Системы плавких предохранителей
Плавкие предохранители (плавкие вставки) — это электрические устройства, обеспечивающие защиту линий, установок и оборудования от коротких замыканий и перегрузок. Основными компонентами плавких предохранителей являются плавкая вставка, подключаемая в защищаемую линию, и дугогасительная камера, которая гасит электрическую дугу, возникающую при перегорании плавкой вставки.
Предохранители предполагают эффективную защиту линий, оборудования и систем при возникновении короткого замыкания или перегрузки. Они быстро и безопасно производят разъединение линии, к примеру, для сведения к минимуму эффекта от коротких замыканий. Компания Siemens предлагает плавкие предохранители для любых условий и применений. Предохранители характеризуются высокой и надежной расчетной отключающей способностью (стойкостью к коротким замыканиям) при самых компактных размерах. Ее обеспечивает быстрое появление электрической дуги и ее надежное и эффективное гашение. Принципиальные условия и испытательные характеристики линии, такие как напряжение, коэффициент мощности, угол коммутации и др. оговариваются национальными стандартами DIN VDE 0636 и международными стандартами МЭК 269. Чтобы обеспечить надежную отключающую способность в любом диапазоне, от самых маленьких не критичных токов перегрузки до самых больших токов коротких замыканий при проектировании и производстве плавких вставок нужно учитывать большое количество показателей качества. Вместе с расчетом данных плавких компонентов, таких как габарит, положение в корпусе предохранителя и форма просечки, определяющим становятся прочность корпуса и его устойчивость к перемене температур, плотность и гранулометрический состав кварцевого песка, химическая чистота. Помимо надежной отключающей способности большое значение для экономности установок имеет и токоограничивающая функция плавких вставок. При срабатывании плавкой вставки от короткого замыкания ток короткого замыкания продолжает течь в цепи до полного перегорания вставки. Когда единовременно перегорают все перемычки плавкого компонента, появляется определенное количество последовательных электрических дуг, приводящих к быстрому отключению с сильным токоограничением. Времятоковые характеристики плавких вставок компании Siemens соответствуют требованиям стандарта DIN VDE 0636. В одном устройстве обычно подключены последовательно несколько предохранителей. Селективность при отключении обеспечивает отключение в устройстве не всей установки, а только той линии, в которой произошла неполадка. Предохранители Siemens класса применения gG при рабочем напряжении до АС400В имеют взаимную селективность в соотношении 1 к 1,25, т.е. в отношении одной ступени расчетного тока к другой. Это сильно перевыполняет требование стандарта по соотношению 1 к 1,6. Вместе с уменьшением расчетных токов уменьшаются также и сечения проводов.
По характеристике срабатывания предохранители подразделяются на соответствующие классы применения. Классы применений обозначаются двумя буквами. Первая буква обозначает функциональный тип, вторая буква указывает тип защищаемого объекта:
- — а – обеспечение защиты с отключающей способностью в части диапазона, предохранители могут как минимум долго пропускать токи до их конкретного расчетного тока, и срабатывать от токов определенной кратности по отношению к расчетному току вплоть до расчетной отключающей способности.
- — g – обеспечение защиты с отключающей способностью во всем диапазоне, предохранители могут как минимум долго пропускать токи до их конкретного расчетного тока, и срабатывать от минимального тока перегорания предохранителя до токов расчетной отключающей способности. Обеспечение защиты от короткого замыкания и перегрузки.
- — G – обеспечение защиты проводов и кабелей
- — M – обеспечение защиты коммутационных устройств и электродвигателей
- — R – обеспечение защиты полупроводниковых и тиристорных устройств
- — S – обеспечение комбинированной защиты полупроводниковых и тиристорных устройств, а также кабелей и линий
- — PV – обеспечение защиты фотогальванических устройств и их соединительных кабелей
- — L – обеспечение защиты проводов и кабелей по устаревшей, сейчас не действующей норме DIN VDE
- — B – обеспечение защиты установок для горных работ
- — Tr – обеспечение защиты трансформаторов
Помимо этого, у предохранителей системы DIAZED есть типы trag (инерционные) и flink (быстродействующие). Предохранители с отключающей способностью во всем диапазоне (gG, gR, gS, flink, trag) надежно срабатывают и при перегрузках, и при коротких замыканиях. Предохранители с отключающей способностью в части диапазона (aM, aR) предназначены только для защиты от коротких замыканий.
В программе предохранителей Siemens существуют следующие типы плавких предохранителей:
Система предохранителей NEOZED – система цилиндрических предохранителей на токи от 2А до 100А типоразмеров D01 (2A – 16A), D02 (20A – 63A) и D03 (80A – 100A), классы использования gG и gR, расчетное напряжение 400В АС / 250В DC. Для них используются резьбовые основания (цоколи) NEOZED в литом корпусе и керамические, а также выключатели-разъединители нагрузки MINIZED с выдвижным лотком. Применяются в основном в распредустройствах и шкафах управления.
Система предохранителей SILIZED – система цилиндрических предохранителей с классом использования gR в конструктиве предохранителей NEOZED, на токи от 10А до 63А типоразмеров D01 (10A – 16A) и D02 (20A – 63A), расчетное напряжение 400В АС / 250В DC.
Система предохранителей DIAZED – система цилиндрических предохранителей на токи от 2А до 100А типоразмеров DII (2A – 25A), DIII (32A – 63A) и DIV (80A – 100A), классы использования gG, trag, flink (сняты с производства с заменой на trag), расчетное напряжение 500В АС / 500В DC (500В АС / 400В DC для предохранителей на 80А и 100А), 690В АС / 600В DC и 750В АС / 750В DC в зависимости от класса использования. Для них используются резьбовые основания (цоколи) DIAZED в литом корпусе и керамические, а также шинные основания. Повсеместно применяемая система предохранителей, которая является одной из старейших в мире. Эта система была разработана компанией Siemens в 1906 году и по сей день остается стандартной системой предохранителей во многих странах мира.
