Laboratorieströmförsörjning baserad på en transformator. Gör-det-själv linjär laboratorieströmförsörjning

Det tog en dag att utveckla denna strömförsörjning, den implementerades samma dag och hela processen filmades på en videokamera. Några ord om upplägget. Detta är en stabiliserad strömkälla med justerbar utspänning och strömbegränsning. Schematiska funktioner låter dig sänka den lägsta utgångsspänningsgränsen till 0,6 volt och den lägsta utgångsströmmen i området 10mA.

Trots designens enkelhet är även bra laboratorieströmförsörjning med en kostnad på 5-6 tusen rubel sämre än denna strömförsörjning! Den maximala utströmmen för kretsen är 14Amp, den maximala utspänningen är upp till 40 volt - inte längre värt det.

Ganska smidig strömbegränsning och spänningsreglering. Blocket har också ett fast skydd mot kortslutning, förresten - strömskyddet kan också ställas in (nästan alla industridesigner är fråntagna denna funktion), till exempel om du behöver skyddet för att fungera vid strömmar upp till 1 Ampere - då behöver du bara justera denna ström med hjälp av arbetsströminställningsregulatorn. Den maximala strömmen är 14A, men detta är inte gränsen.

Som strömsensor använde jag flera motstånd 5 watt 0,39 Ohm parallellkopplade, men deras värde kan ändras baserat på önskad skyddsström, till exempel - om du planerar en strömförsörjning med en maximal ström på högst 1 Ampere , då är värdet på detta motstånd runt 1 Ohm vid effekt 3W.

Vid kortslutning är spänningsfallet över strömgivaren tillräckligt för att trigga transistorn BD140. När den öppnar avfyras även den nedre transistorn, BD139, genom vars öppna kopplingspunkt ström tillförs relälindningen, som ett resultat aktiveras reläet och arbetskontakten öppnas (vid kretsens utgång). Kretsen kan stanna i detta tillstånd hur länge som helst. Tillsammans med skyddet aktiveras även skyddsindikatorn. För att ta bort blocket från skyddet måste du trycka på och sänka knappen S2 enligt schemat.

Skyddsrelä med en 24 Volt spole med en tillåten ström på 16-20 Ampere eller mer.

Strömbrytarna i mitt fall är min favorit KT8101 installerad på kylflänsen (det finns inget behov av att isolera transistorerna ytterligare, eftersom nyckelsamlarna är vanliga). Du kan ersätta transistorer med 2SC5200 - en komplett importerad analog eller med KT819 med GM-index (järn), om så önskas kan du också använda - KT803, KT808, KT805 (i järnfall), men den maximala utströmmen kommer inte att vara längre än 8-10 ampere. Om blocket behövs med en ström på högst 5 ampere, kan en av krafttransistorerna tas bort.

Lågeffekttransistorer av typen BD139 kan ersättas med en komplett analog - KT815G, (du kan också använda KT817, 805), BD140 - med KT816G (du kan också använda KT814).
Lågeffekttransistorer behöver inte installeras på kylflänsar.

Faktum är att endast kontroll- (justering) och skyddsschema (arbetsenhet) presenteras. Som strömförsörjning använde jag modifierade datorströmförsörjningar (seriekopplade), men du kan använda vilken nätverkstransformator som helst med en effekt på 300-400 watt, i en sekundärlindning på 30-40 volt, en lindningsström på 10-15 Ampere - detta är idealiskt, men transformatorer och mindre kraft.

Diodbrygga - vilken som helst, med en ström på minst 15 ampere, är spänningen inte viktig. Du kan använda färdiga broar, de kostar inte mer än 100 rubel.

Över 10 av dessa nätaggregat monterades och såldes på 2 månader - inga klagomål. Jag monterade exakt en sådan PSU för mig själv, och så snart jag inte plågade honom - oförstörbar, kraftfull och mycket bekväm för alla företag.

Om det finns de som vill bli ägare till en sådan PSU så kan jag beställa den, kontakta mig på Den här e-postadressen skyddas från spambots. Du måste ha JavaScript aktiverat för att kunna se., resten kommer att berättas av videohandledningar om montering.

Kort introduktion

Laboratoriekraftsmarknaden erbjuder många serier från olika tillverkare. Vissa modeller lockar till ett lågt pris, andra med en imponerande frontpanel, andra med en mängd olika funktioner. Därför blir det rätta valet av en sådan vanlig enhet en svår uppgift. Samtidigt kan en grundlig jämförelse av egenskaperna och kapaciteten hos modeller från olika tillverkare inte svara på huvudfrågan: Vilken laboratorieströmförsörjning ska jag välja för mina uppgifter?

I den här artikeln, med vår erfarenhet, kommer vi att prata om enkla kriterier för att välja den optimala laboratorieströmförsörjningen, deras sorter, skillnader och fördelar. Efter det kommer vi att överväga flera typiska uppgifter och erbjuda strömförsörjningsmodeller för var och en av dem, och välja vilken du kan arbeta effektivt och spara dina pengar, tid och nerver.

