ANALOGU YA MSINGI YA UGAVI WA NGUVU

Kuna msemo wa zamani: "Unaweza kumpa mtu samaki na atakula kwa siku moja au unaweza kumfundisha mtu kuvua na atakula milele." Kuna vifungu vingi vinavyompa msomaji muundo maalum wa kujenga usambazaji wa nishati, na hakuna chochote kibaya na miundo hii ya vitabu vya kupikia. Mara nyingi huwa na utendaji mzuri sana. Walakini, hawafundishi wasomaji jinsi ya kuunda usambazaji wa umeme peke yao. Makala hii ya sehemu mbili itaanza tangu mwanzo na kueleza kila hatua muhimu ili kujenga usambazaji wa msingi wa umeme wa analog. Ubunifu huo utazingatia mdhibiti wa vituo vitatu vya kila mahali na ni pamoja na nyongeza kadhaa kwa muundo wa kimsingi.

Daima ni muhimu kukumbuka kuwa usambazaji wa nishati - ama kwa bidhaa fulani au kama kipande cha jumla cha kifaa cha majaribio - una uwezo wa kumpiga mtumiaji umeme, kuwasha moto, au kuharibu kifaa kinachowasha. Ni wazi, haya si mambo mazuri. Kwa sababu hiyo, ni muhimu kukabiliana na muundo huu kihafidhina. Kutoa kiasi kikubwa kwa vipengele. Ugavi wa umeme ulioundwa vizuri ni ule ambao hauonekani kamwe.

UONGOZI WA NGUVU YA KUINGIZA

Mchoro wa 1 unaonyesha muundo wa kimsingi wa usambazaji wa umeme wa analogi. Inajumuisha vipengele vitatu kuu: ubadilishaji wa nguvu ya pembejeo na hali; kurekebisha na kuchuja; na udhibiti. Ubadilishaji wa nguvu ya ingizo kwa kawaida ni kibadilishaji nguvu na ndiyo njia pekee inayozingatiwa hapa. Hata hivyo, kuna pointi kadhaa ambazo ni muhimu kutaja.

KIELELEZO 1. Ugavi wa msingi wa umeme wa analog una sehemu tatu. Mbili za kwanza zimejadiliwa katika nakala hii na ya mwisho katika awamu inayofuata.

---

Ya kwanza ni kwamba 117 VAC (Volts Alternating Current) ni kipimo cha RMS (Root Mean Square). (Kumbuka kwamba nimeona nishati ya kawaida ya kaya ikibainishwa popote kutoka VAC 110 hadi 125 VAC. Nimepima tu yangu na nikaona ni 120.0 VAC kwa usahihi.) Kipimo cha RMS cha wimbi la sine ni cha chini zaidi kuliko voltage ya kilele halisi na inawakilisha voltage sawa ya DC (Moja kwa moja ya Sasa) inahitajika kutoa nguvu sawa.

yeye RMS uongofu inatofautiana kulingana na sura ya wimbi; kwa wimbi la sine, thamani ni 1.414. Hii inamaanisha kuwa kupotoka karibu na volts sifuri kwa kweli ni volts 169.7 (kwa nguvu yangu 120 ya VAC). Nguvu hutoka -169.7 volts hadi +169.7 volts kila mzunguko. Kwa hiyo, voltage ya kilele-kilele ni kweli 339.4 volts!

Voltage hii inakuwa muhimu sana wakati wa kuongeza capacitors za bypass kwenye mistari kuu ya nguvu ili kukandamiza kelele kutoka kwa kuingia au kuondoka kwa umeme (hali ya kawaida). Ikiwa unafikiri voltage halisi ni volts 120, unaweza kutumia capacitors 150 volt. Kama unaweza kuona, hii sio sawa. Kiwango cha chini kabisa cha voltage ya kufanya kazi kwa usalama kwa capacitors yako ni volts 200 (volts 250 ni bora). Usisahau kwamba ikiwa unatarajia kuona kelele / spikes kwenye mstari, unahitaji kuongeza voltage ya kelele / spike kwenye voltage ya kilele.

