Czysty prąd przemienny jest wszechobecny, więc niektóre urządzenia elektryczne są projektowane z tym założeniem.
Urządzenia, które dbają o jakość zasilania AC
Klasycznym przykładem urządzenia, które zaczyna się od takiego założenia, jest analogowy wzmacniacz mocy audio zaprojektowany we wczesnych latach siedemdziesiątych lub wcześniej, lub bardziej nowoczesny element zaprojektowany w ten sam sposób. Regulacja liniowa wyrzuca zbyt wiele ciepła, aby było praktyczne w takim urządzeniu, technologia regulacji przełączania przy niskim poziomie hałasu nie była wtedy naprawdę dostępna, a więc wzmacniacze tego czasu zostały zaprojektowane z zasadniczo nieregulowaną mocą bezpośrednio napędzającą stopnie wzmocnienia. Brudna moc pojawia się jako część sygnału wyjściowego, w zależności od tego, ile sprzężenia zwrotnego ma wzmacniacz. Jest to jedna z dwóch głównych przyczyn szum linii w starych wzmacniaczach .²
Innym przykładem obwodu, w którym jakość zasilania może wpływać na działanie urządzenia, jest coś z silnikiem prądu zmiennego, takim jak a akumulatorowa wiertarka elektryczna , gdzie prędkość silnika jest bezpośrednią funkcją napięcia umieszczonego na nim. Napięcie, które nie zwiększa się i nie zmniejsza płynnie, spowoduje zmiany prędkości. Kroki na wyjściu zmodyfikowanej fali sinusoidalnej są w setkach regionów Hz, więc zmodyfikowany sinusoidalny zasilacz UPS prawdopodobnie spowoduje zmianę sposobu działania silnika, który można usłyszeć.
Chociaż nie martwiłabym się zbytnio, jak słaba byłaby jakość energii w przypadku wiertarki elektrycznej, istnieją urządzenia napędzane silnikiem, których nie chciałbym uruchamiać z zasilaczy UPS niskiej jakości, takich jak Maszyna CPAP .
Jeśli chodzi o pytanie, czy któreś z urządzeń w szafie SOHO dba o jakość mocy wyjściowej UPS, zależy to od konstrukcji zasilacza każdego komponentu.
Typy zasilaczy
Urządzenia z silnym filtrowaniem i regulacją zasilania generalnie nie przejmują się nieidealnościami w zmodyfikowanej fali sinusoidalnej. Dla takiego urządzenia liczy się tylko to, że staje się wystarczające Moc RMS i że moc mieści się w granicach napięcia wejściowego urządzenia .³
Najpopularniejszym rodzajem zasilania stosowanym w nowoczesnych urządzeniach elektronicznych jest zasilacz impulsowy . Przełączniki robią znacznie gorsze rzeczy w stosunku do mocy niż wprowadzają pewne wstrząsy na wejściowej fali sinusoidalnej, więc muszą już mieć dużo filtrowania, jeśli obwód obciążenia wymaga czystej mocy.
Innym ważnym rodzajem regulacji zasilania jest regulator liniowy , która zwykle tłumi szumy wejściowe niskiej częstotliwości i tętnienia o 80-100 dB. Oznacza to, że odrobina wstrząsów wejściowych wyjdzie z etapów filtrowania i regulacji jako tylko odrobina fuzz. Próbowałem wymyślić przykład urządzenia, które działałoby słabo ze względu na ten fuzz, ale nic nie przychodzi mi do głowy. Gdy popychasz hałas tak daleko w dół, staje się on nieistotny dla większości obwodów, dlatego nadal stosowane są regulatory liniowe, pomimo ich nieefektywności.
To pozostawia nieregulowane zasilacze. Jest to bardzo podobne do powyższych przypadków z silnikami prądu przemiennego, z wyjątkiem tego, że transformator zmniejsza napięcie prądu przemiennego, które jest wtedy zwykle naprawione i przefiltrowany wytwarzać wyboiste napięcie DC. Ten trzystopniowy proces znacznie redukuje szum po stronie prądu zmiennego, więc możliwe jest, że istnieją urządzenia zbudowane przy założeniu, że powstały hałas i marszczyć na wyjściu takiego źródła zasilania jest dość czysto i denerwowałoby go hash setek Hz pochodzących ze zmodyfikowanego sinusa UPS.
