значение.

 

Оцените новость:

16 устройств коррекции мощности доступны для установки и действительно улучшают качество электроэнергии

Почему коррекция мощности?

Все современные электронные устройства уязвимы из-за низкого качества электроэнергии. Но почему? Что вы можете сделать по этому поводу? В этой технической статье описывается 12 типов устройств коррекции мощности (всего 16), которые принимают электроэнергию в любой доступной форме и изменяют мощность для повышения качества или надежности, необходимых для электронного оборудования переменного тока.

16 устройств коррекции мощности доступны для установки и действительно улучшают качество электроэнергии (на фото: входной фильтр, который приводит форму сигнала в системе питания в соответствие с рекомендациями по качеству электроэнергии IEEE519.Он разработан со специальной схемой ловушки, настроенной на соответствующие кратные основной частоты, чтобы уменьшить содержание гармоник. Предоставлено: SUBCOE)

Эти устройства выполняют такие функции, как устранение шума, изменение или стабилизация напряжения, частоты и формы сигнала .

Требования к мощности и производительности зависят от каждого приложения. Доступен широкий спектр продуктов для коррекции мощности, в которых используется ряд технологий и обеспечивается разная степень защиты подключенной нагрузки.

Необходимо понять требования приложения, а затем — это экономичное решение, применяемое с использованием одного или нескольких доступных продуктов .

Выбор подходящего устройства коррекции мощности довольно прост, когда он питает одну нагрузку. Необходимо учитывать требования только к одной нагрузке.

Для более крупных систем, которые поддерживают множество нагрузок, необходимо учитывать требования ко всем нагрузкам, а также потенциальные взаимодействия между ними, чтобы выбрать подходящее оборудование для улучшения и конструкцию системы.

Содержание:

1. Изолирующие трансформаторы
2. Шумовые фильтры
3. Решения по гармоническому току
   1. Пассивные фильтры гармоник
   2. Фазосдвигающие трансформаторы
   3. Активные фильтры гармоник
4. Подавление скачков напряжения в переходных процессах
5. Регуляторы напряжения
   РПН
   1. Buck Boost
   2. Феррорезонансные трансформаторы постоянного напряжения
6. Устройства распределения питания
7. Компьютерные блоки распределения питания
8. Магнитный синтезатор
9. Двигатель — генератор / генераторы
10. Статические переключатели (STS)
11. Системы резервного питания ( SPS)
12. Источники бесперебойного питания (ИБП)

1.Изолирующие трансформаторы

Изолирующие трансформаторы — одно из наиболее широко используемых устройств коррекции мощности. На рисунке 1 изображена конфигурация изолирующего трансформатора. Они включают в себя отдельные первичную (или входную) и вторичную (или выходную) обмотки.

Они обеспечивают несколько функций.

Один из них — это способность преобразовывать или изменять уровень напряжения ввода-вывода и / или компенсировать высокое или низкое установившееся напряжение . В США 480 В обычно распределяется по месту использования, а затем преобразуется в 120 В или 208 Y / 120 В .

Другая функция отдельных обмоток — обеспечение заземления источника питания вблизи точки использования.

Это значительно снижает проблему синфазного шума, индуцируемого «контурами заземления» или многотоковыми путями в цепи заземления перед установленной опорной точкой заземления.

Рисунок 1 — Изолирующий трансформатор

Эти пассивные устройства вносят минимальное искажение тока на входной источник . Кроме того, они могут уменьшить тройные гармонические токи, возвращаемые к источнику однофазными нелинейными нагрузками.

При использовании изолирующего трансформатора по схеме «треугольник» первичной обмотки и вторичной обмотки «звезда» для питания нелинейной нагрузки, такой как выпрямитель, сбалансированная часть трехкратных гармонических токов нагрузки циркулирует и подавляется в первичной обмотке , поэтому они не видны для мощности источник (утилита).

На другие гармонические токи прямой и обратной последовательности влияет сдвиг фазы основной частоты на 30 ° трансформатора «треугольник-звезда».

Например, токи нагрузки 5-й и 7-й гармоник инвертируются, , что может быть полезно для обеспечения гашения этих гармонических токов на уровне первичного напряжения .

Рисунок 2 — Экранированный изолирующий трансформатор

В целях стабилизации мощности изолирующие трансформаторы должны быть оборудованы электростатическими (Фарадеевскими) экранами между первичной и вторичной обмотками, как показано на Рисунке 2 выше.

Электростатический экран представляет собой проводящий лист из немагнитного материала (медь или алюминий), соединенный с землей , который снижает эффект межобмоточной емкостной связи между первичной и вторичной обмотками и улучшает способность изолирующего трансформатора изолировать свою нагрузку от общей. модовый шум присутствует на входном источнике питания.

Простое экранирование добавляет немного к стоимости, размеру или весу трансформатора .

Специальные кондиционирующие трансформаторы, называемые трансформаторами со сверхизоляцией или сверхизолирующими трансформаторами, снабжены дополнительными экранами вокруг каждой обмотки для дальнейшего уменьшения емкостной связи.

Этот тип трансформатора (сверхизолирующий трансформатор) заявлен для снижения синфазного шума определенных частот на 140 дБ или более . Однако это делается за счет введения дополнительного реактивного сопротивления трансформатора с результирующим ухудшением регулирования напряжения с изменением нагрузки и более высокими затратами, чем у изолирующих трансформаторов с одиночными электростатическими экранами.

Эти трансформаторы обычно не обеспечивают развязку помех нормального режима, таких как провалы, выбросы и скачки напряжения.

Изолирующие трансформаторы не обеспечивают никакого регулирования линейного напряжения и, фактически, могут вызвать дополнительное ухудшение регулирования напряжения из-за их последовательного импеданса.

Как было сказано, экранирование имеет тенденцию отрицательно влиять на регулирование. Изолирующие трансформаторы обычно достаточно эффективны (от 95% до 98%), поэтому выделяют мало тепла и работают относительно тихо.Их можно приобрести в корпусах, подходящих для установки в компьютерных залах.

Изолирующие трансформаторы могут быть установлены отдельно или с автоматическими выключателями распределения питания и цепями контроля. Изолирующие трансформаторы с распределительными автоматическими выключателями могут располагаться рядом с критической нагрузкой.

Эта конфигурация обеспечивает короткие силовые фидеры и ответвления, тем самым ограничивая восприимчивость к связанным шумам. Изолирующие трансформаторы, встроенные в комплектные блоки распределения питания (PDU), часто включают в себя дополнительных устройств для подавления шума и перенапряжения, встроенное распределение мощности, мониторинг и гибкие выходные кабели, которые обеспечивают более простую перестановку оборудования нагрузки.

Вернуться к содержанию ↑

2. Фильтры шумов

Фильтры шумов уменьшают кондуктивные электромагнитные помехи (EMI) и радиочастотные помехи (RFI). На рис. 3 показан один из типов индуктивно-конденсаторного (LC) фильтра .

Фильтры

могут использоваться для предотвращения попадания помех в оборудование от источника питания , а также для предотвращения подачи оборудования, которое генерирует помехи, обратно в линию электропередачи.

Большинство типов электронного оборудования имеют фильтры той или иной формы для ограничения высокочастотного шума, обычно необходимые для соответствия ограничениям на излучение оборудования Федеральной комиссии по связи (FCC).

Рисунок 3 — ЖК-фильтр шума

Простейшей формой фильтра является «фильтр нижних частот» , предназначенный для пропускания напряжения 60 Гц, но для блокирования более высоких частот или резких выбросов волнового фронта . Эти устройства содержат последовательные катушки индуктивности, за которыми следуют конденсаторы, соединенные с землей. Катушка индуктивности образует путь с низким импедансом для электросети 60 Гц, но путь с высоким сопротивлением для высокочастотного шума.

Конденсатор отводит оставшийся высокочастотный шум на землю, прежде чем он достигнет нагрузки.

Фильтры радиопомех не эффективны для частот около 60 Гц, таких как низшие гармоники.

Фильтры могут быть подключены линия-линия или фаза-нейтраль для подавления шума нормального режима . Они также могут быть подключены между фазой и нейтралью и между фазой и землей или использоваться вместе с симметричным трансформатором для уменьшения синфазного шума между любыми проводниками.

Фильтры требуют осторожного обращения !! При неправильном использовании они могут вызвать эффект звонка, который может быть хуже, чем шум, который они должны были фильтровать. По этой и другим причинам фильтры большего размера, чем простые фильтры радиопомех, редко используются в качестве дополнительных устройств для формирования сети.

Вернуться к содержанию ↑

3. Решения для гармонических токов

Был использован ряд альтернативных методов для уменьшения или регулирования гармонических токов.Методы включают пассивные фильтры подавления гармоник , решения на основе трансформаторов и активные фильтры подавления гармоник .

3.1 Пассивные фильтры гармонических токов

Пассивные фильтры гармонических токов используются для предотвращения подачи гармонических токов нелинейных нагрузок обратно в источник питания, где они вызывают нагрев проводников и трансформаторов и соответствующее искажение напряжения.

Пассивные фильтры содержат только катушки индуктивности, конденсаторы и резисторов.

Два типа пассивных фильтров гармонических токов — это последовательно подключенные последовательно-резонансные фильтры и последовательно подключенные параллельно-резонансные фильтры. Типичный последовательно-резонансный фильтр показан на рисунке 4.

Рисунок 4 — Последовательно-резонансный фильтр гармонического тока

Фильтр размещается параллельно с нагрузкой, и фильтр настроен на самую низкую преобладающую гармоническую частоту, генерируемую нагрузкой или наблюдаемую. в энергосистеме.

Часто перед фильтром вставляют последовательный дроссель, чтобы отстроить фильтр от источников гармоник в восходящем направлении.Эти фильтры могут быть очень эффективными при уменьшении гармонических токов в их источнике и устранении необходимости в других изменениях для компенсации проблем, вызванных гармоническими токами.

Для нелинейных нагрузок диодного выпрямителя существуют значительные уровни гармонических токов без какой-либо заметной основной реактивной мощности (ВАР).