Система предохранителей SILIZED – система цилиндрических предохранителей с классом использования gR в конструктиве предохранителей DIAZED, на токи от 16А до 100А типоразмеров DII (16A – 30A), DIII (35A – 63A) и DIV (80A – 100A), расчетное напряжение 500В АС / 500В DC.
Система цилиндрических предохранителей 3NW/3NC – система цилиндрических предохранителей на токи от 0,5А до 100А типоразмеров 8х32мм (2A – 20A), 10х38мм (0,5A – 32A), 14х51мм (2A – 50A) и 22х58мм (8А – 100А), классы использования gG, aM, aR и gPV, расчетное напряжение от 400В АС до 690В АС / 700В DC в зависимости от класса использования (фотогальванические предохранители до 1000В DC). Для них используются основания (цоколи) с выдвижным лотком, а также компактные цилиндрические основания для стартерных комбинаций. Эти предохранители широко используются в Евросоюзе.
Система ножевых предохранителей LV HRC (NH тип) – система ножевых предохранителей на токи от 2А до 1250А типоразмеров NH000 (2A – 160A), NH00 (35A – 160A), NH0 (6A – 160A), NH1 (16A – 250A), NH2 (35A – 400A), NH3 (200A – 630A), NH4 (630A – 1250A) и NH4a (500А – 1250А), классы использования gG и aM и, расчетное напряжение от 400В АС до 690В АС и от 250В DC до 440В DC в зависимости от типа предохранителей. Для них используются ножевые LV HRC основания (цоколи) открытые и с рычажным механизмом, а также рубильники под предохранители. Возможно применение сигнальных детекторов для дистанционной сигнализации срабатывания предохранителя. Ножевые предохранители LV HRC используются для применения в устройствах энергоснабжения и энергораспределения в нежилом, административном и коммерческом секторе, на промышленных объектах и в комплексных распределительных устройствах. Они предназначены для защиты важных участков зданий, оборудования и установок. Предохранители LV HRC поставляются как с неизолированными накладками, так и с изолированными накладками и имеют либо торцевой указатель срабатывания, либо комбинированный, состоящий из центрального и торцевого указателя срабатывания. Контактные ножи предохранителей NH выполнены посеребренными. Благодаря этому они не подвергаются воздействию ржавчины и отличаются очень маленькой мощностью потерь.
Система сверхбыстродействующих предохранителей SITOR для защиты полупроводников служит для защиты выпрямителей переменного тока от перегрузки и коротких замыканий из-за того что они срабатывают более быстро чем предохранители LV HRC. Предохранители SITOR используются для защиты таких дорогостоящих приборов и устройств, как преобразователи частоты, устройства плавного пуска двигателей, полупроводниковые контакторы, линии постоянного тока, системы бесперебойного питания. Установка этих предохранителей в распредшкафы подразумевает разные виды конструктивных особенностей и подключения. Ножевые предохранители удовлетворяют требованиям IEC 60269-2 и предназначены для установки в стандартные основания и разъединители-предохранители для стандартных предохранителей LV HRC. Помимо обычных ножей, в системе предохранителей SITOR есть также предохранители с разрезными ножами для винтового крепления с габаритом 110мм по требованиям стандарта IEC 60269-4. Для оптимального теплового рассеяния предохранители с разрезными ножами для винтового крепления с габаритом 80мм или 110мм зачастую устанавливаются непосредственно на шины. Улучшенной передачей тепла обладают компактные плавкие вставки с отверстием под резьбу М10 и М12. Они также могут иметь шинное крепление. Плавкие вставки с креплением на болтах с габаритом 80мм также могут крепиться прямо на шины. Существуют также специальные предохранители для тиристорных комплектов выпрямителей для применения на железных дорогах или для систем электролиза. Предохранители новый габарита 3 характеризуются круглым керамическим корпусом взамен старого прямоугольного, что дало возможным уменьшить размер. Предохранители SITOR выпускаются в следующих вариантах: ножевые предохранители, шинные предохранители, цилиндрические предохранители с типоразмерами 10х38мм, 14х51мм, 22х58мм, D01, D02, DII, DIII и DIV, предохранители для специальных применений и имеют классы использования aR, gR и gS
Система фотогальванических предохранителей используются в фотоэлектрических системах. Фотогальванические предохранители рассчитаны на высокое номинальное напряжение постоянного тока до 1000В и имеют отключающую способность, специально для защиты фотоэлектрических модулей и соединительных кабелей с классом применения gPV. Для гарантированной высокой работоспособности систем необходимо чтобы фотоэлектрические предохранители не старели от высоких переменных нагрузочных токов, высокая стойкость к температурным колебаниям. Цилиндрические фотогальванические предохранители габарита 10х38мм (на токи от 4А до 16А) отличаются особенной компактностью. Ножевые фотогальванические предохранители в исполнении LV HRC рассчитаны на токи от 63А до 400А и доступны в типоразмерах 1, 1L, 1XL, 2L и 2XL. Обычно они используются в качестве кумулятивных аппаратов, которые ставятся перед преобразователем. Помимо этого, их можно использовать для групповой защиты (фотоэлектрические подсекции).
Или просто отправьте письмо с запросом на адрес: sales@energostandart.ru
Краткое руководство по выбору предохранителей SIBA
Предохранители в прямоугольных корпусах типа SQB выпускаются трех различных габаритов. Приборы каждого габарита доступны в нескольких монтажных версиях. Конструкция предохранителя SQB выполнена на основе серебряного плавкого элемента специальной конфигурации, обеспечивающего низкие значения величины защитного показателя, большую разрывную способность и высокую надежность при циклической нагрузке. На предохранители всех исполнений могут устанавливаться контрольные микропереключатели. Дополнительно поставляются держатели и аксессуары.