Oscylogramy
Po fixer1234 dodał zdjęcia do swojej odpowiedzi , Pomyślałem, zmodyfikowany sinus nie może być naprawdę że źle, prawda? Mam na myśli, że będą używać więcej niż czterech kroków na cykl, prawda? Dobrze?
Postanowiłem schwytać oscylogramy wszystkich UPS-ów, które mam tutaj dla nauki! Wszystkie są produkowane przez tę samą firmę, ale pochodzą z różnych punktów tej linii produktów.
Dla porównania wygląda to jak niefiltrowane napięcie linii AC w miejscu testu, z napięciem w funkcji czasu po lewej i a wykres widma tego samego przebiegu po prawej stronie:
Duży pik na lewej krawędzi wykresu widma to 60 Hz fundamentalny . Duży harmoniczne szczyty widać, że moja moc na ścianie nie jest super czysta. Największa jest druga harmoniczna przy 120 Hz pośrodku wykresu, 30 dB od fundamentu, po której następuje trzecia harmoniczna przy 180 Hz wyłączona przy prawej krawędzi wykresu. Potem jest tajemniczy szczyt przy 85 Hz, dla którego nie mam żadnego wyjaśnienia.
Jest to wystarczające zniekształcenie, aby pokazać się na oscylogramie po lewej stronie: zauważ nieco spłaszczone szczyty.
Przetestowałem kilka różnych UPS-ów o prawdziwie sinusoidalnym zasilaniu, które były dość drogie. Ich wyniki wyglądają tak:
Twoje oczy cię nie oszukują: wyjście AC na baterii tego konkretnego UPS jest czystsze niż moje zasilanie ścienne! Ten zasilacz UPS będzie obsługiwał dowolne urządzenie elektroniczne mieszczące się w granicach obciążenia, ponieważ jego moc wyjściowa na akumulatorze jest zbliżona do idealnej mocy ściany, co nie ma praktycznego znaczenia.
Jeśli zasilacz UPS wystarcza długo, koszt wymiany baterii przekracza koszt początkowy. Jeśli kupujesz wysokiej jakości zasilacze UPS, dlatego poświęć więcej uwagi koszty eksploatacji UPS niż początkowa cena zakupu. ”
UPS średniej klasy z tego samego producenta kosztuje około & amp; frac13; zasilacza UPS o prawdziwie sinusoidalnym zasilaniu z tymi samymi specyfikacjami nagłówkowymi. Prawdopodobnie będzie też mniejszy i lżejszy. Haczyk? To:
Chociaż jest to dużo lepsze niż wynik, którego oczekujemy od posta fixer1234, nie jest ładny. Nie tylko jest dużo szerokopasmowego szumu i zniekształceń na wyjściu tego zasilacza UPS, ale te dwa zaczepy wsteczne, które widzisz w każdym cyklu, mogą denerwować obwody, które zakładają, że napięcie wejściowe prądu zmiennego stale rośnie lub maleje.
Niemniej jednak dobrze przefiltrowany i regulowany zasilacz pozbawi to wszystko, więc takie urządzenia będą działały z tego UPS. Nigdy nie miałem żadnych problemów z urządzeniami podłączonymi do tego UPS. Ponieważ to UPS podtrzymuje podstawowe składniki mojej sieci domowej, myślę, że zauważyłbym, gdyby zrestartowały się przy każdym impulsie zasilania.
Jednym z powodów, dla których nie podaję tutaj nazw marek i modeli, jest to, że nie jest to bardzo dobry przewodnik po jakości wyjścia na baterię. Przetestowałem bliskiego krewnego poprzedniego UPS i otrzymałem bardzo inny wynik testu:
Jest to w zasadzie rzeczywista wersja wyidealizowanego przebiegu pokazanego w odpowiedzi fixer1234. Odpowiedź na moje pytanie brzmi: „Tak, naprawdę powodują, że zasilacze UPS mają tak niską jakość wydruku”.
I tak, w praktyce może to mieć znaczenie. W rzeczywistości zdecydowałem się przetestować dane wyjściowe tego konkretnego UPS-a pod kątem tej odpowiedzi, ponieważ dawało nam to kłopoty w przeszłości.