Variationer av laboratorieströmförsörjning

Låt oss först ta itu med de befintliga titlarna. Vad är skillnaden mellan ett laboratorienätaggregat och ett enkelt nätaggregat? Eller vad är skillnaden mellan ett nätaggregat och ett nätaggregat? Här är de enkla definitionerna:

1. Laboratorieströmförsörjning kallas en enhet som är designad för att generera en justerbar spänning eller ström genom en eller flera kanaler. Laboratorieströmförsörjningen innehåller en display, kontroller, skydd mot missbruk och användbara ytterligare funktioner. Allt material på den här sidan är tillägnat sådana enheter.
2. Laboratorieströmförsörjning- detta är samma som laboratorieströmförsörjningen.
3. Enkelt strömförsörjning kallas en elektronisk anordning som är utformad för att generera en förutbestämd spänning genom en eller flera kanaler. Strömförsörjningen har som regel ingen display och kontrollknappar. Ett typiskt exempel är en datorströmförsörjning på flera hundra watt.
4. Nätaggregat Det finns två typer: primära nätaggregat och sekundära nätaggregat. Primära kraftkällor omvandlar icke-elektriska former av energi till elektrisk energi. Exempel på primära källor: elbatteri, solbatteri, vindgenerator och andra. Sekundära strömförsörjningar omvandlar en typ av elektrisk energi till en annan för att tillhandahålla nödvändiga parametrar för spänning, ström, frekvens, rippel etc.. Exempel på sekundära strömförsörjningar: transformator, AC/DC-omvandlare (som datorströmförsörjning), DC/DC-omvandlare, spänningsregulator, etc. Förresten, laboratorieströmförsörjningen är en av varianterna av den sekundära strömförsörjningen.

Låt oss nu i detalj diskutera sorterna och huvudegenskaperna hos laboratorieströmförsörjning:
1. Enligt arbetsprincipen: linjär eller puls.
2. Spänning och strömområde: fast eller med automatisk effektbegränsning.
3. Antal kanaler: enkanalig eller flerkanalig.
4. Kanalisolering: med galvaniskt isolerade kanaler eller oisolerade.
5. Med makt A: standard eller hög effekt.
6. Närvaro av skydd: från överspänning, överström, överhettning och annat.
7. Utgångsvågform: konstant spänning och ström eller växelspänning och ström.
8. Kontrollalternativ: endast manuell styrning eller manuell plus mjukvarustyrning.
9. Ytterligare funktioner: kompensation för spänningsfall i anslutningskablarna, inbyggd precisionsmultimeter, ändring av utgången enligt listan över inställda värden, aktivering av utgången med timer, simulering av ett batteri med ett givet internt motstånd, inbyggd elektronisk belastning och annat.
10. Pålitlighet: kvaliteten på elementbasen, omtänksamhet i designen, noggrannhet i utgångskontrollen.

Låt oss överväga var och en av dessa egenskaper mer i detalj, eftersom de alla är viktiga för det korrekta och informerade valet av en laboratorieströmförsörjning.

Funktionsprincip: linjär och puls

Linjär strömförsörjning(det kallas även transformatorströmförsörjning) är byggd på basis av en stor lågfrekvent transformator, som sänker inspänningen på 220 V, 50 Hz till flera tiotals volt med en frekvens på också 50 Hz. Därefter likriktas den reducerade sinusformade spänningen med hjälp av en diodbrygga, utjämnad av en grupp kondensatorer och sänkt av en linjär transistorregulator till en förutbestämd nivå. Fördelen med denna funktionsprincip är frånvaron av högfrekventa omkopplingselement. Utspänningen från den linjära strömförsörjningen är exakt, stabil och innehåller inte högfrekvent rippel. Detta foto visar den interna konstruktionen av ITECH IT6833 linjära laboratorieströmförsörjning, på vilken huvudtransformatorn (1) och utjämningskondensatorerna (2) är markerade med siffror.

Nyckelelement i IT6833 linjär laboratorieströmförsörjning med max. med en effekt på 216 watt.

2 - grupp av utjämningskondensatorer.

Den linjära strömförsörjningen har dock många nackdelar. Den viktigaste är de stora energiförlusterna på transistorstabilisatorn, som omvandlar all överspänning som tillförs den från likriktarkretsen till värme. Till exempel, om strömförsörjningens utspänning är inställd på 5 V, och den likriktade spänningen för sekundärlindningen är 25 V, kommer 4 gånger mer effekt att försvinna i transistorregulatorn än vad som kommer att tillföras till lasten. Det vill säga, en linjär strömförsörjning har en låg prestandakoefficient (COP), vanligtvis mindre än 60 %. Som ett resultat av låg verkningsgrad får vi en liten användbar effekt och ökad vikt. För att förbättra situationen används flera sekundära lindningar av transformatorn i verkliga enheter, men detta löser fortfarande inte helt problemet med låg effektivitet.

Därför ger kommersiellt tillgängliga linjära laboratorienätaggregat ström vid en belastning på upp till 200 W med en enhetsvikt på 5 till 10 kg. Det finns ytterligare två problem som det sällan talas om. Även om den linjära strömförsörjningen i sig inte skapar högfrekvent brus, kan den fortfarande lätt penetrera från 220 V-nätverket genom den kapacitiva kopplingen av huvudtransformatorns primära och sekundära lindningar. I dyra modeller används konstruktiva lösningar för att bekämpa denna effekt, till exempel ferritfilter, men störningar från strömförsörjningen kan fortfarande uppstå vid enhetens utgång, och denna funktion måste komma ihåg. Om du behöver den renaste möjliga DC-spänningen, är det vettigt att använda ett extra högkvalitativt linjefilter framför laboratoriets strömförsörjning. Det andra problemet är nedbrytningen (uttorkningen) av utjämningskondensatorgruppen, särskilt i billiga modeller. Med en betydande minskning av kapacitansen hos en grupp av utjämningskondensatorer kommer spänningsfall med en frekvens på 100 Hz att visas vid strömförsörjningens utgång.

Impulskraftblock bygger på principen att ladda utjämningskondensatorer med strömpulser. Strömpulser genereras genom att ansluta och koppla bort ett induktivt element, som kan vara en transformatorlindning eller en separat induktiv komponent. Omkoppling görs av transistorer speciellt optimerade för detta ändamål. Frekvensen av strömpulser som sålunda bildas ligger vanligtvis inom området från tiotals kHz till hundratals kHz. Justering av utspänningen görs oftast genom att ändra djupet på pulsbreddsmoduleringen (PWM).

