Apr 282015
 

Трансформаторните конвертори  са разработени с цел захранване на домакински и промишлени електроуреди с 220VAC или 110VAC. Те са специално проектирани за такъв вид електронно оборудване, чието номинално AC напрежение е различно от това на местната електропреносна мрежа. Конверторите са изключително полезни за уреди закупени в САЩ, които потребителите искат да използват в България или Европа. Обратното също е възможно, защото всеки конвертор е двупосочен, т.е. уреди със стандартно напрежение 230VAC, за да бъдат ползвани в страни с номинално напрежение 110 VAC, ще трябва да бъдат включвани след конвертор. Някои райони използват стандарти, различни от тези на страната към която принадлежат (например Хонг Конг в Китай). Територии, като например големи индустриални зони или военни бази, може да имат различно стандартно напрежение и честота от заобикалящата ги среда. Дори някои градски райони може да използват електрическа мрежа със стандартни параметри различни от тези за страната в която се намират. Региони с анархична власт може да нямат единно електроразпределително звено и да има отделни мрежи които са с несъвместими параметри. Страни с повече от едно стандартно напрежение за битови потребители са (по азбучен ред):

Алжир (220/127V), Антигуа и Барбуда (240/120V), Азербайджан(208/120V, но също 240/120V), Барбадос (230/115V), Беларус (220/127V), Бразилия (220/127V), Канада (127/240V), Колумбия (120/240V), Казахстан (220/127V), Киргистан (220/127V), Либия (230/127V), Мадагаскар (220/110V), Мали (220/110V), Мексико (127/220V),  Молдова (220/127V), Саудитска Арабия (220/110V), Сенегал (220/110V), Сирия (220/115V), САЩ: Шарлот (Северна Каролина); Детройт (Мичиган); Маями (Флорида) (120/208V), Ню Йорк, Питсбърг, Лос Анджелис, Портланд, Сан Франциско, Толедо (120/240V) Таджикистан (220/127V), Филипини (110/220), Ямайка (220/110V), Япония изток (200/100V). Като първата цифра показва по-разпространеното напрежение. Често второто по разпространение напрежение се използва във отделни полуавтономни области, отделни градове,  или в затворени военни обекти или острови.

Всички европейски и повечето азиатски страни използват захранване, което е в рамките на 220 – 230 V, докато Япония, Южна Корея, Мартиника, Северна Америка и някои части на Южна Америка използват напрежение между 100 и 127 V. В Йемен имаме напрежение 250V, което вече излиза извън стандартния допуск. Изхождайки от хармонизиране на напрежението във всички страни от Европейския Съюз, мрежата е с номинално напрежение 230 V ±10 % при честота 50 Hz. През преходния период 1995 – 2008г. страни, които преди са използвали 220 V ще използват тесен асиметричен толеранс в обхвата 230 V +6 % -10 % и онези (като например Великобритания) които преди са използвали 240 V сега използват 230 V +10 % -6 %. Трябва да се отбележи, че не е необходима промяна на напрежението в системи с номинално напрежение 220 V и 240 V, тъй като те спадат в допустимия интервал 230 V ±6 %. На практика това означава, че страни като Великобритания, които преди са били на 240 V, продължават да работят с това напрежение, а онези които са били на 220 V – също. Обаче електроуредите трябва да се проектират да работят при напрежения в целия посочен диапазон. В исторически план в края на 19-ти век, Уестингхаус решил да се използва честота  60 Hz за САЩ, a AEG в Германия 50 Hz, така в края на краищата, света се разделил на два лагера с различна честота. Повечето системи работещи на 60 Hz са с напрежение 120 V, а повечето мрежи с честота 50 Hz са на 230 V.

В САЩ и Канада националните стандарти посочват, че номиналното напрежение на източниците трябва да е 120 V и се позволява толеранс в границите от 114 до 126 V (±5 %). В исторически план 110, 115 и 117 V са били използвани по различно време и различни места в Северна Америка. Понякога за мрежата се говори че е „сто и десет” въпреки, че номиналното й напрежение е 120 V.

През 2000г. Австралия е преминала към стандартно напрежение 230 V с допустим толеранс +10% – 6%, замествайки стария стандарт 240 V, AS2926-1987. В Обединеното Кралство 240 V остава в допустимите граници на новия стандарт и мрежите продължават да се наричат „двеста и четиридесет”.

В Япония, електрическото захранване на домакинствата е с напрежение 100 V. Източните и северни части на Хоншу (включително Токио) и Хокаидо имат честота 50 Hz, докато западен Хоншу (включително Нагоя, Осака и Хирошима), Шикоку, Куюшу и Окинава работят на 60 Hz. За да се преодолеят различията повечето от електроуредите могат да се превключват в режим на работа на съответната честота.