Потенциальным недостатком пассивных последовательно-резонансных фильтров гармоник в этом случае является ведущий коэффициент мощности из-за фундаментальной переменной мощности конденсаторов фильтра.Для изменения нагрузки может быть получен ступенчатый фильтр, который включает и выключает необходимое количество шагов фильтра по мере увеличения или уменьшения нагрузки.

Были применены последовательно соединенные параллельно-резонансные фильтры гармонических токов для управления потоком гармонических токов путем преднамеренного введения высокого импеданса на целевой частоте гармонического тока .

Рисунок 5 — Параллельно-резонансный фильтр тока гармоник, применяемый для блокирования потока тройной гармоники

На рисунке 5 изображен параллельно-резонансный фильтр в типичном приложении, где параллельно-резонансный фильтр настроен на 3-ю гармонику, чтобы блокировать поток тройной гармоники ток нейтрали в трехфазных энергосистемах.

Параллельно-резонансный фильтр имеет высокий импеданс на 3-й гармонике, но при этом сохраняет низкий импеданс на основной (силовой) частоте. При включении последовательно с нейтральным проводом фильтр препятствует протеканию тока 3-й гармоники и предотвращает появление высоких нейтральных токов в системе питания .

Фильтр устраняет необходимость в нейтральных проводах увеличенного диаметра для обработки комбинированных тройных токов от фаз , и можно использовать стандартные методы подключения.

Потенциальным недостатком последовательно соединенного параллельно-резонансного фильтра является результирующий повышенный уровень искажения напряжения, наблюдаемый на стороне нагрузки фильтра.

Вернуться к содержанию ↑

3.2 Снижение гармонических токов на основе трансформатора

Три основных типа трансформаторов, применяемых для уменьшения гармонических токов:

• изолирующие трансформаторы треугольником,
• автотрансформаторы зигзагообразные и
• Фазовые многообмоточные трансформаторы.

Разделительные трансформаторы, треугольник-звезда

Разделительные трансформаторы, треугольник-звезда, которые широко используются в качестве трехфазных распределительных трансформаторов , обеспечивают гашение тройных гармонических токов нагрузки, когда они циркулируют в треугольных первичных обмотках.

Кроме того, сдвиг фазы между входом и выходом на 30 ° трансформаторов «треугольник-звезда» можно использовать для подавления гармонических токов 5-го и 7-го порядка в первичной силовой цепи , поскольку эти гармонические токи инвертируются обмотками «треугольник-звезда» и эти инвертированные гармонические токи могут использоваться для компенсации других (не инвертированных) гармонических токов нагрузки.

Вернуться к содержанию ↑

Зигзагообразные трансформаторы

Зигзагообразные трансформаторы, иногда называемые трансформаторами нулевой последовательности, используются для управления потоком тройных гармонических токов , отводя их от перегруженных фидеров или распределительных трансформаторов.

На рисунке 6 показано типичное применение зигзагообразного трансформатора.

Трансформатор, подключенный параллельно к трехфазному и нейтральному проводу, обеспечивает путь с низким сопротивлением для утроения гармоник.Токи тройной гармоники шунтируются через зигзагообразный трансформатор и, таким образом, отводятся от входного фидера или питающего трансформатора .

Однако тройные гармонические токи продолжают течь по всем проводам после зигзагообразного трансформатора, и по-прежнему требуются удвоенные нейтрали или другие средства защиты от гармонических токов.

Рисунок 6 — Зигзагообразный автотрансформатор, применяемый для отвода тока тройной гармоники

Вернуться к содержанию ↑

Фазосдвигающие многообмоточные трансформаторы

Фазосдвигающие многообмоточные трансформаторы могут использоваться в трехфазных энергосистемах для устранения определенных порядков гармонических токов, в зависимости от конкретного фазового сдвига, обеспечиваемого обмотками трансформатора.

Одним из популярных фазосдвигающих трансформаторов является трансформатор треугольник (первичный) -дельта (вторичный) -свет (вторичный) , используемый с трехфазными выпрямителями для обеспечения 12-импульсного выпрямления, которое эффективно устраняет (нейтрализует) выпрямительные гармоники 5-го и 7-го порядка. токи.

Другие многообмоточные трансформаторы применялись со схемами выпрямителя, чтобы обеспечить гашение большего количества порядков гармонических токов, особенно в выпрямителях большой мощности, таких как приводы больших двигателей.

Для электронных нагрузок, работающих при напряжении между фазой и нейтралью, был разработан ряд многообмоточных трансформаторов, которые создают многофазные напряжения между фазой и нейтралью.

Рисунок 7 — Фазосдвигающий многообмоточный трансформатор, применяемый с электронными нагрузками между фазой и нейтралью для подавления тройных, 5-й и 7-й гармоник

На рисунке 7 выше показан пример шестифазного многообмоточного трансформатора, используемого для подавления Гармонические токи нагрузки 5-го и 7-го порядка.

В этом случае имеет две вторичные звездообразные системы с фазовым сдвигом на 30 ° для компенсации токов 5-й и 7-й гармоник , протекающих от нагрузок, подключенных к каждой выходной фазной обмотке.Зигзагообразные выходные обмотки и треугольник первичной обмотки нейтрализуют тройные гармонические токи нагрузки.

Таким образом, одиночный трансформатор может гасить токи нагрузки тройной, пятой и седьмой гармоник. Поскольку снижение гармонических токов происходит за счет компенсации, нагрузка на каждом выходе трансформатора должна быть одинаковой и сбалансированной.

Вернуться к содержанию ↑

3.3 Активные фильтры гармонических токов

Активные фильтры гармонических токов — это электронные устройства, которые в реальном времени определяют токи гармонической нагрузки и вводят равные и противоположные гармонические токи в отменить гармонические токи нагрузки.На рисунке 8 изображена типичная реализация активного фильтра гармоник тока.

Потоки гармонического тока обычно представляют собой потоки реактивного тока , для устранения которых требуется минимальный уровень реальной мощности.

Некоторые реализации активных фильтров гармонических токов могут также обеспечивать реактивные токи основной частоты для обеспечения коррекции общего коэффициента мощности.

Активные фильтры правильного размера и конструкции могут корректировать искажения тока до менее 1% общего гармонического искажения. Активные фильтры используют для своей работы некоторую мощность и, как правило, менее эффективны, чем пассивные фильтры.

Однако они могут адаптироваться к изменяющимся условиям нагрузки. Будучи электронными схемами, они по своей сути более сложны и менее надежны, чем пассивные фильтры, и на сегодняшний день стоят значительно дороже.

Рисунок 8 — Активный фильтр гармонических токов

Вернуться к содержанию ↑

4. Ограничители перенапряжения

Ограничители перенапряжения охватывают широкую категорию устройств защиты от перенапряжения (SPD) от больших устройств, таких как разрядники от грозовых перенапряжений, до небольших ограничители импульсных перенапряжений (TVSS), используемые для защиты подключаемых к розетке устройств.

Эффективная защита от перенапряжения для всей системы распределения электроэнергии в здании требует скоординированного использования токоотводящих устройств большой емкости на служебном входе с последующими устройствами ограничения напряжения меньшей мощности, стратегически применяемыми по всей энергосистеме.

Устройства служебного входа предназначены для снижения уровня энергии очень большого скачка напряжения до уровня, который может быть обработан другими устройствами, расположенными ближе к нагрузкам. При неправильной координации избыточная энергия может разрушить расположенные ниже по потоку ограничители и повредить подключенное нагрузочное оборудование.

Ограничители перенапряжения меньшего размера, как правило, представляют собой простые и относительно недорогие устройства. Обычно они содержат металлооксидных варисторов , лавинные диоды или другие устройства ограничения напряжения, которые подключаются к линии электропередачи или от одного вывода фазного напряжения к другому или к земле.

Подавители поглощают или отводят энергию от скачков напряжения, превышающих их пороговое значение (обычно на 100% выше номинального напряжения сети).

Из-за их небольшого размера и низкой стоимости по сравнению с оборудованием, которое они обслуживают, а также из-за стоимости определения того, существуют ли такие скачки в данной установке (или даже если эта функция уже встроена в сам компьютер), они часто обычно используется как недорогая страховка на случай сильных скачков .

Многие высококачественные линейные кондиционеры включают в себя подавители. Они могут быть добавлены к распределительному щиту, обслуживающему электронные нагрузки, если не включены где-либо еще.

Наиболее эффективные места для подавления перенапряжения находятся на служебном входе , на выходе отдельно выделенных источников (где нейтраль соединена с землей) и у источника серьезных переходных скачков напряжения, таких как переключаемые катушки индуктивности, катушки контакторов и т. д.

Устройства подавления перенапряжения упакованы в различные узлы, которые часто включают силовые розетки для нескольких нагрузок.Эти блоки чаще всего продаются для использования с небольшими однофазными нагрузками и доступны от множества производителей.

Лучшие блоки включают предохранители, список агентств и возможность перенапряжения в виде значений ограничивающего напряжения и номинальной мощности. Большинство недорогих устройств имеют ограниченную способность выдерживать несколько больших скачков .

Плохо то, что SPD может выйти из строя без какой-либо индикации, оставив нагрузку незащищенной.

На рис. 9 показан типовой многомодовый ограничитель перенапряжения с параллельным подключением .

Рисунок 9 — Параллельно подключенный многомодовый ограничитель перенапряжения

На рисунке 10 показан типовой ограничитель перенапряжения p , подключенный параллельно, с использованием нескольких, индивидуально соединенных с предохранителями элементов защиты от перенапряжения .

Рисунок 10 — Параллельно подключенный ограничитель перенапряжения с использованием нескольких отдельных предохранителей

Вернуться к содержанию ↑

5. Регуляторы напряжения

Большинство низкочастотных помех напряжения, за исключением очень глубоких провалов или отключений, можно устранить соответствующими применение регулятора напряжения.Сегодня существует ряд типов регуляторов напряжения.

Феррорезонансные и твердотельные переключающие трансформаторы сегодня используются для электронных нагрузок, а не более медленных электромеханических типов.

Эти блоки не подходят для защиты электронных нагрузок от быстрых изменений напряжения.

