DEARADH SOLÁTHAIR CUMHACHTA ANALÓIG BUNÚS

Tá an seanfhocal ann: “Is féidir leat iasc a thabhairt d’fhear agus íosfaidh sé lá nó féadann tú iasc a mhúineadh do dhuine agus íosfaidh sé go deo.” Tá go leor earraí ann a thugann dearadh sonrach don léitheoir chun soláthar cumhachta a thógáil, agus níl aon rud cearr leis na dearaí leabhar cócaireachta seo. Is minic a bhíonn feidhmíocht an-mhaith acu. Mar sin féin, ní mhúineann siad do na léitheoirí conas soláthar cumhachta a dhearadh leo féin. Tosóidh an t-alt dhá chuid seo ón tús agus míneoidh sé gach céim is gá chun soláthar cumhachta analógach bunúsach a thógáil. Díreoidh an dearadh ar an rialtóir trí chríochfort uileláithreach agus áireofar ann roinnt feabhsuithe ar an dearadh bunúsach.

Tá sé tábhachtach a mheabhrú i gcónaí go bhféadfadh an soláthar cumhachta - do tháirge áirithe nó mar phíosa ginearálta trealaimh tástála - an t-úsáideoir a leictriú, tine a thosú nó an gléas atá á chumhachtú aige a scrios. Ar ndóigh, ní rudaí maithe iad seo. Ar an ábhar sin, tá sé ríthábhachtach dul i ngleic leis an dearadh seo go coimeádach. Tabhair neart corrlach le haghaidh comhpháirteanna. Is soláthar cumhachta dea-dheartha ceann nach dtugtar faoi deara riamh.

tiontú cumhachta ionchuir

Taispeánann Figiúr 1 an dearadh bunúsach do ghnáthsholáthar cumhachta analógach. Tá trí phríomhchuid ann: comhshó cumhachta ionchuir agus aeroiriúnaithe; ceartú agus scagadh; agus rialáil. De ghnáth is claochladán cumhachta é an comhshó cumhachta ionchuir agus is é an t-aon mhodh a mheastar anseo. Mar sin féin, tá cúpla pointe atá tábhachtach a lua.

FIGIÚR 1. Tá trí chuid i soláthar cumhachta analógach bunúsach. Pléitear an chéad dá cheann san Airteagal seo agus an ceann deireanach sa chéad tráthchuid eile.

---

Is é an chéad cheann ná gur tomhas RMS (Root Mean Square) é 117 VAC (Voltas Reatha Malartach). (Tabhair faoi deara go bhfaca mé gnáthchumhacht tí sonraithe áit ar bith ó 110 VAC go 125 VAC. Thomhais mé mianach agus fuair mé amach go raibh sé go beacht 120.0 VAC.) Tá tomhas RMS de tonn sínte i bhfad níos ísle ná an buaicvoltas iarbhír agus seasann sé. an voltas coibhéiseach DC (Reatha Díreach) a theastaíonn chun an chumhacht chéanna a sholáthar.

athraíonn an comhshó RMS de réir chruth na dtonn; i gcás tonn sínte, is é 1.414 an luach. Ciallaíonn sé seo gurb é 169.7 volta an diall timpeall náid volta i ndáiríre (do mo chumhacht 120 VAC). Téann an chumhacht ó -169.7 volta go +169.7 volta gach timthriall. Mar sin, is é an voltas buaic-go-buaic i ndáiríre 339.4 volta!

Éiríonn an voltas seo thar a bheith tábhachtach nuair a chuirtear toilleoirí seachbhóthar leis na príomhlínte cumhachta chun torann ó dhul isteach nó as an soláthar cumhachta a chosc (staid choitianta). Má cheapann tú gurb é 120 volta an voltas iarbhír, is féidir leat toilleoirí 150 volta a úsáid. Mar a fheiceann tú, níl sé seo ceart. Is é 200 volta an t-íosvoltas sábháilte oibre do do thoilleoirí (is fearr 250 volta). Ná déan dearmad, má tá tú ag súil le torann/spikes a fheiceáil ar an líne, go gcaithfidh tú an torann/voltas spíce sin a chur leis an mbuaicvoltas.

