Finns det en konstant strömförsörjning?
On januari 1, 2021 by adminEn spänningskälla är en enhet som producerar konstant spänning, men som tillåter strömstyrka och effekt att variera, i enlighet med lagarna om elektricitet. En strömkälla är en enhet som producerar konstant ström, vilket låter spänning och effekt variera.
Finns det en konstant strömkälla – dvs en enhet vars uteffekt varierar aldrig? Oavsett vad den är ansluten till, skulle dess spänning och strömstyrka justeras för att ge konstant effekt. (Dess beteende skulle vara odefinierat för både öppna och trasiga kretsar.)
Kommentarer
- Lastens art? Linjär eller icke-linjär? Hur belastning kan varierar? Hur planerar du att använda?
- Frågar du om det finns en ’ ideal ’ strömkälla, i kretsanalys. Är frågan du ’ frågar, ’ Eftersom vi har idealiska spänningskällor och ideala strömkällor, kan vi då ha idealiska strömkällor? ’
- Ett fullständigt svar skulle notera både teoretiska och praktiska exempel, om de finns.
Svar
Ja, det är väldigt enkelt att konstruera en strömförsörjning med konstant ström.
Ta till exempel en vanlig switchmode boost-omvandlare.
simulera denna krets – Schema som skapats med CircuitLab
Låt oss anta att den fungerar i diskontinuerligt läge och har inte synkron korrigering (dvs bara en diod). Om omkopplaren manövreras med en fast arbetscykel (dvs ingen återkoppling) sätter den en fast mängd energi i induktorn varje gång den stängs. Mängden energi beror bara på ingångsspänningen, induktansen och i tid. Den energin dumpas i lasten när omkopplaren öppnas.
Konstant energi per cykel × konstant antal cykler per sekund = konstant energi per sekund = konstant effekt.
Oavsett belastningens motstånd kommer spännings- och strömnivåerna att justera sig för att matcha det effektvärdet.
När det gäller praktiska gränser, om utgången från denna matning är kortsluten, då kommer strömmen att begränsas av motståndet hos de interna komponenterna (induktorn och dioden). Om utgången lämnas öppen kommer spänningen att begränsas av den fördelade kapacitansen hos komponenterna — induktorn kommer att ”ringa” med viss hög spänning vid självresonansfrekvensen.
Kommentarer
- Det omvända av detta är vanligt förekommande som ” maximal effektpunkt tracker ” för solceller: för en given utspänning, variera ingångsspänningen / strömpunkten för maximal effektöverföring från cellerna.
- @ pjc50: Ja, en switchmode-omvandlare kan används som en justerbar belastning för en solpanel, och tillsammans med lämpliga spännings- och strömgivare kan en återkopplingsslinga som utför MPPT konstrueras. Men jag följer inte ’ hur detta i någon mening är ” omvänd ” vad jag ’ jag pratar om i mitt svar. Hela poängen med MPPT är att det faktiska värdet av maximal effekt varierar.
- @tuskiomi: Nej. Om du vill reglera effekten får du inte välja varken spänning eller ström. Lastmotståndet ställer in båda dessa värden: \ $ V = \ sqrt {P \ cdot R} \ $ och \ $ I = \ sqrt {\ frac {P} {R}} \ $
- @ tuskiomi: Ah, i så fall, det finns en formel. Ingångsenergin per omkopplingscykel \ $ E = \ frac {1} {2} I_ {topp} ^ 2 \ cdot L \ $. Toppströmmen är en funktion av tid, induktans och ingångsspänning: \ $ I_ {peak} = \ frac {V_ {in} t_ {on}} {L} \ $. Effekten är helt enkelt energin per cykel multiplicerad med omkopplingsfrekvensen: \ $ P = E \ cdot f_ {SW} \ $. Du kan kombinera dessa ekvationer för att få en övergripande ekvation för kraft.