Вернуться к содержанию ↑

5.1 Переключатели ответвлений

Быстродействующие регуляторы делятся на два основных класса: переключатели ответвлений и повышающие понижающие .Первый — это регулятор с переключением ответвлений, показанный на рис. 11.

Качественные переключатели ответвлений

предназначены для регулирования изменяющихся входных напряжений путем автоматического переключения ответвлений на силовом трансформаторе (изолирующего типа или типа автотрансформатора).

Рисунок 11 — Регулятор переключения

Количество ответвлений определяет величину ступеней и диапазон возможного регулирования. Приемлемый регулятор должен иметь по крайней мере четыре отвода ниже нормы и два отвода выше нормы на семь ступеней.Отводы обычно имеют шаг от 4% до 10%, в зависимости от конкретной конструкции .

Время отклика обычно меньше двух циклов и ограничено этой скоростью из-за критериев переключения при нулевом токе и стабильности управления.

Преимущество переключателя ответвлений состоит в том, что его последовательное сопротивление равно импедансу трансформатора или автотрансформатора и полупроводниковым переключателям . Он вносит незначительные гармонические искажения напряжения при работе в установившемся режиме и сводит к минимуму помехи, вызванные нагрузкой, по сравнению с регуляторами с более высоким последовательным сопротивлением.

Он также обладает высокой способностью к кратковременной перегрузке для обеспечения пусковых или пусковых токов. В своей обычной конфигурации с изолирующим трансформатором и широким диапазоном пониженного напряжения он обеспечивает изоляцию синфазного шума и стабилизацию напряжения.

Вариантом традиционного регулятора с переключением ответвлений является использование последовательного инжекционного трансформатора, позволяющего использовать полупроводники с переключением ответвлений меньшего тока в понижающе-повышающем режиме.

См. Рисунок 12 ниже.

Рисунок 12 — Понижающий-повышающий регулятор с переключением ответвлений

Вернуться к содержанию ↑

5.2 Понижающий импульс

Второй класс быстродействующих регуляторов — это электронный понижающий-повышающий тип (рисунок 13). Он использует тиристорное управление понижающим и повышающим трансформаторами в сочетании с параметрическими фильтрами для обеспечения регулируемого синусоидального выходного сигнала даже при нелинейных нагрузках, типичных для компьютерных систем.

Это выполняется плавно и непрерывно, устраняя шаги, присущие переключателю ответвлений. Пусковые токи могут подаваться для запуска, типичного для центральных процессоров компьютеров или двигателей дисководов, при поддержании почти полного напряжения.

Агрегаты могут быть оборудованы изолирующим трансформатором с электростатическим экраном, обеспечивающим понижение напряжения и ослабление синфазного сигнала при необходимости. Питание подается на регулятор , который либо добавляет (повышает), либо вычитает (компенсирует) входное напряжение , так что выходное напряжение поддерживается постоянным при изменении входного напряжения от 15% до 20%.

Это делается путем сравнения выходного напряжения с желаемым (установленным) уровнем и с использованием обратной связи для изменения уровня повышения или понижения , чтобы поддерживать желаемый уровень .

Параметрический фильтр обеспечивает путь для нелинейных токов, генерируемых нагрузкой и самим регулятором, и выдает синусоидальный выходной сигнал с низким общим гармоническим искажением.

Рисунок 13 — Понижающий-повышающий стабилизатор

Вернуться к содержанию ↑

5.3 Феррорезонансные трансформаторы постоянного напряжения

Одним из распространенных типов регуляторов напряжения является феррорезонансный или трансформатор постоянного напряжения (CVT) . На рисунке 14 представлена ​​топология конструкции феррорезонансного регулятора.В регуляторах этого класса используется насыщающий трансформатор с резонансным контуром, состоящим из индуктивности трансформатора и конденсатора.

Регулятор поддерживает почти постоянное напряжение на выходе при колебаниях входного напряжения от 20% до 40%, в зависимости от нагрузки блока. Поскольку это резонансный контур, выходное напряжение зависит от приложенной частоты. Изменение выходного напряжения составляет примерно 1% при изменении частоты на 1%.

Эти блоки надежны, поскольку не содержат движущихся или активных электронных частей.Если эти блоки построены с изоляцией (и экранированием), они могут обеспечивать снижение синфазного шума и обеспечивать отдельно производный источник для местного заземления питания.

Они также обеспечивают шумоподавление в нормальном режиме, изоляцию искажений напряжения и защиту от переходных перенапряжений .

Рисунок 14 — Феррорезонансный регулятор

Требуется осторожное применение, чтобы избежать нежелательного взаимодействия нагрузки с источником. Ток нагрузки имеет тенденцию вызывать выход устройства из резонанса, если он становится слишком большим.

Часто эти блоки могут обеспечивать только от 125% до 200% своей полной номинальной нагрузки. Если пусковой или пусковой токи превышают эти пределы, выходное напряжение будет значительно снижено, что может быть несовместимо со многими нагрузками.

Другие устройства на выходе вариатора будут видеть это падение напряжения и могут отключиться из-за пониженного напряжения. Эти устройства должны быть большего размера, если предполагается, что они будут обеспечивать большие пусковые или пусковые токи или обеспечивать очень глубокую защиту от провисания.

Феррорезонансные трансформаторы создают более громкий шум, чем обычные трансформаторы, и для их установки в офисных помещениях могут потребоваться специальные корпуса.

Вернуться к содержанию ↑

6. Кондиционеры линии электропередачи

Типичные кондиционеры линии электропередачи сочетают в себе одну или несколько базовых технологий коррекции мощности для обеспечения более полной защиты от сбоев питания .

Некоторые кондиционеры линий электропередачи сочетают в себе функции шумоподавления изолирующих трансформаторов или фильтрующих устройств с регуляторами напряжения.

Многие из этих устройств имеют отдельный источник с изоляцией, обеспечивая при этом регулировку напряжения . Усовершенствованные кондиционеры также включают в себя ограничители перенапряжения для ограничения скачков высокого напряжения, которые не решаются одной лишь фильтрацией.

На рисунке 15 изображен стабилизатор напряжения в линии электропередач, в котором используется регулятор напряжения с переключением ответвлений, изолирующий трансформатор и устройство подавления перенапряжения.

Рисунок 15 — Кондиционер линии питания

Вернуться к содержанию ↑

7. Компьютерные блоки распределения питания (PDU)

PDU — это устройство, обеспечивающее удобный способ распределения электроэнергии на оборудование информационных технологий (ITE) без необходимости прокладки проводки в помещении и обычно включает отдельно выделенный источник для местного заземления.

Основными компонентами PDU являются шкаф со средствами отключения входа, изолирующий трансформатор, мониторинг системы, максимальная токовая защита выходного распределения и гибкие выходные кабели.

См. Рисунок 16 ниже.

Рисунок 16. Компьютерный PDU

Нагрузочные кабели заканчиваются ответными разъемами для подключения к ITE. Некоторые производители включают стабилизаторы мощности, такие как переключатели ответвлений, наборы двигатель-генератор / генератор (M-G) или магнитные синтезаторы, встроенные в PDU, для дальнейшего повышения производительности.

PDU значительно сокращает время, необходимое для установки средней системы информационных технологий , и позволяет относительно легко перемещать оборудование по сравнению с методами жесткой проводки. Это может привести к значительной экономии средств и времени.

Изоляция, обеспечиваемая трансформатором (или M-G) в PDU, позволяет создать отдельно выделенный источник и общую точку заземления.

PDU с внутренними регуляторами напряжения могут использоваться для уменьшения влияния длинных распределительных цепей от центрального кондиционера или оборудования источника бесперебойного питания (ИБП) .

Влияние гармоник тока на источник питания зависит от типа кондиционера, используемого в PDU.

Вернуться к содержанию ↑

8. Магнитный синтезатор

Другой феррорезонансной технологией является магнитный синтезатор (рис. 17). Эти блоки представляют собой трехфазные системы, состоящие из нелинейных катушек индуктивности и конденсаторов в параллельно-резонансном контуре с шестью насыщающими импульсными трансформаторами .

Эти блоки потребляют энергию от источника и генерируют форму волны выходного напряжения, комбинируя импульсы насыщающих трансформаторов ступенчатым образом.

Обеспечивают подавление шума и скачков напряжения и регулирование выходного напряжения до в пределах 5% при больших колебаниях на входе, до ± 50% . Эти блоки обычно включают в себя экранирование импульсных трансформаторов для ослабления синфазных помех.

Включена дополнительная фильтрация для устранения самоиндуцированных гармоник. Эта фильтрация может справиться с разумным уровнем гармонических искажений на входе или на выходе, вызванных нелинейными нагрузками. Схема настроена на номинальное выходное напряжение и частоту.

Рисунок 17 — Магнитный синтезатор

Магнитный синтезатор имеет собственную токоограничивающую характеристику, которая ограничивает максимальный ток при полном напряжении в диапазоне от 200% до 250% номинального значения. За пределами этой нагрузки напряжение быстро падает, производит обычно от 250% до 300% тока при коротком замыкании .

Это ограничение с большими пусковыми и пусковыми токами .

Внезапные большие изменения нагрузки, даже в пределах номинальных характеристик устройства, могут вызвать значительные колебания выходного напряжения.Эти единицы лучше всего применять, когда нагрузка не вызывает больших скачкообразных изменений. Феррорезонансный контур имеет накопленную энергию и может выдерживать перебои на один полупериод или более в зависимости от нагрузки блока.

Магнитные синтезаторы имеют тенденцию быть большими и тяжелыми из-за присутствия магнитных полей и могут быть акустически шумными без специальной упаковки. Некоторые из более крупных агрегатов демонстрируют хороший КПД, пока они работают с почти полной нагрузкой.

Магнитный синтезатор обеспечивает двустороннюю гармоническую изоляцию, изолируя электронную нагрузку от искажений напряжения питания и изолируя источник питания от искажений тока нагрузки .

Вернуться к содержанию ↑

9. Мотор-генератор / генераторы

M-Gs выполняют функцию стабилизатора линии, а также могут обеспечивать преобразование входной частоты в другую частоту, которая требуется для нагрузки . На рисунке 18 изображена одна конфигурация M-G.