- Стандарты: DIN 43653, DIN VDE 0636-40, IEC 60269-4, UL 248-13
- Класс: aR
- Рабочее напряжение: 700/1300 В АС
- Номинальный ток: от 50 до 1600 А
- Габариты: 1, 2 и 3
- Разрывной ток: до 200 кА
Предохранители SIBA для защиты полупроводниковых приборов. Европейский стандарт, класс gR
Данная линейка предохранителей класса gRL сочетает свойства двух типов приборов в одном и обеспечивает эффективную защиту силового электронного оборудования и кабелей. Предохранители одновременно обладают малыми собственными потерями и низкой величиной защитного показателя. Приборы gRL позволяют защитить полупроводниковые приборы от токов короткого замыкания благодаря резкой рабочей характеристики типа gR. Защита кабелей от перегрузки осуществляется благодаря характеристике gG.
- Разрывной ток: до 200 кА
- Стандарты: IEC 60269-1 / (-2, -1, -4), DIN
- Класс gRL соответствует требованиям на новый стандартизированный класс gS
Предохранители для защиты полупроводниковых приборов. Цилиндрические, европейский стандарт
Цилиндрические предохранители SIBA FUSES выпускаются 6 различных габаритов. Они могут оснащаться индикатором состояния (работа или перегорание) или микропереключателем. Дополнительно поставляются держатели и аксессуары.
- Стандарты: IEC 60269-1 (-4), DIN VDE 0636-23, UL 248-13
- Класс: gR/aR/gRL
- Номинальный ток: 125 мА – 200 А
- Размеры в зависимости от рабочего напряжения:
5×20 мм: 250 В АС
6.35×32 мм: 500…1000 В АС
10×38 мм: 600…1000 В АС
14×51 мм: 500/600…690/700 В АС
22×58 мм: 500/600…690/700 В АС
27×60 мм: 660…1000 В АС - Разрывной ток: до 300 кА
Предохранители для защиты цепей постоянного тока и работы на транспортных средствах
Предохранители SIBA FUSES для защиты цепей постоянного тока выпускаются в вариантах зажимного и винтового крепления. Эти приборы предназначены, в первую очередь, для работы на транспортных средствах, в цепях аккумуляторных батарей и на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог. Широко используются для защиты преобразователей частоты. Ввиду того, что данные предохранители могут использоваться в самых разнообразных устройствах, то при заказе следует уточнить на SIBA возможности работы приборов при разных напряжениях и их характеристики срабатывания.
Предохранители этого типа разработаны для эксплуатации в тяжелых условиях, устойчивы к ударам и вибрации, могут производиться по спецификациям заказчика, проходят индивидуальное тестирование постоянных времени.
- Класс: gR/aR
- Рабочее напряжение: 660…5000 В DC
- Номинальный ток: 6…800 А
- Стандарты: UIC 550, IEC 60269-4, DIN VDE 0636-40
Малогабаритные предохранители SIBA FUSES типа G
- Цилиндрические предохранители следующих габаритов:
- 5×20 мм
- 6.3×32 мм
- 5×25 мм
- 5×30 мм
- 8×50 мм
- 8×85 мм
- 10×85 мм
- 8×120мм
- 8×150 мм
- F (быстродействующие)
- T (с задержкой срабатывания)
- M (со средним временем задержки)
- FF (сверхбыстродействующие)
Предохранители для конденсаторов (среднее рабочее напряжение)
Предохранители данного типа могут устанавливаться непосредственно на выводы конденсаторов, поскольку выводы предохранителей снабжены отверстиями с резьбой. Электрические характеристики оптимизированы под требования к защите конденсаторов. По запросу доступны дополнительные монтажные элементы.
Предохранители выпускаются со следующими параметрами:
- Рабочее напряжение: 4.8 / 7.2 / 15.5 кВ
- Номинальный ток: 6.3…250 А
- Стандарты: IEC 60 282-1, IEC 60 549
- Разрывной ток: 63 кА
Предохранители высоковольтные. Немецкий стандарт (DIN)
Предохранители предназначены для распределительных станций открытого типа, с газовой и/или воздушной изоляцией. Предохранители SIBA HV выполнены на основе параллельно соединенных плавких элементов из серебра. Они намотаны на керамическом держателе и присоединены к серебряным пластинам выводов посредством точечной сварки. В свою очередь, пластины размещены в посеребренных медных чашках выводов и также присоединены к ним точечной сваркой. Чашки выводов запрессованы на концах керамической трубы с глазурованной внутренней и наружной поверхностью, а стыки металл-керамика дополнительно защищены герметиком. Такая конструкция обеспечивает малый разброс характеристик срабатывания, хорошую влагозащищенность и высокую надежность.
- Рабочее напряжение: 7.2…36 кВ
- Номинальный ток: 6.3…500 А
- Разрывной ток: 63 кА
Предохранители высоковольтные для защиты двигателей. Немецкий и британский стандарты
Предохранители SIBA FUSES для защиты электродвигателей выпускаются немецкого (DIN) и британского стандартов. Разнообразные сочетания габаритов, типов крепления и электрических параметров позволяют свободно создавать защитные системы практически для любых двигателей. Приборы обладают высокой устойчивостью к циклическим и пиковым нагрузкам и практически свободны от эффекта старения. Малые потери в рабочем режиме определяют малый нагрев предохранителей при монтаже в корпусах небольших объемов. Рабочие перегрузочные токи могут достигать 3.5-кратных значений номинального тока. Для данных приборов выпускаются ограничители температуры.
- Стандарты: DIN 43625, BS 2692 (габаритные), IEC 60644, IEC 60470, IEC 60282-1 (электрические)
- Класс: Back up
- Рабочее напряжение: 3.6…7.2 кВ АС
- Номинальный ток: 50…315 A
- Защита двигателей согласно IEC 60644
Предохранители для средних напряжений. Европейский стандарт
Предохранители этого типа предназначены для установки внутри маслонаполненных трансформаторов для защиты от коротких замыканий и внутренних пробоев в трансформаторах. Данные приборы мало подвержены эффекту старения.
