أنواع الإمداد بالطاقة

في الهندسة الكهربائية ، مصدر الطاقة هو جهاز يحول الطاقة الكهربائية إلى جهد كهربائي ناتج ، وتيار ، وتردد مطلوب بواسطة جهاز كهربائي متصل. يقوم بتحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر وتشغيل الأجهزة الإلكترونية المختلفة (الكمبيوتر ، والتلفزيون ، والطابعة ، والموجه ، وما إلى ذلك). هناك نوعان مختلفان من مصادر الطاقة: مصدر الجهد (يوفر جهدًا ثابتًا) والمصدر الحالي (يوفر تيارًا ثابتًا).

يمكن تقسيم إمدادات الطاقة للأجهزة الإلكترونية بشكل أساسي إلى خطي ونبضي:

• إمدادات الطاقة الخطية التي يكون فيها العنصر المقابل عبارة عن محول (يوجد أيضًا مزودات طاقة خطية بدون محولات) ؛
• تبديل إمدادات الطاقة باستخدام أنواع مختلفة من الأنظمة الإلكترونية (محولات الجهد) ؛

تتميز الأجهزة الخطية بتصميم بسيط نسبيًا يمكن أن يصبح أكثر تعقيدًا مع زيادة التيار الذي يحتاجون إليه لتزويدهم ، لكن تنظيم الجهد لديهم ليس فعالًا للغاية بالنسبة لهم.

الطاقة جزء لا يتجزأ من العديد من الأجهزة. بعض الأنواع الرئيسية هي:

• وحدة الإمداد بالطاقة النبضية. حاليًا ، يتم تصنيع معظم مصادر الطاقة في شكل تبديل إمدادات الطاقة. ميزتها هي الوزن المنخفض بشكل أساسي. عندما لم يكن التحكم في الحالة الصلبة وإمدادات الطاقة متوفرين بعد ، تم استخدام إمدادات طاقة المحولات الأثقل والأكثر ديمومة للسماح بتصميمات إمداد الطاقة التحويلية منخفضة التكلفة.
• مصدر طاقة الكمبيوتر. تحتوي أجهزة الكمبيوتر على مصدر طاقة تبديل يقوم بتحويل جهد التيار المتردد المنخفض من شبكة التوزيع (230 فولت ، 50 هرتز) إلى الجهد المنخفض المستخدم في الدوائر الكهربائية للكمبيوتر (تيار مستمر 3.3 فولت و 5 فولت و 12 فولت).
• محول الشبكة. إنه مصدر طاقة تحويل صغير على شكل وحجم مثل القابس الكهربائي القياسي (مثل شاحن الهاتف المحمول) المستخدم في مصدر التيار الكهربائي بجهد 230 فولت الذي يوفر الجهد المنخفض المطلوب لجهاز كهربائي أو إلكتروني معين. تُستخدم محولات التيار المتردد عادةً مع الأجهزة والأجهزة التي لا تحتوي على مصدر طاقة داخلي خاص بها.
• مصدر طاقة اللحام. توفر مصادر اللحام تيارًا عاليًا (عادةً مئات الأمبيرات) يسمح للمعدن بالذوبان محليًا وبالتالي الانضمام. في السابق ، تم استخدام ما يسمى بمحولات اللحام (مع محولات كهرومغناطيسية خاصة مصممة لتيارات اللحام العالية) ، وأكثر حداثة هي محولات اللحام بالتحكم الإلكتروني.

المقاومة الداخلية لمصدر الطاقة

دائمًا ما يوفر مصدر الطاقة المثالي ، كمصدر للجهد ، نفس الجهد بغض النظر عن الحمل المتصل (أي أن جهد الإمداد ثابت عند سحب تيار مختلف).

ومع ذلك ، لا يوجد مصدر مثالي لأن المقاومة الداخلية يحد المصدر الحقيقي من الحد الأقصى للتيار الذي يمكن أن يتدفق عبر الدائرة.

يمكن أن يستخدم مصدر الطاقة هذا منظم جهد لتوفير جهد خرج ثابت ، والذي يتم توفيره من خلال انخفاض الجهد (الفرق بين جهد الإدخال والإخراج للمنظم). مثال - تحويل منظم الجهد

لذلك وفقًا لجودة جهد الخرج ، تتميز مصادر الطاقة:

• المصادر المستقرة ، والتي يتم الحفاظ على جهدها عند مستوى ثابت ، بغض النظر عن تقلبات التيار ،
• مصادر غير منظمة حيث قد يختلف جهد الخرج مع تقلبات التيار.

إمدادات الطاقة الخطية المحولات

تتكون المصادر الخطية الكلاسيكية من العناصر التالية: محول ، مقوم ، مرشح ومنظم جهد.

مخطط تخطيطي لإمداد الطاقة الخطي

أولاً ، يقوم المحول بتحويل جهد التيار الكهربائي إلى جهد منخفض ويوفر العزلة كلفاني... تسمى الدائرة التي تحول التيار المتردد إلى تيار مباشر نبضي المعدل (تُستخدم دوائر جسر الصمام الثنائي للتصحيح) ، ثم يقلل المرشح المزود بالمكثفات والمحاثات من التموج. المزيد عن المرشحات - فلاتر الطاقة.