Примерами этого являются преобразователи частоты от 60 до 50 Гц или от 60 до 400 Гц . Эти блоки состоят из электродвигателя с питанием от сети, приводящего в действие генератор переменного тока, который подает напряжение на нагрузку.Двигатель и генератор соединены валом или ремнями.

Это полностью механическое соединение входа и выхода позволяет M-G обеспечивать полную электрическую шумоизоляцию нагрузки от входного источника питания.

Практические системы M-G включают в себя байпасную схему , которая может снизить общую изоляцию входа-выхода , а в некоторых коммерческих системах M-G обмотки двигателя и генератора находятся в общей раме, что приводит к емкостной шумовой связи между входами и выходами.

Асинхронный двигатель является наименее дорогим из распространенных типов двигателей, используемых в этих устройствах. Этот тип двигателя не вращается с той же скоростью, что и вращающееся поле, создаваемое входной мощностью. Скорость вращения двигателя изменяется в зависимости от нагрузки и входного напряжения. Поскольку частота генератора
является функцией скорости его вала, выходная частота изменяется в зависимости от скорости двигателя.

ВАЖНО! Выходное напряжение поддерживается за счет управления возбуждением обмотки возбуждения генератора и не зависит от небольших изменений скорости двигателя .

Рисунок 18 — Комплект M-G

Хотя большинство современных компьютерных блоков питания могут работать в широком диапазоне частот, некоторые нагрузки могут быть чувствительными к частоте (например, с допуском ± 0,5 Гц). Для приложений с критической частотой следует использовать асинхронные двигатели с малым скольжением или синхронные двигатели .

Выходная частота синхронного M-G такая же, как входная частота. Однако синхронное выходное напряжение M-G не совпадает по фазе с входным источником питания и изменяется пропорционально нагрузке.Бесперебойное переключение между M-G и байпасным источником для обслуживания должно соответствовать изменяющемуся фазовому углу выходного сигнала M-G.

Для индукционных M-G непрерывное переключение на байпас может быть выполнено только в течение коротких периодов времени, когда выходное напряжение почти синфазно с напряжением байпаса.

M-G защищают нагрузку от скачков, скачков и скачков напряжения. При кратковременных изменениях напряжения в линии питания от ± 20% до ± 50%. напряжение на нагрузке все еще поддерживается на номинальном уровне.Полезной особенностью M-G является его способность преодолевать серьезные кратковременные глубокие провалы или перебои в работе.

Доступны изделия, способные поддерживать выходную частоту даже при снижении скорости вала. Эти устройства не имеют фиксированных полюсов в генераторе. Вместо этого полюса создаются или «записываются» по мере вращения устройства. Когда входная мощность теряется и частота вращения вала начинает снижаться, расстояние между полюсами уменьшается, а их количество увеличивается, так что частота остается постоянной.

Этот метод обеспечивает значительно более длительное время пробега по сравнению с другими наборами M-G с той же энергией вращения за счет увеличения сложности и более низкой эффективности.

M-G обычно дороже, чем другие типы оборудования для кондиционирования линии. Обычно они физически большие и тяжелые. В зависимости от конструкции КПД M-G может быть относительно низким, поэтому затраты на электроэнергию в течение срока его службы могут быть значительными.

Вернуться к содержанию ↑

10.Статические переключатели (STS)

STS используют полупроводниковые переключатели для обеспечения очень быстрого переключения без прерывания между двумя независимыми источниками питания и применяются для повышения качества и надежности питания подключенных нагрузок.

На рисунке 19 изображен типовой STS , включающий в себя режим байпаса для обслуживания для каждого источника ввода .

Рисунок 19 — Типичный автономный STS с возможностью байпаса для обоих входных источников

Для правильного применения STS требуется, чтобы два источника питания были как можно более независимыми , чтобы не было одновременных отказов источника питания.Оба источника входного сигнала должны быть синхронизированы в пределах от 10 ° до 15 °, чтобы избежать внезапных фазовых сдвигов во время переключений, которые могут нарушить работу оборудования нагрузки.

Также должны быть номинально доступны оба входных источника, чтобы STS имел альтернативный источник, доступный для переключения в случае отказа переключателя (аналогично наличию источника байпаса для систем ИБП).

STS применяются на как средних (до 34 кВ), так и низких (<600 В) напряжениях .

Как и большинство стабилизаторов мощности, приложение , максимально приближенное к защищаемой нагрузке, обеспечивает максимальную защиту .

Вернуться к содержанию ↑

11. Резервный источник питания

Резервные источники питания — это системы резервного питания , в которых нагрузка обычно питается от входного источника питания. На рисунке 20 показана одна из конфигураций резервного источника питания.

Резервный источник питания подает нагрузку только в том случае, если входной источник питания определен как неприемлемый .

Эти системы питания предназначены для нагрузок, которые могут выдерживать перебои питания во время переключения.Они бывают разных конфигураций с использованием ряда технологий и используются для различных нагрузок, от персональных компьютеров до аварийного освещения.

Имеется значительных вариаций времени обнаружения сбоя питания и переключения, а также типа подаваемого выходного сигнала , когда нормальный источник питания недоступен.

Рисунок 20. Резервный источник питания

В простейшей форме резервного источника питания нагрузка подключена к входному источнику питания через безобрывный переключатель во время нормальной работы.

В случае сбоя входного питания, нагрузка переключается на инвертор, который вырабатывает мощность переменного тока для поддержки нагрузки . Форма волны выходного напряжения инвертора может быть синусоидальной, прямоугольной, квазиквадратной или другой несинусоидальной формой волны, которая считается удовлетворительной для поддержки нагрузки. Инвертор питается от батареи, которая поддерживалась полностью заряженной, от выпрямительного блока, который питается от электросети.

Конструкция этого типа источника питания позволяет сэкономить несколько раз.Во-первых, инвертор не поддерживает нагрузку на постоянной основе. Он должен работать только на время отключения электроэнергии или на время поддержки батарей.

Этот период обычно составляет 15 минут или меньше .

Качество формы выходного сигнала инвертора обычно ниже, чем у ИБП, подключенного к сети. Во-вторых, секция выпрямителя должна только заряжать аккумулятор, а не поддерживать полную нагрузку инвертора.

Нормальный КПД этого типа блока высокий, так как нагрузка питается от электросети при нормальной работе.Потери связаны с элементом кондиционирования линии (если используется) и схемой зарядки аккумулятора.

Основным требованием к этому типу устройств является его способность распознавать все типы сбоев питания и переключаться на инвертор без недопустимо длительных потерь входной мощности в нагрузочном оборудовании.

Эти блоки обычно успешно используются в системах электропитания , в которых есть блоки питания, допускающие кратковременное прерывание подачи питания . Они часто используются с нагрузками, использующими импульсные источники питания, которые часто не требуют регулируемого напряжения и допускают кратковременную потерю мощности во время переключения.

Рисунок 21 — Резервный источник питания с регулированием мощности

Обычное усовершенствование резервного источника питания включает использование некоторого вида стабилизатора мощности, включенного последовательно с нагрузкой, чтобы обеспечить согласование напряжения питания во время нормальной работы, как показано на рисунке 21 выше. .

Кондиционер может быть одного из типов, о которых говорилось ранее.

В большинстве доступных резервных источников питания используются некоторые формы подавления скачков напряжения и / или фильтрации шума .В другом варианте резервного источника питания используется переключатель ответвлений, который питает нагрузку при нормальной работе, чтобы обеспечить некоторое регулирование напряжения.

Некоторые производители используют широкие возможности некоторых кондиционеров, таких как феррорезонансный трансформатор, магнитный синтезатор и
M-G. Возможность фильтрации позволяет им использовать очень простую схему инвертора, которая генерирует прямоугольные волны в отличие от синусоидальных волн. Линейный стабилизатор напряжения постоянно находится в цепи и обеспечивает согласование выхода инвертора, а также электросети во время нормальной работы.

Этим методом может быть достигнута непрерывная регулируемая выходная мощность, если стабилизатор линии имеет достаточный сквозной ход для питания нагрузки во время прерывания.

Вернуться к содержанию ↑

12. Источники бесперебойного питания (ИБП)

ИБП предназначены для обеспечения регулируемой, бесперебойной выходной мощности независимо от состояния входного источника питания, включая полное отключение электроэнергии. ИБП бывают разных конфигураций и используют различные технологии.

Основными категориями ИБП являются роторные и статические ИБП.

Поскольку ИБП обсуждались в некоторых предыдущих статьях и руководствах, мы не будем описывать их снова. Однако вы можете найти здесь всю информацию об ИБП.

Вернуться к содержанию ↑

Ссылка // Питание и заземление электронного оборудования по IEEE

Повышающее напряжение, но тот же ток

Для понимания этого нужно иметь в виду не только напряжение и ток; вы также должны рассчитать мощность.

Рассмотрим это:

^{смоделировать эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab}

Обратите внимание, что все значения в цепи равны 1 (1 вольт, 1 Ом, 1 ампер и 1 ватт). В этой схеме нет необходимости в калькуляторе, поскольку если вы примените значение 1 к любым двум переменным в любой из этих формул закона Ома, математический результат всегда будет снова равен 1.

Блок питания выдает 1 вольт на 1 ампер и, следовательно, выдает 1 ватт мощности.Если источник питания вырабатывает энергию, то математически эта мощность должна рассеиваться (в виде тепла) где-то еще в цепи.

Поскольку измерители тока или амперметры имеют сопротивление, близкое к нулю, амперметр не потребляет и не рассеивает сколько-нибудь значимое количество энергии. 2 * R) = 1 (ампер), умноженная на 0.01 (Ом) = 0,01 Вт. Это ничтожное количество рассеиваемой мощности, и в этом случае им можно спокойно пренебречь.

Итак, если амперметр не рассеивает мощность, кому остается рассеивать 1 ватт мощности, производимой источником питания? Это должен быть резистор. Поскольку резистор рассеивает этот 1 ватт мощности, и поскольку мощность всегда рассеивается в виде тепла, температура резистора увеличивается синхронно (линейно) с мощностью, которую он должен рассеивать.