- Класс: Back up, General Purpose
- Рабочее напряжение: 12…36 кВ АС
- Номинальный ток: 8…125 A
- Разрывной ток: 63 кА
Предохранители для средних напряжений. Британский стандарт
Данные предохранители британского стандарта предназначены для защиты подстанций до 24 кВ. Конструкция предохранителей основана на проверенной концепции, применяемой при производстве всех высоковольтных предохранителей SIBA. В качестве материала корпуса приборов используется высококачественная керамика, выводы изготовлены из посеребренной меди, а плавкий элемент — из серебра, что определяет хорошую повторяемость защитных характеристик и малые величины пикового тока, пропускаемого при срабатывании. Наполнение из кварцевого песка тщательно готовится с учетом размера зерна, влажности и плотности засыпки.
- Стандарты: IEC 60282-1, BS 2692, ESI 12-8
- Рабочее напряжение: 7,2…24 кВ АС
- Номинальный ток: 6,3…160 A
- Разрывной ток: 40 кА
Предохранители для средних напряжений. Французский стандарт
Предохранители предназначены для распределительных станций открытого типа, с газовой и/или воздушной изоляцией. Предохранители размера 55×520 мм подходят для защиты силовых трансформаторов. Работа предохранителей возможна как в помещении, так и на открытом воздухе. В случае короткого замыкания, предохранители разорвут аварийную цепь при токе в пределах от пятикратного номинального до разрывного.
- Стандарты: IEC 60282-1, NFC 64210
- Класс: Back up
- Рабочее напряжение: 24 кВ АС
- Номинальный ток: 6,3…63 A
- Разрывной ток: 63 кА
Предохранители для средних напряжений. Европейский стандарт
Предохранители предназначены для защиты воздушных линий электропередачи. Поставляются в комплекте с соединителями для включения на воздушных ЛЭП и позволяют защитить трансформаторы распределительных подстанций на вводе воздушных линий. Комплект включает в себя собственно предохранитель и набор контактной арматуры.
- Рабочее напряжение: 24 кВ АС
- Номинальный ток: 32 A
- Разрывной ток: 12 кА
Предохранители низковольтные Европейский стандарт. Ножевые контакты
Предохранители SIBA NH выпускаются с боковым и/или верхним индикатором срабатывания и охватывают широкий диапазон габаритных размеров, рабочих напряжений и классов защиты. Предохранители коррозионно устойчивы, обладают малыми потерями мощности и низкой температурой перегрева. Предохранители могут комплектоваться держателями.
- Габаритный ряд: 000, 00, 0, 1, 2, 3, 4
- Рабочее напряжение: 400 / 500 / 690 / 1000 / 1500 В АС
- Номинальный ток: 2…1600 A
- Разрывной ток: до120 кА
- Классы:
gG (защита кабельных линий)
gB (общего применения)
aM (защита электродвигателей)
gTr (защита трансформаторов)
gTF (универсальные) - Стандарты: IEC 60269-1-2, EN 60269-1-2, DIN VDE 0636 part 201, DIN VDE 0636 part 2011, DIN 43620
- Одобрены в Германии, Австрии, Швейцарии
Предохранители для защиты полупроводниковых приборов. Европейский стандарт. Серия URB
Предохранители предназначены для защиты полупроводниковых приборов согласно стандартам IEC 60269-1 и IEC 60269-4. Для данных приборов выпускаются держатели и аксессуары.
- Класс: aR
- Габаритный ряд: 000, 00
- Рабочее напряжение: 660…1000 В АС
- Номинальный ток: 10…400 A
- Стандарты: DIN 43653, IEC 60269 (-1 и -4), DIN VDE 0636-40, UL 248-13
- Разрывной ток: 100…300 кА
Предохранители для защиты полупроводниковых приборов. Европейский стандарт. Серия URD
Предохранители типа D0/D, известные, как «Diazed/Neozed», выпускаются восьми различных габаритов: ND, DII, DIII, DVI, DV, D01, D02, D03. Все приборы оснащены индикаторами срабатывания. Для всех типов поставляются держатели.
- Рабочее напряжение: 440…500 В AC
- Номинальный ток: 2…200 A
- Класс: gR, aR
- Стандарты: IEC 60269-4, DIN VDE 0636-40, DIN 49515 / 49360
Предохранители для защиты полупроводниковых приборов. Ножевые контакты. Немецкий стандарт
Быстродействующие предохранители SIBA типа NH выпускаются шести габаритов и на четыре рабочих напряжения. Данная серия соответствует стандарту DIN/VDE. Держатели для этих предохранителей допускают установку приборов европейского стандарта. При установке предохранителей в держатели и/или использовании микровыключателей следует сопоставлять потери мощности в предохранителе с допустимым отводом тепла от держателей или выключателей. Все предохранители типа NH доступны как со встроенным индикатором срабатывания, так и с возможностью установки микровыключателя.
- Класс: aR / gR
- Стандарты: DIN 43620, DIN 4365, IEC 60269-4 и DIN VDE 0636-40 (класс aR), DIN VDE 0636-40 (класс gR)
- Габаритный ряд: 000, 00, 0, 1, 2, 3
- Рабочее напряжение: 500…2000 В AC
- Номинальный ток: 16…800 А
- Разрывной ток: до 120 кА
Предохранители для защиты полупроводниковых приборов. Европейский/британский стандарт
Предохранители соответствуют британскому стандарту BS 88, с индикатором срабатывания, либо с возможностью установки микровыключателя.