Det finns många sätt att implementera denna princip, men de ger alla två huvudsakliga fördelar. Den första är hög effektivitet, vanligtvis över 80 %, ibland över 90 %. Hög effektivitet uppnås tack vare att PWM-djupet kan ändras mycket smidigt, vilket gör att exakt lika mycket energi kan pumpas in i utjämningskondensatorer som belastningen på strömförsörjningen förbrukar. Den andra fördelen är liten storlek och låg vikt. Den höga frekvensen vid vilken strömförsörjningen fungerar tillåter användning av mycket mindre kondensatorer (jämfört med en 50 Hz linjär strömförsörjning). De återstående elementen är också mycket mer kompakta och lättare, och hög effektivitet minskar värmen som genereras inuti strömförsörjningen, vilket också minskar storleken på strukturen.

Det här fotot visar den interna designen av ITECH IT6942A strömförsörjning i laboratoriet, på vilken huvudtransformatorn (1) och växlingsomvandlaren (2) är markerade med siffror. Observera att enhetens kropp är exakt lika stor som den linjära modellen på föregående bild, och att effekten är 1,7 gånger högre.

Huvudelementen i switchlaboratoriets strömförsörjning IT6942A med max. effekt på 360 watt.
1 - ingångstransformator, ger spänningsreduktion och frånkoppling från strömförsörjningen.
2 - pulsomvandlare ger hög effektivitet.

Den största nackdelen med att byta strömförsörjning är den högfrekventa rippeln av utspänningen. Naturligtvis är de utjämnade, filtrerade, men en viss nivå av krusningar finns fortfarande kvar. Dessutom, ju mer strömförsörjningen är laddad, desto större amplitud av krusningarna. I bra, högkvalitativa switchande nätaggregat är det möjligt att minska rippel till en nivå av 10 - 20 mV. Den andra, inte så uppenbara, nackdelen är radiofrekvenspickuper och deras övertoner, vars källa är periodiska strömpulser som genereras inuti strömförsörjningen. Sådana pickuper är ganska svåra att skydda. Om du arbetar med RF-kretsar, använd sedan en linjär strömförsörjning eller en kvalitetsswitchande strömkälla, placerad bort från radioenheten du arbetar med.

Spänning och strömområde

Moderna laboratorienätaggregat har två typer av utspännings- och strömområden: fasta och med automatisk uteffektbegränsning.

Fast sortimentet finns i de flesta billiga laboratorienätaggregat. Sådana nätaggregat kan leverera vilken kombination av spänning och ström som helst inom sina maximala märkvärden. Till exempel kan en enkanalig laboratorieströmförsörjning för 40 V och 15 A upprätthålla en spänning på 40 volt vid en belastning även vid en strömförbrukning på 15 ampere. I det här fallet kommer den effekt som förbrukas av lasten att vara: 40 V * 15 A = 600 W. Allt är enkelt och tydligt, men med en sådan enhet kommer du inte att kunna ställa in en spänning på mer än 40 V och en ström på mer än 15 A.

Automatisk begränsning av uteffekt utökar laboratorieströmförsörjningens räckvidd avsevärt vad gäller spänning och ström. Till exempel kan ITECH IT6952A-modellen, med samma maximala effekt på 600W, generera spänning upp till 60V och ström upp till 25A i valfri kombination som begränsar uteffekten till 600W. Det betyder att du kan leverera inte bara 40 V vid 15 A, utan även 60 V vid 10 A, 24 V vid 25 A och många andra kombinationer. Jämfört med ett fast intervall på 600W labbströmförsörjning är det tydligt att labbströmförsörjningen med automatisk uteffektbegränsning är mycket mer mångsidig och kan ersätta flera enklare enheter. Den här bilden visar intervallet för möjliga spänningar och strömmar som tillhandahålls av ITECH IT6952A.

Eftersom måtten, vikten och priset på en laboratorieströmförsörjning inte huvudsakligen beror på spänning och ström, utan på maximal effekt, är det vettigt att alltid välja en modell med automatisk uteffektbegränsning. Detta kommer att ge en universell lösning för samma pengar.

Antal kanaler

Laboratorienätaggregat finns med en, två eller tre utgångskanaler. Här kommer vi att överväga huvudpunkterna för deras användning, och den galvaniska isoleringen av kanaler beskrivs längre fram på denna sida.

De flesta laboratorienätaggregat har en utgångskanal, speciellt för kraftfulla enheter. Nästan alla modeller med en effekt på mer än 500 W har en kanal. Därför ställs frågan ofta: är det möjligt att kombinera flera enkanaliga enheter? Det är möjligt, men det finns några egenheter. Det första du bör tänka på när du slår på flera strömförsörjningsenheter i serie: växlingsfrekvenserna för till och med samma typ av nätaggregat kommer att skilja sig något. Detta kommer att skapa ökad rippel vid utgången. Det finns också möjlighet till resonanseffekter, där nivån av pulsationer periodvis kommer att öka kraftigt.

Den andra punkten är anslutningen "+" och "-" av två enheter för bildandet av en bipolär spänning för att driva transistorförstärkare, ADC:er och liknande enheter. Förutom ökade krusningar kommer det att vara svårt att säkerställa samtidig på- och avkoppling av två spänningar på en gång och deras synkrona justering. Den tredje punkten - seriekopplingen av flera högspänningskällor kan överskrida nedbrytningströskeln för deras isolering. Som ett resultat: brand och andra farliga konsekvenser.

