1.6.3. Завади

В енергетичній мережі існує велика кількість різного типу електричних завад, які можуть створювати проблеми для вразливих електронних пристроїв. Завади походять ззовні, наприклад, від атмосферних розрядів, перемикань в енергетичних пристроях, вмикання та вимикання пристроїв фазової компенсації і перемикань в трансформаторних підстанціях. Велика частина завад походить також від локальних користувачів. Це завади, що найчастіше спричиняються ліфтами, освітлювальними пристроями, копіювальними апаратами, холодильниками, кухонними пристроями і т.д. Завади передусім повстають через вмикання та вимикання пристроїв. Завади, що виникають, можуть мати форму неусталених станів: імпульсів напруги, змін напруги, змін частоти а також збоїв.

З метою захисту вразливих електронних пристроїв перед цього типу завадами застосовується ряд різноманітних захисних пристроїв.

1.6.3.1. Фільтри. Протиперешкодний фільтр є найпростішою формою захисту від неусталених перехідних станів і імпульсів напруги. Зазвичай, такі фільтри мають відчутний ефект послаблення тільки у чаcтотному діапазоні вище від 50 кГц. Такі фільтри не убезпечують від коливань напруги. У фільтрі зазвичай використовуються також варистори або охоронні пристрої типу “Comgap”. На загал вони фільтрують такі перехідні стани, котрі можуть пошкодити електронні пристрої, але завжди існує ризик, що амплітуди послаблених завад є й надалі достатньо великими, щоб пошкодити деякі більш чутливі електронні елементи. Поза тим, такі фільтри, зазвичай, мають електричну міцність ізоляції 600-1400 В і, у випадку під’єднання такого фільтра в енергетичне коло з електричною міцністю 4 кВ, це означатиме відповідне зменшення електричної міцності роз’єму, до якого фільтр є під’єднаним. Тому існує ризик, що завади “притягуватимуться” власне до цього роз’єму.

1.6.3.2. Завадопослаблювальні трансформатори. Такий трансформатор послабляє завади з частотами від 100 Гц і вище, також завади з середніми частотами, так звані дзвеніння. Протиперешкодні трансформатори передусім застосовуються для захисту комп’ютерних пристроїв і вразливої електроніки проти перенапруг в перехідних станах, імпульсів напруги і завад, пов’язаних з заземленням (завад спільного виду). Завадопослаблювальний трансформатор має відповідні екранування з метою прийому і відведення завад, поза тим, він дає, зазвичай, можливість переривання контуру заземлення між входом і виходом. З вихідної сторони існує так зване нове “комп’ютерне заземлення”. Особисту безпеку під час можливого пошкодження ізоляції приєднаного пристрою можна забезпечити шляхом використання вбудованого автоматичного різницево-струмового вимикача. Зазвичай, завадопослаблювальний трансформатор має електричну міцність ізоляції 4 кВ, як і в більшості пристроїв з живленням від мережі.

1.6.3.3. Магнітний стабілізатор. Магнітний стабілізатор є спеціальним типом трансформатора, який працює за принципом ферорезонансу. Його основним завданням є стабілізація напруги. Комп’ютери зазвичай мають імпульсні перетворювачі, які добре переносять коливання напруги в межах ±(10-15) %. Магнітні стабілізатори можуть регулювати напругу в дуже широкому діапазоні. Стабілізатор з вихідною напругою 220 В регулює напругу до цього рівня, вже починаючи від 135 В вхідної напруги. До того ж, він забезпечує живлення приєднаного навантаження при пропаданнях напруги мережі. Такі стабілізатори мають також фільтрувальну дію.

1.6.3.4. Аварійні перетворювачі. Аварійні перетворювачі застосовуються для захисту комп’ютерів та інших чутливих електронних пристроїв проти раптових змін напруги, перехідних процесів та перерв в постачанні струму, які можуть призводити до серйозних наслідків. Такі системи мають акумулятори, перетворювачі, як також кола керування.

Ці пристрої загалом працюють за одним з двох способів: системи он-лайн (On-Line (UPS – Uninterruptable Power Supply)) та системи офф-лайн (Off-Line (SPS – Standby Power Supply)).