- Стандарты: IEC 60 269-4, BS 88-4
- Класс: aR
- Рабочее напряжение: 240…700 В AC
- Номинальный ток: 5…900 А
- Разрывной ток: 100 кА
Предохранители типа D
- Рабочее напряжение: 400…500 В АС / 250…500 В DC
- Номинальный ток: 0.5…200 А
- Класс: gG/gL
- Стандарты: IEC 60 269-3-1, DIN VDE 0636 Part 301, DIN 49515 / 49360 / 49365 / 49522
- Типы:
ND — 500 В АС (DIN 49360)
D — 500 В АС ( DIN 49515)
DO — 400 В AC (DIN 49522) - Невзаимозаменяемость плавких вставок разных типов приборов обеспечивается различными диаметрами контактных элементов.
194044, Санкт-Петербург
Большой Сампсониевский проспект, д. 45А оф. 134Показать карту
Телефон: (812) 648-21-98
Телефон: (812) 648-21-58
Телефон: (812) 325-13-95
Факс: (812) 325-40-92
Электронная почта: info@west-l.ruПоказать карту
Телефон: (495) 215-01-91
Электронная почта: msk@west-l.ruПросим обратить Ваше внимание на то, что данный сайт носит информационный характер и не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 Гражданского кодекса Российской Федерации. Цены в каталоге указаны без НДС. Для получения детальной информации о стоимости компонентов и сроках поставки обращайтесь к нашим менеджерам.
Предохранитель ППН-37 400/400А габарит 2 EKF
Вы можете задать любой интересующий вас вопрос по товару или работе магазина.
Наши квалифицированные специалисты обязательно вам помогут.
Дополнительно
Дополнительная вкладка, для размещения информации о магазине, доставке или любого другого важного контента. Поможет вам ответить на интересующие покупателя вопросы и развеять его сомнения в покупке. Используйте её по своему усмотрению.
Вы можете убрать её или вернуть обратно, изменив одну галочку в настройках компонента. Очень удобно.
Устройство компьютерных блоков питания и методика их тестирования
Эта статья послужит справочником, к которому вы сможете обратиться, встретив что-то непонятное в обзорах. Мы расскажем о принципе работы импульсных преобразователей напряжения, устройстве БП стандарта ATX и назначении его отдельных компонентов. А также о том, как мы тестируем блоки питания и как интерпретировать результаты измерений
⇣ Содержание
- Линейный и импульсный источники питания
- Общая схема блока питания стандарта ATX
- Фильтр ЭМП
- Входной выпрямитель
- Блок активного PFC
- Основной преобразователь
- Вторичная цепь
- Дежурное питание +5VSB
- Методика тестирования блоков питания
⇡#Линейный и импульсный источники питания
Начнем с основ. Блок питания в компьютере выполняет три функции. Во-первых, переменный ток из бытовой сети электропитания нужно преобразовать в постоянный. Второй задачей БП является понижение напряжения 110-230 В, избыточного для компьютерной электроники, до стандартных значений, требуемых конвертерами питания отдельных компонентов ПК, – 12 В, 5 В и 3,3 В (а также отрицательные напряжения, о которых расскажем чуть позже). Наконец, БП играет роль стабилизатора напряжений.
Есть два основных типа источников питания, которые выполняют перечисленные функции, – линейный и импульсный. В основе простейшего линейного БП лежит трансформатор, на котором напряжение переменного тока понижается до требуемого значения, и затем ток выпрямляется диодным мостом.
Однако от БП требуется еще и стабилизация выходного напряжения, что обусловлено как нестабильностью напряжения в бытовой сети, так и падением напряжения в ответ на увеличение тока в нагрузке.
Чтобы компенсировать падение напряжения, в линейном БП параметры трансформатора рассчитываются так, чтобы обеспечить избыточную мощность. Тогда при высоком токе в нагрузке будет наблюдаться требуемый вольтаж. Однако и повышенное напряжение, которое возникнет без каких-либо средств компенсации при низком токе в полезной нагрузке, тоже неприемлемо. Избыточное напряжение устраняется за счет включения в цепь неполезной нагрузки. В простейшем случае таковой является резистор или транзистор, подключенный через стабилитрон (Zener diode). В более продвинутом – транзистор управляется микросхемой с компаратором. Как бы то ни было, избыточная мощность просто рассеивается в виде тепла, что отрицательно сказывается на КПД устройства.
Пример линейного источника питания со стабилизатором. Избыточная мощность рассеивается на транзисторе Q1
В схеме импульсного БП возникает еще одна переменная, от которой зависит напряжение на выходе, в дополнение к двум уже имеющимся: напряжению на входе и сопротивлению нагрузки. Последовательно с нагрузкой стоит ключ (которым в интересующем нас случае является транзистор), управляемый микроконтроллером в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Чем выше длительность открытых состояний транзистора по отношению к их периоду (этот параметр называется duty cycle, в русскоязычной терминологии используется обратная величина – скважность), тем выше напряжение на выходе. Из-за наличия ключа импульсный БП также называется Switched-Mode Power Supply (SMPS).
Через закрытый транзистор ток не идет, а сопротивление открытого транзистора в идеале пренебрежимо мало. В действительности открытый транзистор обладает сопротивлением и рассеивает какую-то часть мощности в виде тепла. Кроме того, переход между состояниями транзистора не идеально дискретный. И все же КПД импульсного источника тока может превышать 90%, в то время как КПД линейного БП со стабилизатором в лучшем случае достигает 50%.
Простейшая схема импульсного преобразователя AC/DC с трансформатором
Другое преимущество импульсных источников питания состоит в радикальном уменьшении габаритов и массы трансформатора по сравнению с линейными БП такой же мощности. Известно, что чем выше частота переменного тока в первичной обмотке трансформатора, тем меньше необходимый размер сердечника и число витков обмотки. Поэтому ключевой транзистор в цепи размещают не после, а до трансформатора и, помимо стабилизации напряжения используют для получения переменного тока высокой частоты (для компьютерных БП это от 30 до 100 кГц и выше, а как правило – около 60 кГц). Трансформатор, работающий на частоте электросети 50-60 Гц, для мощности, требуемой стандартным компьютером, был бы в десятки раз массивнее.
