الفرق بين مصدر الطاقة الخطي وتحويل مصدر الطاقة
وفقًا لمبدأ التحويل، يمكن تصنيف مصادر الطاقة إلى مصادر طاقة خطية ومصادر طاقة تحويلية. عندما نقوم بتصنيف مصادر الطاقة الخطية ومصادر طاقة التبديل، نحتاج في الواقع إلى توضيح ما إذا كانت AC/DC أو DC/DC. على الرغم من أن هذا التصنيف يهدف إلى التمييز بين مبادئ التحول. ولكن هل تعتبر مصادر الطاقة الخطية ومصادر طاقة التبديل التي تحقق وظائف التيار المتردد/المستمر عملية كاملة لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر، وتتكون بعض الدوائر من تيار مستمر/تيار مستمر.
إمدادات الطاقة الخطية وتحويل إمدادات الطاقة للتيار المتردد/التيار المستمر
هناك العديد من الكتب المدرسية والكتب والمقالات التي تشير مباشرة إلى مصادر الطاقة الخطية باسم "مصادر الطاقة الخطية للتيار المتردد/التيار المستمر". ما هو مصدر الطاقة الخطي؟ يقوم مصدر الطاقة الخطي أولاً بتقليل سعة جهد طاقة التيار المتردد من خلال محول، ثم يقوم بتصحيحه من خلال دائرة مقوم للحصول على طاقة تيار مستمر نبضي، ثم يقوم بتصفيته للحصول على جهد تيار مستمر بجهد تموج صغير.
تختلف خصائص مصدر الطاقة الخطي AC/DC ومصدر طاقة التبديل كما يلي:
يتم أولاً تقليل مصدر الطاقة الخطي للتيار المتردد/المستمر بواسطة جهد التيار المتردد باستخدام محول تردد الطاقة، ثم يتم تصحيحه. بعد تخفيض الجهد من خلال المحول، يصبح الجهد منخفضًا نسبيًا، ويمكن استخدام رقائق الطاقة مثل منظم الجهد ثلاثي الأطراف لتثبيت الجهد. يعمل أنبوب الضبط الخاص بمصدر الطاقة الخطي في حالة تضخيم، مما يؤدي إلى توليد حرارة عالية وكفاءة منخفضة (تتعلق بانخفاض الجهد)، مما يتطلب إضافة مشتت حراري ضخم. حجم محولات تردد الطاقة كبير نسبيًا أيضًا، وعند إنتاج مجموعات متعددة من مخرجات الجهد، سيكون حجم المحول أكبر.
يعمل أنبوب التعديل الخاص بمصدر طاقة تحويل التيار المتردد/المستمر في حالات التشبع والقطع، مما يؤدي إلى توليد حرارة منخفضة وكفاءة عالية. يلغي مصدر طاقة تحويل التيار المتردد/المستمر الحاجة إلى محولات تردد الطاقة الضخمة. ومع ذلك، فإن خرج التيار المستمر لمصدر طاقة تحويل التيار المتردد/المستمر سيكون له تموجات أكبر، والتي يمكن تحسينها عن طريق توصيل صمام ثنائي منظم الجهد عند طرف الخرج. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لتداخل النبض العالي الذروة المتولد أثناء تشغيل أنبوب التبديل، يجب توصيل الخرزات المغناطيسية في سلسلة في الدائرة لتحسينها. نسبيًا، يمكن جعل تموج مصدر الطاقة الخطي صغيرًا جدًا. يمكن تحقيق تحويل إمدادات الطاقة من خلال هياكل طوبولوجية مختلفة، مثل تقليل الجهد، وتعزيزه، وتعزيزه، في حين أن إمدادات الطاقة الخطية يمكنها فقط تحقيق تقليل الجهد.
كانت العديد من محولات الطاقة المبكرة ثقيلة نسبيًا، وكان مبدأ تحويلها هو مصدر الطاقة الخطي AC/DC، والذي يستخدم محول تردد الطاقة داخليًا. يستخدم مصدر الطاقة الخطي AC/DC أولاً محولًا لتقليل جهد التيار المتردد. ويسمى هذا النوع من المحولات، الذي يقلل الجهد في التيار الكهربائي بشكل مباشر، محول تردد الطاقة، كما هو موضح في الشكل 1.9. محولات تردد الطاقة، والمعروفة أيضًا بالمحولات منخفضة التردد، تميزها عن المحولات عالية التردد المستخدمة في تبديل مصادر الطاقة. تم استخدام محولات تردد الطاقة على نطاق واسع في مصادر الطاقة التقليدية في الماضي. التردد القياسي لمصادر الطاقة الرئيسية في صناعة الطاقة، والمعروف أيضًا باسم الطاقة الرئيسية ("تشير الطاقة الرئيسية" إلى مصدر الطاقة الذي يستخدمه بشكل أساسي المقيمون في المدن)، هو 50 هرتز في الصين و60 هرتز في البلدان الأخرى. يسمى المحول الذي يمكنه تغيير جهد التيار المتردد عند هذا التردد محول تردد الطاقة. تكون محولات تردد الطاقة بشكل عام أكبر حجمًا مقارنة بالمحولات عالية التردد. لذا فإن حجم مصدر الطاقة الخطي AC/DC المطبق باستخدام محولات تردد الطاقة كبير نسبيًا.
