Лабораторни захранващи блокове, лабораторно захранване, I част

Лабораторно захранване. Видове. Приложения

Източниците на захранване са сред най-използваните електронни  устройства в лабораториите за изпитване на различни битови и промишлени уреди и апарати. Захранващият блок може да бъде дефиниран като източник доставящ енергия и мощност. За разлика от индустриалните източници на енергия като хидроелектрически централи, ТЕЦ или ВЕИ, при описанието на лабораторно захранване ще се спрем само на електрически захранвания, които се използват за изпитване и оценяване параметрите на даден уред или електронна схема, както и на проучване на възможностите за развитие на обекта на изследванията.

Първоначалното разделение на захранващите блокове може да се направи по вида и характера на входния и изходния сигнал в тях:

Вход AC

– изход DC (адаптери, настолни захранващи блокове за лаборатории, зарядни за батерии);

– изход AC (разделителни трансформатори, настолни променливотокови лабораторни захранвания с изменение на вторичното напрежение – автотрансформатори, честотни инвертори);

– комбинация от изходи АC-DC .

Вход DC

– изход DC (DC-DC конвертор);

– изход AC (инвертор, генератор).

Ще уточним, че под думите „настолен“ се разбира, не само леснопреносимо оборудване, доколкото някои от коментираните по-долу устройства имат доста голямо относително тегло, но като предназначение са именно такива, т.е. използвани на стендове в лабораторни и инженерингови изпитвателни конфигурации.

Регулируем AC-AC захранващ блок

При тестване на електрическо оборудване, захранвано с променливо напрежение, често се налага да се оцени как ще реагира оборудването, когато се подложи на по-високо от номиналното напрежение, а така също и когато се подложи на по-ниско от номиналното. Стандартните вариации на напрежението са +/-10%, но отклонението в реален режим на работа може да бъде и по-голямо, ако към същата линия се включи много мощен консуматор, затова е важно да подложим оборудването на изпитание с напрежения извън стандартните му флуктуации. Понякога инженер-конструктора в процеса на проектиране на ново устройство, има необходимост, да го тества със стресови (пикови) стойности, за да отстрани проявяващите се в процеса на теста, слабости, и по този начин да го направи издръжливо на по-екстремни натоварвания, като по този начин удължи значително живота му.

Характерни особености

За тази цел е необходимо променливотоково захранващо устройство с възможност за регулиране на изходното напрежение. Друга възможна употреба на лабораторно захранване е да се провери какво се случва с електрониката, когато изпитваният уред е свързан продължително време през един много дълъг захранващ кабел (или удължител), в който има известен пад на напрежение или самата електрическа мрежа не може да поддържа стандартни номинални стойности на тока и напрежението. Последното е характерно за отдалечени от трафопоста консуматори, обикновено във вилни зони или крайни квартали. До електронното устройство достига напрежение със стойности по-ниски от тези, при които оборудването е проектирано да работи и това продължава продължително време. Един АС-АС захранващ блок може да наподоби този тип режим на работа за да се тестват различни устройства, преди да се качат на конвейера.

Промяната на изходното напрежение в  лабораторно захранване се осъществява чрез превключване на отделни намотки или чрез употребата на автотрансформатор (латер). В типичния лицев панел на захранващия блок обикновено има амперметър, волтметър и/или ватметър, превключвател на различни напрежения или ротационен потенциометър за плавно изменение на напрежението. Има също гнезда или изводи за няколко различни канала или дори някакъв тип контакт, превключвател между каналите и бутон за включване е изключване на блока. При необходимост регулируемият захранващ блок от тип АС-АС или един от каналите му, може да се използва за включване и плавно регулиране на поялник.

Регулируем AC-DC захранващ блок

Един от видовете AC-DC захранвания е широко разпространения адаптор, наричан още елиминатор на батерии. Това име описва и тяхната основна функция – да се включи на мястото на батериите, с огромното предимство, че захранването може да променя стойността на изходното постоянно напрежение и обикновено е доста по мощно от един универсален адаптер, например. На лицевият му панел обикновено има превключвател на основните DC напрежения, бутон за включване  и изключване и гнезда за включване на DC консуматора (напр. за банан щекер). Частен случай на това захранващо устройство е зарядното за акумулатори на автомобил, но може да се използва за захранване на радиостанции, автомобилни стереоуредби и др.