Линейные БП сегодня применяются главным образом в случае маломощных устройств, когда относительно сложная электроника, необходимая для импульсного источника питания, составляет более чувствительную статью расходов в сравнении с трансформатором. Это, к примеру, блоки питания на 9 В, которые используются для гитарных педалей эффектов, а когда-то – для игровых приставок и пр. А вот зарядники для смартфонов уже сплошь импульсные – тут расходы оправданны. Благодаря существенно меньшей амплитуде пульсаций напряжения на выходе линейные БП также применяются в тех областях, где это качество востребованно.
⇡#Общая схема блока питания стандарта ATX
БП настольного компьютера представляет собой импульсный источник питания, на вход которого подается напряжение бытовой электросети с параметрами 110/230 В, 50-60 Гц, а на выходе есть ряд линий постоянного тока, основные из которых имеют номинал 12, 5 и 3,3 В. Помимо этого, БП обеспечивает напряжение -12 В, а когда-то еще и напряжение -5 В, необходимое для шины ISA. Но последнее в какой-то момент было исключено из стандарта ATX в связи с прекращением поддержки самой ISA.
Блок-схема импульсного БП
На упрощенной схеме стандартного импульсного БП, представленной выше, можно выделить четыре основных этапа. В таком же порядке мы рассматриваем компоненты блоков питания в обзорах, а именно:
- фильтр ЭМП – электромагнитных помех (RFI filter);
- первичная цепь – входной выпрямитель (rectifier), ключевые транзисторы (switcher), создающие переменный ток высокой частоты на первичной обмотке трансформатора;
- основной трансформатор;
- вторичная цепь – выпрямители тока со вторичной обмотки трансформатора (rectifiers), сглаживающие фильтры на выходе (filtering).
Внутреннее устройство БП (AeroCool KCAS-650M)
Полная схема простого блока питания стандарта ATX
⇡#Фильтр ЭМП
Фильтр на входе БП служит для подавления двух типов электромагнитных помех: дифференциальных (differential-mode) – когда ток помехи течет в разные стороны в линиях питания, и синфазных (common-mode) – когда ток течет в одном направлении.
Дифференциальные помехи подавляются конденсатором CX (крупный желтый пленочный конденсатор на фото выше), включенным параллельно нагрузке. Иногда на каждый провод дополнительно вешают дроссель, выполняющий ту же функцию (нет на схеме).
Фильтр синфазных помех образован конденсаторами CY (синие каплевидные керамические конденсаторы на фото), в общей точке соединяющими линии питания с землей, и т.н. синфазным дросселем (common-mode choke, LF1 на схеме), ток в двух обмотках которого течет в одном направлении, что создает сопротивление для синфазных помех.
Схема фильтра электромагнитных помех
В дешевых моделях устанавливают минимальный набор деталей фильтра, в более дорогих описанные схемы образуют повторяющиеся (полностью или частично) звенья. В прошлом нередко встречались БП вообще без фильтра ЭМП. Сейчас это скорее курьезное исключение, хотя, покупая совсем дешевый БП, можно, все-таки нарваться на такой сюрприз. В результате будет страдать не только и не столько сам компьютер, сколько другая техника, включенная в бытовую сеть, – импульсные БП являются мощным источником помех.
В районе фильтра хорошего БП можно обнаружить несколько деталей, защищающих от повреждения само устройство либо его владельца. Почти всегда есть простейший плавкий предохранитель для защиты от короткого замыкания (F1 на схеме). Отметим, что при срабатывании предохранителя защищаемым объектом является уже не блок питания. Если произошло КЗ, то, значит, уже пробило ключевые транзисторы, и важно хотя бы предотвратить возгорание электропроводки. Если в БП вдруг сгорел предохранитель, то менять его на новый, скорее всего, уже бессмысленно.
Отдельно выполняется защита от кратковременных скачков напряжения с помощью варистора (MOV – Metal Oxide Varistor). А вот никаких средств защиты от длительного повышения напряжения в компьютерных БП нет. Эту функцию выполняют внешние стабилизаторы со своим трансформатором внутри.
Фильтр электромагнитных помех (Antec VP700P)
Конденсатор в цепи PFC после выпрямителя может сохранять значительный заряд после отключения от питания. Чтобы беспечного человека, сунувшего палец в разъем питания, не ударило током, между проводами устанавливают разряжающий резистор большого номинала (bleeder resistor). В более изощренном варианте – вместе с управляющей схемой, которая не дает заряду утекать при работе устройства.
Кстати, наличие фильтра в блоке питания ПК (а в БП монитора и практически любой компьютерной техники он тоже есть) означает, что покупать отдельный «сетевой фильтр» вместо обычного удлинителя, в общем-то, без толку. У него внутри все то же самое. Единственное условие в любом случае – нормальная трехконтактная проводка с заземлением. В противном случае конденсаторы CY, соединенные с землей, просто не смогут выполнять свою функцию.
⇡#Входной выпрямитель
После фильтра переменный ток преобразуется в постоянный с помощью диодного моста – как правило, в виде сборки в общем корпусе. Отдельный радиатор для охлаждения моста всячески приветствуется. Мост, собранный из четырех дискретных диодов, – атрибут дешевых блоков питания. Можно также поинтересоваться, на какой ток рассчитан мост, чтобы определить, соответствует ли он мощности самого БП. Хотя по этому параметру, как правило, имеется хороший запас.
