Как понизить ток в цепи 24в постоянного
Перейти к содержимому

Как понизить ток в цепи 24в постоянного

  • автор:

Высокое или повышенное напряжение. Как понизить напряжение в сети

0 — текст кнопки «Купить», если = 0, то выводится кнопка «Сообщить о поступлении» 2 Предзаказ — данный тип реализации НЕ учитывает остатки, товар с данным типом можно купить всегда, выводится текст на кнопке «Предзаказ». 3 Только под заказ — данный тип реализации, НЕ учитывает остатки, такие товары изготавливаются под заказ, выводится текст на кнопке «Заказать» —> Купить

Полная мощность 555 ВА в диапазоне сети 145…260 В

0 — текст кнопки «Купить», если = 0, то выводится кнопка «Сообщить о поступлении» 2 Предзаказ — данный тип реализации НЕ учитывает остатки, товар с данным типом можно купить всегда, выводится текст на кнопке «Предзаказ». 3 Только под заказ — данный тип реализации, НЕ учитывает остатки, такие товары изготавливаются под заказ, выводится текст на кнопке «Заказать» —> Купить

Рекомендуем прочитать:

  • Высокое и повышенное напряжение. Причины возникновения
  • Чем опасно высокое и повышенное напряжение
  • Как защититься от высокого напряжения и 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.

высокое напряжение в доме, повышенное напряжение в доме, как снизить напряжение в дома

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.

высокое напряжение, повышенное напряжение, как снизить напряжение

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».

  • Низкое или пониженное напряжение. Как повысить напряжение в сети
  • Скачки напряжения, защита от скачков напряжения
  • Эффективная защита сети по напряжению

Методы снижения пусковых токов импульсных источников питания

Одна из главных проблем использования импульсных источников питания в светодиодных осветительных системах – ограничение пусковых токов, способных вывести эти системы из строя. Модульные решения, предусматриваюшие ограничение этих токов, предлагает компания MEAN WELL, а дискретные – для малосерийной продукции или индивидуальной разработки – сам автор статьи.

Маломощные импульсные источники питания (ИП) всегда пользовались стабильным спросом на рынке электроники – в системах промышленной автоматики, контроля доступа, пожарной безопасности и многих других. В последнее время этот список пополнился устройствами интернета вещей, умного дома и домашней автоматизации.

До недавнего времени использование ИП, независимо от того, являлись ли они универсальными блоками общего применения или разрабатывались для конкретного устройства, не вызывало особых технических проблем, но с началом эпохи светодиодного освещения ситуация изменилась не в лучшую сторону. Активное использование недорогих 12-вольтовых светодиодных лент увеличило число ИП в системах освещения, в результате чего стали появляться сбои в системах электроснабжения, вплоть до выхода оборудования из строя.

Суть проблемы заключается в значительной величине пускового тока (Inrush Current), возникающего в момент подключения блока питания к сети. Несмотря на то, что в каждом ИП приняты меры для его ограничения, все равно в большинстве устройств его величина может в десятки раз превышать ток, потребляемый при максимальной нагрузке. В результате одновременное включение нескольких ИП может приводить к срабатыванию защиты от короткого замыкания и вынуждает устанавливать автоматические выключатели либо с большим током, либо с большим временем срабатывания. Кроме того, при частом включении осветительных приборов резко уменьшается срок службы коммутирующих устройств – выключателей или реле, поскольку из-за чрезвычайно большого коммутируемого тока у них быстро прогорают контакты.

Хотя эта проблема не нова, до недавнего времени каких-либо готовых, а главное – доступных решений практически не было. Это и послужило поводом рассмотреть имеющиеся на рынке устройства для уменьшения пусковых токов, а также несколько доступных способов самостоятельного устранения этой проблемы.

Технические характеристики источников питания

На сегодняшний день создать ИП мощностью до 1 кВт не является сложной технической задачей. Доступность элементной базы и большое количество наработок в этой области позволяют в сжатые сроки наладить производство источников питания на основе известных компонентов и по известным рекомендациям. Неудивительно, что схемотехника, технические характеристики и внешний вид недорогих выпрямительных устройств как ведущих мировых производителей, так и малоизвестных компаний очень схожи.

Одними из недорогих источников питания, часто используемыми для питания светодиодных лент, являются модули серии LRS производства компании MEAN WELL (рисунок 1). При разработке данной линейки были использованы как последние достижения в области производства импульсных источников питания, так и самая современная элементная база, что позволило вывести ИП семейства LRS на современный технический уровень и обеспечить хорошее соотношение «цена/качество».