Is é an minicíocht ionchuir go huilíoch 60 Hz i SAM. San Eoraip, tá 50 Hz coitianta. Feidhmeoidh claochladáin atá rátáilte do 60 Hz go maith go ginearálta ar 50 Hz agus vice versa. Ina theannta sin, is gnách go mbíonn cobhsaíocht minicíochta na líne cumhachta den scoth agus is annamh a chomaoin. Ó am go chéile, b'fhéidir go bhfaighidh tú claochladáin 400 Hz ar fáil. De ghnáth is gléasanna míleata nó aerloingseoireachta iad seo agus go ginearálta níl siad oiriúnach lena n-úsáid ar chumhacht 50/60 Hz (nó vice versa).

Sonraítear aschur an claochladáin mar voltas RMS freisin. Ina theannta sin, is é an voltas sonraithe an voltas íosta a bhfuiltear ag súil leis faoi ualach iomlán. Go minic tá méadú thart ar 10% ar an aschur rátáilte gan aon ualach. (Tomhaiseann mo chlaochladán 25.2 bholta/dhá amp 28.6 volta gan aon ualach.) Ciallaíonn sé seo gurb é an voltas aschurtha gan ualach/buaic do mo chlaochladán 25.2 volta ná 40.4 volta! Mar a fheiceann tú, tá sé tábhachtach cuimhneamh i gcónaí go bhfuil na voltais RMS rátáilte do chumhacht AC i bhfad níos lú ná na buaicvoltais iarbhír.

Soláthraíonn Fíor 2 dearadh comhshó cumhachta ionchuir agus oiriúnaithe tipiciúil. Is fearr liom lasc cuaille dúbailte a úsáid cé nach bhfuil sé fíor-riachtanach. Cosnaíonn sé in aghaidh asraonta leictreacha mísreinge (rud annamh inniu) nó in aghaidh treoraí cumhachta mísreinge sa soláthar cumhachta féin (i bhfad níos coitianta). Tá sé ríthábhachtach, nuair a bhíonn an lasc cumhachta as, go bhfuil an luaidhe te dícheangailte ón soláthar cumhachta.

FIGIÚR 2. Tá an riochtú ionchuir bunúsach go leor, ach ní mór a mheabhrú nach bhfuil an voltas RMS mar an gcéanna leis an buaicvoltas. Tá buaicvoltas 120 VAC RMS thart ar 170 volta.

---

Tá gá leis an bhfiús (nó an scoradán ciorcaid). Is é a phríomhchuspóir tinte a chosc mar gan é, ligfidh claochladán nó gearrchiorcad príomhúil do shruthanna ollmhóra a fhágann go n-éireoidh páirteanna miotail dearg nó fiú bán te. De ghnáth is cineál buille mall é a rátáiltear ag 250 volta. Ba cheart go mbeadh an rátáil reatha thart ar dhá oiread an méid is féidir leis an gclaochladán a bheith ag súil a tharraingt.

Mar shampla, tarraingeoidh an claochladán dhá aimpéar 25.2 volta atá luaite thuas thart ar 0.42 amps de phríomhshruth (25.2 volta/120 volta x dhá amp). Mar sin, tá fiús aon ampúil réasúnta. Déanfar fiús sa mheánscoil a phlé sa chéad alt eile.

Cuidíonn na toilleoirí seachbhóthar le torann a scagadh agus tá siad roghnach. Ós rud é go bhfuil an buaicvoltas thart ar 170 volta, tá rátáil 250 volta níos fearr ná rátáil imeallach 200 volta. B'fhéidir gur mhaith leat "scagaire cumhachta-iontrála" a úsáid. Tá go leor cineálacha de na haonaid seo. Tá cónascaire cumhachta caighdeánach, lasc, sealbhóir fiús, agus scagaire i bpacáiste beag amháin i gcuid acu. D'fhéadfadh nach mbeadh ach cuid de na comhpháirteanna seo ag daoine eile. De ghnáth, tá na cinn a bhfuil gach rud sách daor, ach de ghnáth is féidir aonaid bharrachais a fháil ar phraghsanna an-réasúnta.

