А в чому небезпека роботи із цими "милими" приладами?

Посилання на сторінку сайту Магазину Gtest(R) з номенклатурою джерел живлення постійного струму, а також рекомендовані прилади та статті для подальшої самоосвіти - наприкінці цієї Розділу

ЗАБЕЗПЕЧУЙТЕ ЗАХИЩЕНУ І НАДІЙНУ РОБОТУ ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ У БУДЬ-ЯКОМУ ЛАНЦЮГІ НАВАНТАЖЕННЯ.

Підключення джерела живлення постійного струму до навантаження здається простим і зрозумілим завданням. Багато ситуаціях це правда; однак, інші ситуації можуть виявитися складними. Хоча виробники джерел живлення постійного струму проектують свої джерела таким чином, щоб вони були стабільними при живленні будь-якого типу навантаження, це не означає, що джерело живлення несприйнятливе до певних характеристик цього навантаження, які можуть викликати проблеми. Індуктивне або ємнісне навантаження може подавати енергію на джерело живлення, що може спричинити пошкодження вихідного каскаду джерела живлення.

Вихідний каскад призначений передачі енергії, а чи не її поглинання. Аналогічно, активні навантаження, такі як батареї, можуть подавати джерело живлення шкідливу потужність.

Крім подачі енергії в джерело живлення, деякі ємнісні навантаження, індуктивні навантаження і навантаження, що викликають суттєві швидкі зміни струму навантаження, можуть створювати умови, що призводять до коливань.

І джерело живлення, і навантаження зазнають пошкоджень.

Крім того, тестування переривається, оскільки навантаження не отримує стабільної постійної напруги для правильної роботи. Ще одним фактором, який може викликати коливання, є проведення між джерелом живлення та навантаженням. Шум може проникнути в чутливі лінії дистанційного вимірювання та перешкодити роботі схеми керування напругою.

У цьому інформаційному документі буде описано різні типи навантажень, які можуть бути потенційно небезпечними для джерел живлення постійного струму. Крім того, у наступних параграфах описуються типи навантажень, які можуть викликати коливання в ланцюзі джерела живлення-навантаження, а також умови підключення, які можуть призвести до коливань. Для кожного типу навантаження та стану ланцюга буде запропоновано розв'язання цих завдань. Такі рекомендації забезпечать надійну роботу джерела живлення та захист навантаження.

Індуктивні навантаження

Індуктивне навантаження може бути джерелом енергії, яка здатна вступити до джерела живлення та пошкодити його. Таким чином, джерела живлення повинні бути захищені від індуктивних навантажень, таких як двигуни, соленоїди та електромеханічні реле. Коли джерело живлення подає напругу та струм на індуктивне навантаження, навколо індуктивного навантаження створюється магнітне поле, що стає джерелом потенційної енергії. Потенційна енергія U в джоулях дорівнює ½ L • I2, де L - індуктивність навантаження в генрі, а I - струм через навантаження в амперах. Коли потужність, що подається на навантаження, знімається, її магнітне поле руйнується і індукує струм протилежної полярності струму, що подається. Струм створює сплеск напруги, що визначається рівнянням V = L•di/dt, яке є напругою, що розвивається на індукторі з індуктивністю L, і di/dt, швидкістю зміни

струму, що подається. Оскільки di/dt негативне значення, сплеск напруги має полярність, протилежну напругі, що подається. Цей сплеск зворотної напруги має кілька назв, відомих як проти-ЕРС, проти-ЕРС або зворотну напругу. Формула напруги на індуктивному навантаженні показує, що чим швидше змінюється струм, тим більша величина стрибка напруги. Стрибок напруги може бути набагато вищим, ніж напруга, що подається джерелом живлення. Таким чином, зворотна ЕРС від індуктивного навантаження може проникнути у джерело живлення та пошкодити його.

Захистіть джерело живлення, помістивши діод зворотного зміщення вихід джерела живлення. Цей діод відомий як зворотний діод. Підключіть діод так, щоб катод був підключений до високого джерела живлення, а анод — до низького вихідного роз'єму, як показано на малюнку 1.

