Сетевое напряжение

Простейший путь организовать надёжное питание микроконтроллерного устройства — это «не изобретать велосипед», а использовать покупные промышленные адаптеры. Среди радиолюбителей достаточно популярными являются малогабаритные блоки питания в пластмассовом корпусе с запрессованной в него вилкой. В обиходе такие адаптеры называют «сетевыми вилками» или, по-английски, WW (Wall Warts).

Различают аналоговые и импульсные «сетевые вилки».

Аналоговые «сетевые вилки» выполняются по традиционной схеме «трансформатор — мостовой выпрямитель — электролитический конденсатор фильтра». Их выходное напряжение обычно не стабилизировано, хотя встречаются блоки питания с встроенной микросхемой из серии «78хх». Электрические параметры «сетевых вилок» указываются прямо на этикетке корпуса. Типовые значения: выходное напряжение 1.5. 12 В при токе нагрузки 0.2. 2 А.

Важный нюанс. Заявленные в этикетке данные могут не соответствовать действительности или выполняться с чрезмерным нагревом корпуса. Хорошим ориентиром при выборе адаптера является его масса. Чем он тяжелее (250. 450 г), тем больше выходная мощность и тем меньше температура нагрева.

Импульсные «сетевые вилки» тоже содержат трансформаторную развязку, но только на более высокой частоте. Внутри у них находится стабилизированный транзисторно-микросхемный AC/DC-преобразователь напряжения и импульсный трансформатор. Для сравнения, при выходной мощности 18 Вт, они весят всего лишь 200 г, имеют хороший КПД и низкий уровень пульсаций (Табл. 6.1). Из недостатков — более высокая цена, чем у аналоговых «сетевых вилок».

Шнур, выходящий из «сетевой вилки», оканчивается штыревым разъёмом DC Plug из серий «DJK», «2А» «РС» (название зависит от фирмы-изготовителя). Подбирая к нему ответную часть, надо знать точные геометрические размеры, потому что диаметры штырей встречаются разные. И хотя отличие порой составляет полмиллиметра, это может стать непреодолимым препятствием для стыковки.

На Рис. 6.1, а. ж показаны схемы организации питания от сети 220 В с использованием «сетевых вилок».

Рис. 6.1. Схемы организации питания от сети 220 В через «сетевые вилки» (начало):

а) типовая «сетевая вилка». Выходное напряжение не стабилизировано и зависит оттока нагрузки. Диаметр штыря разъёма XI в основном бывает двух типов: «малый» (1.65 мм) и «большой» (2.1 мм), что надо учитывать, подбирая ответную часть,

б) адаптация к сети 220 В «американской сетевой вилки», изначально рассчитанной на переменное напряжение 110 В. Резистор RI разряжает балластный конденсатор C1 при отключении устройства от сети 220 В, иначе «искра» от конденсатора может больно пройти через тело человека, если случайно взяться за сетевую вилку пальцами,

в) если имеется возможность выбрать одну «сетевую вилку» из нескольких однотипных, то следует по миллиамперметру PAI измерить переменный ток в первичной обмотке трансформатора 77 на холостом ходу, т.е. без нагрузки. Себе лучше оставить ту«сегевую вилку», которая имеет минимальный ток, обычно в районе 10. 20 мА,

г) автоматическая подача питания +5 В при нажатии кнопки SBI, при этом начинает работать телевизор или иной бытовой прибор (торшер, вентилятор). Первичная обмотка трансформатора 77 «сетевой вилки» дорабатывается уменьшением числа витков до 120. 160 проводом ПЭВ-0.31. В рабочем состоянии на первичной обмотке должно падать 3. 4 В, то есть трансформатор напряжения превращается в трансформатор тока. Стабилитрон VD5 защищает вход стабилизатора DA1 от импульсных перегрузок при включении/выключении телевизора,

Рис. 6.1. Схемы организации питания от сети 220 В через «сетевые вилки» (окончание):

д) аппаратное уменьшение температуры греющейся «сетевой вилки» с некачественно изготовленным трансформатором 77 (недостаточное число витков в первичной обмотке). Доработка заключается в установке элементов Rl, C1. CJ. Конденсатор C1 снижает напряжение, а элементы С2, CJ, VDI, VD2 — удваивают его,

е) схема Р. Степьена. Стандартные диоды моста «сетевой вилки» заменяются стабилитронами VD1. VD4, которые одновременно являются выпрямителями и стабилизаторами. Выходное напряжение получается на 0.7 В больше, чем пороговое напряжение одного стабилитрона. Балластный конденсаторе/ и резистор R1 ставятся в том случае, если первичная обмотка понижающего трансформатора 77 имеет слишком малое омическое сопротивление,

ж) А1 — это покупной «электронный трансформатор» для питания галогенных ламп. Его, в первом приближении, можно считать импульсной «сетевой вилкой», работающей на частоте около 30 кГц (зависит от мощности нагрузки). Доработка заключается в дополнительном введении в базовую схему сглаживающих конденсаторов С5. С7 и выпрямителя на высокочастотных диодах Шоттки VD7. VD10. Возможные замены диодов: MBR340, КД213, КД257 и другие аналогичные с обратным напряжением не менее 30 В.