Теперь, что произойдет, если мы изменим напряжение (E) на 2 вольта вместо 1 вольт? Теперь на выводах резистора на 1 Ом будет 2 Вольта.(Будет при падении на 2 вольта.)

А теперь займемся математикой по закону Ома.

Знает:

• Напряжение цепи = 2 В
• Сопротивление цепи = 1 Ом (опять же без учета малого сопротивления амперметра)
• Ток цепи (I) = E / R = 2 В, деленный на 1 Ом = 2 ампера

Расчеты по закону Ома:

• Блок питания выдает: P = I * E = 2 вольта * 2 ампера = 4 ватта
• Резистор рассеивает: P = E ^ 2 / R = 2 В в квадрате, деленное на 1 Ом = 4 Вт

Итак, как можно видеть, если сопротивление нагрузки (устройства) остается постоянным, то увеличение входного напряжения приведет к значительному увеличению мощности схемы.При каждом удвоении входного напряжения мощность схемы увеличивается в четыре раза. И помните, что мощность цепи, производимая источником питания математически, должна, , рассеиваться нагрузкой или устройством, подключенным к этому источнику питания. (Они всегда равны.)

В своем вопросе вы спросили, а что, если бы адаптер 5 В, 2 А, питающий устройство, был заменен адаптером 20 В, 2 А.

Предположим, что устройство потребляет всю мощность, отданную ему от начального адаптера (5АмперВ, 2АмперА):

• Тогда сопротивление устройства должно быть: R = E / I = 5 В / 2 A = 2.5 Ом
• Мощность, рассеиваемая устройством, должна быть: P = I * E = 5 В * 2 A = 10 Вт

Теперь вы замените первый адаптер 5 В, 2 А на адаптер 20 В, 2 А:

• Предположим, что сопротивление устройства осталось прежним (2,5 Ом), поскольку в него не вносились изменения.
• Напряжение источника питания теперь изменяется с 5 В до 20 В, что означает, что устройство теперь должно рассеивать 20 В в квадрате, деленное на 2,5 Ом = 400 / 2,5 = 160 Вт!

К счастью, ваш новый адаптер может подавать только 20 В * 2 А = 40 Вт.

Напряжение на адаптере 20 В, вероятно, будет падать до тех пор, пока он не достигнет максимальной выходной мощности, при этом все еще будут пытаться поддерживать выходной ток 2 А — он все равно будет пытаться обеспечить мощность 40 Вт, что означает, что так или иначе перенапряжение или перегрузка по току или и то, и другое), вы все равно повредите свое бедное устройство, которое рассчитано только на 10 Вт.

Мощность является значимым вычислением во многих случаях, таких как этот. Независимо от того, имеете ли вы дело с источником питания 20 В, 2 А или 2 В, 20 А, в любом случае математика говорит, что максимальная рассеиваемая мощность будет 40 Вт.Вот почему они называются источниками питания и , поскольку любая комбинация выходного напряжения и тока никогда не может превышать закон P = I * E.

Примечание. Все вышеперечисленное предполагает, что ваше устройство (нагрузка) постоянна, как резистор (или резистивная нагрузка ).

Все меняется при подаче слишком большого или слишком малого входного напряжения на электронные устройства, поскольку во многих случаях они не представляют собой резистивную нагрузку. Тем не менее они подвержены повреждению, если входное напряжение поднимется достаточно высоко, чтобы повредить внутренние полупроводники (транзисторы и т. Д.).) а также пассивные компоненты (конденсаторы и т. д.)

Ограничитель перенапряжения защищает чувствительную электронику от переходных процессов высокого напряжения

В автомобильных и промышленных приложениях электроника подвержена всплескам высокого напряжения, которые могут длиться от нескольких микросекунд до сотен миллисекунд. Например, микросекундные скачки напряжения возникают в результате скачков нагрузки, передаваемых через паразитную индуктивность проводки. Более длительные скачки напряжения, такие как сброс автомобильной нагрузки, вызванные разрывом соединений аккумулятора, представляют собой скачки напряжения, которые остаются на повышенном уровне в течение сотен миллисекунд.Вся электроника в этих системах должна быть защищена от переходных процессов высокого напряжения или риска снижения производительности или отказа и дорогостоящей замены.

Самый распространенный способ защиты электроники от скачков напряжения состоит из последовательного индуктора с железным сердечником и дорогостоящего электролитического байпасного конденсатора, дополненного мощным ограничителем переходного напряжения (TVS) и предохранителем. Громоздкие катушка индуктивности и конденсатор занимают ценное место на плате и часто являются самыми высокими компонентами системы. Даже при всей этой защите скачки напряжения питания все еще достаточно высоки, чтобы гарантировать использование компонентов с высоким номинальным напряжением для преобразователей постоянного тока в постоянный ток и линейных регуляторов.

Ограничитель перенапряжения LT4356 устраняет необходимость в громоздких фильтрующих компонентах, изолируя схемы низкого напряжения от повреждающих скачков и скачков напряжения, которые встречаются в автомобильных, авиационных и промышленных системах. LT4356 также защищает от перегрузок и коротких замыканий и выдерживает изменение входного напряжения.

На рисунке 1 показана функциональная блок-схема LT4356. В нормальных условиях работы он полностью включает затвор N-канального MOSFET-транзистора, так что его присутствие не оказывает никакого влияния на схему нагрузки.МОП-транзистор используется в качестве последовательного ограничителя в случае перенапряжения или перегрузки по току. Если входное напряжение поднимается выше точки регулирования, установленной делителем FB, усилитель напряжения VA управляет полевым МОП-транзистором в качестве линейного регулятора, ограничивая выходное напряжение до заданного значения и позволяя цепи нагрузки продолжать работать без перебоев. Чтобы защитить полевой МОП-транзистор и нагрузку от коротких замыканий, LT4356 включает в себя ограничение тока.

Рисунок 1. Блок-схема LT4356.

Когда питание подается впервые или когда LT4356 активируется, позволяя SHDN достичь высокого уровня, полевой МОП-транзистор включается постепенно, медленно переводя затвор на высокий уровень. Такой плавный пуск сводит к минимуму влияние динамической нагрузки на входное питание. Как только полевой МОП-транзистор полностью включен (V _DS <700 мВ), на выводе EN устанавливается высокий уровень, чтобы активировать схему нагрузки, такую ​​как микропроцессор.

В условиях перегрузки по току или перенапряжения включается усилитель тока (IA) или усилитель напряжения (VA), соответствующим образом ограничивая выходной ток или напряжение.В случае состояния перенапряжения цепь нагрузки продолжает работать, замечая лишь небольшое увеличение напряжения питания, как показано на Рисунке 2. Цепь нагрузки может продолжать работать, если в случае перегрузки по току достаточно выходного напряжения. доступен. Конденсатор таймера нарастает всякий раз, когда происходит ограничение выхода, независимо от причины. Если состояние сохраняется достаточно долго, чтобы на выводе TMR достигалось 1,25 В, на выводе FAULT устанавливается низкий уровень, чтобы дать раннее предупреждение нижестоящим схемам о надвигающейся потере мощности.При 1,35 В таймер отключает полевой МОП-транзистор и ожидает интервала охлаждения перед попыткой перезапуска.

Рис. 2. В условиях перегрузки по току или перенапряжения усилитель тока (IA) или усилитель напряжения (VA) срабатывает, соответствующим образом ограничивая выходной ток или напряжение. В случае возникновения перенапряжения цепь нагрузки продолжает работать, замечая лишь небольшое увеличение напряжения питания.

Еще одной особенностью LT4356 является резервный усилитель (AMP), который можно использовать в качестве компаратора с хорошей мощностью, монитора входного напряжения или линейного стабилизатора с малым падением напряжения.В выключенном состоянии ток питания снижается до 5 мкА, что позволяет использовать его в приложениях, где устройство остается постоянно подключенным к источнику питания от батареи.

В схеме на Рисунке 3 выходное напряжение установлено на 16 В с помощью внешнего резистивного делителя. Резервный усилитель настроен на мониторинг входного напряжения и индикацию пониженного напряжения через вывод AOUT. Контакт EN активирует нагрузку ниже по потоку после того, как MOSFET полностью включен.

Рис. 3. Резервный усилитель настроен на мониторинг входного напряжения и индикацию пониженного напряжения через вывод AOUT.

Для защиты от обратных входов блокирующий диод Шоттки часто включается в цепь питания электронной системы. Этот диод не только потребляет энергию, но и уменьшает диапазон рабочего напряжения, особенно при низких входных напряжениях, таких как автомобильные условия, известные как «холодный пуск». Используя выход GATE LT4356 для управления вторым полевым МОП-транзистором с обратным подключением, можно исключить традиционный блокирующий диод Шоттки и его потери напряжения и мощности.

На рисунке 4 показана схема с обратной защитой со вторым полевым МОП-транзистором.В нормальных условиях работы с положительным входом Q2 усиливается выводом GATE и полностью включен, как и Q1. Q3 выключен и роли не играет. Если входные соединения поменяны местами и отрицательное напряжение достигает LT4356, Q3 включается и тянет затвор Q2 вниз к отрицательному входу, таким образом изолируя Q1 и направляя вниз по потоку от отрицательного напряжения. Контакты V _CC , SNS и SHDN LT4356 защищены от напряжения до минус 30 В _DC без повреждений.

Рисунок 4.Схема с обратной защитой со вторым полевым МОП-транзистором.

Обратная блокировка с малыми потерями также возможна с P-канальным MOSFET, как показано на рисунке 5. В обоих случаях нет необходимости, чтобы блокирующий MOSFET Q2 был рассчитан на напряжение, превышающее ожидаемое отрицательное входное напряжение.

Рис. 5. Обратное блокирование с низкими потерями также возможно с P-канальным MOSFET.

Внутренний резервный усилитель может управлять внешним PNP для обеспечения другой шины питания, как показано на рисунке 6.При 2 мА, доступном на выводе AOUT, этот линейный регулятор на основе PNP может подавать ток 100 мА в качестве вспомогательного регулируемого выхода. Запасной усилитель также находит применение в качестве устройства контроля пониженного напряжения (отслеживая входное напряжение, как показано на рисунке 3), или в качестве клея для других задач энергосистемы. В следующем разделе показано, как резервный усилитель сконфигурирован как компаратор с хорошей мощностью.