Малюнок 1. Використання зворотньоходового діода для захисту джерела живлення від зворотного ЕРС.

Коли джерело живлення подає напругу на навантаження, діод зміщений у зворотному напрямку і не впливає на схему. Коли вихідний сигнал джерела живлення стає низьким або вимикається, зворотна ЕРС, що виникає на індукторі, зміщує діод вперед, тому струм, що генерується індуктором, тече через діод, а не через джерело живлення. Таким чином, зворотний діод захищає джерело живлення від зворотного ЕРС індуктивного навантаження.

Ємнісні навантаження

Ємнісне навантаження, таке як супер конденсатор, конденсаторна батарея або фільтр може генерувати стрибки напруги, які можуть бути небезпечними для джерела живлення. Як і індуктивне навантаження, ємнісне навантаження зберігає потенційну енергію U в джоулях як I/2•C•V2, де C ефективна ємність у фарадах, а V напруга на ємнісному навантаженні. Коли напруга джерела живлення падає нижче напруги, яка була на навантаженні, навантаження видає струм, що визначається

I = C dv/dt. Знову ж таки, чим швидше швидкість зміни напруги, тим вищий струм, спрямований на джерело живлення. Стрибок струму створює напругу в ланцюзі джерела живлення. Цей струм і напруга навантаження можуть пошкодити джерело живлення. 

Малюнок 2. Послідовний діод захищає джерело живлення від розряду ємнісного навантаження.

Щоб захистити джерело живлення від цієї ситуації, додайте послідовний діод на виході джерела живлення, щоб запобігти потраплянню зворотного струму від ємнісних навантажень у джерело живлення. Підключіть діод, як показано на малюнку 2. Поки діод зміщений у прямому напрямку, струм тектиме з джерела живлення і живитиме навантаження. Коли напруга джерела живлення вимикається або падає до значення нижче напруги на ємнісному навантаженні, діод стає зміщеним назад і запобігає розряд зворотного струму від ємнісного навантаження в джерело живлення.

Навантаження на акумулятори

Батарея – це електрохімічне джерело енергії. Джерела живлення постійного струму дозволяють тестувати та заряджати акумуляторні батареї. Як джерело живлення, акумулятор може завдати серйозної шкоди джерелу живлення. Отже, батареї та ємнісні навантаження схожі. Якщо напруга на акумуляторі перевищує напругу джерела живлення, акумулятор розряджається на джерело живлення так само, як це відбувається з ємнісним навантаженням в аналогічній ситуації. Використання послідовного діода, як показано на малюнку 2, захистить джерело живлення від розряду струму батареї.

ЗАХИСТ АКУМУЛЯТОРНОГО НАВАНТАЖЕННЯ

Хоча батарея може пошкодити джерело живлення, може виникнути і зворотна ситуація. Джерело живлення може пошкодити акумулятор. Якщо батарею підключено до джерела живлення для заряджання, підключення зі зворотною полярністю може негайно пошкодити батарею, і струм джерела живлення тече від батареї до джерела живлення. Зворотне підключення батареї може легко відбутися в автоматизованих або напівавтоматичних системах.

Рисунок 3. Схема визначення полярності керує контактором,

Не допускайте подачі живлення на батарею, якщо батарею неправильно підключено до ланцюга.

з батареями, що рухаються виробничими лініями. Безпечна система тестування акумуляторів потребує схеми визначення полярності та контактору. Схема визначення полярності запобігає замиканню контактора та подачі живлення на неправильно підключену батарею. На. малюнку 3 показано схему захисту батареї від неправильної полярності

ЗАХИСТ ХАРЧУВАННЯ І НАВАНТАЖЕННЯ ВІД КОЛИВАНЬ

Деякі типи навантажень можуть викликати коливання джерела живлення. Коливання потенційно можуть пошкодити як джерело живлення, і навантаження. Навантаженнями можуть бути високоємнісні навантаження, які можуть викликати фазові зрушення та невідповідності імпедансів у ланцюзі «джерело живлення-навантаження». Індуктивне навантаження може створювати нестабільність.