Masafa ya kuingiza data kwa jumla ni 60 Hz nchini Marekani. Katika Ulaya, 50 Hz ni ya kawaida. Transfoma zilizokadiriwa kwa Hz 60 kwa ujumla zitafanya vyema kwenye 50 Hz na kinyume chake. Zaidi ya hayo, uthabiti wa mzunguko wa laini ya umeme kwa kawaida ni bora na mara chache huzingatiwa. Mara kwa mara, unaweza kupata transfoma 400 Hz zinapatikana. Hivi kwa kawaida ni vifaa vya kijeshi au vya angani na kwa ujumla havifai kutumika kwa nishati ya 50/60 Hz (au kinyume chake).

Pato la kibadilishaji pia limeainishwa kama voltage ya RMS. Zaidi ya hayo, voltage iliyotajwa ni voltage ya chini inayotarajiwa chini ya mzigo kamili. Mara nyingi kuna ongezeko la 10% la pato lililokadiriwa bila mzigo. (Kibadilishaji changu cha 25.2 volt/two-amp hupima volts 28.6 bila mzigo.) Hii ina maana kwamba voltage halisi isiyo na mzigo / kilele cha pato kwa transformer yangu ya 25.2 volt ni 40.4 volts! Kama unavyoona, ni muhimu kukumbuka kila wakati kwamba volti za RMS zilizokadiriwa kwa nguvu ya AC ni chini sana kuliko volti za kilele halisi.

Mchoro wa 2 hutoa ubadilishaji wa kawaida wa nguvu ya pembejeo na muundo wa hali. Napendelea kutumia swichi ya nguzo mbili ingawa sio lazima kabisa. Inalinda dhidi ya vituo vya umeme vilivyotumiwa vibaya (ambayo ni nadra leo) au nguvu isiyoeleweka inaongoza kwenye usambazaji wa nguvu yenyewe (ambayo ni ya kawaida zaidi). Ni muhimu kwamba wakati swichi ya umeme imezimwa, risasi ya moto itakatwa kutoka kwa usambazaji wa nishati.

KIELELEZO 2. Mpangilio wa uingizaji ni wa msingi sana, lakini ni lazima ikumbukwe kwamba voltage ya RMS si sawa na voltage ya kilele. Voltage ya kilele cha 120 VAC RMS ni takriban 170 volts.

---

Fuse (au mzunguko wa mzunguko) ni muhimu. Kusudi lake kuu ni kuzuia moto kwa sababu bila hiyo, kibadilishaji au kifupi cha mzunguko wa msingi kitaruhusu mikondo mikubwa kutiririka na kusababisha sehemu za chuma kupata nyekundu au hata nyeupe moto. Kawaida ni aina ya pigo la polepole iliyokadiriwa kuwa volts 250. Ukadiriaji wa sasa unapaswa kuwa karibu mara mbili ya kile kibadilishaji kinaweza kutarajia kuchora.

Kwa mfano, kibadilishaji cha volti 25.2 cha amp-amp kilichotajwa hapo juu kitachota takriban ampea 0.42 za mkondo wa msingi (25.2 volts/120 volts x ampea mbili). Kwa hivyo, fuse ya amp moja ni sawa. Fuse katika sekondari itajadiliwa katika makala inayofuata.

Vipimo vya kuepusha vinasaidia kuchuja kelele na ni hiari. Kwa kuwa voltage ya kilele ni karibu volts 170, rating ya 250 volt ni bora zaidi kuliko rating ya 200 ya volts. Unaweza kutaka kutumia "kichujio cha kuingiza nguvu." Kuna aina nyingi za vitengo hivi. Baadhi huwa na kiunganishi cha kawaida cha nishati, swichi, kishikilia fuse na kichujio katika kifurushi kimoja kidogo. Wengine wanaweza kuwa na baadhi tu ya vipengele hivi. Kwa kawaida, zilizo na kila kitu ni ghali, lakini vitengo vya ziada vinaweza kupatikana kwa bei nzuri sana.