Рис. 6. Внутренний резервный усилитель LT4356 может управлять внешним PNP для обеспечения другой шины питания.

Широкий рабочий диапазон (от 4 В до 80 В) и точное ограничение тока (максимум 10%) подходят для использования LT4356 в качестве высоковольтного контроллера горячей замены ^™ , как показано на рисунке 7. Конденсатор затвора C1 и управляемый ток затвора устанавливает скорость нарастания на выводе GATE. Скорость нарастания и выходной конденсатор CL задают пусковой ток при запуске. Запасной усилитель сконфигурирован как компаратор хорошей мощности, контролирующий выходное напряжение. R7 добавляет гистерезис, чтобы исключить катание на моторных лодках.

Рисунок 7.Высоковольтный контроллер горячей замены ^™ .

Во время перегрузки по току контур ограничения тока регулирует напряжение на выводах V _CC и SNS до 50 мВ и запускает таймер. После тайм-аута проходной транзистор выключается и остается выключенным до тех пор, пока не пройдет состояние перегрузки по току и не истечет период охлаждения. В условиях перегрузки по току напряжение в области безопасной эксплуатации полевого МОП-транзистора увеличивается по мере увеличения падения напряжения сток-исток. LT4356 контролирует V _DS и сокращает интервал таймера пропорционально увеличению V _DS .Таким образом, кратковременная незначительная перегрузка может сохраняться в течение более длительного периода времени, чем состояние высоконагруженного короткого замыкания на выходе, обеспечивая работу полевого МОП-транзистора в пределах своей безопасной рабочей зоны.

В то время как защита MOSFET важна, реальная выгода от ограничения тока осознается только после того, как он пережил короткое замыкание: предохранитель на входе также выживает и его не нужно заменять.

Электронное содержимое в автомобильных и промышленных системах становится все более разнообразным и сложным, но источники питания по-прежнему изобилуют скачками и скачками напряжения.По мере того как в электронику входит все больше и больше функций, все меньше и меньше места остается для традиционных методов фильтрации, ограничения и подавления шума. Ограничитель перенапряжения LT4356 предлагает средства для уменьшения необходимого пространства на плате, в то же время сокращая рассеяние тепла и потери напряжения, связанные с блокирующими диодами и фильтрующими катушками индуктивности. Более высокий КПД и более широкий диапазон используемых напряжений позволяют включить в изделия с ограниченным пространством больше функциональных возможностей.

▷ Как минимизировать падение напряжения? — 4 практических руководства

Всем привет, это Стивен Милл.Надеюсь, вам понравился отпуск.

Я лично думал о некоторых темах для обсуждения в блоге, и я подумал о той, которую я опубликовал в 2014 году (сентябрь) о проверке падения напряжения в проводниках.

Итак, сегодня я хочу пойти дальше и опубликовать 4 руководства, чтобы помочь моим коллегам-инженерам. Наслаждаться!

Согласно NEC, трехпроцентное падение напряжения в разветвленных цепях и пятипроцентное падение напряжения в фидерах, подключенных к разветвленным проводам, не создадут серьезных проблем с точки зрения энергоэффективности и работы общих цепей.

Но падение напряжения, превышающее указанный процент (5%), может снизить срок службы, а также снизить эффективность работы электрических цепей и оборудования. Чтобы свести к минимуму падения напряжения и удерживать их ниже 5%, необходимо следовать нескольким практическим рекомендациям.

Ниже приведены четыре практических руководства, следуя которым можно значительно минимизировать падение напряжения:

• Увеличение количества жил или их размера
• Снижение силовой нагрузки
• Уменьшение длины проводника
• Понижение температуры проводника

1.Увеличение количества жил или их размера

Увеличивая количество проводов или их размер, можно успешно уменьшить сопротивление проводника. Это, в свою очередь, приведет к уменьшению падений напряжения и повышению эффективности. Эта процедура также может значительно снизить общие потери мощности, которые в противном случае больше в проводниках стандартного размера (как обозначено общими кодами).

Кроме того, установка изолированного проводника, который по своей природе является нейтральным, для каждой фазы в ответвленной цепи может минимизировать падение напряжения, вызванное заземлением.

2. Снижение силовой нагрузки

Снижение силовой нагрузки за счет уменьшения количества электрического оборудования, подключенного к цепи, может помочь уменьшить падение напряжения. Но в этом случае также следует следить за тем, чтобы количество розеток, подключенных к каждой ответвленной цепи, не превышало шести.

Примечание : В случае жилых комплексов всегда следует помнить, что линейное расстояние между каждой розеткой не должно превышать 50 футов, и как минимум одна наружная розетка должна быть установлена ​​в каждом доме.
Также следует отметить, что каждая из этих розеток должна быть подключена к отдельной цепи, имеющей минимальную пропускную способность 12 AWG. Такой тип устройства может в большей степени минимизировать падение напряжения.

Уменьшение длины проводника

Уменьшение длины проводника — еще одна альтернатива минимизации падений напряжения. Все мы знаем, что длина проводника прямо пропорциональна предлагаемому сопротивлению.

Таким образом, когда длина проводника уменьшается, его сопротивление переносимой мощности также уменьшается, что снижает падение напряжения.Но практическая проблема здесь в том, что длины цепей всегда фиксированы. Тогда как уменьшить длину проводника?

Эту проблему можно решить, уменьшив длину проводника (и вместо этого увеличив его диаметр) на этапе проектирования самой панели. Эту проблему также можно решить, уменьшив длину проводника, установив панели и подпанели рядом. к внешним нагрузкам.

Этот тип конструкции панели настоятельно рекомендуется, особенно когда электронное оборудование, к которому она подключена, очень чувствительно (к внезапным перепадам напряжения).

Понижение температуры проводника

Высокие температуры в проводниках препятствуют прохождению тока, что приводит к падению напряжения. Следовательно, искусственно понижая температуру проводника, можно минимизировать эти падения напряжения.

Следует отметить, что на каждый градус повышения температуры сопротивление увеличивается на 0,3%. Его можно измерить по формуле:

R2 = R1 [1 + α • (T2 — T1)]

Где,
R1 = сопротивление потоку мощности при температуре T1
R2 = сопротивление потоку мощности при температуре T2
и α = коэффициент электрического сопротивления меди

По мере уменьшения разницы между T2 и T1 сопротивление мощности «α» также перестает уменьшаться.

Примечание : Следуя трем указанным выше рекомендациям, можно автоматически регулировать температуру проводника до желаемого уровня.

Заключение

Чтобы обеспечить максимальную защиту электрического оборудования, а также бытовых электронных приборов, поставщики электроэнергии должны как можно точнее следовать вышеупомянутым четырем директивам.
Это связано с тем, что минимизация падений напряжения путем следования приведенным выше рекомендациям принесет пользу не только поставщикам электроэнергии, но также принесет пользу каждому обычному человеку, который зависит от различных видов электронных устройств (увеличивая свой срок службы) в своем повседневном выживании.

Спасибо за чтение,
Стивен Милл.
Что вы думаете об этих рекомендациях? Не стесняйтесь оставлять свои впечатления ниже!

Уменьшает ли резистор напряжение или ток?

Резистор играет важную роль в мире электричества и электроники, и его можно найти в каждой цепи.

Это пассивный компонент, основная задача которого — обеспечение «сопротивления» в цепи, отсюда и название резистор.

Но снижает ли резистор напряжение или ток? Резистор имеет способность уменьшать напряжение и ток при использовании в цепи.Основная функция резистора — ограничивать ток. Закон Ома гласит, что увеличение номинала резистора приведет к уменьшению тока.

Для снижения напряжения резисторы устанавливаются в конфигурации, известной как «делитель напряжения». Кроме того, с каждым компонентом в цепи резистор понижает напряжение на его выводах.

Ниже я объясню закон Ома и то, как резистор снижает ток и напряжение.

Как резистор снижает ток

Основная функция резистора заключается в ограничении или противодействии протеканию тока в цепи путем обеспечения «сопротивления».

Лучшая аналогия — садовый шланг, по которому течет вода. Вода представляет собой течение.

Если вы случайно сжали садовый шланг, вы окажете «сопротивление» и ограничите поток воды. Чем сильнее вы его сжимаете, тем меньше воды может течь.

Вы сжимаете садовый шланг — это резистор, который делает то же самое в цепи.

Как устроен резистор, уменьшающий ток

Основной способ, которым резистор снижает ток, — это его физическая конструкция и материалы, используемые внутри.

Существует множество различных типов резисторов, каждый из которых сконструирован определенным образом. Ниже приведены некоторые распространенные типы резисторов:

Углерод — этот тип резистора известен как резистор из углеродного состава (CCR). Внутри этого резистора находится твердый цилиндрический резистивный элемент, который представляет собой смесь мелкодисперсного порошка углерода и изоляционного материала. Увеличение количества углерода снижает сопротивление, поскольку углерод является хорошим проводником.

Карбоновая куча — Этот вид резистора использует наборы дисков, которые сделаны из углерода для уменьшения / противодействия току.Эти диски уплотнены внутри корпуса резистора между двумя металлическими пластинами.

Углеродная пленка — Углеродная пленка помещается на изолирующий материал с вырезанной в ней спиралью для создания длинного узкого пути, уменьшающего ток. Варьируя форму и размер, можно получить ряд значений сопротивления.

Металлическая пленка — Многие сквозные резисторы сделаны из металлопленки. Они покрыты хромоникелем (NiCr).

Оксид металла — Эти типы резисторов изготовлены из оксидов металлов, что позволяет резистору выдерживать гораздо более высокие температуры.

Проволочная обмотка — Этот резистор снижает ток за счет использования металлической проволоки, намотанной на катушку. Используемый металл обычно представляет собой нихром, намотанный на сердечник из керамики, пластика или стекловолокна.

Закон Ома, который определяет, как резистор снижает ток

Чтобы правильно понять взаимосвязь между током, сопротивлением и напряжением, нам нужно узнать о законе Ома.

Этот закон был разработан Георгом Симоном Омом в 1827 году.