Med tanke på ovanstående blir det tydligt att för kretsar där flera matningsspänningar tillhandahålls, är det bättre att använda två- eller trekanals laboratorieströmförsörjning, som är speciellt utformade för detta. Och för att generera höga spänningar är det bättre att använda speciella högspänningsmodeller, till exempel ITECH IT6726V-modellen med spänning upp till 1200 V eller ITECH IT6018C-2250-20-modellen med spänning upp till 2250 V.

Till exempel visar detta foto en typisk ITECH IT6412 tvåkanalig laboratorieströmförsörjning.

En typisk tvåkanalig ITECH IT6412 laboratorieströmförsörjning.

Kanalisolering

Galvanisk isolering (även kallad elektrisk isolering) av laboratorieströmförsörjningskanalerna säkerställer fullständigt oberoende av spänningen och strömmen för någon av kanalerna i förhållande till spänningen och strömmen för de återstående kanalerna, såväl som strömförsörjningsnätverket. Inuti en sådan strömförsörjning, för var och en av kanalerna, tillhandahålls en separat transformatorlindning. I bra modeller genomslagsspänningen mellan kanalerna överstiger 200 volt. I praktiken innebär det att man fritt kan seriekoppla kanaler med varandra, samt byta "+" och "-".

Elektroniska enheter som innehåller digitala och analoga delar använder vanligtvis två separata strömkretsar. Detta görs för att minska inträngningen av brus från den digitala kraftskenan in i den känsliga analoga delen. Därför, när man utvecklar och konfigurerar sådana enheter, är det nödvändigt att använda en laboratorieströmförsörjning med galvaniskt isolerade kanaler. Den mest mångsidiga lösningen är trekanalsmodeller, som Keithley 2230 eller ITECH IT6300B. Med hjälp av en sådan enhet kan du driva den analoga delen av kretsen med en bipolär strömförsörjning (de första två kanalerna används) och driva den digitala delen från den tredje kanalen.

En annan typ av enhet som kräver en laboratorieströmförsörjning med isolerade kanaler är enheter som själva innehåller isolerade delar. Isoleringen av delar av sådana enheter utförs vanligtvis med hjälp av optokopplare eller speciella transformatorer. Ett klassiskt exempel är en elektrokardiograf, där den känsliga analoga mätdelen som är ansluten till patienten måste utföra två uppgifter: noggrann mätning av de elektriska potentialerna som genereras av hjärtmuskeln (och detta är en nivå på flera millivolt) och patientens säkerhet sig själv från elektriska stötar.

Detta foto visar anslutningsschemat för Keithley 2230G-30-1-modellen till kardiografens huvudkomponenter. Den första kanalen används för att driva den mycket känsliga mätaren bakom optokopplaren, den andra kanalen används för att driva den primära signalbehandlingsenheten, och den tredje lågspännings- och högströmskanalen driver den digitala huvudsignalbearbetnings- och displaykretsen. På grund av det faktum att alla tre kanalerna i Keithley 2230G-30-1-modellen är helt isolerade från varandra, fungerar kardiografen som drivs på detta sätt normalt och påverkan av vissa block på andra på grund av störningar som passerar genom strömkretsarna är utesluten .

Ett exempel på användning av tre isolerade Keithley 2230G-30-1-kanaler för att försörja ström till tre oberoende delar av medicinsk utrustning.

Kraft

Beroende på den användbara kraften som levereras till lasten, kan alla likströmsaggregat i laboratoriet delas in i standard (upp till 700 W) och hög effekt (700 W eller mer). Denna uppdelning är ingen tillfällighet. Modeller av standard och hög effekt är ganska olika vad gäller funktionalitet och omfattning.

På standardkraftmodeller den maximala spänningen är vanligtvis i intervallet från 15 V till 150 V, och den maximala strömmen är från 1 A till 25 A. Antal kanaler: en, två eller tre. Det finns både linjära och impulsmodeller. Design: standard instrumentväska för placering på laboratoriebänk. Vikt från 2 till 15 kg. Ett typiskt exempel är Tektronix PWS4000-serien. I grund och botten är kapaciteten hos sådana enheter inriktade på utveckling och reparation av elektronisk utrustning, även om deras omfattning är mycket bredare.

Å andra sidan, högeffektsmodeller alltid enkanalig och pulsad. Modeller upp till 3 kW finns tillgängliga i instrument- eller rackversioner (typiskt exempel: ITECH IT6700H-serien), medan modeller med en effekt på 3 kW och mer är monterade endast i ett industriställ och skiljer sig i betydande vikt och dimensioner. Till exempel är massan på 18 kW-modellen från ITECH IT6000C-serien 40 kg.

Hög effekt ställer ökade krav på designen: närvaron av "smarta" kylfläktar, en komplett uppsättning skydd (mot överbelastning, överhettning, polaritetsomkastning etc.), möjligheten att parallellkoppla flera enheter för att öka uteffekten, stöd för speciella former av utsignaler (till exempel bilstandarder DIN40839 och ISO-16750-2).

För denna kategori av enheter är det obligatoriskt att stödja fjärrstyrning av program via ett av gränssnitten: Ethernet, IEEE-488.2 (GPIB), USB, RS-232, RS-485 eller CAN, eftersom de ofta används som en del av automatiserad system. Vissa serier (t.ex. IT6000C) kan också justera sin utgångsimpedans från noll till flera ohm, vilket är mycket användbart när man simulerar driften av batterier och solpaneler. Dessutom kan vissa högeffektsmodeller innehålla en inbyggd elektronisk belastning, vilket gör att de inte bara kan generera ström utan också konsumera den.