Kuwa na uwezo wa kuamua ikiwa saketi ya msingi inaendeshwa ni muhimu kwa hivyo taa ya majaribio inatumiwa. Saketi mbili za kawaida zinaonyeshwa. Taa ya neon imetumika kwa miongo kadhaa. Ni rahisi na ya bei nafuu. Ina vikwazo kwamba ni tete kwa kiasi fulani (imefanywa kwa kioo); inaweza flicker ikiwa resistor ni kubwa sana; na inaweza kutoa kelele za umeme (kwa sababu ya kuvunjika kwa ghafla kwa ionic ya gesi ya neon).

Mzunguko wa LED pia unahitaji kupinga sasa-kikwazo. Kwa 10,000 hms, karibu 12 mA ya sasa hutolewa. LED nyingi zimepimwa kwa sasa ya juu ya 20 mA, hivyo 12 mA ni ya busara. (Taa za LED za ufanisi wa juu zinaweza kufanya kazi kwa kuridhisha zikiwa na mA 1 au 2 pekee, kwa hivyo kinzani kinaweza kuongezwa inavyohitajika.)

Kumbuka kuwa LEDs zina voltages duni za kuvunjika kwa nyuma (kawaida volts 10 hadi 20). Kwa sababu hiyo, diode ya pili ni muhimu. Hii lazima iweze kufanya kazi na angalau volti 170 za PIV (Peak Inverse Voltage). 1N4003 ya kawaida imekadiriwa kuwa 200 PIV ambayo haitoi ukingo mwingi. 1N4004 imekadiriwa kuwa 400 PIV na inagharimu labda senti zaidi. Kwa kuiweka katika mfululizo na LED, PIV ya jumla ni 400 pamoja na LED PIV.

KUREKEBISHA NA KUCHUJA

Kielelezo cha 3, 4, na 5 kinaonyesha mizunguko ya kawaida zaidi ya urekebishaji na mwonekano wa mawimbi ulioonyeshwa hapo juu. (Capacitor ya kichujio haijaonyeshwa kwa sababu kwa kuiongeza, muundo wa wimbi hubadilika kuwa kitu kama voltage ya DC.) Ni muhimu kuchunguza saketi hizi tatu za msingi ili kubaini uwezo na udhaifu wao.

Mchoro wa 3 unaonyesha kirekebishaji cha msingi cha nusu-wimbi. Sifa pekee ya ukombozi ya hii ni kwamba ni rahisi sana, kwa kutumia kirekebishaji kimoja tu. Kipengele kibaya ni kwamba hutumia nusu tu ya mzunguko wa nguvu kufanya ufanisi wa kinadharia wa mzunguko chini ya 50% tu kuanza. Mara nyingi, vifaa vya nguvu vya kurekebisha nusu-wimbi vina ufanisi wa 30% tu. Kwa kuwa transfoma ni vitu vya gharama kubwa, ufanisi huu ni wa gharama kubwa sana. Pili, sura ya wimbi ni ngumu sana kuchuja. Nusu ya muda hakuna nguvu hata kidogo kutoka kwa kibadilishaji. Kulainisha pato kunahitaji viwango vya juu sana vya uwezo. Hutumika mara chache sana kwa usambazaji wa umeme wa analogi.

KIELELEZO 3. Saketi ya kurekebisha nusu-wimbi ni rahisi lakini hutoa umbo duni wa mawimbi ambayo ni ngumu sana kuchuja. Zaidi ya hayo, nusu ya nguvu ya transfoma inapotea. (Kumbuka kwamba vidhibiti vya kuchuja vimeachwa kwa uwazi kwa sababu vinabadilisha muundo wa wimbi.)