Рис. 1. Выпрямитель из семейства LRS

Рис. 1. Выпрямитель из семейства LRS

Ключевыми особенностями семейства LRS (таблица 1) являются возможность работы в универсальном диапазоне входных напряжений (85…264 B AC), компактный размер (высота профиля 1U – 30 мм), высокий КПД (до 91,2%) и малое потребление при отключении нагрузки (0,2…0,75 Вт). ИП семейства LRS имеют множество сертификатов, среди которых IEC/EN 60335-1 (PD3) и IEC/EN61558-1, 2-16. Все источники питания LRS проходят тестирование при 100% нагрузки и имеют трехлетнюю гарантию.

Таблица 1. Основные технические характеристики выпрямителей семейства LRS

Наименование Номинальная выходная мощность, Вт Выходное напряжение, В Входное напряжение В AC Потребляемый ток при 230 В АС, А Стартовый ток при 230 В АС, А
LRS-35 35 5…48 85…264 0,42 45
LRS-50 50 3,3…48 85…264 0,56 45
LRS-75 75 5…48 85…264 0,85 65
LRS-100 100 3,3…48 85…264 1,2 50
LRS-150 150 12…48 85…132/170…264 1,7 60
LRS-150F 150 5…48 85…264 1,7 60
LRS-200 200 3,3…48 90…132/180…264 2,2 60
LRS-350 350 3,3…48 90…132/180…264 3,4 60

Одной из специфических особенностей светодиодного освещения является возможность установки оборудования в специализированных электрических шкафах, поэтому наряду с ИП в перфорированных корпусах на практике может возникнуть реальная потребность в модулях с форм-фактором, рассчитанном на установку на DIN-рейку. В этом случае следует обратить внимание на семейство HDR производства компании MEAN WELL, выпускаемое в малогабаритных пластмассовых корпусах (рисунок 2).

Рис. 2. Внешний вид выпрямителей семейства HDR производства Mean Well

Рис. 2. Внешний вид выпрямителей семейства HDR производства MEAN WELL

Несмотря на то, что выпрямители HDR изначально были спроектированы для использования в автоматизированных системах управления и имеют изоляцию с электрической прочностью вплоть до Class II, сфера их применения не ограничивается питанием только промышленных контроллеров. Благодаря широкому диапазону входных напряжений, хорошему уровню электробезопасности, высокому КПД и малому энергопотреблению при отключении нагрузки (не более 0,3 Вт) эти модули (таблица 2) можно с успехом применить в самых разнообразных приложениях, начиная от питания элементов сложных технологических линий и заканчивая тем же светодиодным освещением.

Таблица 2. Основные технические характеристики выпрямителей семейства HDR

Наименование Максимальная выходная мощность, Вт Выходное напряжение, В Входное напряжение, В AC Потребляемый ток при 230 В АС, А Стартовый ток при 230 В АС, А
HDR-15 15 5…48 85…264 0,25 45
HDR-30 36 5…48 85…264 0,48 25
HDR-60 60 5…48 85…264 0,8 60
HDR-100 100 12…48 85…264 1,6 70
HDR-150 150 12…48 85…264 1,6 70

Анализируя данные таблиц 1 и 2, можно увидеть, что у всех рассмотренных ИП пусковой ток в десятки раз превышает ток, потребляемый при максимальной нагрузке. Причем чем меньше мощность источника питания, тем больше это соотношение. Например, для самой маломощной из рассмотренных моделей – ИП HDR-15 пусковой ток (45 А), согласно технической документации, в 180 раз превышает максимальное значение во время работы (0,25 А). Для мощных выпрямителей это соотношение хоть и немного меньше, но все равно является достаточно большим. Абсолютный рекорд по величине пускового тока (70 А) принадлежит моделям HDR-150. При таком пусковом токе в момент включения устройства хоть и кратковременно, но будет потребляться около 15 кВт, что достаточно много даже для промышленного оборудования.

Ситуацию не спасает и введение в ИП корректора коэффициента мощности (ККМ). Если проанализировать технические характеристики модулей семейства RSP производства MEAN WELL (рисунок 3), отличающихся от рассмотренных выше выпрямителей LRS наличием активного корректора коэффициента мощности, то окажется, что их пусковые токи также превышают номинальные значения в 15…70 раз (таблица 3). Это, конечно, меньше, чем в модулях без ККМ, однако все равно много, даже несмотря на высокий коэффициент мощности (не менее 0,93).