Tá sé tábhachtach a bheith in ann a chinneadh an bhfuil an príomhchiorcad á thiomáint chun solas píolótach a úsáid. Taispeántar dhá chiorcad tipiciúil. Tá an lampa neon in úsáid le blianta fada. Tá sé simplí agus saor. Tá na míbhuntáistí aige go bhfuil sé beagán leochaileach (á dhéanamh as gloine); flicker má tá an friotóir ró-mhór; agus féadann sé roinnt torann leictreach a ghiniúint i ndáiríre (mar gheall ar bhriseadh ianach tobann an gháis neoin).

Teastaíonn friotóir a theorannú srutha don chiorcad LED freisin. Ag 10,000 hms, soláthraítear thart ar 12 mA den sruth. Tá an chuid is mó de na soilse stiúir rátáilte le haghaidh uasmhéid reatha de 20 mA, mar sin tá 12 mA réasúnta. (Féadfaidh stiúir ardéifeachtúlachta oibriú go sásúil ach amháin le 1 nó 2 mA, ionas gur féidir an friotóir a mhéadú de réir mar is gá.)

Tabhair faoi deara go bhfuil fíor-lag voltais miondealaithe droim ar ais ag soilse (de ghnáth 10 go 20 volta). Ar an ábhar sin, is gá an dara dé-óid. Caithfidh sé seo a bheith in ann oibriú le 170 volta ar a laghad de PIV (Buaic-voltas Inbhéarta). Tá an 1N4003 caighdeánach rátáilte ag 200 PIV agus ní sholáthraíonn sé sin mórán corrlaigh. Tá an 1N4004 rátáil ag 400 PIV agus cosnaíonn sé b’fhéidir pingin níos mó. Trí é a chur i sraith leis an LED, is é an PIV iomlán 400 móide an PIV LED.

REACHTÚ AGUS SCAGADH

Léiríonn Fíoracha 3, 4, agus 5 na ciorcaid cheartúcháin is tipiciúla leis an tonnchruth aschuir ar taispeáint thuas. (Ní thaispeántar an toilleoir scagaire mar, trína chur leis, go n-athraíonn an tonnchruth go rud éigin cosúil le voltas DC.) Tá sé úsáideach na trí chiorcad bhunúsach seo a scrúdú chun a láidreachtaí agus a laigí a aithint.

Taispeánann Fíor 3 an ceartaitheoir leath-tonn bunúsach. Is é an t-aon tréith fuascailte a bhaineann leis seo ná go bhfuil sé an-simplí, ag baint úsáide as ceartaitheoir amháin. Is é an droch-ghné ná go n-úsáideann sé ach leath den timthriall cumhachta, rud a fhágann go bhfuil éifeachtacht theoiriciúil an chuaird níos lú ná 50% díreach le tosú. Go minic, níl soláthairtí cumhachta ceartaitheora leath-tonn ach 30% éifeachtach. Ós rud é gur earraí daor iad claochladáin, tá an neamhéifeachtúlacht seo an-chostasach. Ar an dara dul síos, tá an cruth tonn an-deacair a scagadh. Leath an ama níl aon chumhacht ag teacht ón gclaochladán ar chor ar bith. Teastaíonn luachanna toilleas an-ard chun an t-aschur a mhaolú. Is annamh a úsáidtear é le haghaidh soláthar cumhachta analógach.

FIGIÚR 3. Tá an ciorcad ceartaitheoir leath-tonn simplí ach táirgeann sé cruth tonn aschuir lag atá an-deacair a scagadh. Ina theannta sin, cuirtear amú leath de chumhacht an claochladáin. (Tabhair faoi deara go bhfágtar na toilleoirí scagtha ar lár ar mhaithe le soiléireacht toisc go n-athraíonn siad an tonnchruth.)