---

Jambo la kuvutia na muhimu hutokea wakati capacitor ya chujio imeongezwa kwenye mzunguko wa nusu ya wimbi la kurekebisha. Tofauti ya voltage isiyo na mzigo huongezeka mara mbili. Hii ni kwa sababu capacitor huhifadhi nishati kutoka nusu ya kwanza (sehemu chanya) ya mzunguko. Wakati nusu ya pili inatokea, capacitor inashikilia voltage ya kilele chanya na voltage ya kilele hasi hutumiwa kwenye terminal nyingine na kusababisha voltage kamili ya kilele cha kilele ili kuonekana na capacitor na kwa njia hiyo, diode. Kwa hiyo, kwa transformer 25.2 volt hapo juu, voltage halisi ya kilele inayoonekana na vipengele hivi inaweza kuwa zaidi ya 80 volts!

Mchoro wa 4 (mzunguko wa juu) ni mfano wa mzunguko wa kawaida wa kirekebishaji cha mawimbi kamili/kituo. Wakati hii inatumiwa, katika hali nyingi, labda haipaswi kuwa. Inatoa pato zuri ambalo limerekebishwa kikamilifu. Hii hurahisisha uchujaji. Inatumia virekebishaji viwili tu, kwa hivyo ni ghali sana. Walakini, haifai zaidi kuliko mzunguko wa nusu-wimbi uliowasilishwa hapo juu.

KIELELEZO 4. Muundo wa wimbi kamili (juu) hutoa pato nzuri. Kwa kuchora tena mzunguko (chini), inaweza kuonekana kuwa ni virekebishaji viwili vya nusu-wimbi vilivyounganishwa pamoja. Tena, nusu ya nguvu ya transfoma inapotea.

---

Hii inaweza kuonekana kwa kuchora tena mzunguko na transfoma mbili (Kielelezo 4 chini). Hii inapofanywa, inakuwa wazi kuwa wimbi kamili ni mizunguko miwili ya nusu-wimbi iliyounganishwa pamoja. Nusu ya kila mzunguko wa nguvu ya transformer haitumiwi. Kwa hivyo, ufanisi wa juu wa kinadharia ni 50% na ufanisi halisi karibu 30%.

PIV ya mzunguko ni nusu ya mzunguko wa nusu-wimbi kwa sababu voltage ya pembejeo kwa diodes ni nusu ya pato la transformer. Bomba la kati hutoa nusu ya voltage kwenye ncha mbili za windings za transformer. Kwa hiyo, kwa mfano wa 25.2 volt transformer, PIV ni 35.6 volts pamoja na ongezeko la hakuna mzigo ambalo ni karibu 10% zaidi.

Mchoro wa 5 unaonyesha mzunguko wa kurekebisha daraja ambao kwa ujumla unapaswa kuwa chaguo la kwanza. Matokeo yamerekebishwa kikamilifu kwa hivyo kuchuja ni rahisi sana. Muhimu zaidi, hata hivyo, hutumia nusu zote mbili za mzunguko wa nguvu. Huu ni muundo wa ufanisi zaidi na hupata zaidi kutoka kwa transformer ya gharama kubwa. Kuongeza diode mbili ni ghali sana kuliko kuongeza ukadiriaji wa nguvu ya kibadilishaji mara mbili (kipimo cha "Volt-Amps" au VA).

KIELELEZO 5. Mbinu ya kurekebisha daraja (juu) hutoa matumizi kamili ya nguvu ya transformer na kwa urekebishaji kamili wa wimbi. Zaidi ya hayo, kwa kubadilisha kumbukumbu ya ardhi (chini), ugavi wa umeme wa voltage mbili unaweza kupatikana.

