Các loại nguồn điện
Trong kỹ thuật điện, nguồn điện là một thiết bị chuyển đổi năng lượng điện thành điện áp, dòng điện và tần số đầu ra theo yêu cầu của một thiết bị điện được kết nối. Nó chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều và cấp nguồn cho các thiết bị điện tử khác nhau (máy tính, TV, máy in, bộ định tuyến, v.v.). Có hai loại nguồn điện khác nhau: nguồn điện áp (cung cấp điện áp không đổi) và nguồn dòng điện (cung cấp dòng điện không đổi).
Nguồn điện cho các thiết bị điện tử chủ yếu có thể được chia thành tuyến tính và xung:
- bộ nguồn tuyến tính trong đó phần tử tương ứng là máy biến áp (cũng có bộ nguồn tuyến tính không có máy biến áp);
- chuyển đổi nguồn điện sử dụng các loại hệ thống điện tử (bộ chuyển đổi điện áp);
Những cái tuyến tính có thiết kế tương đối đơn giản, có thể trở nên phức tạp hơn khi dòng điện chúng cần cung cấp tăng lên, nhưng khả năng điều chỉnh điện áp của chúng không hiệu quả lắm đối với chúng.
Nguồn điện là một phần không thể thiếu của nhiều thiết bị. Một số loại chính là:
- Bộ cấp nguồn xung. Hiện nay, hầu hết các bộ nguồn đều được sản xuất dưới dạng bộ nguồn chuyển mạch. Ưu điểm của họ chủ yếu là trọng lượng thấp hơn. Khi chưa có bộ nguồn và điều khiển trạng thái rắn, các bộ nguồn biến áp nặng hơn, bền hơn đã được sử dụng để cho phép thiết kế bộ nguồn chuyển đổi chi phí thấp.
- Bộ nguồn máy tính. Máy tính chứa nguồn điện chuyển đổi giúp chuyển đổi điện áp xoay chiều thấp từ mạng phân phối (230 V, 50 Hz) thành điện áp thấp được sử dụng trong các mạch điện của máy tính (DC 3,3 V, 5 V và 12 V).
- Bộ điều hợp mạng. Nó là một nguồn điện chuyển mạch nhỏ có hình dạng và kích thước giống như phích cắm điện tiêu chuẩn (chẳng hạn như bộ sạc điện thoại di động) được sử dụng trên nguồn điện lưới 230 vôn cung cấp điện áp thấp cần thiết cho một thiết bị điện hoặc điện tử cụ thể. Bộ điều hợp AC thường được sử dụng với các thiết bị và đồ gia dụng không có nguồn điện bên trong riêng.
- Nguồn điện hàn. Các nguồn hàn cung cấp dòng điện cao (thường là hàng trăm ampe) cho phép kim loại nóng chảy cục bộ và do đó nối với nhau. Trước đây, cái gọi là máy biến áp hàn đã được sử dụng (với máy biến áp điện từ đặc biệt được thiết kế cho dòng điện hàn cao), hiện đại hơn là biến tần hàn với điều khiển điện tử.
Điện trở trong của nguồn điện
Một nguồn điện lý tưởng, với vai trò là nguồn điện áp, luôn cung cấp cùng một điện áp bất kể tải được kết nối là gì (tức là điện áp cung cấp không đổi ở các mức dòng điện khác nhau).
Tuy nhiên, không có nguồn hoàn hảo bởi vì điện trở trong một nguồn thực giới hạn dòng điện tối đa có thể chạy qua mạch.
Bộ nguồn này có thể sử dụng bộ điều chỉnh điện áp để cung cấp điện áp đầu ra ổn định, được cung cấp bởi sự sụt giảm điện áp (chênh lệch giữa điện áp đầu vào và đầu ra của bộ điều chỉnh). Ví dụ - Chuyển mạch điều chỉnh điện áp
Vì vậy, theo chất lượng của điện áp đầu ra, nguồn điện được phân biệt:
- nguồn ổn định, điện áp được duy trì ở mức không đổi, bất kể dao động hiện tại,
- nguồn không được kiểm soát trong đó điện áp đầu ra có thể thay đổi theo dao động hiện tại.
Bộ nguồn tuyến tính biến áp
Các nguồn tuyến tính cổ điển bao gồm các phần tử sau: máy biến áp, bộ chỉnh lưu, bộ lọc và bộ điều chỉnh điện áp.
Sơ đồ cung cấp điện tuyến tính
Đầu tiên, máy biến áp chuyển đổi điện áp nguồn thành điện áp giảm và cung cấp cách ly điện… Mạch biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều xung được gọi là chỉnh lưu (mạch cầu điốt được sử dụng để chỉnh lưu), sau đó một bộ lọc với tụ điện và cuộn cảm sẽ làm giảm gợn sóng. Tìm hiểu thêm về bộ lọc — bộ lọc nguồn.