⇡#Блок активного PFC
В цепи переменного тока с линейной нагрузкой (как, например, лампа накаливания или электроплитка) протекающий ток следует такой же синусоиде, как и напряжение. Но это не так в случае с устройствами, имеющими входной выпрямитель, – такими как импульсные БП. Блок питания пропускает ток короткими импульсами, примерно совпадающими по времени с пиками синусоиды напряжения (то есть максимальным мгновенным напряжением), когда подзаряжается сглаживающий конденсатор выпрямителя.
Потребление тока импульсным БП
Сигнал тока искаженной формы раскладывается на несколько гармонических колебаний в сумме с синусоидой данной амплитуды (идеальным сигналом, который имел бы место при линейной нагрузке).
Мощность, используемая для совершения полезной работы (которой, собственно, является нагрев компонентов ПК), указана в характеристиках БП и называется активной. Остальная мощность, порождаемая гармоническими колебаниями тока, называется реактивной. Она не производит полезной работы, но нагревает провода и создает нагрузку на трансформаторы и прочее силовое оборудование.
Векторная сумма реактивной и активной мощности называется полной мощностью (apparent power). А отношение активной мощности к полной называется коэффициентом мощности (power factor) – не путать с КПД!
У импульсного БП коэффициент мощности изначально довольно низкий – около 0,7. Для частного потребителя реактивная мощность не составляет проблемы (благо она не учитывается электросчетчиками), если только он не пользуется ИБП. На бесперебойник как раз таки ложится полная мощность нагрузки. В масштабе офиса или городской сети избыточная реактивная мощность, создаваемая импульсными БП уже значительно снижает качество электроснабжения и вызывает расходы, поэтому с ней активно борются.
Электрическая схема и потребление тока блоком Active PFC
В частности, подавляющее большинство компьютерных БП оснащаются схемами активной коррекции фактора мощности (Active PFC). Блок с активным PFC легко опознать по единственному крупному конденсатору и дросселю, установленным после выпрямителя. В сущности, Active PFC является еще одним импульсным преобразователем, который поддерживает на конденсаторе постоянный заряд напряжением около 400 В. При этом ток из питающей сети потребляется короткими импульсами, ширина которых подобрана таким образом, чтобы сигнал аппроксимировался синусоидой – что и требуется для имитации линейной нагрузки. Для синхронизации сигнала потребления тока с синусоидой напряжения в контроллере PFC имеется специальная логика.
Схема активного PFC содержит один или два ключевых транзистора и мощный диод, которые размещаются на одном радиаторе с ключевыми транзисторами основного преобразователя БП. Как правило, ШИМ-контроллер ключа основного преобразователя и ключа Active PFC являются одной микросхемой (PWM/PFC Combo).
Блок Active PFC и входной выпрямитель (Antec VP700P)
Коэффициент мощности у импульсных блоков питания с активным PFC достигает 0,95 и выше. Кроме того, у них есть одно дополнительное преимущество – не требуется переключатель сети 110/230 В и соответствующий удвоитель напряжения внутри БП. Большинство схем PFC переваривают напряжения от 85 до 265 В. Кроме того, снижается чувствительность БП к кратковременным провалам напряжения.
Кстати, помимо активной коррекции PFC, существует и пассивная, которая подразумевает установку дросселя большой индуктивности последовательно с нагрузкой. Эффективность ее невелика, и в современном БП вы такое вряд ли найдете.
⇡#Основной преобразователь
Общий принцип работы для всех импульсных БП изолированной топологии (с трансформатором) один: ключевой транзистор (или транзисторы) создает переменный ток на первичной обмотке трансформатора, а ШИМ-контроллер управляет скважностью их переключения. Конкретные схемы, однако, различаются как по количеству ключевых транзисторов и прочих элементов, так и по качественным характеристикам: КПД, форма сигнала, помехи и пр. Но здесь слишком многое зависит от конкретной реализации, чтобы на этом стоило заострять внимание. Для интересующихся приводим набор схем и таблицу, которая позволит по составу деталей опознавать их в конкретных устройствах.
Транзисторы Диоды Конденсаторы Ножки первичной обмотки трансформатора Single-Transistor Forward 1 1 1 4 Two-Transistor Forward 2 2 0 2 Half Bridge 2 0 2 2 Full Bridge 4 0 0 2 Push-Pull 2 0 0 3 Помимо перечисленных топологий, в дорогих БП встречаются резонансные (resonant) варианты Half Bridge, которые легко опознать по дополнительному крупному дросселю (или двум) и конденсатору, образующим колебательный контур.
⇡#Вторичная цепь
Вторичная цепь – это все, что находится после вторичной обмотки трансформатора. В большинстве современных блоков питания трансформатор имеет две обмотки: с одной из них снимается напряжение 12 В, с другой – 5 В. Ток сначала выпрямляется с помощью сборки из двух диодов Шоттки – одной или нескольких на шину (на самой высоконагруженной шине – 12 В — в мощных БП бывает четыре сборки). Более эффективными с точки зрения КПД являются синхронные выпрямители, в которых вместо диодов используются полевые транзисторы. Но это прерогатива по-настоящему продвинутых и дорогих БП, претендующих на сертификат 80 PLUS Platinum.
Шина 3,3 В, как правило, выводится от той же обмотки, что и шина 5 В, только напряжение понижается с помощью насыщаемого дросселя (Mag Amp). Специальная обмотка на трансформаторе под напряжение 3,3 В – экзотический вариант. Из отрицательных напряжений в текущем стандарте ATX осталось только -12 В, которое снимается со вторичной обмотки под шину 12 В через отдельные слаботочные диоды.
ШИМ-управление ключом преобразователя изменяет напряжение на первичной обмотке трансформатора, а следовательно – на всех вторичных обмотках сразу. При этом потребление тока компьютером отнюдь не равномерно распределено между шинами БП. В современном железе наиболее нагруженной шиной является 12-В.