---

Tarlaíonn rud suimiúil agus tábhachtach nuair a chuirtear toilleoir scagaire le ciorcad ceartaitheoir leath-tonn. Déantar an difreálach voltas gan ualach a dhúbailt. Tá sé seo amhlaidh toisc go stórálann an toilleoir fuinneamh ón gcéad leath (cuid dhearfach) den timthriall. Nuair a tharlaíonn an dara leath, tá an buaicvoltas dearfach ag an toilleoir agus cuirtear an buaicvoltas diúltach i bhfeidhm ar an teirminéal eile rud a fhágann go bhfeiceann an toilleoir voltas iomlán buaic-go-buaic agus tríd sin, an dé-óid. Mar sin, le haghaidh claochladán 25.2 volta thuas, féadfaidh an buaicvoltas iarbhír a fheiceann na comhpháirteanna seo a bheith os cionn 80 volta!

Is sampla é Fíor 4 (ciorcad barr) de ghnáthchiorcad ceartaitheora lántonn/lár-sconna. Nuair a úsáidtear é seo, i bhformhór na gcásanna, is dócha nár cheart. Soláthraíonn sé aschur deas atá ceartaithe go hiomlán. Déanann sé seo scagadh sách éasca. Ní úsáideann sé ach dhá choigeartóirí, mar sin tá sé saor go leor. Mar sin féin, níl sé níos éifeachtaí ná an ciorcad leath-tonn a chuirtear i láthair thuas.

FIGIÚR 4. Táirgeann an dearadh lán-tonn (barr) aschur deas. Tríd an gciorcad (bun) a atarraingt, is féidir a fheiceáil nach bhfuil ann i ndáiríre ach dhá choigeartóirí leathtonn atá ceangailte le chéile. Arís, tá leath an chumhacht claochladáin amú.

---

Is féidir é seo a fheiceáil tríd an gciorcad a ath-tharraingt le dhá chlaochladán (Fíor 4 bun). Nuair a dhéantar é seo, tagann sé chun solais nach bhfuil sa lántonn ach dhá chiorcad leath-tonn ceangailte le chéile. Ní úsáidtear leath de gach timthriall cumhachta claochladáin. Mar sin, is é 50% an éifeachtacht teoiriciúil uasta le fíor-éifeachtúlachtaí thart ar 30%.

Is é PIV an chiorcaid leath amháin den chiorcad leath-tonn toisc gurb é an voltas ionchuir chuig na dé-óid ná leath d’aschur an claochladáin. Soláthraíonn an sconna láir leath an voltais go dtí dhá cheann foirceannadh an claochladáin. Mar sin, don sampla claochladán 25.2 volta, tá an PIV 35.6 volta móide an méadú gan ualach atá thart ar 10% níos mó.

Léiríonn Fíor 5 an ciorcad ceartaitheoir droichead ar cheart go ginearálta a bheith mar an chéad rogha. Tá an t-aschur ceartaithe go hiomlán agus mar sin tá an scagadh éasca go leor. Níos tábhachtaí fós, áfach, úsáideann sé an dá leath den timthriall cumhachta. Is é seo an dearadh is éifeachtaí agus faigheann sé an chuid is mó as an claochladán daor. Tá sé i bhfad níos saoire dhá dhé-óid a chur leis ná rátáil cumhachta an claochladáin a dhúbailt (arna thomhas i “Volta-Amps” nó VA).

FIGIÚR 5. Soláthraíonn an cur chuige ceartaitheoir droichead (barr) úsáid iomlán as cumhacht an claochladáin agus le ceartú lán-tonn. Ina theannta sin, trí thagairt na talún (bun) a athrú, is féidir soláthar cumhachta dé-voltais a fháil.