Среднее значение и частота

Основные параметры сети переменного тока — напряжение и частота — различаются в разных регионах мира. В большинстве европейских стран низкое сетевое напряжение в трёхфазных сетях составляет 230/400 В при частоте 50 Гц, а в промышленных сетях — 400/690 В. В Северной, Центральной и частично Южной Америке низкое сетевое напряжение в сетях с раздёлённой фазой составляет 115 В при частоте 60 Гц.

Более высокое сетевое напряжение (от 1000 В до 10 кВ) уменьшает потери при передаче электроэнергии и позволяет использовать электроприборы с большей мощностью, однако, в то же время, увеличивает тяжесть последствий от поражения током неподготовленных пользователей от незащищённых сетей.

Для использования электроприборов, предназначенных для одного сетевого напряжения, в районах, где используется другое, нужны соответствующие преобразователи (например, трансформаторы). Для некоторых электроприборов (главным образом, специализированных, не относящихся к бытовой технике) кроме напряжения играет роль и частота питающей сети.

Современное высокотехнологичное электрооборудование, как правило, содержащее в своём составе импульсные преобразователи напряжения, может иметь переключатели на различные значения сетевого напряжения либо не имеет переключателей, но допускает широкий диапазон входных напряжений: от 100 до 240 В при номинальной частоте от 50 до 60 Гц, что позволяет использовать данные электроприборы без преобразователей практически в любой стране мира.

Параметры сетевого напряжения в России

Производители электроэнергии генерируют переменный ток промышленной частоты (в России — 50 Гц). В подавляющем большинстве случаев по линиям электропередач передаётся трёхфазный ток, повышенный до высокого и сверхвысокого электрического напряжения с помощью трансформаторных подстанций, которые находятся рядом с электростанциями.

Согласно межгосударственному стандарту ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009), сетевое напряжение должно составлять 230 В ±10 % при частоте 50 ±0,2 Гц (межфазное напряжение 400 В, напряжением фаза-нейтраль 230 В, четырёхпроводная схема включения «звезда»), примечание «a)» стандарта гласит: «Однако системы 220/380 В и 240/415 В до сих пор продолжают применять».

К жилым домам (на сельские улицы) подводятся четырёхпроводные (три фазовых провода и один нейтральный (нулевой) провод) линии электропередач (воздушные или кабельные ЛЭП) с межфазным напряжением 400 Вольт. Входные автоматы и счётчики потребления электроэнергии, обычно, трёхфазные. К однофазной розетке подводится фазовый провод, нулевой провод и, возможно, провод защитного заземления или зануления, электрическое напряжение между «фазой» и «нулём» составляет 230 Вольт.

В правилах устройства электроустановок (ПУЭ-7) продолжает фигурировать величина 220, но фактически напряжение в сети почти всегда выше этого значения и достигает 230—240 В, варьируясь от 190 до 250 В. источник не указан 197 дней

Номинальные напряжения бытовых сетей (низкого напряжения): Россия (СССР, СНГ)

До 1926 года техническим регулированием электрических сетей общего назначения занимался Электротехнический отдел ИРТО, который только выпускал правила по безопасной эксплуатации. При обследовании сетей РСФСР перед созданием плана ГОЭЛРО было установлено, что на тот момент использовались практически все возможные напряжения электрических токов всех видов. Начиная с 1926 года стандартизация электрических сетей перешла к Комитету по стандартизации при Совете Труда и Обороны (Госстандарт), который выпускал стандарты на используемые номинальные напряжения сетей и аппаратуры. Начиная с 1992 года Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации выпускает стандарты для электрический сетей стран входящих в ЕЭС/ОЭС.

Питающее напряжение 220/230 В однофазное и 380/400 В трехфазное в РФ. Почему 220 и 230 В, 380 В и 400В это одно и то же. 50Гц / 60Гц. Почему питающее напряжение в электрических сетях пременное? Почему передающие сети (линии электропередач, ЛЭП) имеют очень высокое напряжение (высоковольтные)? Почему в в сетях потребителей напряжение ниже? Почему так. Жаргон электриков и здравый смысл.