يتم تحقيق تنظيم أو استقرار الجهد إلى قيمة معينة باستخدام ما يسمى منظم الجهد في البناء الذي الترانزستورات.

يعمل الترانزستور في الدائرة كمقاومة قابلة للتعديل.عند إخراج هذه المرحلة ، من أجل تحقيق قدر أكبر من الاستقرار في الموجة ، توجد مرحلة ترشيح ثانية (على الرغم من أنه ليس بالضرورة ، كل هذا يتوقف على متطلبات التصميم) ، يمكن أن يكون مكثفًا تقليديًا.

من بين مصادر الطاقة هناك تلك التي تكون فيها الطاقة الموردة للحمل ينظمها الثايرستورلتزويد الجهد والطاقة المطلوبين للحمل.

مزود طاقة مختبري ألماني

مزودات الطاقة الخطية الحديثة

يتم تحقيق استقرار الجهد في النوع الأساسي من المصادر الخطية عن طريق توصيل عنصر خاص بالتوازي مع دائرة يتم تغذيتها بمصدر غير منظم للجهد العالي من خلال المقاوم المناسب ، حيث تُظهر خاصية الجهد الحالي زيادة حادة في التيار عند المطلوب الجهد االكهربى. إنه مثل هذا العنصر الصمام الثنائي زينر، والتي تعمل على نطاق واسع من عتبة الفولتية.

تتمثل عيوب مصدر طاقة zener diode في ثبات جهد الخرج المنخفض نسبيًا ، ونطاق تيار صغير نسبيًا ، وكفاءة منخفضة بشكل خاص ، حيث يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة في المقاوم المتسلسل وفي الصمام الثنائي zener نفسه.

تستخدم المصادر الخطية الحديثة (عادة في شكل دائرة متكاملة) عنصر مقاومة متغير (ترانزستور وضع خطي) يتم التحكم فيه عن طريق التغذية المرتدة بناءً على الفرق بين جهد الخرج والجهد المستمر من جهد مرجعي داخلي (يعتمد على الصمام الثنائي الدائرة ، ولكن مع تيار مباشر صغير).

المصادر الخطية النموذجية هي 78xx ICs (على سبيل المثال ، 7805 هو مصدر جهد 5 فولت) ومشتقاتها.

عيب مصادر الطاقة الخطية هذه هو كفاءتها المنخفضة (ولأن تبديد الطاقة في الدائرة المتكاملة يختلف باختلاف الحرارة والحاجة إلى التبريد) ، خاصةً عندما يكون هناك فرق كبير بين جهد الإدخال والإخراج والتيارات العالية. كما أنه من غير المواتي في بعض الأحيان أن يكون جهد الخرج دائمًا أقل من جهد الدخل.

تكمن الميزة في تكلفتها المنخفضة وصغر حجمها وسهولة استخدامها وعدم وجود تداخل من الخارج وفي الدائرة الكهربائية.

مزود طاقة مدمج في معمل هندسة كهربائية

تبديل مصادر الطاقة

في إمدادات الطاقة النبضية ، يتم استخدام ترانزستور تأثير المجال ، والذي يغلق بشكل دوري بتردد مرتفع نسبيًا (عشرات كيلو هرتز أو أكثر) ويزيد من جهد الدخل لدائرة تتكون من مجموعة من ملف ومكثف وصمام ثنائي. باستخدام مزيج مناسب من هذه العناصر ، من الممكن تقليل الجهد وزيادته.

نوع آخر من مصدر الطاقة النبضي هو مزود الطاقة بمحول ومعدل الصمام الثنائي اللاحق ، والذي يستفيد من الخصائص المفيدة (حجم أصغر للمحول في التيارات العالية ، وفقد مغناطيسي أقل) للمواد المغناطيسية الحديثة (الفريت) عند الترددات العالية . عن طريق تغيير التردد ، يمكنك تحقيق تغيير في جهد الخرج.

وبالتالي ، يشتمل مصدر الطاقة هذا على دائرة (عادة في شكل دائرة متكاملة) توفر تباينًا في التردد بناءً على التغذية المرتدة من جهد الخرج لتوفير جهد خرج ثابت تحت أحمال متفاوتة.

المزيد عن تبديل مزودات الطاقة: المبادئ العامة ومزايا وعيوب تبديل إمدادات الطاقة

نظرًا لأن تحويل إمدادات الطاقة تعمل بجهد وتيارات الموجة المربعة ، فإنها عادةً ما تصدر موجات كهرومغناطيسية على نطاق تردد واسع. لذلك ، عند إنشائها واستخدامها ، من الضروري مراعاة مبادئ التوافق الكهرومغناطيسي (EMC).

معدات المختبرات

في ورشة عمل أو معمل ، يتم استخدام مصدر طاقة دقيق للقياس والاختبار واستكشاف الأخطاء وإصلاحها. تعمل مصادر الطاقة المعملية هذه على تحويل وتصحيح وتنظيم الفولتية وتيارات الإخراج بحيث يمكن إجراء القياسات دون الإضرار بالأجهزة قيد الاختبار.

أنظر أيضا:إمدادات الطاقة لأجهزة الأتمتة الصناعية