فهم التيار المتردد (AC) في تصميم إمدادات الطاقة
لتصميم مصدر طاقة باستخدام التيار المتردد (AC)، يجب أولاً تحديد تيار الإدخال. معظم مصادر طاقة الشبكة هي تيار متردد، والذي عادةً ما يظهر شكل موجة جيبية.
الشكل 1: شكل موجة التيار المتردد والمعلمات الرئيسية
عند العمل مع التيار المتردد، يجب مراعاة المعلمات التالية:
ذروة الجهد/التيار: السعة القصوى للشكل الموجي.
تكرار: عدد دورات الشكل الموجي في الثانية. الوقت اللازم لدورة واحدة كاملة يسمىفترة.
متوسط الجهد/التيار: القيمة المتوسطة لجميع نقاط الجهد خلال دورة واحدة. في شكل موجة تيار متردد خالص بدون إزاحة تيار مستمر، تكون هذه القيمة صفرًا لأن النصفين الموجب والسالب يلغي كل منهما الآخر.
RMS (جذر متوسط المربع) الجهد/التيار: جذر متوسط مربع قيم الجهد اللحظي خلال دورة واحدة. بالنسبة لموجة جيبية متناوبة نقية، يمكن حساب ذلك باستخدام الصيغة.
RMS يعادل طاقة التيار المستمر المطلوبة لإنتاج نفس تأثير التسخين. هذا التعريف، على الرغم من تعقيده، يوفر "القيمة الفعالة" للتيار المتردد ويستخدم على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية، وغالبًا ما يشار إليه باسم VAC.
مرحلة:الفرق الزاوي بين شكلين موجيين. تمتد دورة التيار المتردد الكاملة إلى 360 درجة، مع قمم عند 90 درجة (إيجابية) و270 درجة (سلبية)، وتقاطعات صفرية عند 180 درجة و360 درجة.
إذا تم رسم شكلين موجيين معًا ووصل أحدهما إلى ذروته الإيجابية بينما وصل الآخر إلى ذروته السالبة (على سبيل المثال، 90 درجة مقابل . 270 درجة)، فإن لديهم فرق طور قدره 180 درجة ويطلق عليهم خارج الطور. يشير فرق الطور بمقدار 0 درجة إلى أن أشكال الموجات موجودة في الطور.
التيار المتردد في نقل الطاقة
التيار المتردد هو الطريقة الأساسية لنقل الكهرباء من محطات الطاقة إلى المستخدمين النهائيين. وذلك لأن التيار المتردد يسمح بتحويل الجهد بكفاءة أثناء النقل.
تولد محطات الطاقة الكهرباء بجهد يصل إلى 40.000 فولت (40 كيلو فولت)، ثم يتم رفعها بعد ذلك إلى150-800 كيلو فولتللإرسال لمسافات طويلة- لتقليل خسائر المقاومة.
بالقرب من الوجهة، يتم تقليل الجهد ل4-35 كيلو فولت، وأخيرا إلى120 فولت أو 240 فولتللاستخدام السكني.
لا يمكن للتيار المستمر تحقيق مثل هذه التحولات في الجهد بسهولة، حيث أن المحولات الخطية (التي تعتمد على تقلبات الجهد) تعمل فقط مع التيار المتردد.
إمدادات الطاقة الخطية AC / DC
يتبع مصدر الطاقة الخطي AC/DC الخطوات التالية:
الشكل 2: مخطط الكتلة الوظيفية
تنحى-المحول للأسفل: يقلل من جهد دخل التيار المتردد.
تصحيح: تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر نابض.
تصفية: ينعم شكل موجة التيار المستمر.
المزايا: تصميم بسيط، نضج على مدى عقود مع تحسين الكفاءة ونطاق الطاقة.
القيود:
مقاس: يتطلب التشغيل بتردد منخفض (على سبيل المثال، 50 هرتز) محولات كبيرة وثقيلة لنقل الطاقة بين الملفات الأولية والثانوية.
تنظيم الجهد: المنظمات الخطية تبدد الطاقة الزائدة على شكل حرارة. عند استخدام الطاقة العالية، يتطلب ذلك خافضات حرارية ضخمة، مما يجعل الإدارة الحرارية غير عملية.
تبديل التيار المتردد/المستمر-وضع مصادر الطاقة
لمعالجة القيود المفروضة على التصميمات الخطية، تم تطوير مصادر الطاقة ذات الوضع -التبديلي:
تصحيح/تصفية المدخلات: يتم تحويل التيار المتردد مباشرة إلى العاصمة.
دائرة المروحية: يحول التيار المستمر إلى نبضات عالية التردد-.
تنحى-المحول للأسفل: يستخدم محولًا مضغوطًا وعالي التردد-.
تصحيح/تصفية الإخراج: تنتج العاصمة مستقرة.
المزايا:
حجم صغير: التشغيل عالي التردد-يسمح بمحولات أصغر.
كفاءة عالية: الحد الأدنى من فقدان الطاقة مقارنة بالتصميمات الخطية.
الإدارة الحرارية: يؤدي تقليل تبديد الحرارة إلى التخلص من المشتتات الحرارية الضخمة.
التحديات:
ضوضاء: يؤدي التبديل عالي التردد- إلى حدوث تداخل كهرومغناطيسي (EMI)، مما يتطلب تصفية متقدمة.
تعقيد: دوائر التحكم أكثر تعقيدًا ولكن يمكن التحكم فيها باستخدام مكونات متكاملة حديثة.
ملخص
تتوفر مصادر الطاقة AC/DC في كل مكان، حيث تقوم بتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر ثابت للأجهزة الإلكترونية. النقاط الرئيسية:
انتقال التيار المتردد مقابل التيار المستمر: يهيمن التيار المتردد على الشبكات بسبب تحويل الجهد الفعال.
أنظمة -أحادية الطور مقابل أنظمة -ثلاثية الطور:
مرحلة واحدة-: أبسط وكافية للأسر.
ثلاث-مراحل: توفر طاقة مستقرة وعالية للتطبيقات الصناعية.
تطور التصميم:
الإمدادات الخطية: محدودة بالحجم والكفاءة ولكنها بسيطة.
تبديل مستلزمات الوضع-.: مدمج وفعال ومهيمن في التطبيقات الحديثة.