- Detta är inte 100% korrekt på grund av en vanlig felaktighet. Utgångseffekten för denna krets beror på utspänningen. Topp induktansströmmen är Vt / L, men den levererade energin är inte bara 1 / 2.LI ^ 2 – ytterligare energi levereras av VIN under urladdningen av induktorn .. Urladdningstiden är Toff = L.Ipeak / (VOUT -VIN), och energi som levereras till utdata är Vout.Ipeak.Toff / 2
Svar
Ja, men mer praktiskt kallas dessa enheter för elektroniska belastningar. De kan ställas in för att dra en konstant ström eller en konstant POWER från en strömförsörjning. De är användbara för strömförsörjningstestning, batteritestning och soltestning.
Ständiga strömförsörjningar är mindre vanliga, men en praktisk tillämpning är att hålla en LCD-skärm som används utomhus i kyla tillräckligt varm så att rörliga bilder suddas inte ut.LCD-värmeelementet är ett tunt ark av genomskinligt material som kallas Indium-tennoxid. Eller så kan det finnas en tunn tråd i LCD-skärmen. I båda fallen varierar värmarens motstånd avsevärt med temperaturen. Om du matade värmaren med en konstant ström eller konstant spänning skulle effekten vara en stark funktion av omgivningstemperaturen.
Vi vill dock ha relativt konstant effekt, så en konstant strömförsörjning används.
Svar
En sann ”konstant ström” matning skulle mata ut oändlig ström till en kort och producera oändlig spänning över en öppen krets; i praktiken kommer varje strömförsörjning att ha en gräns för spänningen och strömmen den kommer att producera, oavsett uteffekt.
Mellan dessa gränser kommer många växelförsörjningar i 60-wattsområdet faktiskt att uppträda mycket ungefär som konstant strömförsörjning när strömmen är tillräckligt hög för att de vid full spänning skulle behöva mata ut mer effekt än de kan, men tillräckligt låg för att inte utlösa en strömbegränsande krets. Från vad jag kan säga är det vanligt att en familj av försörjningar med olika spänningar har samma maximala ström och bara skiljer sig åt i den maximala spänningen de kommer att producera. Om man gör en logg-log-plot av utspänningen-vs -strömkurvor, förnödenheterna i en familj delar samma diagonala linje för uteffekt och delar samma vertikala linje för maximal ström. Den enda skillnaden är höjden på en horisontell linje som begränsar maximal spänning.
Observera att man måste kontrollera datablad för alla leveranser man kan önska att använda på ett sådant sätt, för att se till att man är klar över vilka aspekter av operationen som är eller inte anges.
Svar
Finns det en konstant strömkälla
Ja, det är möjligt att Jag gjorde det faktiskt en gång för många år sedan som en demonstration. Spänning och ström kan mätas direkt och styras direkt med analog elektronik, så svaret kan vara bra. Det finns inget bra sätt att direkt styreffekt eller att mäta effekt.
Effekt är produkten av spänning och ström, så ett sätt är att mäta dessa två och sedan utföra en multiplicering för att få en signal som är proportionell mot effekten. Detta är svårt i analog elektronik. När jag gjorde det för länge sedan använde jag en digital processor för att beräkna ström från uppmätt spänning och ström och justerade sedan utgången upp och ner därefter. Det här var för länge sedan och jag använde en stationär dator över ett IEEE-488-gränssnitt för att styra elektroniken. Det gjorde ungefär 10 slinga iterationer per sekund, vilket var tillräckligt för att demonstrera vad jag ville demonstrera. puls. Digitala multiplikationer kan vara så korta som enstaka cykler, så det är mycket mer genomförbart att göra sluten kretsstyrning i dag. Det används dock väldigt lite för detta. Jag har designat en massa strömförsörjningar med konstant spänning och några strömbrytare med konstant ström, men aldrig en konstant strömförsörjning. Det är inte för att det inte kunde göras rimligt idag, utan för att jag inte har t komma över en användning för en.
det vill säga en enhet som aldrig varierar?
Detta är en meningslös fråga. Vilken utgång ? Spänning? Ström? Kraft? Något annat? Vi konstruerar här, inte handvinkar.
Det verkar också finnas en viss förvirring om vilken kraft leverans kan och kan inte styra. Tänk på till och med det enkla fallet där belastningen (vad som är ansluten till strömförsörjningen utanför strömförsörjningens styrning) kan vara vilket motstånd som helst. Spänningen, strömmen och motståndet är relaterade till Ohms lag:
Ström = Spänning / motstånd
eller i vanliga enheter:
A = V / Ω
Lägg märke till hur det bara finns två frihetsgrader i det här förhållandet. Om du definierar två, finns det inget val kvar om det tredje. Eftersom lasten alltid får en grad av frihet får strömförsörjningen bara en grad av frihet också.