Рис. 3. Выпрямитель семейства RSP производства Mean Well

Рис. 3. Выпрямитель семейства RSP производства MEAN WELL

Таблица 3. Основные технические характеристики выпрямителей семейства RSP

Наименование Максимальная выходная мощность, Вт Выходное напряжение, В Входное напряжение, В АС Потребляемый ток при 230 В АС, А Стартовый ток при 230 В АС, А
RSP-75 75 3,3…48 85…264 0,5 35
RSP-100 100 3,3…48 85…264 0,55 30
RSP-150 150 3,3…48 85…264 0,8 45
RSP-200 200 2,5…48 88…264 1,1 40
RSP-320 320 2,5…12 88…264 1,5 40
RSP-500 500 3,3…48 85…264 2,65 40

Причины появления пусковых токов

На сегодняшний день большинство ИП изготавливается по схеме с бестрансформаторным входом. Ключевыми элементами данной схемы являются выпрямитель, реализуемый чаще всего по мостовой схеме, и входной сглаживающий конденсатор (рисунок 4).

Рис. 4. Типовая схема входной цепи выпрямительного устройства с бестрансформаторным входом

Рис. 4. Типовая схема входной цепи выпрямительного устройства с бестрансформаторным входом

До включения блока питания конденсатор C1 полностью разряжен и напряжение на нем равно нулю, в то время как в рабочем режиме оно достигает амплитудного значения напряжения сети, равного, при входном напряжении 220 В, около 310 В. Поскольку напряжение на конденсаторе измениться мгновенно не может, то в момент включения схемы обязательно должен произойти бросок тока из-за необходимости заряда конденсатора фильтра.

Максимальное значение пускового тока зависит не только от электрических характеристик элементов схемы, но и от момента включения ее в сеть. Наихудшим случаем считается подключение к сети в моменты, когда ее напряжение равно амплитудным значениям. В этом случае к диодам выпрямителя VD1…VD4 прикладывается прямое напряжение около 310 В, и их ток ограничивается лишь активными сопротивлениями кристаллов, соединительных проводников и внутренним последовательным сопротивлением конденсатора. Очевидно, что если не принимать никаких мер, то начальное значение пускового тока может превысить 100 А даже при небольшой емкости конденсатора C1.

Несмотря на то, что выпрямительные полупроводниковые диоды VD1…VD4 обычно выдерживают подобные перегрузки, столь высокое значение тока может значительно сократить срок их службы и вывести из строя. Для предотвращения этого пусковой ток даже в маломощных схемах обычно ограничивается с помощью резистора, сопротивление которого выбирается таким, чтобы ток через диоды выпрямителя в самом худшем случае не превышал максимально допустимое значение для данного режима работы.

Однако последовательное включение сопротивления приводит к увеличению потерь, величина которых может оказаться недопустимо большой. Для исключения этого в выпрямителях вместо резистора чаще всего устанавливают термистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. В момент включения, когда сопротивление термистора велико, пусковой ток мал. После запуска источника питания ток, протекающий через термистор, разогревает его, что приводит к снижению его сопротивления и, как следствие, к уменьшению влияния на работу схемы. Несмотря на простоту, у такого способа есть один серьезный недостаток – при частой коммутации, например, когда ИП включается сразу после выключения, термистор не успевает остыть и ограничение пускового тока происходит не так эффективно.

Таким образом, в импульсных ИП, построенных по классическим схемам, пусковой ток ограничивается лишь на уровне, обеспечивающем безопасный режим работы выпрямительных диодов, поскольку использование иного решения приведет или к уменьшению КПД системы в целом, или к ее существенному удорожанию. Очевидно, что проблему пусковых токов в большинстве случаев необходимо решать другими способами.

Методы ограничения пусковых токов

При анализе схемотехники импульсных выпрямительных устройств с бестрансформаторным входом становится понятно, что одним из наилучших методов уменьшения пусковых токов является кратковременное увеличение сопротивления входной цепи в момент включения. Именно по такому пути пошла компания MEAN WELL, представив на рынке серию ограничителей пусковых токов семейства ICL (рисунок 5).

