विद्युत आपूर्ति डिज़ाइन में प्रत्यावर्ती धारा (एसी) को समझना
प्रत्यावर्ती धारा (एसी) का उपयोग करके बिजली की आपूर्ति को डिजाइन करने के लिए, पहले इनपुट करंट को निर्धारित करना होगा। अधिकांश ग्रिड पावर स्रोत एसी हैं, जो आम तौर पर एक साइनसॉइडल तरंग प्रदर्शित करते हैं।
चित्र 1: एसी तरंगरूप और प्रमुख पैरामीटर
एसी के साथ काम करते समय, निम्नलिखित मापदंडों पर विचार किया जाना चाहिए:
पीक वोल्टेज/करंट: तरंगरूप का अधिकतम आयाम.
आवृत्ति: प्रति सेकंड तरंगरूप चक्रों की संख्या. एक पूर्ण चक्र के समय को कहा जाता हैअवधि.
औसत वोल्टेज/वर्तमान: एक चक्र पर सभी वोल्टेज बिंदुओं का औसत मान। डीसी ऑफसेट के बिना शुद्ध एसी तरंग में, यह मान शून्य है क्योंकि सकारात्मक और नकारात्मक आधे एक दूसरे को रद्द कर देते हैं।
आरएमएस (रूट मीन स्क्वायर) वोल्टेज/करंट: एक चक्र पर तात्कालिक वोल्टेज मानों का मूल माध्य वर्ग। शुद्ध एसी साइन तरंग के लिए, इसकी गणना फॉर्मूला का उपयोग करके की जा सकती है।
आरएमएस समान ताप प्रभाव उत्पन्न करने के लिए आवश्यक डीसी शक्ति के बराबर है। यह परिभाषा, हालांकि जटिल है, एसी का "प्रभावी मूल्य" प्रदान करती है और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है, जिसे अक्सर वीएसी के रूप में दर्शाया जाता है।
चरण: दो तरंगरूपों के बीच कोणीय अंतर. एक पूर्ण एसी चक्र 360 डिग्री तक फैला होता है, जिसमें 90 डिग्री (सकारात्मक) और 270 डिग्री (नकारात्मक) पर शिखर होते हैं, और 180 डिग्री और 360 डिग्री पर शून्य क्रॉसिंग होती है।
यदि दो तरंगरूपों को एक साथ प्लॉट किया जाता है और एक अपने सकारात्मक शिखर पर पहुंच जाता है जबकि दूसरा अपने नकारात्मक शिखर पर पहुंच जाता है (उदाहरण के लिए, 90 डिग्री बनाम . 270 डिग्री), तो उनमें 180 डिग्री का चरण अंतर होता है और उन्हें चरण से बाहर कहा जाता है। 0 डिग्री चरण अंतर इंगित करता है कि तरंग रूप चरण में हैं।
पावर ट्रांसमिशन में ए.सी
एसी बिजली संयंत्रों से अंतिम उपयोगकर्ताओं तक बिजली संचारित करने की प्राथमिक विधि है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एसी ट्रांसमिशन के दौरान कुशल वोल्टेज परिवर्तन की अनुमति देता है।
बिजली संयंत्र ~40,000 वी (40 केवी) पर बिजली उत्पन्न करते हैं, जिसे बाद में बढ़ा दिया जाता है150-800kVप्रतिरोधक हानियों को कम करने के लिए लंबी दूरी के संचरण के लिए।
गंतव्य के निकट, वोल्टेज कम हो जाता है4–35kV, और अंत में120V या 240Vआवासीय उपयोग के लिए.
डीसी ऐसे वोल्टेज परिवर्तनों को आसानी से प्राप्त नहीं कर सकता है, क्योंकि रैखिक ट्रांसफार्मर (जो वोल्टेज के उतार-चढ़ाव पर निर्भर होते हैं) केवल एसी के साथ काम करते हैं।
एसी/डीसी रैखिक विद्युत आपूर्ति
एक एसी/डीसी रैखिक बिजली आपूर्ति इन चरणों का पालन करती है:
चित्र 2: कार्यात्मक ब्लॉक आरेख
चरण-ट्रांसफार्मर नीचे: एसी इनपुट वोल्टेज को कम करता है।
परिहार: AC को स्पंदित DC में परिवर्तित करता है।
छनन: डीसी तरंगरूप को चिकना करता है।
लाभ: सरल डिज़ाइन, बेहतर दक्षता और पावर रेंज के साथ दशकों से परिपक्व।
सीमाएँ:
आकार: कम -आवृत्ति संचालन (उदाहरण के लिए, 50 हर्ट्ज) के लिए प्राथमिक और द्वितीयक कॉइल के बीच बिजली स्थानांतरित करने के लिए बड़े, भारी ट्रांसफार्मर की आवश्यकता होती है।
वोल्टेज विनियमन: रैखिक नियामक अतिरिक्त ऊर्जा को ऊष्मा के रूप में नष्ट कर देते हैं। उच्च शक्ति पर, इसके लिए बड़े पैमाने पर हीट सिंक की आवश्यकता होती है, जिससे थर्मल प्रबंधन अव्यावहारिक हो जाता है।
एसी/डीसी स्विचिंग-मोड बिजली आपूर्ति
रैखिक डिज़ाइनों की सीमाओं को संबोधित करने के लिए, स्विचिंग{0}}मोड बिजली आपूर्ति विकसित की गई:
इनपुट सुधार/फ़िल्टरिंग: AC को सीधे DC में परिवर्तित किया जाता है।
चॉपर सर्किट: DC को उच्च आवृत्ति वाले पल्स में परिवर्तित करता है।
चरण-ट्रांसफार्मर नीचे: एक कॉम्पैक्ट, उच्च आवृत्ति ट्रांसफार्मर का उपयोग करता है।
आउटपुट सुधार/फ़िल्टरिंग: स्थिर डीसी उत्पन्न करता है।
लाभ:
संक्षिप्त आकार: उच्च -आवृत्ति संचालन छोटे ट्रांसफार्मर की अनुमति देता है।
उच्च दक्षता: रैखिक डिजाइनों की तुलना में न्यूनतम ऊर्जा हानि।
थर्मल प्रबंधन: गर्मी अपव्यय को कम करने से भारी हीट सिंक समाप्त हो जाते हैं।
चुनौतियां:
शोर: उच्च -आवृत्ति स्विचिंग विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) का परिचय देती है, जिसके लिए उन्नत फ़िल्टरिंग की आवश्यकता होती है।
जटिलता: नियंत्रण सर्किट अधिक परिष्कृत हैं लेकिन आधुनिक एकीकृत घटकों के साथ प्रबंधनीय हैं।
सारांश
एसी/डीसी बिजली की आपूर्ति सर्वव्यापी है, जो इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए एसी को स्थिर डीसी में परिवर्तित करती है। प्रमुख बिंदु:
एसी बनाम डीसी ट्रांसमिशन: कुशल वोल्टेज परिवर्तन के कारण एसी ग्रिड पर हावी है।
एकल-चरण बनाम तीन-चरण प्रणालियाँ:
एकल-चरण: सरल, घरों के लिए पर्याप्त।
तीन -चरण: औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए स्थिर, उच्च शक्ति प्रदान करता है।
डिजाइन विकास:
रैखिक आपूर्ति: आकार और दक्षता में सीमित लेकिन सरल।
स्विचिंग-मोड आपूर्ति: आधुनिक अनुप्रयोगों में संक्षिप्त, कुशल और प्रभावशाली।