يتطلب مصدر طاقة تحويل التيار المتردد/المستمر أولاً تصحيح وتصفية مصدر طاقة التيار المتردد لتشكيل جهد تقريبي عالي للتيار المستمر، ومن ثم التحكم في المفتاح لتوليد نبضات عالية التردد، والتي يتم تحويلها من خلال محول. يتمتع مصدر طاقة تحويل التيار المتردد/المستمر بكفاءة أعلى وحجم أصغر. أحد الأسباب المهمة لصغر حجمها هو أن المحولات عالية التردد أصغر بكثير من محولات تردد الطاقة. لماذا كلما زاد التردد قل حجم المحول؟
المواد الأساسية للمحولات لها حدود للتشبع، لذلك هناك حدود لذروة شدة المجال المغناطيسي. إن التيار وقوة المجال المغناطيسي والتدفق المغناطيسي للتيار المتردد كلها إشارات جيبية. نحن نعلم أنه بالنسبة للإشارات الجيبية ذات السعة نفسها، كلما ارتفع التردد، زادت ذروة "معدل التغير" للإشارة (اللحظة التي تعبر فيها إشارة الجيب الصفر هي ذروة "معدل التغيير"، في حين أن المعدل التغيير عند قمة الإشارة هو 0). وفي الوقت نفسه، يتم تحديد الجهد المستحث بمعدل تغير التدفق المغناطيسي. لذلك، بالنسبة لنفس الجهد لكل دورة، كلما زاد التردد، قل حجم ذروة التدفق المغناطيسي المطلوب. ولكن كما ذكر أعلاه، فإن قيمة الذروة لشدة المجال المغناطيسي محدودة. لذلك، إذا تم تقليل متطلبات التدفق المغناطيسي، يمكن تقليل مساحة المقطع العرضي للقلب الحديدي. يفترض التحليل أعلاه نفس الجهد لكل دورة. ويرتبط الجهد لكل دورة بالطاقة. ولذلك، على افتراض نفس السلطة. إذا كانت الطاقة أصغر، والتيار أصغر أيضًا، والسلك المسموح به أرق، والمقاومة أعلى قليلاً، يُسمح بزيادة عدد اللفات. بهذه الطريقة، يتم أيضًا تقليل الجهد لكل دورة، مما قد يقلل أيضًا من متطلبات التدفق المغناطيسي. ثم خفض مستوى الصوت. كما يفترض التحليل أعلاه أن المادة ثابتة، أي أن شدة المجال المغناطيسي المشبع ثابتة. وبطبيعة الحال، إذا تم استخدام مواد ذات قوة مجال مغناطيسي عالية التشبع، فيمكن أيضًا تقليل الحجم. نحن نعلم أنه بالمقارنة مع المحولات ذات الحجم نفسه منذ عقود مضت، فإن المحولات في الوقت الحاضر لديها أحجام أصغر بكثير لأنها تستخدم الآن مواد قلب حديدية جديدة.
وفقا لمعادلة ماكسويل، القوة الدافعة الكهربائية المستحثة E في ملف المحول هي
وهذا يعني أن تكامل معدل التغير في كثافة التدفق المغناطيسي B مع مرور الوقت عبر السلك N يتحول إلى مساحة Ac.
بالنسبة للمحولات، يمكن اعتبار القوة الدافعة الكهربائية المستحثة E على الجانب الأساسي للمحول والجهد U المطبق على جانب الإدخال علاقة خطية. على فرضية أن سعة U على جانب الإدخال للمحول تظل دون تغيير، يمكن اعتبار أن سعة E تظل أيضًا دون تغيير.
وبالإضافة إلى ذلك، هناك حد أعلى لكثافة التدفق المغناطيسي B لكل نوع من النواة المغناطيسية. يبلغ حجم الفريت المستخدم في التطبيقات عالية التردد حوالي بضعة أعشار تسلا، في حين أن النواة الحديدية المستخدمة في تطبيقات تردد الطاقة تكون حول مستوى أكبر قليلاً من واحد، مع اختلاف بسيط.
لذلك، عندما يزيد التردد، فإن معدل التغير في كثافة التدفق المغناطيسي dB/dt خلال كل دورة يزيد بشكل ملحوظ، بشرط ألا يكون تغير الذروة في كثافة التدفق المغناطيسي B كبيرًا. ولذلك، يمكن استخدام تيار متردد أو N أصغر لتحقيق نفس القوة الدافعة الكهربائية المستحثة E. ويعني انخفاض التيار المتردد انخفاضًا في مساحة المقطع العرضي للقلب المغناطيسي؛ يعني الانخفاض في N أنه يمكن تقليل مساحة النافذة الفارغة للنواة المغناطيسية، وكلاهما يمكن أن يساعد في تحقيق حجم أصغر من النواة المغناطيسية. تكون مساحة المقطع العرضي للمحول عالي التردد أصغر، ويتناقص عدد اللفات في الملف، مما يؤدي إلى حجم أصغر.
أنبوب التعديل الخاص بمصدر طاقة التحويل يعمل في حالات التشبع والقطع، مما يؤدي إلى توليد حرارة منخفضة وكفاءة عالية. لا تتطلب مصادر طاقة تحويل التيار المتردد/المستمر استخدام محولات تردد الطاقة الكبيرة. ومع ذلك، فإن خرج التيار المستمر لمصدر طاقة التبديل سيكون له تموجات كبيرة متراكبة عليه. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لتداخل نبض الذروة الكبير الناتج أثناء تشغيل ترانزستور التبديل، فمن الضروري أيضًا تصفية مصدر الطاقة في الدائرة لتحسين جودة مصدر الطاقة. نسبيًا، لا تحتوي مصادر الطاقة الخطية على العيوب المذكورة أعلاه، وقد يكون تموجها صغيرًا جدًا.