Do tego zasilacza UPS podłączono wysokiej klasy komputer osobisty z nazwą marki i na każdym zasilaczu, PC - i tylko komputer - spontanicznie uruchomi się ponownie. Wszystko inne podłączone do gniazd „baterii” pozostanie w górze. To było takie dziwne, że napisałem Arduino programuj w jednym punkcie, aby rejestrować „live-ness” przez kilka tygodni, aby spróbować wykryć zaniki zasilania. Ta mała tablica pozostała uruchomiona przez cały czas, nawet po ponownym uruchomieniu komputera. Ostatecznie przenieśliśmy ten UPS na duży stary serwer, spodziewając się, że większe obciążenie spowoduje również ten sam symptom, ale nie: UPS utrzymał ten serwer w kilku chwilach.
Jakość wyjściowa UPS nie jest dolną częścią beczki. Siadasz? Oto zasilacz UPS niskiej klasy z tej samej firmy, który wykonał wszystkie trzy UPSy powyżej:
Ow!
Teraz widzisz, dlaczego ta niska linia UPS-ów kosztuje około połowę mniejszej niż UPS-y średniej klasy.
To powiedziawszy, nigdy nie widziałem żadnego z urządzeń podłączonych do tego zasilacza UPS, który nie przeszedł przerwy w dostawie prądu.
Wnioski
Wiele urządzeń po prostu nie troszczy się o jakość zasilania AC. Ekstremalnym przykładem jest żarowa lampa biurkowa, ale każde urządzenie z dobrze regulowanym i dobrze przefiltrowanym zasilaniem powinno radzić sobie z brzydkim wejściem prądu zmiennego.
Jak widzieliśmy powyżej, a także w innych odpowiedziach, istnieją urządzenia, które nie poradzą sobie ze słabą mocą wejściową. W takich przypadkach potrzebny jest prawdziwy sinus UPS.
Dygresje:
Niektóre konstrukcje wzmacniaczy mają bardzo mało negatywna opinia . Jest to kwestia religijna w kręgach audiofilskich, z reakcyjnymi ekstremistami wierzącymi, że najlepsze wzmacniacze mają niewiele lub nie mają żadnego sprzężenia zwrotnego.
Inną główną przyczyną szumu wzmacniacza jest Pętla uziemienia .
Dlatego często widać zasilacze oznaczone jako akceptujące 90-260 VAC lub podobne. Jeśli taki zasilacz dostanie 200 VAC, po prostu pobierze połowę prądu, jak gdyby otrzymał 100 VAC zamiast tego, aby dostarczyć tę samą moc do obwodu zasilanego. P = VI
Nawet urządzenia, które nie dbają o czystą moc, muszą często mieć filtrowanie wejścia zasilania aby się spotkać EMC przepisy prawne.
Dla porównania z przypadkiem regulacji liniowej typowe nieregulowane zasilanie może zmniejszyć hałas po stronie AC o około 20 dB.
Decybele powierzchnia skala logarytmiczna gdzie co 6 dB różnicy pomiędzy dwoma napięciami występuje podwojenie lub zmniejszenie o połowę. Tak więc redukcja szumów regulatora liniowego o 80 dB nie jest 4 razy lepsza niż 20-krotność uzyskiwana z typowego nieregulowanego źródła zasilania, jest około 1000 × lepsza! Spadek od 20 dB do 100 dB otrzymasz od a naprawdę dobry liniowy regulator oznacza, że moc wyjściowa jest 10.000 razy cichsza niż na wejściu.
Załóżmy, że zdecydujesz się na zakup UPS-a True-Sine za 500 USD, mimo że możesz otrzymać wysokiej jakości UPS-a o zmodyfikowanych sinusoidach z tymi samymi specyfikacjami dla 150 USD. Typowa bateria UPS musi być wymieniana co około 3 lata, co może kosztować 150-200 USD w przypadku modelu prawdziwie sinusoidalnego. To wynosi 50-66 USD / rok × 12 lat i około; 600-800 $, co sprawia, że bateria kosztuje dominujący element w kalkulacji kosztów.
UPSy wyższej klasy mają zazwyczaj większe fizycznie baterie dla danego poziomu VA, więc koszt wymiany baterii baterii UPS zależy częściowo od tego, ile pierwotnie zapłaciłeś za UPS. Dlatego też możesz zdecydować się na zakup zasilacza UPS niższej klasy, niż chciałbyś, biorąc pod uwagę powyższe wykresy, ponieważ długoterminowy koszt eksploatacji byłby zbyt wysoki w przypadku zasilaczy UPS wyższej klasy.