Рис. 5. Ограничители пусковых токов производства компании Mean Well

Рис. 5. Ограничители пусковых токов производства компании MEAN WELL

На сегодняшний день MEAN WELL предлагает своим клиентам четыре модели ограничителей с максимальным пусковым током 23 А (ICL-16R/L) и 48 А (ICL-28R/L), предназначенные для установки на DIN-рейку (модели с суффиксом R) или на шасси (модели с суффиксом L). Основными элементами модулей являются мощные токоограничивающие резисторы, реле и схема управления (рисунок 6). В момент включения контакты реле разомкнуты, и входной ток выпрямительных устройств протекает через резистор с сопротивлением R. Через некоторое время, определяемое схемой управления, на обмотку реле подается напряжение, и его контакты замыкают токоограничивающий резистор, подключая выпрямительные устройства непосредственно к сети.

Рис. 6. Структурная схема ограничителей ICL

Рис. 6. Структурная схема ограничителей ICL

Время срабатывания реле определяется схемой управления и составляет 300 мс для моделей ICL-16R/L и 150 мс для ICL-28R/L (таблица 4), что равно, соответственно, 15 и 7,5 периодам изменения напряжения сети с частотой 50 Гц. Этого времени вполне достаточного для заряда конденсаторов входных фильтров, поскольку в большинстве случаев напряжение на них достигает необходимой величины в течение 1…3 периодов (20…60 мс).

Таблица 4. Основные технические характеристики ограничителей ICL

Параметры Наименование
ICL-16R/L ICL-28R/L
Входное напряжение, В AC 180…264 180…264
Ограничение пускового тока, А 23 48
Максимальный выходной ток (продолжительный), А 16 28
Потребляемая мощность при 264 В, Вт < 1,5 < 2
Длительность ограничения тока, мс 300 ± 50 150 ± 50
Диапазон рабочих температур, °С -30…70 -30…70

Ключевым преимуществом ограничителей ICL является возможность работы с несколькими ИП (рисунок 7). Действительно, при наличии последовательно включенного резистора максимальный ток в цепи не может превысить определенное значение даже при коротком замыкании выхода ограничителя. В этом случае максимальное количество подключаемых источников питания ограничивается максимально допустимым током контактов реле, равным 16 А для ICL-16R/L и 28 А для ICL-28R/L. Таким образом, пусковой ток в системе с использованием ограничителей тока будет превышать ток при полной нагрузке не более чем в два раза.

Рис. 7. Типовая схема включения ограничителей ICL

Рис. 7. Типовая схема включения ограничителей ICL

Еще одним преимуществом такого решения является его универсальность, поскольку проблема пусковых токов существует не только у импульсных ИП. Например, такая же проблема может возникнуть при включении мощных трансформаторов. И хоть в этом случае причина появления пускового тока имеет иную физическую природу (наличие остаточной намагниченности ферромагнитного материала магнитопровода), тем не менее, ее теоретически можно также решить с помощью ограничителей пусковых токов производства компании MEAN WELL.

Особенности самостоятельного изготовления ограничителей пусковых токов

Как и любая продукция компании MEAN WELL, ограничители пусковых токов серии ICL отличаются высоким качеством. Однако они все еще являются новинкой на рынке и их доступность некоторое время будет недостаточной для широкого использования. Тем не менее, простота метода ограничения пусковых токов позволяет изготовить такое устройство самостоятельно из компонентов, имеющихся в любом радиомагазине.

Один из вариантов такого решения показан на рисунке 8. В качестве токоограничивающих резисторов были использованы два соединенных параллельно 5-ваттных проволочных резистора R3 и R4, замыкаемые с помощью контактов реле K1. Элементы R1, R2, VD1, VD2, C1 являются простейшим стабилизированным источником питания, предназначенным для включения реле. Время срабатывания системы зависит от скорости заряда конденсатора C1 и при данных номиналах компонентов приблизительно равно 0,5 с, что вполне достаточно для заряда конденсаторов фильтров подсоединенных выпрямительных устройств. Максимальное значение пускового тока определяется сопротивлением резисторов R3 и R4. При использовании элементов с сопротивлением 47 Ом ток в момент включения системы не должен превышать 12 А во всем диапазоне рабочих напряжений.

Рис. 8. Принципиальная схема и внешний вид самостоятельно изготовленного ограничителя тока

Рис. 8. Принципиальная схема и внешний вид самостоятельно изготовленного ограничителя тока

Для надежного срабатывания реле, способного коммутировать токи более 1 А, необходимо около 0,5 Вт мощности, поэтому чем больше напряжение обмотки, тем меньше энергопотребление системы, ведь формирование напряжения для обмотки реле производится простейшей схемой на основе резистивного делителя, КПД которого катастрофически падает с уменьшением коэффициента передачи. В данной схеме было использовано стандартное реле SRD-24VDC-SL-C с обмоткой, рассчитанной на напряжение 24 В, поэтому потребляемая мощность данной схемы достаточно высока – около 4 Вт.