Для раздельной стабилизации напряжений на разных шинах требуются дополнительные меры. Классический способ подразумевает использование дросселя групповой стабилизации. Три основные шины пропущены через его обмотки, и в результате если на одной шине увеличивается ток, то на других – падает напряжение. Допустим, на шине 12 В возрос ток, и, чтобы предотвратить падение напряжения, ШИМ-контроллер уменьшил скважность импульсов ключевых транзисторов. В результате на шине 5 В напряжение могло бы выйти за допустимые рамки, но было подавлено дросселем групповой стабилизации.
Напряжение на шине 3,3 В дополнительно регулируется еще одним насыщаемым дросселем.
Стабилизирующие дроссели и выходной фильтр (Antec VP700P)
В более совершенном варианте обеспечивается раздельная стабилизация шин 5 и 12 В за счет насыщаемых дросселей, но сейчас эта конструкция в дорогих качественных БП уступила место преобразователям DC-DC. В последнем случае трансформатор имеет единственную вторичную обмотку с напряжением 12 В, а напряжения 5 В и 3,3 В получаются благодаря преобразователям постоянного тока. Такой способ наиболее благоприятен для стабильности напряжений.
Преобразователь DC-DC для шины 5 В (CoolerMaster G650M)
Финальной стадией на каждой шине является фильтр, который сглаживает пульсации напряжения, вызываемые ключевыми транзисторами. Кроме того, во вторичную цепь БП в той или иной мере пробиваются пульсации входного выпрямителя, чья частота равна удвоенной частоте питающей электросети.
В состав фильтра пульсаций входит дроссель и конденсаторы большой емкости. Для качественных блоков питания характерна емкость не менее 2 000 мкФ, но у производителей дешевых моделей есть резерв для экономии, когда устанавливают конденсаторы, к примеру, вдвое меньшего номинала, что неизбежно отражается на амплитуде пульсаций.
⇡#Дежурное питание +5VSB
Описание компонентов блока питания было бы неполным без упоминания об источнике дежурного напряжения 5 В, который делает возможным спящий режим ПК и обеспечивает работу всех устройств, которые должны быть включены постоянно. «Дежурка» питается от отдельного импульсного преобразователя с маломощным трансформатором. В некоторых БП встречается и третий трансформатор, использующийся в цепи обратной связи для изоляции ШИМ-контроллера от первичной цепи основного преобразователя. В других случаях эту функцию выполняют оптопары (светодиод и фототранзистор в одном корпусе).
Трансформаторы (Corsair HX750i)
⇡#Методика тестирования блоков питания
Одним из основных параметров БП является стабильность напряжений, которая находит отражение в т.н. кросс-нагрузочной характеристике. КНХ представляет собой диаграмму, в которой на одной оси отложен ток или мощность на шине 12 В, а на другой – совокупный ток или мощность на шинах 3,3 и 5 В. В точках пересечения при разных значениях обеих переменных определяется отклонение напряжения от номинала на той или иной шине. Соответственно, мы публикуем две разные КНХ – для шины 12 В и для шины 5/3,3 В.
Цвет точки означает процент отклонения:
- зеленый: ≤ 1%;
- салатовый: ≤ 2%;
- желтый: ≤ 3%;
- оранжевый: ≤ 4%;
- красный: ≤ 5%.
- белый: > 5% (не допускается стандартом ATX).
Для получения КНХ используется сделанный на заказ стенд для тестирования блоков питания, который создает нагрузку за счет рассеивания тепла на мощных полевых транзисторах.
Стенд для тестирования БП
Другой не менее важный тест – определение размаха пульсаций на выходе БП. Стандарт ATX допускает пульсации в пределах 120 мВ для шины 12 В и 50 мВ – для шины 5 В. Различают высокочастотные пульсации (на удвоенной частоте ключа основного преобразователя) и низкочастотные (на удвоенной частоте питающей сети).
Этот параметр мы измеряем при помощи USB-осциллографа Hantek DSO-6022BE при максимальной нагрузке на БП, заданной спецификациями. На осциллограмме ниже зеленый график соответствует шине 12 В, желтый – 5 В. Видно, что пульсации находятся в пределах нормы, и даже с запасом.
Высокочастотные пульсации: хороший результат (AeroCool KCAS-650M)
Низкочастотные пульсации: хороший результат (AeroCool KCAS-650M)
Для сравнения приводим картину пульсаций на выходе БП старого компьютера. Этот блок изначально не был выдающимся, но явно не стал лучше от времени. Судя по размаху низкочастотных пульсаций (обратите внимание, что деление развертки напряжения увеличено до 50 мВ, чтобы колебания поместились на экран), сглаживающий конденсатор на входе уже пришел в негодность. Высокочастотные пульсации на шине 5 В находятся на грани допустимых 50 мВ.
Высокочастотные пульсации: на грани допустимого (старый БП)
Низкочастотные пульсации: ужасно (старый БП)
В следующем тесте определяется КПД блока при нагрузке от 10 до 100% от номинальной мощности (путем сравнения мощности на выходе с мощностью на входе, измеренной при помощи бытового ваттметра). Для сравнения на графике приводятся критерии различных категорий 80 PLUS. Впрочем, большого интереса в наши дни это не вызывает. На графике приведены результаты топового БП Corsair в сравнении с весьма дешевым Antec, а разница не то чтобы очень велика.
Более насущный для пользователя вопрос – шум от встроенного вентилятора. Непосредственно измерить его вблизи от ревущего стенда для тестирования БП невозможно, поэтому мы измеряем скорость вращения крыльчатки лазерным тахометром – также при мощности от 10 до 100%. На нижеприведенном графике видно, что при низкой нагрузке на этот БП 135-миллиметровый вентилятор сохраняет низкие обороты и вряд ли слышен вообще. При максимальной нагрузке шум уже можно различить, но уровень все еще вполне приемлемый.
График скорости вращения вентилятора (AeroCool KCAS-650M)