Третій тип навантаження, яке може викликати коливання, характеризується швидкими ступінчастими змінами струму. Прикладом може бути система приводу електродвигуна, у якій струм навантаження швидко змінюється під час прискорення та уповільнення.

Як і у випадку з гармоніками, фільтри можуть пом'якшувати вплив високо реактивних навантажень і навантажень з швидкозмінними характеристиками. На рис. 4 показано деякі можливі реалізації фільтрації. Конденсатори, підключені до навантаження, можуть бути джерелом миттєвого струму, коли навантаження має майже миттєвий струм.

Це допоможе стабілізувати напругу навантаження. Конденсатори також забезпечують розв'язку та придушення шуму. Пі-фільтр додає дросель, який ізолює джерело живлення від високочастотного шуму та високочастотних складових, що генеруються навантаженням. Це допомагає поліпшити стабільність схеми.

Рисунок 4. (Верхній малюнок) Пі-фільтр може ізолювати джерело живлення від високочастотних дій.

(Нижній малюнок). Конденсатори, коли вони заряджені забезпечують джерело струму для стабілізації напруги живлення, коли навантаження має велике миттєве збільшення струму.

Проведення між джерелом та навантаженням також може бути джерелом коливань. Це може бути справедливо при використанні дистанційного вимірювання, щоб гарантувати, що напруга, що подається на навантаження, відповідає запрограмованій напрузі.

Коли навантаження споживає великий струм, дистанційне зондування компенсує падіння напруги в проводах, що підводять, та інших джерелах живлення.

Компоненти ланцюга навантаження.

Лінії виміру підключаються до вхідної вимірювальної схеми з високим імпедансом, по суті, до вольтметра, так що схема виміру не споживає помітного струму від навантаження. Схема виміру виявляє шум і передає цей сигнал у схему контролю помилок джерела живлення. Будь-який шум на вимірювальних лініях передається на вхід підсилювача помилки. Це може призвести до коливань вихідного сигналу разом із шумом.

На малюнку 5 показано як дистанційне зондування компенсує падіння напруги на висновках ланцюга навантаження.

Хоча дистанційне зондування, як показано на малюнку 5, компенсує падіння напруги через опір проводу, цей малюнок занадто спрощує реальний ланцюг, що живиться джерелом живлення. На малюнку 6 зображено більш повну схему навантаження, застосовану до джерела живлення. Вимірювальні проводи, незалежно від того, чи є вони неекранованими або екранованими проводами, насправді

розподілена мережа опору, індуктивності та ємності. Ємність ефективно підключається до заземлювальної пластини для неекранованого дроту або екрана при використанні екранованого кабелю.

Рисунок 5. Дистанційне зондування навантаження дозволяє джерелу живлення компенсувати падіння напруги в проводах, що підводять, і забезпечувати подачу запрограмованої напруги на навантаження.

Реальність така, що навантаження є мережею RLC. Незважаючи на те, що джерело живлення подає напругу постійного струму, жоден із виходів джерела живлення не є вільним від шуму, і цей шум у мережі RLC може призвести до стану резонансу та коливань. Усунення коливань може виявитися складним завданням, і немає гарантованого і простого рішення. Вирішення проблеми вимагає методу спроб і помилок.

Ось деякі пропозиції:

Якщо на струмовому виході спостерігаються коливання, додайте схему демпфування.

Якщо на виході напруги спостерігаються коливання – спробуйте збільшити значення ємності або на клемах постійного струму джерела живлення, або на пристрої, що перевіряється.

Додайте ємність за допомогою невеликого резистора на стороні постійного струму +.

Якщо це можливо, зменшіть довжину вимірювальних проводів між джерелом живлення та навантаженням.