Laboratorieaggregat med hög effekt används inom bilindustrin, alternativ energi, metallplätering och många andra industrier där det är nödvändigt att generera spänningar upp till 2250 volt och strömmar upp till 2040 ampere.

För specifikationer för alla laboratorieströmförsörjningar, sorterade efter maximal effektökning, se. Och på det här fotot kan du se de kraftfulla utgångsterminalerna på sexkilowattsmodellen IT6533D, som består av två moduler på 3 kW vardera kopplade parallellt. Jämn fördelning av uteffekten mellan modulerna säkerställs med hjälp av en separat systembuss (grå kabel till vänster).

Skydd mot missbruk

När du väljer en laboratorieströmförsörjning, var först och främst uppmärksam på priset och det maximala värdet på spänning och ström. Men närvaron av högkvalitativt skydd är också mycket viktigt, eftersom det låter dig skydda inte bara strömförsörjningen utan också utrustningen som är ansluten till den. I det här avsnittet kommer vi att prata om de typer av skydd som kommersiella laboratorieströmförsörjningar är utrustade med och överväga flera relaterade punkter.

Överströmsskydd(förkortat OCP - Over Current Protection) bör omedelbart fungera när utgångsströmmen överstiger det inställda värdet, vilket till exempel kan inträffa när strömförsörjningens utgångsterminaler kortsluts. Denna typ av skydd finns i de flesta bra modeller. Men inte bara närvaron av skydd är viktig, hastigheten på dess funktion är också viktig. Beroende på implementeringen kan överströmsskydd: helt stänga av strömförsörjningsutgången från lasten, begränsa utströmmen till en specificerad tröskelnivå, eller växla till utgångsströmstabiliseringsläget (CC - Constant Current), bibehålla det aktuella värdet som var före överbelastningen. Den här korta videon visar hur skyddet av ITECH IT6720 lågeffektslaboratorieströmförsörjning utlöses när dess utgångar kortsluts.

Demonstration av skyddet mot överström i händelse av kortslutning.

Spänningsöverbelastningsskydd(förkortat OVP - Överspänningsskydd) utlöses när spänningsnivån på strömförsörjningsenhetens utgångsterminaler överstiger det angivna värdet. Denna situation kan uppstå när man arbetar på en last med ökat motstånd i det aktuella stabiliseringsläget. Eller när extern spänning läggs på anslutningarna på laboratoriets strömförsörjning. En annan tillämpning av denna typ av skydd är att begränsa utspänningen från strömförsörjningen till en nivå som är säker för den anslutna utrustningen. Till exempel, när du driver en digital krets med en spänning på 5 volt, är det vettigt att ställa in 5,5 volt som skyddströskel i strömförsörjningsinställningarna.

Kraftöverbelastningsskydd(förkortat OPP - Over Power Protection) finns i alla modeller med automatisk uteffektbegränsning. Syftet med detta skydd är att begränsa maximal kraft, som laboratoriets strömförsörjning levererar till lasten, så att strömförsörjningens strömkomponenter fungerar i normalt läge och inte överhettas. Om strömförbrukningen överskrids vid drift i utspänningsstabiliseringsläget (CV - konstant spänning), kommer enheten automatiskt att växla till utströmsstabiliseringsläget (CC - konstant ström) och börja minska spänningen vid belastningen.

överhettningsskydd(förkortat OTP - Over Temperature Protection) utlöses av ökad uppvärmning av strömkomponenterna i strömförsörjningen som finns inuti höljet. I enkla modeller används en temperatursensor, som helt enkelt löds in i styrkortet. Den övervakar medeltemperaturen inuti höljet och kan inte reagera snabbt på farlig värme. kraftelement. I bra modeller används flera sensorer, placerade precis vid punkterna för maximal värmegenerering. Denna implementering ger garanterat skydd av enheten, även vid snabb lokal överhettning. Vanligtvis i bra modeller fungerar överhettningsskydd i kombination med kylfläktar med variabel hastighet. Ju mer värme som genereras inuti apparaten, desto högre fläkthastighet. Om den interna temperaturen ändå närmar sig den kritiska kommer en varning att utfärdas (ljud och en inskription på skärmen), och om den överskrids kommer laboratoriets strömförsörjning automatiskt att stängas av.

Även i laboratorieströmförsörjning finns det sådana typer av skydd: från polaritetsomkastning (omvänd), från lågspänning (UVP - Underspänningsskydd) och från nödavstängning.

Utgångsvågform

Huvudfunktionen för en laboratorieströmförsörjning i spänningsstabiliseringsläge (CV) är bildandet av en given konstant spänning och dess exakta underhåll, även med en förändrad belastningsström. På liknande sätt, i strömkonstantläge (CC), måste strömförsörjningen leverera den specificerade konstanta strömmen till lasten och säkerställa att den upprätthålls noggrant även med ändrad belastningsresistans.

Men i moderna laboratorie- och produktionsförhållanden blir det ofta nödvändigt att ändra utspänningen enligt en viss lag. Därför ger vissa modeller av bra laboratorieströmförsörjning en sådan möjlighet. Detta läge kallas: Läget för att ändra utspänningen enligt listan med inställda värden". Med den kan du ändra utspänningen enligt ett givet program, som består av en sekvens av steg. För varje steg ställs spänningsnivån och dess varaktighet in. Detta läge låter dig testa utrustning genom att applicera icke-ideal signaler till den, så nära de som finns i verkligheten som möjligt: strömstörningar och krusningar, kortvariga strömavbrott, mjuk uppgång och fall, etc.

Det här fotot visar en av spänningsvågformerna som enkelt kan implementeras med List Mode Output Voltage (även kallat List Mode). Bilden togs med hjälp av ett oscilloskop kopplat till terminalerna på IT6500-strömförsörjningen.