---

Upungufu pekee wa muundo huu ni kwamba nguvu lazima ipite kupitia diode mbili na kushuka kwa voltage ya volts 1.4 badala ya 0.7 volts kwa miundo mingine. Kwa ujumla, hili ni suala la usambazaji wa umeme wa volti ya chini ambapo volt 0.7 za ziada zinawakilisha sehemu kubwa ya matokeo. (Katika hali kama hizi, usambazaji wa umeme wa kubadili kawaida hutumiwa badala ya mizunguko yoyote hapo juu.)

Kwa kuwa kuna diode mbili zinazotumiwa kwa kila mzunguko wa nusu, nusu tu ya voltage ya transformer inaonekana kwa kila mmoja. Hii inafanya PIV kuwa sawa na voltage ya kilele cha pembejeo au mara 1.414 ya voltage ya transformer, ambayo ni sawa na mzunguko wa wimbi kamili hapo juu.

Kipengele kizuri sana cha kurekebisha daraja ni kwamba kumbukumbu ya ardhi inaweza kubadilishwa ili kuunda voltage chanya na hasi ya pato. Hii imeonyeshwa chini ya Kielelezo 5.

KUCHUJA

Takriban uchujaji wote wa usambazaji wa umeme wa analogi hutoka kwa capacitor ya chujio. Inawezekana kutumia inductor katika mfululizo na pato, lakini kwa 60 Hz, inductors hizi lazima ziwe kubwa kabisa na ni ghali. Mara kwa mara, hutumiwa kwa vifaa vya nguvu vya juu-voltage ambapo capacitors zinazofaa ni ghali.

Njia ya kuhesabu capacitor ya chujio (C) ni rahisi sana, lakini unahitaji kujua voltage inayokubalika ya kilele hadi kilele (V), muda wa nusu ya mzunguko (T), na inayotolewa sasa (I). Fomula hiyo ni C=I*T/V, ambapo C iko katika mikrofaradi, mimi iko katika milimita, T iko katika milisekunde, na V iko katika volti. Muda wa nusu mzunguko wa Hz 60 ni milisekunde 8.3 (rejelea: Kitabu cha Mwongozo cha Radio Amateur cha 1997).

Ni wazi kutoka kwa fomula kwamba mahitaji ya kuchuja yanaongezwa kwa usambazaji wa nguvu wa juu wa sasa na/au wa chini, lakini hii ni akili ya kawaida. Mfano rahisi kukumbuka ni mikrofaradi 3,000 kwa ampere ya sasa itatoa takriban volti tatu za ripple. Unaweza kufanya uwiano tofauti kutoka kwa mfano huu ili kutoa makadirio yanayofaa ya kile unachohitaji kwa haraka.

Jambo moja muhimu la kuzingatia ni kuongezeka kwa mkondo wakati wa kuwasha. Vipashio vya kuchuja hufanya kama kaptura zisizokufa hadi zitakapochajiwa. Kubwa kwa capacitors, kuongezeka kwa hii itakuwa kubwa. Transformer kubwa, kuongezeka zaidi itakuwa. Kwa vifaa vingi vya chini vya voltage ya analog (<50 volts), upinzani wa vilima vya transformer husaidia kwa kiasi fulani. Transfoma ya 25.2 volt / mbili amp ina upinzani wa sekondari uliopimwa wa 0.6 ohms. Hii inaweka kikomo cha juu cha kukimbilia hadi 42 amps. Zaidi ya hayo, inductance ya transformer inapunguza hii kiasi fulani. Walakini, bado kuna uwezekano mkubwa wa kuongezeka kwa sasa wakati wa kuwasha.

Habari njema ni kwamba virekebishaji vya kisasa vya silicon mara nyingi vina uwezo mkubwa wa sasa wa kuongezeka. Familia ya kawaida ya 1N400x ya diode kawaida hutajwa na amps 30 za sasa za kuongezeka. Na mzunguko wa daraja, kuna diodi mbili zinazobeba hii, kwa hivyo hali mbaya zaidi ni ampea 21 kila moja ambayo iko chini ya vipimo vya amp 30 (ikizingatiwa kushiriki sawa kwa sasa, ambayo sio hivyo kila wakati). Huu ni mfano uliokithiri. Kwa ujumla, kipengele cha takriban 10 hutumiwa, badala ya 21.