Не вдаваясь в подробности, он обнаружил, что количество электрического заряда, проходящего через металлический проводник в цепи, прямо пропорционально напряжению на нем, что можно резюмировать. уравнением, показанным ниже.

Если мы изменим формулу, мы получим сопротивление, которое равно делению напряжения на ток.

Теперь вы можете видеть, что зависимость между сопротивлением и током обратно пропорциональна.

Увеличение номинала резисторов приведет к уменьшению тока, тем самым уменьшив его, в то время как уменьшение сопротивления вызовет увеличение тока.

Как резистор может снизить напряжение?

Теперь, когда мы знаем, как резистор снижает ток, мы можем посмотреть, как он снижает напряжение.

Существует несколько распространенных способов уменьшения напряжения резистором, в том числе падение напряжения на его выводах и делитель напряжения.

Первый способ, которым резистор снижает напряжение:

Падение напряжения на его выводах

В области электроники падение напряжения происходит в каждом компоненте, имеющем сопротивление. Падение напряжения на компоненте регулируется законом Ома.

Например, представьте, что у нас есть простая схема, состоящая из напряжения питания и лампы.

Здесь Лампа имеет сопротивление 10 Ом (из-за того, что все в цепи имеет какое-то сопротивление).

Поскольку нам известны значения напряжения и сопротивления, мы можем рассчитать ток, используя закон Ома (I = V / R), который дает нам ток 1,2 ампера.

Итак, ток 1,2 А будет течь через лампу и питать ее. Если мы возьмем ток (1,2 А) и умножим его на сопротивление лампы (10 Ом), снова используя закон Ома (V = IR), мы получим напряжение 12 вольт.

Следовательно, на лампе падение напряжения составляет 12 вольт.

Теперь мы знаем, как рассчитать падение напряжения, мы можем взглянуть, как эта теория применяется к резистору для уменьшения напряжения.

Если мы заменим указанную выше лампу резистором с эквивалентным сопротивлением (10 Ом), мы все равно получим такое же значение падения напряжения на нем.

Теперь мы добавим второй резистор (R2 с сопротивлением 5 Ом) последовательно с резистором 10 Ом (R1).

Как и в случае с лампой, нам нужно найти значение тока, протекающего по цепи.

На этот раз полное сопротивление складывается из двух резисторов; R1 (10 Ом) + R2 (5 Ом), что дает нам общее сопротивление RT = 15 Ом.

Теперь, используя закон Ома (I = V / RT), мы получаем ток 0,8 ампер.

Это тот же ток, который проходит через оба резистора. Таким образом, мы можем рассчитать падение напряжения на каждом резисторе, который дает нам;

R1 Падение напряжения = 0.8 x 10 = 8 вольт

R2 Падение напряжения = 0,8 X 5 = 4 вольт.

Используя закон Ома, мы можем определить, сколько напряжения резистор снижает, понижая напряжение на нем, если нам известны напряжение питания и полное сопротивление.

Падение напряжения на определенном сопротивлении зависит от тока и величины сопротивления резистора.

Резистор второго типа снижает напряжение:

Делитель напряжения

Второй способ использования резистора для понижения напряжения — это использование делителя напряжения.В делителе напряжения используются два резистора в конфигурации, показанной ниже.

Выходное напряжение на Vout _{определяется Vin, а также значениями двух резисторов (R1 и R2). Приведенная ниже формула используется для расчета выходного напряжения.}

Так, например, если Vin составляет 5 вольт, R1 составляет 10 Ом, а R2 также составляет 10 Ом, если мы воспользуемся уравнением, мы получим выходное напряжение 2,5 вольта.

Самое замечательное в этой конфигурации то, что мы можем выбрать, какое напряжение мы хотим на Vout, изменив формулу выше, чтобы вычислить значение резистора R2, чтобы получить желаемое выходное напряжение.

Допустим, вам нужно напряжение 3 вольта на Vout.

Используя преобразованную формулу, мы можем вычислить значение резистора R2, чтобы получить 3 вольта. Используя те же значения для Vin и R1 и 3 вольта для Vout, мы получаем значение 15 Ом для R2.

Итак, вы видите, это отличный способ использовать резисторы для снижения напряжения до желаемого значения.

Зачем нужен резистор для уменьшения тока?

Мир электрики и электроники наполнен множеством различных компонентов и устройств различной формы, размеров, функциональности и т. Д.

Еще одна вещь, которая меняется от одного компонента к другому, — это его рейтинги. Каждый компонент имеет максимальное номинальное напряжение и ток.

Никогда не превышайте эти значения, так как их превышение может привести к их повреждению.

Итак, резистор используется последовательно со многими компонентами, чтобы уменьшить ток и избежать их повреждения.

Примером может служить стандартный светоизлучающий диод (LED) с ограничением тока 20 мА. Если источник напряжения подключен непосредственно к светодиоду без использования токоограничивающего резистора, вы рискуете взорвать светодиод.

Токоограничивающий резистор необходимо подключить последовательно со светодиодом, чтобы снизить ток до уровня ниже 20 мА.

Зачем использовать резистор для понижения напряжения?

Возможность снижения напряжения с помощью такой конфигурации, как делитель напряжения, имеет множество применений и применений.

Некоторые распространенные применения понижения напряжения включают регулировку уровня смещения активных устройств в усилителях и измерение напряжений.

В мультиметре также используются делители напряжения.

В делителях напряжения используются резисторы фиксированного номинала для регулировки выходного напряжения. Однако, если на резисторе R2 используется переменный резистор, выходное напряжение можно изменять, регулируя переменный резистор. Отличное приложение для этого — регулировка громкости в музыкальной системе.

Какие типы резисторов используются для уменьшения тока и напряжения?

Как вы видели ранее, существует много разных способов изготовления резистора.

Резисторы бывают разных значений сопротивления, размеров, форм и номинальной мощности.

Два распространенных типа резистора: со сквозным отверстием и для поверхностного монтажа.

Выбор того, какой из них использовать, зависит от типа схемы, в которой вы их будете использовать.

Поскольку в электронике используются маломощные и мощные приложения, существуют резисторы, рассчитанные на разные номинальные мощности, чтобы можно было работать с ними. эти полномочия.

Оптимизация напряжения: энергоэффективность — это не игра с нулевой суммой для коммунальных предприятий

Программы энергоэффективности коммунальных предприятий пользуются популярностью как у потребителей, так и у регулирующих органов, и многие из этих программ также успешны с точки зрения коммунальных предприятий.Когда потребители потребляют меньше энергии, их ежемесячные счета уменьшаются, как и доходы от коммунальных услуг. К счастью, технология оптимизации напряжения позволяет коммунальным службам достичь энергоэффективности во всей сети по обе стороны от счетчика.

В сочетании с надлежащим восстановлением скорости оптимизация напряжения может принести значительные выгоды как коммунальным службам, так и потребителям. Кроме того, оптимизация напряжения позволяет энергетическим компаниям модернизировать свои электрические сети без лишних затрат. Суммирование всех преимуществ оптимизации напряжения может прояснить более широкое видение энергоэффективности для коммунальных предприятий, регуляторов и налогоплательщиков.

По сути, оптимизация напряжения использует автоматизацию устройств управления распределительным напряжением (таких как батареи конденсаторов, счетчики, регуляторы напряжения и LTC) для уменьшения потока реактивной мощности (VAR) в цепи. Как правило, оптимизация напряжения включает снижение напряжения (в пределах нормативных требований), что снижает потребление энергии за счетчиком и потери при распределении электроэнергии. Все чаще оптимизация напряжения при определенных условиях требует увеличения напряжения.Например, когда больше возобновляемых ресурсов (таких как солнечная энергия на крыше) подключено к части распределительной сети, а облачный покров в этом месте снижает производство солнечной энергии, коммунальное предприятие должно увеличить напряжение на месте, чтобы компенсировать это.

Помимо увеличения экономии энергии, оптимизация напряжения может помочь коммунальным службам решить несколько важных задач. Например, эта технология может поддерживать следующие общие цели полезности:

• Альтернатива без проводов для расширения сети или отсрочка актива
• Снижение пикового спроса
• Повышенная интеграция возобновляемых ресурсов
• Возмещение ставок за интеллектуальные измерения и другие инвестиции в интеллектуальные сети
• Продвижение ключевых принципов энергетической справедливости путем стратегического инвестирования в энергосбережение в малообеспеченных сообществах

Иногда оптимизация напряжения позволяет сэкономить более 3% энергии, подаваемой на реализованные схемы, без каких-либо действий со стороны клиента и без отрицательного воздействия на устройства, расположенные за счетчиком.Многие устройства работают более эффективно при более низком напряжении. Усовершенствованные решения по оптимизации напряжения также помогают коммунальным предприятиям более стратегически размещать элементы управления и устройства в сети. Это динамическое и адаптивное решение поддерживает автоматический ответ на данные в реальном времени от датчиков и интеллектуальных устройств на границе сети. Это поддерживает поток энергии на нижнем пределе обязательного диапазона напряжений, снижая потери в линии и конечное потребление энергии.

Основная задача: восстановление скорости для оптимизации напряжения

«Традиционно регулирующие органы поощряли или предписывали коммунальным предприятиям внедрять программы повышения энергоэффективности», — сказал Стив Тайлер, руководитель отдела разработки продуктов DVI, поставщика программного обеспечения для оптимизации напряжения.«Программы повышения эффективности электроэнергетики в основном сосредоточены на мерах, не связанных с расходомером, таких как энергоэффективные приборы или подготовка к зиме, поскольку это, как правило, наиболее знакомо регулирующим органам».

Уточнение долгосрочных систематических преимуществ оптимизации напряжения может побудить регулирующие органы утвердить восстановление тарифов для этого проверенного решения по энергоэффективности в рамках фиксированной части розничных тарифов. Это снижает финансовые последствия для коммунальных предприятий, увеличивая выгоды для всех заинтересованных сторон.