Во первых, почему питающее напряжение в электрических сетях пременное, а не постоянное? Первые генераторы в конце 19-го века выдавали постоянное напряжение, пока кто-то (умный!) не сообразил, что производить переменное при генерации и выпрямлять при необходимости его в точках потребления проще, чем производить постоянное при генерации и рожать переменное в точках потребления.

Во вторых, почему 50 Гц? Да просто у немцев так получилось, в начале 20 века. Нет тут особого смысла. В США и некоторых других странах 60 Гц. (см. справку проекта dpva.ru)

В третьих, почему передающие сети (линии электропередач) имеют очень высокое напряжение?Тут смысл есть, если вспомнить основные формулы электротехники, то: потери мощности при транспортирове равны d(P)=I 2 *R, а полная передаваемая мощность равна P=I*U. Доля потерь от общей мощности выражается как d(P)/P=I*R/U. Минимальная доля потерь общей мощности, т.о. будет при максимальном напряжении. Трёхфазные сети, передающие большие мощности, имеют следующие классы напряжения:

• от 1000 кВ и выше (1150 кВ, 1500 кВ) — ультравысокий
• 1000 кВ, 500 кВ, 330 кВ — сверхвысокий
• 220 кВ, 110 кВ — ВН, высокое напряжение
• 35 кВ — СН-1, среднее первое напряжение
• 20 кВ, 10 кВ, 6 кВ, 1 кВ — СН-2, среднее второе напряжение
• 0,4 кВ, 220 В, 110 В и ниже — НН, низкое напряжение.

В четвертых: что такое номинальное обозначение В="Вольт" ( А="Ампер") в цепях переменного напряжения (тока)?Это действующее=эффективное=среднеквадратическое= среднеквадратичное значение напряжения (тока) , т.е. такое значение постоянного напряжения (тока) , которое даст такую-же тепловую мощность на аналогичном сопротивлении. Показывающие вольтметры и амперметры дают именно это значение. Максимальные амплитудные значения (например с осцилографа) по модулю всегда выше действующего.

В пятых, почему в в сетях потребителей напряжение ниже? Тут смысл тоже есть. Практически допустимые напряжения определялись доступными изоляционными материалами и их электрической прочностью. А потом уже ничего было не поменять.

Что такое "трехфазное напряжение 380/400 В и однофазное напряжение 220/230 В"? Тут внимание. Строго говоря, в большинстве случаев ( но не во всех) под трехфазной бытовой сетью в РФ понимают сеть 220(230)/380(400)В (изредка встречаются бытовые сети 127/220 В и промышленные 380/660 В. ). Неправильные, но встречающиеся обозначения: 380/220В,220/127 В, 660/380 В. Итак, далее говорим об обычной сети 220(230)/380(400)Вольт, для работы с остальными — лучше бы Вам быть электриком. Итак для такой сети:

• Наша домашняя (РФ, да и СНГ. ) сеть 230(220)/400(380)В-50Гц, в Европе 230/400В-50Гц (240/420В-50Гц в Италии и Испании), в США — частота 60Гц, а номиналы вообще другие
• К Вам придет как минимум 4 провода: 3 линейных ("фазы") и один нейтральный (вовсе не обязательно с нулевым потенциалом. )-если у Вас только 3 линейных провода, лучше зовите инженера-электрика.
• 220(230)В — это действующее напряжение между любой из "фаз"=линейный провод и нейтралью (фазное напряжение).Нейтраль — это не ноль!
• 380(400)В — это действующее значение между любыми двумя "фазами"=линейными проводами (линейное напряжение)

В шестых, почему 220В и 230В это одно и то же, почему 380В и 400В — это одно и то-же?Да потому, что ПУЭ и ГОСТы на качество питающего напряжения принимают за качественное напряжение +/- 10% от номинала. Да и электрооборудование расчитано на это.

Проект dpva.ru предупреждает: если Вы не имеете представления о мерах безопасности при работе с электроустановками (см. ПУЭ), лучше сами и не начинайте.