Walakini, kuongezeka kwa sasa sio jambo la kupuuzwa. Kutumia senti chache zaidi kutumia daraja la amp-tatu badala ya daraja la amp moja kunaweza kuwa pesa zilizotumiwa vizuri.

UBUNIFU WA VITENDO

Sasa tunaweza kuweka sheria na kanuni hizi za kutumia na kuanza kuunda usambazaji wa msingi wa umeme. Tutatumia kibadilishaji volti 25.2 kama msingi wa muundo. Kielelezo cha 6 kinaweza kuonekana kama mchanganyiko wa takwimu za awali lakini kwa maadili ya vitendo yaliyoongezwa. Nuru ya pili ya majaribio katika sekondari inaonyesha hali yake. Inaonyesha pia ikiwa kuna malipo kwenye capacitor. Kwa thamani hiyo kubwa, hii ni muhimu kuzingatia usalama. (Kumbuka kwamba kwa kuwa hii ni ishara ya DC, diode ya reverse 1N4004 haihitajiki.)

KIELELEZO 6. Muundo wa mwisho wa usambazaji wa umeme na vipimo vya sehemu za vitendo. Kudhibiti mamlaka kutajadiliwa katika makala inayofuata.

---

Inaweza kuwa nafuu kutumia capacitors mbili ndogo kwa sambamba kuliko moja kubwa. Voltage ya kazi kwa capacitor lazima iwe angalau 63 volts; Volti 50 haitoshi ukingo wa kilele cha volt 40. Kitengo cha volt 50 hutoa kiasi cha 25% tu. Hii inaweza kuwa sawa kwa programu isiyo ya muhimu, lakini ikiwa capacitor itashindwa hapa, matokeo yanaweza kuwa ya janga. Capacitor ya volt 63 hutoa kiasi cha 60% wakati kifaa cha volt 100 kinatoa kiasi cha 150%. Kwa vifaa vya umeme, kanuni ya jumla ya kidole gumba ni kati ya 50% na 100% ya ukingo kwa virekebishaji na vidhibiti. (Ripple inapaswa kuwa takriban volti mbili, kama inavyoonyeshwa.)

Kirekebishaji daraja lazima kiwe na uwezo wa kuhimili ongezeko la juu la sasa la sasa, kwa hivyo kutumia dime moja au mbili za ziada kwa uimarishaji wa kutegemewa kunastahili. Kumbuka kuwa daraja limeainishwa na kile ambacho kibadilishaji kinaweza kutoa badala ya kile ambacho usambazaji wa umeme umeainishwa. Hii inafanywa ikiwa kuna matokeo fupi. Katika kesi hiyo, sasa kamili ya transformer itapitishwa kupitia diodes. Kumbuka, kushindwa kwa usambazaji wa umeme ni jambo baya. Kwa hiyo, itengeneze ili iwe imara.

HITIMISHO

Maelezo ni muhimu kuzingatia katika kubuni usambazaji wa umeme. Kuzingatia tofauti kati ya voltage ya RMS na voltage ya kilele ni muhimu katika kuamua voltages sahihi za kufanya kazi kwa usambazaji. Zaidi ya hayo, sasa kuongezeka kwa awali ni jambo ambalo haliwezi kupuuzwa.

Katika Sehemu ya 2, tutakamilisha mradi huu kwa kuongeza kidhibiti cha vituo vitatu. Tutabuni usambazaji wa umeme wa madhumuni ya jumla, usio na kikomo, unaoweza kubadilishwa na uzimaji wa mbali. Zaidi ya hayo, kanuni zinazotumiwa kwa kubuni hii zinaweza kutumika kwa muundo wowote wa usambazaji wa nguvu. 

Acha ujumbe 

Orodha ujumbe