---

Is é an t-aon mhíbhuntáiste a bhaineann leis an dearadh seo ná go gcaithfidh an chumhacht dul trí dhá dhé-óid agus titim voltais de 1.4 volta mar thoradh air in ionad 0.7 volta do na dearaí eile. Go ginearálta, is ábhar imní é seo ach amháin maidir le soláthairtí cumhachta ísealvoltais nuair is ionann na 0.7 volta breise agus codán suntasach den aschur. (I gcásanna den sórt sin, úsáidtear soláthar cumhachta lasctha de ghnáth seachas ceachtar de na ciorcaid thuas.)

Ós rud é go bhfuil dhá dhé-óid á n-úsáid do gach leath-timthriall, ní fheiceann gach ceann acu ach leath de voltas an claochladáin. Déanann sé seo an PIV comhionann leis an voltas ionchuir buaic nó 1.414 uair an voltas claochladán, atá mar an gcéanna leis an ciorcad iomlán-tonn thuas.

Gné an-deas den choigeartóir droichead ná gur féidir an tagairt talún a athrú chun voltas aschuir dearfach agus diúltach a chruthú. Léirítear é seo ag bun Fíor 5.

SCANNÁN

Tagann beagnach gach scagadh le haghaidh soláthar cumhachta analógach ó toilleoir scagaire. Is féidir inductor sraitheach a úsáid leis an aschur, ach ag 60 Hz, caithfidh na hionduchtóirí seo a bheith sách mór agus go bhfuil siad costasach. Uaireanta, úsáidtear iad le haghaidh soláthairtí cumhachta ardvoltais nuair a bhíonn toilleoirí oiriúnacha costasach.

Tá an fhoirmle chun an toilleoir scagaire (C) a ríomh simplí go leor, ach ní mór duit fios a bheith agat ar an voltas ripple buaic-go-buaic inghlactha (V), am leath-timthriall (T), agus an sruth tarraingthe (I). Is í an fhoirmle ná C=I*T/V, áit a bhfuil C i micrifaradaí, tá I i milliampaí, tá T i milleasoicindí, agus tá V i volta. Is é 60 milleasoicind an leath-timthriall do 8.3 Hz (tagairt: Lámhleabhar Raidió Amaitéarach 1997).

Tá sé soiléir ón bhfoirmle go bhfuil méadú ar na riachtanais scagtha le haghaidh soláthairtí cumhachta ardsrutha agus/nó ripple íseal, ach níl anseo ach tuiscint choiteann. Is sampla atá éasca le cuimhneamh ná 3,000 microfarad in aghaidh an aimpéar reatha a sholáthróidh thart ar thrí volta de ripple. Is féidir leat cóimheasa éagsúla a oibriú ón sampla seo chun meastacháin réasúnta a sholáthar ar a bhfuil uait go measartha tapa.

Ábhar tábhachtach amháin is ea ardú an tsrutha ag casadh ar siúl. Feidhmíonn na toilleoirí scagaire mar shorts marbh go dtí go ndéantar iad a mhuirearú. Dá mhéad na toilleoirí, is mó a bheidh an borradh seo. Dá mhéad an claochladán, is mó an borradh a bheidh ann. I gcás formhór na soláthairtí cumhachta analógacha ísealvoltais (<50 volta), cuidíonn friotaíocht foirceannadh an claochladáin beagán. Tá friotaíocht tánaisteach tomhaiste de 25.2 óm ag an gclaochladán 0.6 bholta/dhá amp. Cuireann sé seo teorainn leis an uas-ionrith go 42 amps. Ina theannta sin, laghdaíonn ionduchtacht an claochladáin é seo beagán. Mar sin féin, tá borradh mór faoi láthair féideartha ag casadh ar siúl.

Is é an dea-scéal ná go mbíonn cumas reatha borrtha ollmhór ag coigeartóirí sileacain nua-aimseartha. De ghnáth sonraítear an teaghlach caighdeánach dé-óid 1N400x le 30 amps de shruth borrtha. Le ciorcad droichid, tá dhá dhé-óid á n-iompar seo, mar sin is é an cás is measa ná 21 amp an ceann atá faoi bhun na sonraíochta 30 amp (ag glacadh leis go bhfuil an sruth comhroinnte á roinnt, rud nach mbíonn i gcónaí). Is sampla iontach é seo. Go ginearálta, úsáidtear fachtóir de thart ar 10, in ionad 21.