Điều chỉnh hoặc ổn định điện áp đến một giá trị nhất định đạt được bằng cách sử dụng cái gọi là Một bộ điều chỉnh điện áp trong cấu tạo của nó Linh kiện bán dẫn.
Transistor trong mạch hoạt động như một điện trở điều chỉnh.Ở đầu ra của giai đoạn này, để đạt được độ ổn định cao hơn trong sóng, có một giai đoạn lọc thứ hai (mặc dù không nhất thiết, tất cả phụ thuộc vào yêu cầu thiết kế), nó có thể là một tụ điện thông thường.
Trong số các bộ nguồn có những bộ mà công suất cung cấp cho tải là điều chỉnh bởi thyristorđể cung cấp điện áp và công suất cần thiết cho tải.
Cung cấp năng lượng phòng thí nghiệm của Đức
Bộ nguồn tuyến tính hiện đại
Ổn định điện áp trong loại nguồn tuyến tính cơ bản đạt được bằng cách kết nối song song một phần tử đặc biệt với mạch được cung cấp bởi nguồn điện áp cao hơn không được kiểm soát thông qua một điện trở phù hợp, có đặc tính điện áp dòng điện cho thấy dòng điện tăng mạnh ở mức yêu cầu Vôn. Nó là một yếu tố như vậy Đi-ốt Zener, hoạt động trên một loạt các điện áp ngưỡng.
Nhược điểm của nguồn cung cấp đi-ốt zener là độ ổn định điện áp đầu ra tương đối thấp, dải dòng điện tương đối nhỏ và hiệu suất đặc biệt thấp, vì năng lượng điện được chuyển thành nhiệt trong điện trở nối tiếp và trong chính đi-ốt zener.
Các nguồn tuyến tính hiện đại (thường ở dạng mạch tích hợp) sử dụng phần tử trở kháng thay đổi (bóng bán dẫn chế độ tuyến tính) được điều khiển bằng phản hồi dựa trên sự khác biệt giữa điện áp đầu ra và điện áp DC từ điện áp tham chiếu bên trong (dựa trên điốt mạch, nhưng với dòng điện một chiều nhỏ).
Nguồn tuyến tính điển hình là IC 78xx (ví dụ 7805 là nguồn áp 5V) và các dẫn xuất của chúng.
Nhược điểm của các bộ nguồn tuyến tính như vậy là hiệu suất thấp (và do công suất tiêu thụ trong mạch tích hợp thay đổi theo nhiệt và nhu cầu làm mát), đặc biệt là khi có sự khác biệt lớn giữa điện áp đầu vào và đầu ra và dòng điện cao. cũng có lúc bất lợi là điện áp ra luôn thấp hơn điện áp vào.
Ưu điểm nằm ở chi phí thấp, kích thước nhỏ, dễ sử dụng và không có sự can thiệp từ bên ngoài và trong mạch điện.
Bộ nguồn tích hợp trong phòng thí nghiệm kỹ thuật điện
Chuyển đổi nguồn điện
Trong các nguồn cung cấp xung, một bóng bán dẫn hiệu ứng trường được sử dụng, đóng định kỳ ở tần số tương đối cao (hàng chục kHz trở lên) và tăng điện áp đầu vào của mạch bao gồm sự kết hợp của cuộn dây, tụ điện và điốt. Với sự kết hợp phù hợp của các yếu tố này, có thể giảm và tăng điện áp.
Một loại nguồn điện xung khác là nguồn điện có máy biến áp và bộ chỉnh lưu điốt tiếp theo, tận dụng các đặc tính có lợi (kích thước máy biến áp nhỏ hơn ở dòng điện cao, tổn thất từ tính thấp hơn) của vật liệu từ tính hiện đại (ferrite) ở tần số cao . Bằng cách thay đổi tần số, bạn có thể thay đổi điện áp đầu ra.
Do đó, nguồn điện như vậy bao gồm một mạch (thường ở dạng mạch tích hợp) cung cấp sự thay đổi tần số dựa trên phản hồi từ điện áp đầu ra để cung cấp điện áp đầu ra ổn định dưới các mức tải khác nhau.
Thông tin thêm về chuyển đổi nguồn điện: Nguyên tắc chung, ưu điểm và nhược điểm của nguồn điện chuyển đổi
Bởi vì các bộ nguồn chuyển mạch hoạt động với điện áp và dòng điện sóng vuông, nên chúng thường phát ra sóng điện từ trên một dải tần số rộng. Do đó, khi tạo và sử dụng chúng, cần tuân thủ các nguyên tắc tương thích điện từ (EMC).
thiết bị phòng thí nghiệm
Trong xưởng hoặc phòng thí nghiệm, nguồn điện chính xác được sử dụng để đo lường, kiểm tra và xử lý sự cố. Các bộ nguồn phòng thí nghiệm này chuyển đổi, chỉnh lưu và điều chỉnh điện áp cũng như dòng điện đầu ra để có thể thực hiện các phép đo mà không làm hỏng các thiết bị được thử nghiệm.