Spänningen vid utgången av laboratorieströmförsörjningen varierar enligt en komplex lag.
Ett exempel på driften av läget för att ändra utspänningen enligt listan över inställda värden (List Mode).

Men inte alla uppgifter kan lösas med en likströmskälla i laboratoriet, även om den har ett listläge. Det finns uppgifter där det är nödvändigt att bilda en rent sinusformad spänning, dessutom med en nivå av hundratals volt eller en sinusformad ström med en nivå av tiotals ampere. För sådana uppgifter finns specialiserade AC-spännings- och strömkällor tillgängliga, såsom enfas ITECH IT7300-serien eller trefas ITECH IT7600-serien.

Med hjälp av sådana enheter är det möjligt att implementera många intressanta lösningar, främst inom området för att kontrollera stabiliteten hos utrustning med olika avvikelser i strömförsörjningen 220 V. Denna korta video, med modellen IT7322 som exempel, visar bildandet av en växelspänning, vars amplitud och frekvens ändras enligt ett givet program. Formen på utsignalen observeras med hjälp av ett oscilloskop.

Bildning av växelspänning med varierande amplitud och frekvens.

Kontrollalternativ: manual och mjukvara

Endast manuell styrning är typisk för budgetserier, som är mycket priskritiska, till exempel för ekonomiserierna ITECH IT6700 och Tektronix PWS2000. Men de flesta bra medel till högt pris labbströmförsörjning stöder både manuell och mjukvarukontroll.

Vanligtvis, mjukvarukontroll används i två fall. Den första är användningen av färdiga datorprogram som följer med enheten. På den stora skärmen på datorn är alla inställningar och parametrar för enheten tydligt synliga, och det är mycket bekvämt. Dessutom kan strömförsörjningen installeras i produktionsrummet, och fjärrstyras från din arbetsplats. Detta kan vara användbart om produktionsområdet är bullrigt, kallt eller mycket varmt, innehåller farliga förhållanden för människor etc. Vid behov är det till och med möjligt att organisera kontroll av enheten via fiberoptik, vilket kommer att utesluta all elektrisk anslutning med operatören.

Den här figuren visar en skärmdump av huvudfönstret för IT9000-programmet som styr driften av IT7300-seriens laboratorieväxelspänning och strömförsörjning. Alla kontroller finns på en skärm, samt detaljerad indikering nuvarande tillstånd enhet.

Huvudfönstret för IT7300-seriens fjärrkontrollprogram.
Klicka på bilden för att förstora bilden.

Det andra fallet när mjukvarustyrning används är införandet av laboratorieströmförsörjning i automatiserade mätsystem. Tidigare användes gränssnittet IEEE-488.2 oftast för detta ändamål (det kallas också GPIB, och i GOST kallades det KOP - Public Channel). Men under de senaste åren har Ethernet (LAN) och USB-gränssnitt aktivt blivit populära i industriella automationssystem, och föråldrade RS-232- och RS-485-gränssnitt används mindre och mindre. För att styra enheten måste du skapa dina egna program. Styrkommandon beskrivs i detalj i programmeringsmanualerna som finns tillgängliga för varje serie. Se ett exempel på en programmeringsguide för ITECH IT6500-seriens laboratorienätaggregat. Det här fotot visar baksidan av en modern ITECH IT6412-strömförsörjning som levereras som standard med tre populära gränssnitt: IEEE-488.2, Ethernet (LAN) och USB.

Tre vanliga instrumentprogrammeringsgränssnitt:
IEEE-488.2, LAN (Ethernet) och USB.

Typiska applikationer och populära modeller av laboratorienätaggregat

Nu när vi har behandlat huvudkriterierna för att välja laboratorieströmförsörjning, låt oss titta på typiska uppgifter för att använda dessa enheter och modeller av enheter som är lämpliga för dessa uppgifter.

Universell laboratorieströmförsörjning för ett brett spektrum av applikationer

För de flesta typiska uppgifter som uppstår vid utveckling eller reparation av elektronisk utrustning, ITECH IT6900A-serien (upp till 150 V, upp till 25 A, upp till 600 W), som skapades som huvudlaboratoriets strömförsörjning som kan lösa 90% av alla problem, är utmärkt:

Om du behöver en universell strömförsörjning, men för minimala pengar, välj då ITECH IT6700 ekonomiserien. Den har två modeller: 100W och 180W. Det finns ingen mjukvarukontroll, men det finns en automatisk begränsning av uteffekten, som inte ofta finns i denna prisklass:

I allmänt fall Varje strömförsörjningsenhet (PSU) är en enhet som, när den är ansluten till ett elektriskt nätverk, genererar den spänning och ström som krävs för vidare användning.

Oftast omvandlar sådana enheter växelströmmen i det offentliga elektriska nätverket (~ 220V, frekvens 50 Hz.) till likström.

Alla nätaggregat kan delas in i:

transformator (linjär);
impuls.

I sin tur kan transformatorblock vara:

stabiliserad;
ostabiliserad.

En ostabiliserad källa är den enklaste enheten, som inkluderar:

nedtrappningstransformator med primärlindning utformad för nätspänning;
en helvågslikriktare, med hjälp av vilken växelströmsspänningen omvandlas till direkt (pulserande);
högkapacitetskondensator för att jämna ut krusningar.

I sådana nätaggregat tillhandahålls de nominella värdena för utgångsparametrarna (spänning, ström) endast vid normala värden för de ingående elektriska parametrarna och strömmen som förbrukas av belastningen. De är vana att arbeta med enheter utrustade med sina egna stabilisatorer.

Reglerade nätaggregat har en konstant utspänningsnivå. Samtidigt, även med en betydande avvikelse från den nominella nätspänningen, förblir den konstant.

Vid byte av strömförsörjning likriktas växelspänningen och omvandlas sedan till högfrekventa rektangulära pulser och en given arbetscykel. Stabilisering i dem tillhandahålls genom användning av negativa respons, som kan organiseras både med hjälp av galvanisk isolering från matningskretsen (transformator), och genom att applicera pulser till ett lågfrekvent filter.

Beroende på fluktuationerna i återkopplingssignalen justeras pulspulsernas arbetscykel och därmed upprätthålls stabiliteten hos utgångsspänningen.

För varje elektronisk eller radioteknisk enhet väljer utvecklarna den mest optimala typen av strömförsörjning. Så, till exempel, för att arbeta med enheter som arbetar med en maximal belastningsström:

upp till 5A, linjär strömförsörjning används;
över 5A använder pulserande nätaggregat.

Vid jämförelse av strömförsörjningsenheter med liknande utgångsegenskaper är det nödvändigt att notera fördelarna med omkopplingsenheter, bland vilka de viktigaste är:

Hög prestandakoefficient (COP), som i vissa fall når 98 %.
Låg vikt, vilket är förknippat med en minskning av storleken på transformatorer vid användning av högfrekventa strömmar.
Brett utbud av matningsspänning och frekvens.
Förekomsten av ett stort antal inbyggda säkerhetselement etc.

En betydande nackdel med att byta strömförsörjning är att alla är en källa till högfrekventa störningar, vilket kräver speciella skyddsåtgärder för att undertrycka dem.

Båda typerna av block presenteras i ett brett utbud på den inhemska marknaden för radio-elektronisk utrustning (REA). Samtidigt är universella strömförsörjningar mycket populära, som utrustar arbetsplatserna för anställda i företag som specialiserar sig på produktion eller reparation av elektronisk utrustning. Alla radioamatörer har dem.

UNIVERSELL STRÖMFÖRSÖRJNING

Universal PSU är en pålitlig strömförsörjning med stabila utgångsparametrar och dubbel strömreserv. På dess frontpanel bör i allmänhet placeras:

1. Pekare och digitala mätinstrument (voltmeter, amperemeter). Samtidigt: omkopplaren ger en möjlighet att utvärdera de dynamiska förändringarna i de kontrollerade parametrarna; digital gör att du kan kontrollera utgångsegenskaperna för PSU:n med hög noggrannhet.

2. Reglage som reglerar utgångsparametrarna i lägena "grovt" och "fint", driftlägesindikatorn, en vippströmbrytare eller en nyckelbrytare för strömförsörjningen.

Det är teoretiskt möjligt, men praktiskt taget opraktiskt, att utveckla och tillverka en universell strömförsörjning som lämpar sig, som man säger, "för alla tillfällen". En sådan anordning kommer att vara av enorm storlek och vikt, och dess kostnad kommer att överstiga alla tillåtna gränser.

Därför klassificeras moderna universella sekundära spänningskällor efter effekt, efter det nominella värdet på utspänningen och efter antalet matningsspänningsutgångar. Baserat på dessa graderingar väljs den nödvändiga enheten.

Enligt det nominella värdet på utspänningen är universella strömförsörjningar:

lågspänning upp till 100 V;
mellanspänning upp till 1000 V;
hög spänning över 1000 V.

Beroende på uteffekten är de uppdelade i:

mikroeffekt, vars uteffekt inte överstiger 1 W;
låg effekt från 1 till 10 W;
medeleffekt 10...100 W;
ökad (från 100 till 1000 W) och hög (över 1000 W) effekt.

I det här fallet kan universella strömförsörjningar vara enkel- eller flerkanaliga, det vill säga tillhandahålla en eller flera matningsspänningar.

Reglerad strömförsörjning.

En av de enklaste universella nätaggregaten är justerbar. Till exempel, för nybörjare radioamatörer, kan en sådan enhet vara en strömförsörjning med en belastningsström på flera ampere och låter dig justera utspänningen i intervallet från 1 till 36 V.

Du kan ansluta till den inte bara en radioenhet eller en elmotor, utan också bil batteri för laddning.

Den elektriska kretsen för en sådan strömförsörjning är baserad på en kraftfull krafttransformator, och en kraftfull transistor monterad på en kylfläns är installerad vid utgången. Transistorn styrs av en speciell mikrokrets. De befintliga lågfrekventa krusningarna och högfrekventa ljuden utjämnas av elektrolytiska kondensatorer med hög kapacitet.

LABORATORIE STRÖMFÖRSÖRJNING

Laboratorieströmförsörjningen är inget annat än en högkvalitativ universell strömförsörjning med normaliserade och termiskt stabila egenskaper. Dessa enheter är tillgängliga på alla företag som utvecklar, tillverkar eller reparerar och/eller reparerar elektronisk utrustning.

De används under verifiering och/eller kalibrering av olika instrument. Dessutom är de nödvändiga i de fall där det är nödvändigt att leverera spänning och ström till en radioenhet med hög noggrannhet.

Som regel är laboratorieströmförsörjning utrustade med alla typer av skyddsanordningar (överbelastning, kortslutningsskydd, etc.) och utgångsparametrar justeringselement (spänning och ström).

Laboratorieblock är också utrustade med speciella ingångar för att leverera moduleringssignaler, vilket gör att användaren kan bilda en utspänning och ström av godtycklig form.

Kommersiellt tillgängliga laboratorieströmförsörjningar kan vara antingen linjära eller switchade.

Linjär.