Употребата на конвертори се налага поради различните стандарти в различните страни. В САЩ честотата е 60 Hz, а напрежението е 110 VAC, но има градове, в които напрежението е 120V. Що се отнася до основния преносим електронен уред – лаптопа или таблета, обикновено съвременния адаптер е направен със универсален вход на който е указано, че към уреда може да се подаде напрежение в интервала 100-230V. Ако обаче адаптера не е от този тип е необходим конвертор.

преобразувател

конвертор

От всичко изброено дотук става ясно, че не малка част от света е с напрежение и честоти, различни от стандартните за България. В съвременния свят пътуването до далечни и екзотични дестинации става все по-лесно и често, затова един конвертор в багажа е наложителен, дори за да може да се включи кафеварка или маша за коса.

Конверторите, основната част на които е трансформатора, се избират по мощност, както това важи и за трансформатора. Ще отбележим мимоходом, че в голяма част от света има и различни стандарти за контактни системи, различни от ШУКО, какъвто е стандарта в България. Например заземяването във Франция е с пин поставен симетрично в контакта спрямо гнездата за фаза и нула, с които образува равностранен триъгълник. В Италия имаме три кръгли пина разположени в редица на щепсела и съответно три отвора (гнезда) в контакта. В Англия пиновете са плоски пластини и т.н.

85340-BLK

Бразилия

 

 

dca0

Япония

 

 

638056p

1.Израел, 2. Южна Африка, 3.Италия, Етиопия, Чили

 

 

prd_28373_bbig_1343398907

USA/EU

6026540e

Англия

 

За тази цел конверторите имат отвори, позволяващи да се включват различните стандарти, а когато това е невъзможно, е добре да се купи и правилния адаптор. Нека обаче се спрем на мощността. Тя е изписана на тялото на конвертора и показва максималната активна мощност. Когато се включват консуматори с индуктивна или капацитивна мощност е необходимо да се предвиди запас от 3 до 5 пъти спрямо активната. По-просто казано ако включвате след конвертора бормашина или климатик и те са с товар 300W, 300х5=1500W и следователно трябва да изберете конвертор с мощност 1,5kW.

конвертор

конвертор1000W

Другото съществено условия за правилната и безаварийна работа на конвертора е да включите правилно двете му страни. Не трябва страната, на която пише 110V да я включите към 220V, защото просто ще го изгорите. Знам, че звучи елементарно, но това е една от често срещаните аварии при конверторите. Обикновено в комплекта, освен самия уред има приложен и захранващ кабел, в единия край на който имаме двуполюсен щепсел с кръгли пинове, а в другия край такъв с плоски.

product_large_53830

конвертор комплект

В зависимост от това към каква електрическа мрежа за ниско напрежение ще включите конвертора, ще ползвате захранващия кабел от съответната страна, защото както стана дума по-горе конвертора е двупосочен уред. Понякога кабелът е неразривно свързан с устройството и в този случай конверторът прилича на адаптор.

product_large_56272

конвертор с кабел

 

Друго предимство на всеки трансформаторен конвертор е, че той галванически разделя електрическата верига и по този начин служи за предпазване на уредите включени след него от къси съединения в мрежата. Ако обаче консуматорът включен след конверторът има нужда от заземяване, това трябва да се направи допълнително, защото имаме двуполюсна връзка.
Съществуват и са доста разпространени и правотокови конвертори конвертиращи 24V постоянно напрежение към 12V също постоянно напрежение, или обратно. Но нека това остане като тема на отделна статия.

Dec 182013
 

Да започнем с инвертор.

 

converter

Инвертори за напрежение от 12 VDC към 220 VAC, с мощност до 4000W, с и без UPS с модифицирана и истинска синусоида

Дори да потърсите в уикипедия ще откриете едва десетина реда за това иначе доста полезно устройство. Самото му название показва, че нещо обръща, инвертира (лат. inverto), често хората го наричат инвертор за кола или инвертор за камион. Ако трябва по-стриктно да го назовем, ще стане ясно и какво се инвертира, защото пълното му название е инвертор на напрежение. Ще го намерите и като DC/AC converter в англоезични текстове. Така разбираме и какво прави: преобразува постояннотоковото напрежение например от акумулатора в променливотоково  220 V ( 50 Hz ) с цел захранване на различни консуматори работещи с мрежово напрежение. Този тип инвертори започват да стават много търсени в началото на лятото, особено от хората изкушени от къмпингуване „на диво“, т.е. на места, където няма наблизо електрическо захранване. Трябва ви един сравнително мощен акумулатор и един инвертор със средна мощност от типа на 400-500-600 W и ще можете да си зареждате лаптопа или вечер да гледате филм по LED телевизора, както и да имате светлина вечер от икономична LED лампа с мощност 3.5 W.