Для уменьшения энергопотребления можно заменить резисторы R1 и R2 на конденсатор, имеющий на частоте 50 Гц аналогичное сопротивление. Однако наилучшим решением в данной ситуации будет использование специализированных маломощных источников питания, которые не только сформируют нужное напряжение с малыми потерями, но и обеспечат работоспособность схемы в широком диапазоне входных напряжений.

Небольшое количество компонентов позволило поместить данную схему в компактном корпусе KLS24-JG4-01, рассчитанном на установку на DIN-рейку. Практические испытания схемы с пятью подключенными к выходу ИП мощностью от 50…150 Вт показали хорошее ограничение пусковых токов, проявляющееся в отсутствии срабатываний защиты от коротких замыканий, которая до этого активизировалась в среднем при каждом третьем включении.

Основным недостатком рассмотренной выше схемы является высокое энергопотребление, проявляющееся в достаточно сильном нагреве корпуса во время работы. Поэтому было решено применить более простой способ питания реле напряжением, формируемым непосредственно выпрямительным устройством (рисунок 9). Использование такого подхода позволило, во-первых, значительно упростить схему, а во-вторых, максимально уменьшить пусковой ток, ведь при таком подходе реле сработает уже после запуска источника питания, то есть, когда заряд конденсатора фильтра гарантированно закончится.

Рис. 9. Принципиальная схема и внешний вид ограничителя тока с питанием реле от выпрямительного устройства

Рис. 9. Принципиальная схема и внешний вид ограничителя тока с питанием реле от выпрямительного устройства

В новой схеме в качестве токоограничивающих резисторов были использованы два параллельно соединенных резистора сопротивлением 1 кОм и мощностью 3 Вт. При таких номиналах максимальное значение пускового тока не будет превышать 2 A. Очевидно также, что для этой схемы рабочее напряжение реле должно быть равно выходному напряжению выпрямительного устройства, в данном случае – 12 В.

Поскольку столь высокое сопротивление во входной цепи теоретически может привести к нестабильной работе блока питания, для проверки работоспособности системы была собрана экспериментальная установка на основе импульсного ИП мощностью 60 Вт (рисунок 10). Для измерения тока был использован резистивный шунт с сопротивлением 0,1 Ом, включенный последовательно с выпрямительным устройством. Напряжение сети контролировалось с помощью штатного делителя напряжения с коэффициентом передачи 1:10, встроенного в щуп цифрового осциллографа SIGLENT SDS 1072CML+.

Рис. 10. Принципиальная схема измерительной установки

Рис. 10. Принципиальная схема измерительной установки

Согласно технической документации на выпрямительное устройство, его ток в момент включения не должен превышать 45 А. Но, поскольку фактическое значение пускового тока сильно зависит от момента включения (по отношению к началу периода сети), то включить систему при максимуме напряжения сети без использования специализированного оборудования достаточно тяжело. Тем не менее, на рисунке 11 показаны осциллограммы, полученные при включении системы менее чем за 1 мс до момента достижения амплитудного напряжения сети. Как видно из результатов измерений, величина пускового тока составила приблизительно 25 А, что почти в 17 раз больше амплитудного значения тока, потребляемого при выходном токе 5 А (амплитудное значение входного тока при этом равно 1,5 А), составляющем более 80% от максимальной нагрузки (рисунок 12).

Рис. 11. Диаграммы напряжения сети (фиолетовый канал) и потребляемого тока (желтый канал) в момент включения выпрямительного устройства при отсутствии ограничителя пусковых токов

Рис. 11. Диаграммы напряжения сети (фиолетовый канал) и потребляемого тока (желтый канал) в момент включения выпрямительного устройства при отсутствии ограничителя пусковых токов

Рис. 12. Диаграммы напряжения сети (фиолетовый канал) и потребляемого тока (желтый канал) при работе выпрямительного устройства в режиме 80% мощности

Рис. 12. Диаграммы напряжения сети (фиолетовый канал) и потребляемого тока (желтый канал) при работе выпрямительного устройства в режиме 80% мощности

После подключения ограничителя пусковой ток уменьшился до нескольких ампер (рисунок 13), при этом видно, что заряд конденсатора фильтра теперь занимает значительно больше времени. Однако это не влияет на стабильность запуска системы, поскольку к моменту включения импульсного преобразователя выпрямительного устройства количества энергии в конденсаторе фильтра хватит для поддержания выходного напряжения в течение нескольких сотен миллисекунд, что вполне достаточно для включения реле.