Mar sin féin, ní rud é an borradh reatha seo le neamhaird a dhéanamh. D’fhéadfadh airgead a bheith caite go maith le cúpla cent níos mó a úsáid chun droichead trí-amp a úsáid in ionad droichead aon-ampóra.

DEARADH CLEACHTAIS

Is féidir linn na rialacha agus na prionsabail seo a úsáid anois agus tús a chur le bunsholáthar cumhachta a dhearadh. Úsáidfimid an claochladán 25.2 bholta mar chroílár an dearadh. Is féidir Figiúr 6 a fheiceáil mar chomhchodach de na figiúirí roimhe seo ach le páirtluachanna praiticiúla curtha leis. Léiríonn an dara solas píolótach sa tánaisteach a stádas. Taispeánann sé freisin an bhfuil muirear ar an toilleoir. Le luach chomh mór, is breithniú sábháilteachta tábhachtach é seo. (Tabhair faoi deara, toisc gur comhartha DC é seo, nach bhfuil gá leis an dé-óid droim ar ais 1N4004.)

FIGIÚR 6. Dearadh deiridh an tsoláthair chumhachta le sonraíochtaí praiticiúla páirteanna. Pléitear an chumhacht a rialáil sa chéad alt eile.

---

D'fhéadfadh sé a bheith níos saoire dhá thoilleoir níos lú a úsáid go comhthreomhar ná ceann amháin mór. Caithfidh voltas oibre an toilleora a bheith 63 volta ar a laghad; Ní leor corrlach 50 volta don bhuaic 40 volta. Soláthraíonn aonad 50 volta ach corrlach 25%. D’fhéadfadh sé seo a bheith ceart go leor le haghaidh iarratas neamhchriticiúil, ach má theipeann ar an toilleoir anseo, is féidir leis na torthaí a bheith tubaisteach. Soláthraíonn toilleoir 63 volta thart ar 60% corrlach agus tugann gléas 100 volta corrlach 150%. Maidir le soláthairtí cumhachta, is é riail ghinearálta an ordóg idir 50% agus 100% corrlach do na coigeartóirí agus na toilleoirí. (Ba chóir go mbeadh an ripple thart ar dhá volta, mar a thaispeántar.)

Caithfidh an ceartaitheoir droichead a bheith in ann an borradh reatha tosaigh ard a láimhseáil, agus mar sin is fiú dime nó dhó breise a chaitheamh le haghaidh iontaofachta níos fearr. Tabhair faoi deara go sonraítear an droichead de réir an méid is féidir leis an gclaochladán a sholáthar seachas an méid a shonraítear sa deireadh don soláthar cumhachta. Déantar é seo ar eagla go mbeidh aschur gearr ann. I gcás den sórt sin, cuirfear sruth iomlán an chlaochladáin trí na dé-óidí. Cuimhnigh, is droch-rud é teip soláthair cumhachta. Mar sin, é a dhearadh le bheith láidir.

CONCLÚID

Is breithniú tábhachtach iad sonraí agus soláthar cumhachta á dhearadh. Tá sé ríthábhachtach an difríocht idir voltas RMS agus buaicvoltas a thabhairt faoi deara chun na voltais oibre cuí don soláthar a chinneadh. Ina theannta sin, is é an sruth borrtha tosaigh rud nach féidir neamhaird a dhéanamh.

I gCuid 2, cuirfimid an tionscadal seo i gcrích trí rialtóir trí chríochfort a chur leis. Dearfaimid soláthar cumhachta voltais inchoigeartaithe de chineál ginearálta, teoranta ó thaobh srutha agus a mbeidh cianmhúchadh aige. Ina theannta sin, is féidir na prionsabail a úsáidtear don dearadh seo a chur i bhfeidhm ar aon dearadh soláthair cumhachta. 

Fág nóta 

Liosta Teachtaireachtaí