В некоторых штатах был принят более активный подход к энергоэффективности на стороне сети, прямо перед счетчиком. Например, в Иллинойсе закон, вступивший в силу в 2017 году, пересмотрел стандарт энергоэффективности этого штата до «… включить и оптимизировать меры, обеспечиваемые интеллектуальной сетью, включая меры по оптимизации напряжения, и обеспечить стимулы для электроэнергетических компаний для достижения экономии энергии. цели.» Ameren Illinois, одна из крупнейших коммунальных компаний штата, принадлежащих инвестору, инициировала программу по рентабельному развертыванию оптимизации напряжения почти в половине своих цепей, работающих на напряжении менее 20 кВ, к 2025 году, охватив почти 65% ее клиентов.Ожидается, что это позволит сэкономить примерно 421 ГВтч ежегодно; до 1,5% энергии системы распределения. (Это не включает энергию от потребителей с пиковым потреблением, превышающими 10 МВт, которые не имеют права на участие в программах повышения энергоэффективности.)

Помимо экономии энергии, ключевым эксплуатационным преимуществом новой системы оптимизации напряжения Ameren является подробная визуализация сети в режиме реального времени.

«Расширенная прозрачность — это огромное улучшение, — сказал Энди Паркер, менеджер по распределенным энергетическим ресурсам и оптимизации напряжения в Ameren Illinois.«На некоторых из наших подстанций не было измерений SCADA; мы привыкли полагаться на модели. Для нас очень важно видеть реальные уровни напряжения не только на подстанциях, но и на конкретных линейных устройствах. Помимо других преимуществ, это дает нам возможность планировать профилактическое обслуживание на основе данных, а не только по заранее установленным графикам ».

Более эффективная сетка — более зеленая сетка

Более эффективная сеть также по своей природе более экологична. «Когда вы уменьшаете и напряжение, и потребление, это напрямую связано с ископаемым топливом в существующем портфеле генерации», — сказал Тайлер.«Это немедленно сокращает выбросы углерода на 100% от всей сэкономленной энергии. Это также увеличивает пропускную способность сети, чтобы можно было подключить больше возобновляемых ресурсов — за копейки на доллар по сравнению с другими способами увеличения мощности ».

«Теперь у нас есть гораздо больше информации о потоках электроэнергии на уровне подстанций и устройств. Наши системные инженеры и проектировщики это ценят ». — сказал Паркер.

Преимущества оптимизации напряжения выходят за рамки коммунальных предприятий, принадлежащих инвесторам. Например, кооперативные и муниципальные коммунальные предприятия используют это решение для снижения платы за потребление, когда энергия является дефицитной и дорогостоящей.Даже если эти коммунальные предприятия еще не полностью развернули интеллектуальные измерения, они все равно могут извлечь выгоду из оптимизации напряжения. Области, где не используются интеллектуальные счетчики, действительно создают слепые зоны, но эту повышенную неопределенность можно решить с помощью более консервативных стратегий оптимизации напряжения. Полученное в результате повышение эффективности сети может служить аргументом в пользу завершения развертывания интеллектуальных измерений.

Тайлер заметил, что стратегии оптимизации напряжения необходимы для модернизации сети и будущего возобновляемой энергетики.«Когда вы постоянно добавляете в сеть все больше распределенных и возобновляемых ресурсов, это увеличивает волатильность», — сказал он. «Если вы можете точно измерить и контролировать свой профиль напряжения, это потенциально может помочь разместить больше МЭД в сети».

Максимальные и минимальные значения напряжения двигателя

Экономические потери от преждевременного отказа двигателя огромны. В большинстве случаев цена самого двигателя тривиальна по сравнению со стоимостью внеплановых остановок процессов.Как высокое, так и низкое напряжение могут вызвать преждевременный отказ двигателя, равно как и дисбаланс напряжений. Здесь мы рассмотрим влияние низкого и высокого напряжения на двигатели и соответствующие изменения производительности, которые вы можете ожидать при использовании напряжения, отличного от указанного на паспортной табличке.

Воздействие низкого напряжения. Когда вы подвергаете двигатель воздействию напряжения ниже номинального, указанного на паспортной табличке, некоторые характеристики двигателя изменятся незначительно, а другие резко изменятся. Чтобы приводить в действие фиксированную механическую нагрузку, подключенную к валу, двигатель должен потреблять фиксированное количество энергии от линии.Количество потребляемой двигателем мощности примерно соответствует току напряжения 2 (в амперах). Таким образом, когда напряжение становится низким, ток должен увеличиваться, чтобы обеспечить такое же количество энергии. Увеличение тока представляет опасность для двигателя только в том случае, если этот ток превышает номинальный ток двигателя, указанный на паспортной табличке. Когда сила тока превышает номинальное значение, указанное на паспортной табличке, в двигателе начинает накапливаться тепло. Без своевременной коррекции это тепло приведет к повреждению двигателя. Чем больше тепла и чем дольше на него воздействуют, тем больше повреждение мотора.

Существующая нагрузка является основным фактором при определении того, насколько снижение напряжения питания может выдержать двигатель (см. Врезку ниже). Например, давайте посмотрим на двигатель с небольшой нагрузкой. Если напряжение уменьшается, ток увеличивается примерно в той же пропорции, что и напряжение. Например, снижение напряжения на 10% приведет к увеличению силы тока на 10%. Это не повредит двигатель, если ток будет ниже значения, указанного на паспортной табличке.

А что, если у этого двигателя большая нагрузка? В этом случае у вас уже есть большой ток, поэтому напряжение уже ниже, чем было бы без нагрузки.Возможно, вы даже приблизитесь к нижнему пределу напряжения, указанному на паспортной табличке. Когда происходит снижение напряжения, ток возрастает до нового значения, которое может превышать номинальный ток при полной нагрузке.

Низкое напряжение может привести к перегреву, сокращению срока службы, снижению пусковой способности и уменьшению момента подъема и отрыва. Пусковой крутящий момент, крутящий момент и крутящий момент отрыва асинхронных двигателей изменяются в зависимости от приложенного напряжения в квадрате. Таким образом, 10% -ное снижение напряжения, указанного на паспортной табличке (от 100% до 90%, от 230 В до 207 В), снизит пусковой крутящий момент, крутящий момент отвода и крутящий момент отрыва в раз.92.9. Полученные значения составят 81% от значений полного напряжения. При напряжении 80% результат будет 0,82,8 или значение 64% от полного значения напряжения. Что это означает в реальной жизни? Что ж, теперь вы можете понять, почему трудно запустить «трудно запускаемые» нагрузки, если напряжение оказывается низким. Точно так же крутящий момент двигателя будет намного ниже, чем при нормальном напряжении.

На слабо нагруженных двигателях с легко запускаемыми нагрузками снижение напряжения не будет иметь какого-либо заметного эффекта, за исключением того, что оно может помочь снизить потери при небольшой нагрузке и повысить эффективность в этих условиях.Это принцип, лежащий в основе некоторого дополнительного оборудования, предназначенного для повышения эффективности.

Воздействие высокого напряжения. Люди часто делают предположение, что, поскольку низкое напряжение увеличивает силу тока на двигателях, высокое напряжение должно уменьшать потребляемую силу тока и нагрев двигателя. Это не тот случай. Высокое напряжение на двигателе приводит к насыщению магнитной части двигателя. Это приводит к тому, что двигатель потребляет чрезмерный ток, пытаясь намагнитить утюг за пределы точки, в которой намагничивание практически возможно.

Двигатели допускают некоторое изменение напряжения выше расчетного. Однако превышение номинального напряжения приведет к увеличению силы тока с соответствующим увеличением нагрева и сокращением срока службы двигателя.

Например, производители ранее рассчитывали двигатели на 220/440 В с диапазоном допуска 510%. Таким образом, допустимый диапазон напряжения на высоковольтных соединениях составляет от 396 до 484 В. Несмотря на то, что это так называемый диапазон допуска, наилучшие характеристики будут достигнуты при номинальном напряжении.Крайние концы (высокие или низкие) создают ненужную нагрузку на двигатель.

Не попадайтесь в ловушку, думая, что с вами все в порядке, только потому, что ваше напряжение питания находится в этих пределах. Назначение этих диапазонов — приспособиться к обычным почасовым колебаниям напряжения на заводе. Постоянная работа на высоких или низких предельных значениях сокращает срок службы двигателя.

Такая чувствительность к напряжению характерна не только для двигателей. Фактически, колебания напряжения влияют на другие магнитные устройства аналогичным образом.Соленоиды и катушки, которые вы найдете в реле и пускателях, лучше переносят низкое напряжение, чем высокое. Это также верно для балластов в люминесцентных, ртутных и натриевых осветительных приборах высокого давления. И это касается трансформаторов всех типов. Лампы накаливания особенно чувствительны к высокому напряжению. Увеличение напряжения на 5% сокращает срок службы лампы на 50%. Повышение напряжения на 10% выше номинального сокращает срок службы лампы накаливания на 70%.

В целом, для оборудования определенно будет лучше, если вы измените ответвления на входных трансформаторах, чтобы оптимизировать напряжение в производственном цехе до уровня, близкого к номинальным характеристикам оборудования.На старых заводах вам, возможно, придется пойти на некоторые компромиссы из-за различий в стандартах для старых двигателей (220/440 В) и более новых стандартов «Т-образная рама» (230/460 В). Напряжение посередине этих двух напряжений (что-то вроде 225 В или 450 В) обычно дает наилучшие общие характеристики. Высокое напряжение всегда приводит к снижению коэффициента мощности, что увеличивает потери в системе. Это приводит к более высоким эксплуатационным расходам на оборудование и систему.

Стандартный рисунок (найденный в справочниках по двигателям и в оригинальной печатной версии этой статьи) иллюстрирует общее влияние высокого и низкого напряжения на характеристики двигателей с Т-образной рамой.Этот график широко используется в различных справочных материалах. Но это всего лишь пример и не дает точной информации, которая применима ко всем двигателям. Вместо этого он представляет только один тип двигателя, с большим количеством вариаций от одного двигателя к другому. Например, самая низкая точка на линии усилителя полной нагрузки не всегда возникает при напряжении на 21/2% выше номинального. На некоторых двигателях это может произойти при напряжении ниже номинального. Кроме того, повышение ампер полной нагрузки при напряжениях выше номинальных имеет тенденцию быть более крутым для одних конструкций обмоток двигателей, чем для других.