Використовуйте лінії дистанційного вимірювання паралельно дротам джерела (бажано приклеєні до дротів стрічкою). Якщо лінія вимірювання підключена паралельно лінії витоку, то лінія витоку і датчика впливають один на одного таким чином, що фазовий зсув вимірювальної напруги, викликаний індуктивністю, компенсується, що усуває основу резонансну для коливань напруги.

Також може допомогти скручування проводів дистанційного датчика та джерела.

Інший варіант - розділити дроти джерела та датчика, як показано на малюнку 7. Використання кручений пари зводить до мінімуму площу контуру і мінімізує наведену напругу в лініях вимірювання. Крім того, використовуйте екрановану кручену пару, щоб виключити попадання зовнішніх електромагнітних перешкод (ЕМП) у вимірювальні лінії.

Малюнок 6. Схема джерела живлення-навантаження з проводами джерела та датчика, представленими у вигляді розподілених мереж R-L-C. Незважаючи на те, що джерело живлення подає напругу постійного струму, схема по суті є мережею змінного струму.

Рисунок 7. Ще один варіант запобігання коливанням у деяких ланцюгах: екранована кручена пара, дроти дистанційного вимірювання відокремлені від дротів джерела.

Використання правильних методів заземлення дозволяє уникнути можливості того, що шумні струми заземлення можуть протікати в електропроводку, створюючи нестабільність у схемі вимірювання напруги. Впевніться, що

Мал. 8. Шумовий струм заземлення потрапляє в ланцюг вимірювання, коли джерело живлення постійного струму та навантаження знаходяться під різною напругою.

ланцюг джерела живлення-навантаження заземлена лише у одній точці, зазвичай, на джерелі живлення. На рис. 8 з використанням окремої конфігурації вимірювальних висновків показаний струм заземлення, який може текти через вимірювальні лінії, коли навантаження і джерело живлення підключені до заземлення і обидва заземлення мають трохи різний потенціал.

Збереження якомога коротшої проводки між джерелом живлення та навантаженням знижує загальну розподілену ємність та індуктивність у проводах живлення та зменшує ймовірність коливань. Екранування проводки знижує можливість уловлювання перешкод від зовнішніх джерел.

АЛЬТЕРНАТИВНИЙ ТИП ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ

Альтернативою використанню зовнішніх компонентів захисту джерела живлення є розгляд двоспрямованого джерела живлення. Двонаправлене джерело живлення може бути або джерелом живлення, або електронним навантаженням. Цей тип джерела живлення може безпечно поглинати та передавати потужність. Двонаправлене джерело живлення може безпечно поглинати потужність ємнісних, індуктивних та активних навантажень. Двонаправлене джерело живлення є економічно ефективним, коли випробувальна схема постійного струму потребує функціональності як джерела, так і навантаження у різний час протягом протоколу тестування. Одним із прикладів двонаправленого джерела живлення постійного струму є EA Elektro-Automatik PSB 10000 з вбудованим рекуперативним електронним навантаженням та автоматичним вибором діапазону, що означає, що повна потужність джерела та споживача пристроїв доступна у широкому діапазоні. operating range.

ЗНАЙТЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАВАНТАЖЕННЯ І ХАРЧУВАННЯ

Хоча блоки живлення розроблені як стабільні джерела постійної напруги, тип навантаження може впливати на продуктивність живлення. Деякі типи навантажень можуть призвести до пошкодження витратних матеріалів. Інші типи навантаження мають характеристики, які можуть спричинити пошкодження навантаження джерелом живлення. Крім того, навантаження та проводка до навантаження можуть викликати коливання, потенційно пошкоджуючи як джерело живлення, так і навантаження. Дуже важливо розуміти характеристики навантаження, щоб гарантувати, що ланцюг живлення-навантаження захищає як джерело живлення, так і навантаження. Рекомендації щодо захисту від умов, які можуть призвести до виходу з ладу джерела живлення та/або навантаження, забезпечать надійне джерело постійного струму та безпечне увімкнення навантаження.

Магазин Gtest® - офіційний постачальник джерел (блоків) живлення постійного струму в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnee-pribory/bloky-pitaniya