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

Посилання на сторінку сайту Магазину Gtest® з номенклатурою джерел живлення постійного струму, а також рекомендовані прилади та статті для подальшої самоосвіти - наприкінці цього розділу

Забезпечуйте захищену і надійну роботу джерела живлення постійного струму у будь-якому ланцюзі навантаження

Підключення джерела живлення постійного струму до навантаження здається простим і зрозумілим завданням. У багатьох випадках це справді так, однак деякі ситуації можуть виявитися значно складнішими. Хоча виробники джерел живлення постійного струму проєктують свої пристрої таким чином, щоб вони були стабільними при роботі з будь-яким типом навантаження, це не означає, що джерело живлення несприйнятливе до певних характеристик навантаження, які можуть викликати проблеми.

Індуктивне або ємнісне навантаження може повертати енергію в джерело живлення, що здатне пошкодити його вихідний каскад. Вихідний каскад призначений для передачі енергії, а не для її поглинання. Аналогічно, активні навантаження, такі як акумуляторні батареї, також можуть подавати небезпечну потужність назад у джерело живлення.

Крім повернення енергії, деякі ємнісні та індуктивні навантаження, а також навантаження зі швидкими змінами струму можуть створювати умови для виникнення коливань. У результаті пошкодження можуть отримати як джерело живлення, так і навантаження.

Також тестування може бути перерване через нестабільну вихідну напругу. Додатковим фактором виникнення коливань є проводка між джерелом живлення та навантаженням. Шум може проникати в чутливі лінії дистанційного вимірювання та порушувати роботу схеми керування напругою.

У цій статті розглядаються типи навантажень, які можуть бути потенційно небезпечними для джерел живлення постійного струму, а також способи захисту обладнання та забезпечення стабільної роботи системи.

Індуктивні навантаження

Індуктивне навантаження може бути джерелом енергії, яка здатна потрапити в джерело живлення та пошкодити його. Тому джерела живлення необхідно захищати при роботі з електродвигунами, соленоїдами та електромеханічними реле.

Коли джерело живлення подає напругу та струм на індуктивне навантаження, навколо нього створюється магнітне поле, яке накопичує потенційну енергію.

Потенційна енергія визначається формулою:

U = ½ · L · I²

де:

• L - індуктивність навантаження, Гн;
• I - струм навантаження, А.

Після відключення живлення магнітне поле руйнується та індукує струм протилежної полярності. У результаті виникає зворотна ЕРС, яка визначається виразом:

V = L · di/dt

Чим швидше змінюється струм, тим більшим буде стрибок напруги. Ця напруга може значно перевищувати напругу джерела живлення та пошкодити його.

Для захисту використовується зворотний діод, підключений паралельно виходу джерела живлення.

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

Поки джерело живлення працює, діод зміщений у зворотному напрямку та не впливає на роботу схеми. Після вимкнення джерела живлення діод відкривається та забезпечує шлях для струму індуктивності, захищаючи вихідний каскад.

Ємнісні навантаження

Ємнісні навантаження, такі як суперконденсатори, конденсаторні батареї та фільтри, також можуть створювати небезпечні режими роботи для джерела живлення.

Накопичена енергія визначається формулою:

U = ½ · C · V²

де:

• C - ємність, Ф;
• V - напруга на конденсаторі, В.

При зниженні напруги джерела живлення нижче напруги на конденсаторі виникає зворотний струм:

I = C · dv/dt

Цей струм може пошкодити джерело живлення.

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

Для захисту використовується послідовний діод, який блокує зворотний струм від конденсатора до джерела живлення.

Навантаження на акумулятори

Акумуляторна батарея є активним джерелом енергії. Якщо напруга акумулятора перевищує напругу джерела живлення, акумулятор почне розряджатися через вихід джерела живлення так само, як і ємнісне навантаження.

У цьому випадку також рекомендується використовувати послідовний захисний діод, показаний на малюнку 2.

Захист акумуляторного навантаження

Пошкодити може не лише акумулятор джерело живлення, але й навпаки. Якщо акумулятор підключений із неправильною полярністю, це може призвести до його миттєвого пошкодження.

Для захисту використовують схеми контролю полярності та контактори, які не дозволяють подати живлення на неправильно підключену батарею.

Малюнок 3. Схема визначення полярності керує контактором та запобігає неправильному підключенню акумулятора.

Захист джерела живлення та навантаження від коливань

Деякі типи навантажень можуть викликати коливання в системі живлення. Це особливо характерно для високоємнісних, індуктивних та швидкозмінних навантажень.

Для підвищення стабільності часто використовують додаткові фільтри та конденсатори.

Малюнок 4. Пі-фільтр та конденсатори для стабілізації роботи джерела живлення.

Конденсатори допомагають забезпечувати миттєвий струм для навантаження, а дроселі ізолюють джерело живлення від високочастотних складових та шумів.

Дистанційне вимірювання та вплив проводки

Провід між джерелом живлення та навантаженням можуть бути джерелом нестабільності. При використанні дистанційного вимірювання напруга на навантаженні компенсується автоматично, але проводка має власні паразитні параметри опору, індуктивності та ємності.

Малюнок 5. Дистанційне вимірювання компенсує падіння напруги у проводах.

Малюнок 6. Провідники утворюють розподілену мережу RLC, яка може викликати резонанс та коливання.

Для зменшення ймовірності коливань рекомендується:

• Додавати демпфувальні ланцюги.
• Збільшувати ємність на виході джерела живлення.
• Скорочувати довжину вимірювальних проводів.
• Використовувати кручені та екрановані пари.
• Прокладати вимірювальні лінії поруч із силовими проводами.

Малюнок 7. Використання екранованої крученої пари для зменшення впливу шумів.

Малюнок 8. Вплив струмів заземлення на вимірювальні лінії.

Альтернативний тип джерела живлення

Альтернативою використанню зовнішніх захисних компонентів є двонаправлене джерело живлення. Такі пристрої можуть працювати як джерело живлення або як електронне навантаження, безпечно поглинаючи та віддаючи енергію.

Прикладом є серія EA Elektro-Automatik PSB 10000 з вбудованим рекуперативним електронним навантаженням та автоматичним вибором діапазону роботи.

Знайте характеристики навантаження та джерела живлення

Хоча сучасні джерела живлення розробляються як стабільні джерела постійної напруги, тип навантаження безпосередньо впливає на їхню роботу. Деякі навантаження можуть пошкодити джерело живлення, а деякі режими роботи джерела можуть негативно вплинути на навантаження.

Розуміння характеристик навантаження, правильне проєктування схеми та використання відповідних засобів захисту дозволяють забезпечити надійну роботу джерела живлення постійного струму та безпечне функціонування всієї системи.

Магазин Gtest® - офіційний постачальник джерел (блоків) живлення постійного струму в Україні:
купити джерело живлення в Україні