Видове AC-DC лабораторно захранване

Една разновидност на този тип захранващ блок е захранващо устройство поддържащо константно (стабилизирано) напрежение, независимо от големината и изменението на товара (constant voltage supplay). Тези устройства също са регулируеми, затова на предният им панел освен регулатора на напрежението има и волтметър, а понякога и амперметър, с които се задава напрежението. Може да имат един или повече независими изхода, както и възможност към устройството да се включи по прецизна измервателна система. Този блок също може да работи и вместо батерии (battery eliminator) ако това е необходимо.

Следващата разновидност на AC-DC регулируемо захранване е захранващ блок, на изхода на който се подава константно напрежение и константен ток (constant voltage/constant current supply). Това лабораторно захранване е много разпространено и присъства във всяка електротехническа лаборатория, в изследователските центрове, университетските лаборатории, телекомуникациите и автоматизацията. То е изградени от електронни компоненти и модули, подбрани при поставени много високи изисквания за качество и прецизност. Изходът осигурява стабилизирано изходно напрежение и стабилизиран изходен постоянен ток, които могат да се настройват плавно и независимо едно от друго.

Принцип на действие на лабораторното захранване АС- DC

Източникът на постоянно стабилизирано напрежение и постоянен ток е изграден от понижаващ трансформатор, изправителен и филтриращ блок, източник на опорно напрежение, схема за сравнение на стабилизираното напрежение и съответно стабилизирания ток, с усилвател, стабилизатор, схема за измерване на постоянния ток и т.н. Когато изходното напрежение се промени, поради промяна на захранващото напрежение или тока през товара, променящият се сигнал се сравнява с опорното напрежение с помощта на схемата за измерване на стабилизираното напрежение, след което сигналът за грешка се усилва от усилвателя за сравнение и се подава като управляващ сигнал към усилвателя (положителна обратна връзка), за да промени изходното напрежение до определената стойност. Усилвателят за сравнение се състои от операционен усилвател с голямо усилване, тъй че и при малки напреженови промени, да може да се извърши стабилизацията. Уредите от този вид могат да бъдат свързвани последователно и паралелно с цел получаването на по-високи напрежения или токове.

Лабораторно захранване с повече от един изход

Разновидност на този лабораторен линеен DC захранващ блок е, когато устройството е снабдено с два, три и повече изхода (multiple output supply). Това линейно правотоково лабораторно захранване може да бъде и програмируемо както ще стени дума по-надолу в текста, двата му канала могат да бъдат свързвани паралелно и последователно в зависимост от целите на измерването. Съвремените захранвания разполагат с LED екрани, на които се изписват параметрите на тока и напрежението на двата канала, копчета за плавна регулация на напрежението и тока на лицевия панел, защити от претоварване и токови удари, система за охлаждане и др. По скъпите захранващи блокове имат и памет за направените настройки при предишни измервания, което е много полезно при повтарящи се тестове.

Постояннотокови програмируеми линейни захранващи блокове.

Така постепенно стигаме до следващата категория захранвания – постояннотокови програмируеми линейни захранващи блокове. Това са DC захранвания снабдени със собствен софтуеър, участващи в компютърно управляема система за изпитване или производство. Тези лабораторни устройства работят с различни видове интерфейси, най-разпространените от които са: IEEE-488, известен още и под името GPIB. Друг популярен интерфейс е RS-232, като в различните блокове са използвани и някои мрежови интерфейси, напр. ethernet, USB интерфейси и др. Тези устройства имат детайлно разписани инструкции за съответния интерфейс, с който работят, така че потребителя е максимално улеснен в работата си. Връзката с компютър е полезна и с това, че по този начин лесно и бързо могат да се свалят  волт-амперни характеристики на изследвания уред.

Заключение

В следващата част на статията ще се спрем на начин на избор на необходимото ви захранване, импулсните захранващи блокове, които при по-големи мощности са незаменими, кратка обобщена инструкция за работа с най-често използваните захранвания, регулиране на техническите характеристики на ТЕС, избягване на пулсации и паразитен шум, постигане на най-голяма точност за съответния уред, избор на режим на работа и др. Ще разгледаме трифазни захранвания с голяма мощност, както и DC-DC захранванията.