Рис. 13. Диаграммы напряжения сети (фиолетовый канал) и потребляемого тока (желтый канал) в момент включения выпрямительного устройства с ограничителем пусковых токов

Рис. 13. Диаграммы напряжения сети (фиолетовый канал) и потребляемого тока (желтый канал) в момент включения выпрямительного устройства с ограничителем пусковых токов

Очевидно, что при таком подходе к ограничению входного тока самой сложной ситуацией для системы будет режим перегрузки по току ИП. В этом случае выходного напряжения блока питания может оказаться недостаточно для срабатывания реле, и токоограничивающие резисторы останутся включенными до момента устранения перегрузки. Однако благодаря тому, что большинство ИП имеет встроенную защиту от перегрузки по току, при срабатывании которой они переходят в прерывистый («икающий») режим работы, входной ток при этом значительно снижается (рисунок 14) и мощность, выделяемая на токоограничивающих резисторах, не достигает опасных значений. Так, после часа работы системы в режиме короткого замыкания ИП температура перегрева корпусов резисторов R1 и R2, измеренная контактным способом с помощью термопары, не превысила 60°С.

Рис. 14. Диаграммы тока, потребляемого выпрямительным устройством в режиме короткого замыкания выхода

Рис. 14. Диаграммы тока, потребляемого выпрямительным устройством в режиме короткого замыкания выхода

Несмотря на то, что увеличение сопротивления токоограничивающих резисторов позволяет полностью исключить возникновение экстратоков в момент включения, сильно увеличивать их сопротивление не нужно. При большом сопротивлении этих компонентов и возможной аварии во входной цепи выпрямительного устройства, например, при пробое входных диодов, встроенная плавкая вставка не сработает, и к токоограничивающим резисторам будет постоянно приложено все напряжение сети, что, скорее всего, приведет к их перегреву, а возможно – к возгоранию. Поэтому пусковой ток в системе должен быть, с одной стороны, не особо большим, по причинам, изложенным в начале статьи, а с другой – не особо малым, чтобы обеспечить надежную работу защит при аварии выпрямительных устройств. По этой же причине температуру корпусов токоограничивающих резисторов лучше всего контролировать термопредохранителем, разрывающим цепь при перегреве.

Как и все рассмотренные перед этим способы, схема, изображенная на рисунке 9, может ограничивать ток как одного, так и нескольких ИП. В последнем случае реле можно подключить как к одному блоку питания, так и к нескольким, объединив их, например, по схеме монтажного ИЛИ.

Заключение

Проблема пусковых токов выпрямительных устройств не нова. Отрадно осознавать, что ведущие мировые производители источников питания начали выпускать на рынок профессиональные решения, позволяющие минимизировать значение этого параметра. При этом вполне возможно, что в ближайшем будущем наряду с традиционными ИП общего назначения появятся специализированные семейства для осветительного оборудования, в которых данная защита уже будет интегрирована, а следовательно, системы светодиодного освещения станут еще проще и надежнее.

Как понизить напряжение?

За счет наличия большого количества международных стандартов и технических решений питание электронных устройств может осуществляться от различных номиналов. Но, далеко не все они присутствуют в свободном доступе, поэтому для получения нужной разности потенциалов придется использовать преобразователь. Такие устройства можно найти как в свободной продаже, так и собрать самостоятельно из радиодеталей.

В связи с наличием двух родов электрического тока: постоянного и переменного, вопрос, как понизить напряжение, следует рассматривать в ключе каждого из них отдельно.

Понижение напряжения постоянного тока

В практике питания бытовых приборов существует масса примеров работы электрических устройств от постоянного тока. Но номинал рабочего напряжения может существенно отличаться, к примеру, если из 36 В вам нужно получить 12 В, или в ситуациях, когда от USB разъема персонального компьютера нужно запитать прибор от 3 В вместо имеющихся 5 вольт.

Для снижения такого уровня от блока питания или другого источника почти вполовину можно использовать как простые методы – включение в цепь дополнительного сопротивления, так и более эффективные – заменить стабилизатор напряжения в ветке обратной связи.

Замена резистора или стабилитрона

На рисунке выше приведен пример схемы блока питания, в котором вы можете понизить вольтаж путем изменения параметров резистора и стабилитрона. Этот узел на рисунке обведен красным кругом, но в других моделях место установки, как и способ подсоединения, может отличаться. На некоторых схемах, чтобы понизить напряжение вы сможете воспользоваться лишь одним стабилитроном.

