У чому суть джерел живлення змінного та постійного струмів? Де і як вони використовуються?

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

Розуміння джерел живлення змінного та постійного струму

Що таке блок живлення?

Блок живлення - це електричний пристрій, який перетворює електричну енергію, що надходить від джерела живлення, наприклад електромережі, у значення напруги та струму, необхідні для живлення навантаження - двигуна, електронного пристрою або іншого обладнання.

Основне призначення блоку живлення - забезпечити навантаження необхідною напругою та струмом. Струм повинен подаватися контрольовано та з високою точністю до широкого спектра навантажень, не допускаючи впливу змін вхідної напруги або інших підключених пристроїв на вихідні параметри.

Блок живлення може бути зовнішнім, як у ноутбуках або зарядних пристроях телефонів, або внутрішнім, як у настільних комп'ютерах та промисловому обладнанні.

Блоки живлення бувають регульованими та нерегульованими. У регульованому джерелі живлення зміни вхідної напруги практично не впливають на вихідні параметри. У нерегульованому джерелі вихідна напруга залежить від змін на вході.

Усі джерела живлення мають спільну особливість - вони отримують енергію від джерела на вході, перетворюють її та передають навантаженню на виході.

Потужність на вході та виході може бути як змінного струму (AC), так і постійного струму (DC).

• Постійний струм (DC) протікає в одному напрямку. Його джерелами є батареї, сонячні панелі або AC/DC-перетворювачі. Саме постійний струм використовується більшістю електронних пристроїв.
• Змінний струм (AC) періодично змінює напрямок руху. Саме він використовується для передачі електроенергії електромережами до будинків і підприємств.

Для заряджання мобільного телефону або живлення електронного обладнання необхідно перетворити змінну напругу електромережі на постійну напругу потрібного рівня. Саме це завдання виконує джерело живлення AC/DC.

Розуміння змінного струму (AC)

Першим кроком під час проєктування будь-якого джерела живлення є визначення типу вхідного струму. У більшості випадків джерелом живлення є електромережа змінного струму.

Типова форма хвилі змінного струму - синусоїда.

Малюнок 1. Форма хвилі змінного струму та основні параметри

Під час роботи зі змінним струмом враховуються такі параметри:

• Пікова напруга або струм - максимальне значення амплітуди сигналу.
• Частота - кількість циклів за секунду.
• Середнє значення напруги або струму за один цикл.
• Середньоквадратичне значення (RMS) - ефективне значення змінної напруги або струму.
• Фаза - кутова різниця між двома сигналами.

Змінний струм (AC) використовується для передачі електроенергії від електростанцій до кінцевих споживачів. Напруга генераторів підвищується до сотень кіловольт для мінімізації втрат під час транспортування, а потім поетапно знижується до значень, придатних для побутового та промислового використання.

Саме можливість ефективного трансформування напруги робить змінний струм основним способом передачі електроенергії на великі відстані.

Лінійне та імпульсне джерело живлення AC/DC

Лінійне джерело живлення має просту конструкцію. За допомогою трансформатора змінна напруга знижується до потрібного рівня, після чого випрямляється та фільтрується.

Малюнок 2. Структурна схема лінійного джерела живлення змінного та постійного струму

Основними недоліками лінійних джерел живлення є великі габарити трансформатора та значні теплові втрати при роботі з високими потужностями.

Імпульсне джерело живлення змінного та постійного струму

Імпульсні джерела живлення стали можливими завдяки розвитку сучасної напівпровідникової техніки та використанню потужних MOSFET-транзисторів.

У таких джерелах змінна напруга спочатку випрямляється, після чого перетворюється у високочастотну послідовність імпульсів. Це дозволяє використовувати значно менші трансформатори та досягати високого ККД.

Малюнок 3. Блок-схема імпульсного джерела живлення змінного та постійного струму

Порівняння лінійних та імпульсних джерел живлення

Параметр	Лінійне джерело живлення	Імпульсне джерело живлення
Розмір та вага	Великі трансформатори та значна маса	Компактні розміри та мала вага
Ефективність	Нижчий ККД при високих потужностях	Високий ККД завдяки комутації транзисторів
Рівень шуму	Мінімальний у стабілізованих моделях	Потребує додаткової фільтрації
Складність	Проста схема	Більш складна конструкція

Однофазні та трифазні джерела живлення

Джерела змінного струму можуть бути однофазними або трифазними.

• Трифазне живлення використовує три лінії зі зсувом фаз 120° та застосовується для передачі великих потужностей.
• Однофазне живлення використовується у більшості житлових будинків та офісів.

Малюнок 4. Форма хвилі змінного струму трифазного джерела живлення

У трифазних мережах використовуються конфігурації «Зірка» (Y) та «Трикутник» (Δ).

Малюнок 5. Трифазні конфігурації Y та Delta

Напруга електромереж у різних регіонах світу

RMS напруга	Пікове значення	Частота	Регіон
230 В	310 В	50 Гц	Європа, Африка, Азія, Австралія, Нова Зеландія, Південна Америка
120 В	170 В	60 Гц	Північна Америка
100 В	141 В	50/60 Гц	Японія

Трифазні системи дозволяють передавати значно більшу потужність та використовуються для живлення електродвигунів, зарядних станцій електромобілів та іншого промислового обладнання.

Малюнок 6. Передача електроенергії в однофазних та трифазних системах

Висновки

Джерела живлення змінного та постійного струму є невід'ємною частиною сучасної електроніки. Їх головне завдання полягає у перетворенні змінного струму на стабільну напругу постійного струму для живлення електронних пристроїв.

Однофазні системи використовуються переважно у побуті, тоді як трифазні мережі забезпечують живлення потужного промислового обладнання.

Сучасні імпульсні джерела живлення значно перевершують традиційні лінійні рішення за компактністю, ефективністю та можливостями застосування, що робить їх основою сучасної силової електроніки.

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