Du kan ordna om detta på olika sätt. För en konstant spänningsförsörjning väljer matningen spänning, lasten väljer motstånd och strömmen kommer ut till vad den kommer ut till. Eller lasten väljer ström och det uppenbara motståndet som ser ut från matningen kommer ut till vad det kommer ut till.
Effekt är spänning gånger ström. Med detta och Ohms lag kan du få:
Effekt = Spänning 2 / Motstånd
Återigen bara två frihetsgrader. Om strömförsörjningen reglerar strömmen och lasten väljer motståndet, kommer spänningen ut till vad den kommer ut till.
Du kan inte fuska grundläggande fysik.
Kommentarer
- Helt överens. Hur kan vi konstruera konstant strömförsörjning om belastningen kan vara linjär eller icke linjär? Belastningen kan variera? Såvida inte lastmodellen är känd är det svårt att göra det.
- Åh förlåt, miss formulering. Jag menade att uteffekten aldrig varierar.
Svar
En spänningskälla är tillräckligt lätt förutom när du tänker på kort kretsar – oändlig ström tas och av denna anledning finns spänningskällor i strikt mening inte.
Strömkällor har samma problem på en öppen krets – hur kan ström pumpas ut i rymden utan strömkälla som utövar oändliga spänningar för att tvinga en konstant ström.
Strömkällor är konstruerade från spänning och strömkällor och kan finnas på papper, men precis som riktiga ström- och spänningskällor matchar de inte de teoretiska förväntningarna .
Svar
En återgångsspänningsomvandlare med fast svängningsfrekvens och fast driftscykel ger konstant effekt så länge belastningen inte ”t varierar för snabbt.
När belastningen varierar över tiden förhindrar utgångsfiltret att omvandlaren snabbt justerar den tillförda effekten, vilket kanske eller inte är ett problem lem i ditt fall.
Svar
Det finns kommersiellt tillgängliga strömförsörjningar som har ett konstant strömläge. Ett exempel är Sorensen SG-serien.
Svar
Det finns ett annat sätt att producera en ungefärlig konstant strömkälla, vilket är användbart om din last förändras med temperaturen. Om du sätter ett seriemotstånd av samma värde som belastningen, blir effekten jämn. Ett sätt att se på det är att om seriemotståndet är noll så drivs belastningen av en konstant spänning. Om seriemotståndet är oändligt drivs belastningen av konstant ström. dP / dR = 0 när Rs = Rl. Naturligtvis är detta inte ett miljövänligt sätt att göra det. Roger Williamson
Svar
En annan användning för en konstant strömkälla med låg effekt kan vara att mäta gasflödet med en enda nikromtråd. Skjut konstant ström genom tråden; en konstant mängd värme genereras, tråden värms upp och trådmotståndet ökar. Du kan beräkna trådmotstånd från spänning / ström och därmed kan känna trådtemperaturen. I stillastående gas kan temperaturförstärkningen över omgivningen bestämmas så.
gas som strömmar förbi tråden avlägsnar värmen från tråden med en högre hastighet än vid noll hastighet, och mängden värmeförlust är proportionell mot gashastigheten .
Kommentarer
- Detta verkar ’ inte riktigt ta itu med den ursprungliga frågan, vilket är om en sådan enhet finns snarare än möjliga användningar för en.
Svar
Praktiska strömförsörjningar med konstant VA. Vad sägs om avancerade svetsare. Svetsare är vanligtvis antingen Constant I (stick) eller konstant V (mig). High end svetsare gör att du kan justera VA-lutningen. De är inte perfekta men tillåter en rad justeringar någonstans mellan konstant I och konstant V. Med en negativ VA-lutning är kraftinmatningen till svetsbassängen konstant oberoende av båglängden och operatören behöver bara kontrollera svetshastigheten – vilket gör sitt jobb enklare.
Lämna ett svar