Если у вас нет возможности подключаться к блоку питания – можно обойтись и менее изящными методами. К примеру, вы можете понизить напряжение за счет включения в цепь резистора или подобрать диоды, второй вариант является более практичным для цепей постоянного тока. Этот принцип основан на падении напряжения за счет внутреннего сопротивления элементов. В зависимости от соотношения проводимости рабочей нагрузки и полупроводникового элемента может понадобиться около 3 – 4 диодов.

Понижение постоянного напряжения диодами

На рисунке выше показана принципиальная схема понижения напряжения при помощи диодов. Для этого они включаются в цепь последовательно по отношению к нагрузке. При этом выходное напряжение окажется ниже входного ровно на такую величину, которая будет падать на каждом диоде в цепи. Это довольно простой и доступный способ, позволяющий понизить напряжение, но его основной недостаток – расход мощности для каждого диода, что приведет к дополнительным затратам электроэнергии.

Понижение напряжения переменного тока

Переменное напряжение в 220 Вольт повсеместно используется для бытовых нужд, за счет физических особенностей его куда проще понизить до какой-либо величины или осуществлять любые другие манипуляции. В большинстве случаев, электрические приборы и так рассчитаны на питание от электрической сети, но если они были приобретены за рубежом, то и уровень напряжения для них может существенно отличаться.

К примеру, привезенные из США устройства питаются от 110В переменного тока, и некоторые умельцы берутся перематывать понижающий трансформатор для получения нужного уровня. Но, следует отметить, что импульсный преобразователь, которым часто комплектуется различный электроинструмент и приборы не стоит перематывать, так как это приведет к его некорректной работе в дальнейшем. Куда целесообразнее установить автотрансформатор или другой на нужный вам номинал, чтобы понизить напряжение.

С помощью трансформатора

Изменение величины напряжения при помощи электрических машин используется в блоках питания и подзарядных устройствах. Но чтобы понизить вольтаж источника в такой способ, можно использовать различные типы преобразовательных трансформаторов:

  • С выводом от средней точки – могут выдавать разность потенциалов как 220В, так и в два раза меньшее – 127В или 110В. От него вы сможете взять установленный номинал на те же 110В со средней точки. Это заводские изделия, которые массово устанавливались в старых советских телевизорах и других приборах. Но у этой схемы преобразователя имеется существенный недостаток – если нарушить целостность обмотки ниже среднего вывода, то на выходе трансформатора получится номинал значительно большей величины.

Понижение трансформатором с отводом от средней точки

  • Автотрансформатором – это универсальная электрическая машина, которая способна не только понизить вольтаж, но и повысить его до нужного вам уровня. Для этого достаточно перевести ручку в нужное положение и проследить полученные показания на вольтметре.

Использование автотрансформатора

  • Понижающим трансформатором с преобразованием 220В на нужный вам номинал или с любого другого напряжения переменной частоты. Реализовать этот метод можно как уже готовыми моделями трансформаторов, так и самодельными. За счет наличия большого количества инструментов и приспособлений, сегодня каждый может собрать трансформатор с заданными параметрами в домашних условиях. Более детально об этом вы можете узнать из соответствующей статьи: https://www.asutpp.ru/transformator-svoimi-rukami.html

Выбирая конкретную модель электрической машины, чтобы понизить напряжение, обратите внимание на характеристики конкретной модели по отношению к тем устройствам, которые вы хотите запитать.

Наиболее актуальными параметрами у трансформаторов являются:

  • Мощность – трансформатор должен не только соответствовать, подключаемой к нему нагрузке, но и превосходить ее, хотя бы на 10 – 20%. В противном случае максимальный ток приведет к перегреву обмоток трансформатора и дальнейшему выходу со строя.
  • Номинал напряжения – выбирается и для первичной, и для вторичной цепи. Оба параметра одинаково важны, так как, выбрав модель с входным напряжением на 200 или 190В, на выходе вы при питании от 220В получится пропорционально большая величина.
  • Защита от поражения электротоком – все обмотки и выводы от них должны обязательно иметь достаточную изоляцию и защиту от прикосновения.
  • Класс пыле- влагозащищенности – определяет устойчивость оборудования к воздействию окружающих факторов. В современных приборах обозначается индексом IP.