Системи он-лайн

Напруга мережі перетворюється з 220 В змінної напруги на постійну напругу: це відбувається через пристрій, що з’єднує зарядні пристрої з випростовувачем (рис. 1.11). Напруга з випростовувача заряджає свинцевий акумулятор, а крім того подається на перетворювач напруги, який у свою чергу перетворює сталу напругу на 230 В змінної напруги. Після зникнення напруги, акумулятор живить приєднане навантаження напругою 230 В змінного струму н а протязі пев-ного проміжку часу, зазвичай 10-20 хв. Час перемикання т

Рис. 1.11. – Структура системи живлення он-лайн

акої системи практично не впливає на її функціонування (є нехтовно малим порівняно із сталою часу вихідного фільтра). Ці перетворювачі забезпечують захист приєднаного навантаження від впливу перехідних процесів, імпульсів напруги, зміни напруги та частоти. З метою додаткового збільшення надійності роботи, систему он-лайн варто конструктивно розмістити всередині пристроїв (by-pass), які включаються під час сильного перевантаження або при можливому ушкодженні випростовувача. У звичайних умовах приєднане навантаження живиться безпосередньо з енергетичної мережі.

Системи офф-лайн

П

Рис. 1.12. – Структура системи живлення офф-лайн

ід час нормальної роботи, напруга мережі переноситься на вхід як нерегульована, одночасно під заряджається в буферному режимі внутрішній свинцевий акумулятор (рис. 1.12). Коли вхідна напруга мережі спаде нижче певного рівня (типово 197 В), то коло, яке це відчуває, перемикає пристрій на живлення від акумулятора. Типовий час цього перемикання становить (2…10) мс. Система офф-лайн у певній мірі послаблює вплив нештатних режимів роботи, оскільки має вбудований фільтр мережі. Час резервного живлення зазвичай триває 10-20 хв. Форма вихідної напруги системі під час живлення від батареї може бути прямокутною або синусоїдною.

1.7. Електрохімічні пристрої. Джерела постійної напруги та е.р.с. Сонячні джерела живлення

Електрохімічні пристрої (ЕХП) – це широкий клас виробів, призначених для перетворення та зберігання інформації, перетворення та накопичення електричної енергії. Вони основані на електрохімічних принципах дії і є частиною функціонального модуля чи блоку техніки, поєднані за електричними, експлуатаційними і конструкторськими параметрами з іншими параметрами цього модуля чи блоку.

У зв’язку з поданим визначенням, можна виділити три основних напрямки застосування ЕХП в сучасній радіоелектронній техніці:

- перетворення та зберігання інформації (хемотронні прилади);

- накопичення електричної енергії (електролітичні конденсатори);

- перетворення хімічної енергії в електричну (хімічні джерела струму).

Хемотронні пристрої [1-3] дозволяють найефективнішим способом зробити весь комплекс перетворень інформації в областях низьких і наднизьких частот (10^-5-10 Гц ) з малим споживанням енергії (10^-8-10^-3 Вт). Електролітичні конденсатори, порівняно із своїми функціональними аналогами, мають найбільші питомі ємності. Хімічні джерела струму [3-5], маючи високі питомі енергетичні характеристики, залишаються одним із основних джерел енергії для об’єктів з автономним живленням.

Гальванічні елементи слугують для перетворення енергії хімічної реакції на електричну енергію. Для отримання вищих напруг гальванічні елементи з’єднуються в батареї. Гальванічні елементи найчастіше поділяються на дві групи: первинні і вторинні. Ці назви є застарілими і виникають з того, що колись вторинне джерело е.р.с. заряджалось від первинного. Вторинні ж гальванічні елементи зараз називаються акумуляторами.

Первинні гальванічні елементи слугують для одноразового вжитку. Хімічна реакція, котра випродуковує в них електричну енергію, є незворотною.

Вторинні гальванічні елементи можуть бути розряджені і наново заряджені. Хімічна реакція, котра в них проходить, є зворотною завдяки протіканню струму ззовні.