Инверторите на напрежение са с модифицирана и с истинска (пълна) синусоида, като вторите са в пъти по-скъпи. За обикновените домашни уреди модифицираната (опростена) синусоида е достатъчна, макар че уредите, в чието устройство има двигатели ще имат по-високо ниво на шума. Модифицираната синусоида има трапецовиден вид на вълната на напрежението. Истинска синусоида се изисква при измервателни уреди, в медицинската техника, при телекомуникационни устройства или лабораторни уреди.форама на напрежението на инвертор с истинска синусоидасинусоида

Повече главоболия предизвиква правилният избор на мощност на инвертора. Проблемът идва от това, че трябва да сме наясно с вида на товара (консуматорите). Ако повечето от консуматорите са с преобладаваща активна съставка на товара, то може да изберем инвертор с около 20 % резерв по мощност. Това означава, че инвертора трябва да има с 1/5 по-висока мощност от сбора на мощностите на всички включени електроуреди след него. Ако обаче товара е с реактивен характер (индуктивен или капацитивен), то инвертора трябва да е с 3 до 5 пъти по-голяма мощност от тази на устройствата включени на изхода му, иначе може да го претоварим и да се включи защитата му. Как обаче да познаем какъв е вида на мощността на една електрическа кафеварка или кафемелачка например или на електрическата самобръсначка? Всъщност за непрофесионалистите има някои елементарни ориентири, при които няма да се налага да мерите фактора на мощността cos Ф. Ако в уреда, който включвате има електрически двигател или трансформатор, той е с реактивен товар и трябва да умножите мощността написана на капака му по три. Следователно кафеварката е активен товар, а кафемелачката – индуктивен. Самобръсначката също е индуктивен. Лаптопа също се захранва през адаптор, в състава на който е включен трансформатор, но той е сравнително малък и няма да повлия съществено изчисляването на нужната мощност на инвертора. Практически всеки лаптоп може да захраните с инвертор с мощност 300 W и по-голяма  в зависимост от консумацията на батерията в режим на заряд. Бормашини, помпи, винтоверти, ъглошлайфи, центрофуги, хладилници с мотор, климатици, аспиратори и др. са все индуктивности.

Инверторите имат три вида мощности. Една постоянна, която могат да поддържат за много дълъг период от време. Точно тази мощност се приема за номиналната мощност на инвертора и се изписва върху корпуса му с големи цифри. Втората, е мощност малко по-голяма от нея (около 20-30%), която всеки инвертор може да осигури за не-повече от половин час и една трета – пикова (моментна), която е до два пъти по-голяма от номиналната, но може да се отдава само за няколко милисекунди. Тя също е важна, защото служи при осигуряването на достатъчно мощност в пусков режим на електродвигатели или капацитивни товари.

Jul 232013
 

Power supply sources are among the electronic devices that are most used in laboratories for testing various household and industrial appliances and equipment. A power supply unit can be defined as a source which supplies energy and power. Unlike industrial energy sources, such as hydroelectric power plants, heating or renewable energy, we are going to focus only on power supplies that are used for testing and evaluating the parameters of an appliance or an electronic circuit, and we are going to make a research of the possible development of the investigated object.
The initial division of power units can be done according to the type and specifications of their input and output signal:
AC input – DC output (adapters, desk power supplies for laboratories, chargers for batteries);
AC input – AC output (separating transformers, AC laboratory desk power supplies with amendable secondary voltage – automatic transformers, frequency inverters);
AC input – a combination of AC-DC outputs.
DC input – DC output (DC-DC converter);
DC input – AC output (inverter, generator).
We would like to clarify that the word „desk“ means not only easily transportable equipment, as several devices discussed below have very high weight, but also shows the purpose of use, i.e. the devices are used on desks in laboratory and engineering test configurations.

Adjustable AC-AC power supply unit

When testing electrical equipment powered by alternating voltage, it is often necessary to assess how the equipment will react when subjected to higher than the nominal voltage, and also when subjected to lower than the nominal voltage. Standard voltage variations are +/- 10%, but the deviation during actual operation can be greater if we connect a very powerful consumer to the same line, so it is important to test the equipment with voltages beyond its standard fluctuations. Sometimes an engineer-constructor in the process of designing a new device needs to test it with stress (peak) values ​​in order to eliminate the weaknesses occurring during the test, and thus to make it resistant to more extreme loads, thereby considerably extending its life.

AC-AC+DC sinhro

Laboratory power supplies with synchronous AC-DC output and AC output

For this purpose we need an AC power supply device with adjustable output voltage. Another possible use of the adjustable power supply unit is to see what happens with the electronics, when the test device is connected for a long time through a very long power cord (or extension), which has some voltage drop or the electrical circuit cannot maintain standard nominal values ​​of current and voltage. The latter is characteristic for consumers which are remote from the power substation, usually in holiday areas or suburbs. The electronic device is reached by voltage whose values ​​are lower than those which were set when the equipment was designed and this continues for a long time. An AC-AC power supply unit can operate similarly to test various devices before they are put on the conveyor.

The change of the output voltage in the power supply unit is accomplished by switching individual coils or through the use of an autotransformer. The typical front panel of a power supply unit usually has an ammeter, voltmeter and / or power meter, a commutator of different voltages or a rotary potentiometer for gradual voltage alternation. There are also sockets or terminals for several different channels or even some type of contact, a commutator between the channels and a power button for switching the unit. If necessary, the adjustable AC-AC power supply unit or one of its channels can be used for switching and gradually adjusting a soldering iron.

 Adjustable AC-DC power supply

An AC-DC power supply is the widespread adapter, also called a battery eliminator. This name describes their main function – to replace the batteries with the huge advantage that the power supply can change the value of the output DC voltage and is typically much more powerful than a universal adapter, for example. On its front panel there is usually a commutator of the main DC voltages, a switching button and sockets for connecting the DC consumer (e.g. for a banana plug). A special case of this power supply is a charger for a car battery, but it can also be used to power radios, car stereos, etc.

DC supply

Laboratory linear single-channel DC power supply with LED indication and gradual adjustment of current and voltage

One variation of this type of power supply unit is a power supply device which maintains constant (stabilized) voltage, irrespective of the magnitude and the alteration of the load (constant voltage supply). These devices are also adjustable, so their front panel is equipped not only with a voltage regulator but also with a voltmeter, and occasionally an ammeter, by which the voltage is set. They can have one or more single outputs, and an option to connect the device to a more precise measuring system. This unit can also work as a replacement of batteries (battery eliminator), if necessary.
The next version of AC-DC adjustable power supply is a power supply unit, the output of which is fed with constant voltage and constant current (constant voltage / constant current supply). These devices are very common and are present in all electrical laboratories, research centers, university laboratories, telecommunications and automation. They are made of electronic components and modules, selected at very high standards for quality and precision. The output provides stabilized output voltage, and stabilized output constant current and they can be adjusted gradually and independently of each other.

2chanel DC supply

Laboratory two-channel linear DC power supply

The source of  stabilized constant voltage and constant current is made of a step-down transformer, a rectifier and a filtering unit, a source of comparison voltage, a circuit for comparison of stabilized voltage and respectively stabilized current, an amplifier, a stabilizer, a circuit for DC measuring, etc. When the output voltage changes due to changes of the supply voltage or the current through the load, the alternating signal is compared with the comparison voltage by means of the scheme for measuring stabilized voltage, then the error signal is amplified by the amplifier for comparison and is fed to the amplifier as a control signal (positive feedback) in order to change the output voltage to a specified value. The amplifier for comparison consists of an operational amplifier with high amplification, so that it is able to make the stabilization even at small voltage changes. Devices of this type can be connected both in series and in parallel so that there are higher voltages or currents.

A variation of this laboratory linear DC power supply is when the device is equipped with two, three or more outputs (multiple output supply). This laboratory linear DC power supply can be programmable, as we will mention further in the text, its two channels can be connected in parallel and in series, depending on the purpose of measurement. Contemporary power supplies are equipped with LED screens, which display the parameters of current and voltage of both channels, buttons for gradual regulation of voltage and current of the front panel, protections against overloads and current rush, cooling system, etc. The more expensive power supply units also memorize the settings made in previous measurements, which is very useful during repetitive tests.

Thus we gradually come to the next category of power supplies – programmable linear DC power supply units.

These are DC power supplies, equipped with their own software, participating in a computer controlled system for testing or production. These laboratory devices work with different types of interfaces, the most common of which are: IEEE-488, also known as GPIB. Another popular interface is RS-232, and in the various units are used some network interfaces, e.g. Ethernet, USB interfaces, etc. These devices have detailed instructions regarding the interface, with which they work for the user’s facilitation. The computer connection is also useful because it gives the opportunity to download volt-ampere characteristics of the studied device easily and quickly.

In the next part of the article we will focus on how you can choose your required power supply, pulse power supply units, which are indispensable, brief summarized instructions on how to work with the most common power supplies, control of the technical characteristics of EFT, avoiding pulsation and extraneous noise, achieving the highest precision of a device, selecting operation mode, etc. We will look three-phase power supplies with high power and DC-DC power.