Помимо этого любой преобразователь напряжения, даже импульсный трансформатор, следовало бы защитить от токов короткого замыкания и перегрузки в обмотках. Это существенно сократит затраты на ремонт при возникновении аварийных ситуаций.

С помощью резистора

Для понижения напряжения в цепь нагрузки последовательно включается делитель напряжения в виде активного сопротивления.

Основной сложностью в регулировке напряжения на подключаемом приборе является зависимость от нескольких параметров:

  • величины напряжения;
  • сопротивления нагрузки;
  • мощности источника.

Если вы будете понижать от бытовой сети, то ее можно считать источником бесконечной мощности и принять эту составляющую за константу. Тогда расчет резистора будет выполняться таким методом:

  • R – сопротивление резистора;
  • RН – сопротивление прибора нагрузки;
  • I – ток, который должен обеспечиваться в номинальном режиме прибора;
  • UC – напряжение в сети.

После вычисления номинала резистора можете подобрать соответствующую модель из имеющегося ряда. Стоит отметить, что куда удобнее менять потенциал при помощи переменного резистора, включенного в цепь. Подключив его последовательно с нагрузкой, вы можете подбирать положение таким образом, чтобы понизить напряжение до необходимой величины. Однако эффективным способ назвать нельзя, так как помимо работы в приборе, электрическая энергия будет просто рассеиваться на резисторе, поэтому этот вариант является временным или одноразовым решением.

Что такое напряжение, как понизить и повысить напряжение

Что такое напряжение, как понизить и повысить напряжение

Основные характеристики электрического тока – напряжение и сила. Если сила тока величина, связанная с потребителем, то напряжение полностью зависит от источника. Для подключения различных приборов необходимое различное значение этого параметра от единиц, до сотен. Давайте разберемся, как можно и как нужно работать с напряжением.

Что такое напряжение, как его измерить?

Из школьного курса физики мы знаем, что напряжение — это разность потенциалов. Сразу делаем вывод про технику измерения параметра – замер должен происходить на участке цепи (проводника) в двух точках. Мультиметр или вольтметр имеет два щупа, которые соединяют с двумя точками цепи. Например, для замера напряжения в розетке нужно вставить щупы в отверстия.

Поскольку параметр показывает именно разность между двумя точками, то оно может иметь отрицательное и положительное значение. Другими словами, при измерении напряжения полярность не важна. При измерении постоянного тока цифровой мультиметр покажет единственно правильное численное значение, но с положительным или отрицательным знаком, аналоговый прибор, как Mastech M1015B, не имеет возможности показать отрицательное значение. Если проводить замер переменного тока, то значение будет всегда положительным и не будет зависеть от расположения щупов.

Повышение и понижение напряжения.

Все, кто хоть как-то связывался с током или проводкой, даже не имея нужной специализации, знает про сопротивление. Этот параметр характеризует проводник, как пригодный или не пригодный к использованию для передачи тока. То есть, высокое сопротивление «останавливает» поток электронов, низкое позволяет им двигаться с большей скоростью. При возникновении высокого сопротивления, напряжение в цепи падает. Это самый простой способ регулировки величины в сторону уменьшения.

Для понижения напряжения путем увеличения сопротивления, в цепь добавляют резистор. Эта радиодеталь способна очень тонко повлиять на напряжение, опустив его значение до десятых, сотых и даже тысячных долей. Но есть у нее и минус – работа только с постоянным напряжением. Для переменных токов нужны дроссели или конденсаторы.

Повысить напряжение можно при помощи трансформатора. Существует огромное количество видов и классов трансформаторов, которые обладают своими положительными и отрицательными сторонами. Но принцип работы у всех одинаковый – две обмотки проводника на одном металлическом сердечнике создают индуктивные токи. То есть, питание подается на одну обмотку, а снимается с другой, отличающейся по количеству витков. Этот принцип работает и в обратную сторону, например, в электродвигателях.

Сегодня повышение и понижение напряжения используется почти везде – в холодильниках, зарядных устройствах для мобильных и ноутбуков, автомобилях и электростанциях. Так, инвертор может превратить незначительный заряд от солнечной батареи в необходимые 220 В. В армии используют инверторы для обеспечения питанием оборудование, а туристы могут бытовой трансформатор купить всего за несколько долларов. Можете набрать в поисковике фразу «преобразователь напряжения» и увидеть много хороших вариантов для дома, дачи или квартиры. Мы уже писали о бытовом применении таких преобразователей в статье «Что такое инвертор тока 12 – 220 В».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *