Так нужен ли компьютеру переменный ток?

на страницах сайта 

www.electrosad.ru

Где-то в макулатуре наткнулся на заметку ставящую вопрос "Нужен ли компьютеру переменный ток? Не ручаюсь за точность названия, но смысл его точно такой. Автор поставив конкретный вопрос, но мудрствуя, просто перечислил ряд напряжения и цвета проводов соединителей. Вопрос остался без ответа.
Когда-то, в одной из статей я коротко описал, о проблемах питания компьютера по сети переменного тока. Там же была описана возможность питания ПК от сети постоянного тока.
Попробую здесь кратко описать схему блока питания и вытекающие из нее возможности.

 

Немного истории

На заре энергетики, велись споры: каким током пользоваться в электротехнической практике, постоянным или переменным?

Знаменитые изобретатели находили (например Н. Тесла и Т. Эдисон), для обоснования своего мнения, положительные стороны в применении одного и другого.

Как во всякой борьбе использовались все методы, вплоть до фальсификаций. Но в конечном итоге победил переменный ток.

И причины не только в том, что двигатели переменного тока проще, надежнее и имеют более высокий КПД.

Главную роль сыграло то, что все более возрастающие мощности электрической энергии необходимо передавать от источника энергии (электростанции) на все большие расстояния к конечному потребителю. А на переменном токе эта проблема решалась достаточно просто. Подачей в линии электропередачи напряжения переменного тока высокого напряжения. Это напряжение с помощью трансформатора может повышаться на стороне источника энергии, высокое напряжение передается по линиям электропередачи с меньшими токами чем это бы пришлось делать на низком напряжении, а значит и с меньшими потерями. А на стороне потребителя таким же трансформатором напряжение понижалось до необходимой потребителю величины.

С тех пор мы используем в быту именно переменный ток. И он долго служил нам верой и правдой, поскольку большинство нагрузок было активными или индуктивными.

 

Но прошло время,

 громоздких и дорогих трансформаторов в бытовой технике. Теперь бытовые устройства питаются от небольших, легких и дешевых электронных блоков питания. А в них (компьютерах, телевизорах, радиоприемниках, плеерах разного назначения, да и просто зарядниках) питание внутренних узлов или нагрузок осуществляется постоянным током напряжением вписывающимся в следующий стандартный ряд: 1,5; 3; 6; 12; 24, 36, 48 (и далее) вольт. Их применение позволило (за счет замены трансформаторной стали на меньший по объему и более легкий феррит) существенно снизить вес блоков питания и расход таких ценных материалов как трансформаторная сталь и МЕДЬ. Последняя широко применяется для изготовления обмоточного провода трансформаторов, для снижения потерь в них.

Массовое применение электронных блоков питания привело к появлению множества новых специфических проблем, в сетях переменного тока. Эти проблемы подробно описаны в статье "Компьютер в нагрузку" опубликованной в журнале "Компьютерра" №47 от 06 декабря 2002 года.

Входные цепи стандартного блока питания подобны схеме приведенной на рис. 1.

(Производители часто изменяют ее, но изменения делаются скорее для снижения цены за счет удаления "ненужных" элементов, чем из необходимости улучшить ее работу)

 

Рисунок 1.

 

Суть схемы изображенной на рис.1 состоит в том, что переменное напряжение 220 Вольт преобразуют в постоянное напряжением около 310 Вольт. А уже из него с помощь инверторов получают переменное напряжение высокой частоты (от 60 КГц и выше), из которого с помощью ферритового трансформатора получают необходимый набор напряжений, который далее с помощью диодных выпрямителей преобразуется в постоянный ток необходимый для питания электронных узлов.

 

Особенности работы электронного блока питания

Как уже говорилось выше, переменное напряжение 220 вольт с помощью полупроводникового моста - выпрямителя преобразуется в постоянный ток, который заряжает конденсатор (или конденсаторы) запасающие энергию необходимую для работы инвертора в паузах (когда его подпитки от сети не происходит). Этот конденсатор является емкостной нагрузкой и создает специфическую реакцию сети.

На рис.2 показан характер установившегося изменения напряжение на накопительном конденсаторе электронного блока питания с однофазной двухполупериодной схемой выпрямления.

 

Рисунок 2.

 

Здесь: T - период следования сетевого напряжения, tзар - время зарядки накопительного конденсатора, tр - время когда потребители расходуют запасенную накопительным конденсатором энергию до последующей его зарядке через время равное - T/2 (для двухполупериодной схемы выпрямителя).

Промежуточная зарядка накопительного конденсатора (рис.2 между двумя полупериодами) производится другой (на рис не показана) полуволной переменного напряжения двухполупериодного выпрямителя.

Для зарядки накопительного конденсатора требуется (при одной и той же потребляемой мощности) тем больший ток, чем больше соотношение T/tз. Он обычно многократно превышает средний потребляемый ток.

Посмотрим как это выглядит при работе нескольких компьютеров включенных в общую сеть.

 

Рисунок 3.

 

Здесь: синим цветом показаны импульсы тока, заряжающие накопительный конденсатор, а красным характер изменения напряжения в сети. Проседание напряжения в момент зарядки обусловлено сопротивлением цепей разводки сетевого напряжения, поскольку она (сеть) имеет сопротивление.

Обычно сети рассчитывается исходя из средней мощности потребляемых нагрузками и не учитывает многократно большие импульсные токи.

Стандартная схема питания десятка компьютеров при средней потребляемой мощности порядка 250 Вт на компьютер, может иметь суммарные импульсные токи в цепи подачи питания превышающие 50 - 70 А.

Как говорилось выше, это приводит к появлению множества спецефических проблем, в сетях переменного тока, которые описаны в статье "Компьютер в нагрузку".

Эти явные недостатки присущи не только офисам, но домашним сетям питания электроники.

 

Применение постоянного тока для питания компьютеров и
бытовой электроники это решение проблемы перегрузки сетей
и влияния нагрузки емкостного характера

Поэтому на вопрос: Так нужен ли компьютеру переменный ток?

Можно ответить!

Совсем не обязательно,

 

компьютер и другую современную электронику можно питать постоянным током!

 

Посмотрите на рис. 1. напрашивается простое решение - питать компьютеры и другую электронику постоянным током. даже не меняя схему самого блока питания. Для этого необходимо просто подать на блок питания постоянное напряжение соответствующей полярности и величины.

 

Предостерегу от непродуманных шагов!

Как любое решение, где необходимо учитывать множество факторов оказывающих влияние на его работу, к этой проблеме необходимо подходить вдумчиво, с проведением макетирования, испытания и тестирования технического решения.

 

Это не только снимает проблему больших импульсных токов и искажения формы напряжения питающей сети, но и позволяет упростить схему электронных блоков питания и снизить их цену без ухудшения характеристик.

Необходимо только, чтобы инвертор блока питания устойчиво запускался на постоянном токе.

При этом постоянным током можно питать обычные (имеющемся в массовом использовании) электронные блоки питания. Для этого необходимо соответствующим образом скорректировать питающее напряжение и определить необходимую полярность напряжения.

 

Система питания компьютеров большого офиса постоянным током

Если в офисе более 10 - 15 компьютеров, в таком случае уже целесообразно (возможно даже повышение экономической эффективности) применять питание этих компьютеров постоянным током. Это позволит снизить токи протекающие в сети до близких к рассчитанным по средней мощности.

Общий источник питания для такой сети имеет небольшие габариты (которые определяются применяемой элементной базой), высокий КПД (до 95%) может быть построен на основе шестифазной мостовой схемы Ларионова, которая имеет вид:

 

Рисунок 4.

 

Система построенная по такой схеме имеет коэффициент пульсаций до 1,4%, при соблюдении симметрии схемы и симметрии питающего напряжения. Наихудшее значение коэффициента пульсаций, в случае не соблюдения требований симметрии, может быть в 2-3 раза хуже.

Данная схема работает без фильтрующих конденсаторов. Применение дросселя фильтра L снизит коэффициент пульсаций до еще  меньших величин и защитит первичную сеть от помех.

К достоинству данной схемы можно отнести компенсацию емкостной составляющей нагрузки.

 

Сравним

Я думал данная статья вызовет интерес, но его не заметно.

Поэтому для наглядности приведу две схемы вытекающее из статьи и опирающиеся на рис. 1 и 4.

Рисунок 5.

 

Упрощенная схема типового блока питания компьютера, которую сравним с рис.4 и обратим свои взоры к рис.6, который практически полностью соответствует рис.5.

В красной рамке, здесь та часть схемы которая может быть удалена из БП. Правда, в большинстве случаев, необходима замена примененного симметричного фильтра на более простой П - образный.

Продолжая рассуждения, посмотрим рис. 6.

 

Рисунок 6.

 

На рис 6 показана упрощенная схема подключения нескольких компьютеров (число ограниченно только потребностями и допустимой нагрузкой сети) для питания от трехфазной сети переменного тока.

Здесь общая для вторичной электрической сети, выпрямительная установка, собранная по многофазной схеме Ларионова служит для ее обеспечения постоянным током нужной мощности всех потребителей. Она имеет хорошие параметры качества напряжения и полностью заменяет входные выпрямители блока питания компьютера. Это позволяет вывести блоки питания компьютеров из синхронного режима зарядки их накопительных конденсаторов, что означает снижение импульсных токов в сети и приближение их к токам рассчитанным по средней мощности. Это в свою очередь снижает их влияние на первичные цепи и полностью исключает эффекты описанные в статье "Компьютер в нагрузку" и повышает качество напряжения в первичной сети.

И как уже говорилось выше, это позволит использовать имеющиеся блоки питания, но даст возможность их упростить в дальнейшем. Последнее позволит снизить стоимость.

 

Литература:

1. Компьютер в нагрузку, Олег Григорьев, "Компьютерра" №47 от 06 декабря 2002 г.  Скачать статью в формате pdf.

2. Расчет электропитающих устройств, Г.С. Векслер, Киев, Техника, 1978 г

3. Компьютер как источник помех, А. Сорокин, 2006 г.

© А. Сорокин, май 2010/2011 г.

  Яндекс.Метрика

<<назад>> <<в начало>> <<на главную>>

Попасть прямо в разделы сайта можно здесь:

/Неизвестный процессор/Охлаждение ПК/Электроника для ПК/Linux/Проекты, идеи/Полезные советы/Разное/
/
Карта сайта/Скачать/Ссылки/Обои/Форум/Каталог/

При полном или частичном использовании материалов ссылка на "www.electrosad.ru" обязательна.
Ваши замечания, предложения, вопросы можно отправить автору через
гостевую книгу или
почтой.

Copyright © Sorokin A.D.

2002-2012