Linjära laboratorieströmförsörjningar är byggda på basis av stora lågfrekventa transformatorer som sänker nätspänningen ~ 220 V vid en frekvens på 50 Hz till ett visst värde. Växelströmmens frekvens förblir oförändrad. Sedan likriktas den sinusformade spänningen, utjämnas med kapacitiva filter och bringas till ett förutbestämt värde av en linjär halvledarstabilisator.

Enheter som arbetar enligt denna princip ger det erforderliga värdet på utspänningen med hög noggrannhet. Det kännetecknas av stabilitet och brist på pulsationer. Men de har ett antal nackdelar:

stora totala mått och vikt, som kan vara mer än 20 kg. På grund av detta överstiger belastningseffekten för sådana nätaggregat sällan 200 watt;
låg effektivitet (högst 60%), på grund av principen för driften av en linjär stabilisator, där all överspänning omvandlas till värme;
närvaron av högfrekventa störningar som penetrerar från elnätet ~ 220 V, 50 Hz., För att eliminera vilket effektfilter som krävs;
relativt kort tid mellan fel orsakade av åldrande av elektrolytiska kondensatorer.

Puls.

Driften av pulsade laboratorieströmförsörjningar är baserade på principen att ladda utjämningskondensatorer med en pulsad ström. Den bildas i ögonblicket för anslutning / frånkoppling av det induktiva elementet. Omkoppling sker under verkan av speciellt optimerade transistorer, och utspänningen regleras genom att ändra djupet av pulsbreddsmodulering (PWM).

De viktigaste fördelarna med pulsade laboratoriekällor tillhandahålls av:

mjuk förändring av PWM-djupet, vilket i sin tur låter dig pumpa in i utjämningskondensatorerna en sådan mängd energi som är proportionerlig med strömförbrukningen för PSU-belastningen. I det här fallet kan strömförsörjningens effektivitet nå 90 procent eller mer;
högfrekvent komponent, vilket gör det möjligt att använda utjämningskondensatorer med mycket mindre kapacitans.

På grund av detta är fallets övergripande dimensioner små. Dessutom, på grund av den högre effektiviteten, reduceras värmegenereringen avsevärt och strömförsörjningens temperaturregime förbättras.

En betydande nackdel med pulsade laboratorieenheter, som något begränsar deras användning, är:

högfrekventa krusningar vid utgången, som är ganska svåra att filtrera bort;
radiofrekventa pickuper och deras övertoner orsakade av periodiska strömpulser.

Vid arbete med radiofrekvenskretsar måste switchande strömförsörjningar placeras på maximalt avstånd från dem, annars bör transformatorkretslösningar användas.

Den huvudsakliga tekniska parametern för laboratoriekraftkällor är kraft. Det finns en uppdelning här:

standard, effekt upp till 700 watt. Deras maximala vikt överstiger inte 15 kg.;
hög kraft.

Standardversioner kan vara både transformator och puls. De är designade för att fungera med spänningar i intervallet från 15 till 150 V. I det här fallet är den maximala strömmen begränsad till cirka 25 A. Som regel har de från en till tre kanaler, varav två är justerbara.

Materialet som presenteras på webbplatsen är endast i informationssyfte och kan inte användas som riktlinjer och normativa dokument.

Första applikation/erfarenhet: Framställning av brännbar gas genom elektrolys.
Du behöver 2 stycken folie vikta och ihoprullade med en pappershandduk eller servett. Allt detta sänks ner i ett glas saltvatten och ett skummedel. Vi applicerar spänning på foliebitarna från strömförsörjningen, och vi börjar omedelbart producera brännbar gas.
Förresten, detta experiment och efterföljande bör utföras med god ventilation, eftersom inte alla ångor och gaser som produceras är ofarliga.

Andra användningen/erfarenheten: Grafitglödlampa
Följande experiment tror jag har setts av många, om spänning läggs på en grafitstav från en penna, då värms den upp så mycket att den börjar avge ljus. Det är sant att en sådan lampa inte fungerar länge, men om du sätter den i ett vakuum så tror jag att det kommer att visa sig vara en helt fungerande glödlampa, många av de första glödlamporna hade säkert en kolglödtråd och kommer också jobba med grafit =)

Tredje applikation/erfarenhet: galvanisering
För nästa experiment behöver du kopparsulfat och citronsyra,
lös upp dem i destillerat vatten, lägg sedan en kopparbit ansluten till strömförsörjningens positiva terminal och en metalldel i den resulterande elektrolyten, anslut den till minuspolen, ställ in en liten ström och låt den stå i 5 minuter. en del har blivit täckt med ett tunt lager koppar, ju längre processen tar desto tjockare blir kopparlagret.

Fjärde ansökan/erfarenhet: Metallbearbetning
Låt oss ta ett stålföremål och täcka det med ett tunt lager av plasticine, sedan "skrapa" inskriptionen eller bilden och bilda ett bad från plasticine, häll saltlösning.
Vi ansluter plus från strömförsörjningen till arbetsstycket och minus till metallskruven. När du sänker skruven i saltvatten den elektriska kretsen är sluten och
en elektrokemisk reaktion börjar, som ett resultat av vilken den oskyddade metallen i anoden korroderas. Strömmen och spänningen i detta och tidigare experiment väljs individuellt, ju större dessa värden är, desto snabbare går reaktionerna. På så sätt kan man göra ett hål även i mycket starkt stål.

Femte användningen/upplevelsen: "Scorcher"
Ta bara en bit nikromtråd, böj den och lägg på spänning, tråden värms upp och du kan använda den som en vedbrännare eller plastskärare.

I förvar: Med en laboratorieströmförsörjning kan du göra många användbara och värdelösa saker, allt beror på din fantasi!