• Нейтраль (всех видов) не обязательно имеет нулевой потенциал. Качество питающего напряжения на практике не соответствует никаким стандартам, а должно бы соответствовать ГОСТ 13109-97 "Электрическая энергия. Совместимость технических средств. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения" (никто не виноват. )
• Защитные автоматы (тепловые и КЗ) защищают цепь от перегрузки и пожара, а не Вас от удара током
• Заземление вовсе не обязательно имеет низкое сопротивление (т.е. спасает от удара током).
• Точки с нулевым потенциалом могут иметь бесконечно большое сопротивление.
• УЗО установленное в подающем щите не защищает никого, кто получает удар током из гальванически развязанной цепи, запитанной от этого щита.

Но можно перейти на питание от постоянного напряжения 220 вольт

Это избавит от инвертора, но многие приборы от "постоянки" запустить не получится. Это любые устройства на асинхронных двигателях, так-как им нужно переменное напряжение с чистой синусоидой и частотой 50Гц. По-этому насосы и холодильник скорее всего не заработают. Но есть насосы и холодильники, которые могут питаться от постоянного напряжения, и это указано в тех-паспорте.

Так-же любые приборы содержащие импульсные блоки питания тоже могут питаться от постоянного напряжения. Электро-инструмент с коллекторными двигателями тоже без проблем работает от постоянного напряжения. Лампочки освещения тоже в основном работают от постоянного напряжения. От "постоянки" заработает чайник, электо-плитка, и бытовая техника с коллекторными электродвигателями.

При переходе на постоянное напряжение DC 220v мы избавляемся от инвертора, и вся электростанция станет на 20% дешевле расчётной, а это очень прилично на начальном этапе вложения денег на свою автономную электростанцию. Так-же плюс к надёжности системы и безотказности. И экономия на самой стоимости инвертора, так-как хороший преобразователь стоит 15-20 т.руб. Общая экономия с учётом цены инвертора будет очень существенна. Так-же экономия на сечении проводов тоже будет заметна, так-как чтобы передать на 10 метров 1кВт энергии при 12 вольт, нужны провода сечением 30-40кв., а при 220 вольт достаточно 2.5кв.

Но есть и много минусов. Во-первых трудно найти контроллеры заряда для солнечных панелей и ветряков на напряжение 220 вольт, и они очень дорогие. Но эти контроллеры выпускаются на большую мощность и в принципе стоят своих денег, хотя они реально дороже чем контроллеры на 12/24/48/96 вольт аналогичной мощности.

Кроме того аккумуляторов понадобится 18шт, и есть проблема в разбалансировке аккумуляторов между собой. Проблема разбалансировки аккумуляторов не так актуальна если все аккумуляторы одной ёмкости, и из одной партии, и эти АКБ качественные. Так-же дисбаланс можно устранить соединив все АКБ параллельно и зарядить до 100%. Можно использовать балансиры, но балансиры для 12 вольт АКБ достаточно редкие устройства, но при желании их можно найти.

Собственно сам дисбаланс это когда напряжение АКБ в цепочке разное. При полном заряде, когда общее напряжение АКБ (14*18=252) вольта, на отдельных аккумуляторах может быть не 14 вольт, а больше или меньше, и если больше, то аккумулятор в цепочке перезаряжается. Так-же и при разряде какие,то АКБ разряжаются глубже и теряют ёмкость быстрее, а далее этот процесс усугубляется. И в итоге попорченные АКБ быстро теряют ёмкость, и портят другие АКБ в цепочке, и от этого быстро умирают все 18 шт аккумуляторов. К слову сказать те-же проблемы, но в меньшей степени у систем 24/48 вольт. И только у системы на 12 вольт нет проблем с этим, и аккумуляторы параллельно можно соединять любой ёмкости, они друг другу не мешают.

Вывод: В общем питаться от постоянного напряжения 220 вольт можно, и можно обойтись без инвертора, но придётся ограничивать себя в каких-то электроприборах, которые не могут работать от " постоянки". Но в целом грубо говоря 80% современных приборов могут работать от постоянного напряжения и это указано в тех-паспорте. Правда этот параметр часто не пишут явно, так-как питание от постоянного напряжения большая редкость, но эту информацию можно уточнить у производителя.

А для питания маломощной электроники можно строить систему на 12 вольт и не использовать инвертор. Обычно мелкая электроника через зарядные устройства питается от напряжения 12 вольт, и 5 вольт. И нет смысла из 12 вольт напряжения аккумуляторов с помощью инвертора делать 220 вольт, а потом снова понижать до 12 вольт, так-как от 12 вольт электронику как в автомобиле можно питать сразу. А для устройств на 5 вольт можно использовать DC-DC преобразователи которые из 12/24 вольта делают 5 вольт (автомобильные зарядные устройства).

Смотрите видео: Сетевое напряжение под анализатором спектра

(Пока оценок нет)

Загрузка...