Accessori per alimentazione elettrica: ricambi elettrici, alimentatori, prese elettriche

Che cosa è l’alimentazione elettrica? E un alimentatore?

Un alimentatore è un dispositivo elettrico che fornisce energia elettrica a un carico elettrico. La funzione principale di un alimentatore è convertire la corrente elettrica da una sorgente nella corretta tensione, corrente e frequenza per alimentare il carico. Di conseguenza, gli alimentatori sono talvolta indicati come convertitori di energia elettrica.

Alcuni alimentatori sono apparecchiature autonome separate, mentre altri sono incorporati negli apparecchi di carico che alimentano. Esempi di questi ultimi includono alimentatori trovati nei computer e nell’elettronica di consumo.

Funzioni degli alimentatori

Esistono varie tipologie di accessori di alimentazione elettrica. Anche le semplici batterie del tuo telecomando tv lo sono…

Alcune delle funzioni che gli alimentatori possono svolgere includono:

  • La limitazione della corrente assorbita dal carico a livelli di sicurezza.
  • L’interruzione della corrente in caso di guasto elettrico.
  • Il condizionamento dell’alimentazione per evitare che rumori elettronici o picchi di tensione sull’ingresso raggiungano il carico.
  • La correzione del fattore e accumulo di energia in modo che possa continuare ad alimentare il carico in caso di interruzione temporanea della fonte di alimentazione (gruppo di continuità).

Connessione di ingresso

Tutti gli alimentatori di elettricità hanno una connessione di ingresso di alimentazione che riceve energia sotto forma di corrente elettrica da una sorgente. E hanno anche una o più connessioni di uscita di potenza che forniscono corrente al carico.

La fonte di alimentazione può provenire da:

  • La rete elettrica come una presa elettrica.
  • Dispositivi di accumulo di energia come batterie o celle a combustibile.
  • Generatori o alternatori.
  • Convertitori di energia solare.
  • O un altro alimentatore.

L’input e l’output sono solitamente connessioni di circuiti cablate. Sebbene alcuni alimentatori utilizzino il trasferimento di energia wireless per alimentare i propri carichi senza collegamenti cablati. E alcuni alimentatori elettrici hanno anche altri tipi di ingressi e uscite, per funzioni quali monitoraggio e controllo esterni.

Tipi di alimentazione elettrica

Alimentazione CC

Un alimentatore CC è uno che fornisce una tensione CC costante al suo carico. A seconda del suo design, un alimentatore CC può essere alimentato da una fonte CC o da una fonte CA come la rete elettrica.

Alimentazione da CA a CC

Gli alimentatori CC utilizzano l’elettricità di rete CA come fonte di energia. Tali alimentatori impiegheranno un trasformatore per convertire la tensione di ingresso in una tensione CA superiore o inferiore. Un raddrizzatore viene utilizzato per convertire la tensione di uscita del trasformatore in una tensione CC variabile. A sua volta la tensione CC variabile viene fatta passare attraverso un filtro elettronico per convertirla in una tensione CC non regolata.

Il filtro rimuove la maggior parte, ma non tutte, le variazioni di tensione CA. La tensione CA rimanente è nota come ondulazione. La tolleranza di ondulazione del carico elettrico determina la quantità minima di filtraggio che deve essere fornita da un alimentatore.

In alcune applicazioni è tollerata un’ondulazione elevata. E pertanto non è richiesto alcun filtraggio. Ad esempio, in alcune applicazioni di ricarica della batteria è possibile implementare un alimentatore DC alimentato da rete con nient’altro che un trasformatore e un singolo diodo raddrizzatore, con una resistenza in serie all’uscita per limitare la corrente di carica.

Alimentazione elettrica in modalità commutata

In un alimentatore switching (SMPS), l’ingresso di rete CA viene direttamente raddrizzato e quindi filtrato per ottenere una tensione CC. La tensione CC risultante viene quindi attivata e disattivata ad alta frequenza da circuiti di commutazione elettronici. E produce così una corrente CA che passerà attraverso un trasformatore o induttore ad alta frequenza.

La commutazione avviene ad una frequenza molto elevata (tipicamente 10 kHz – 1 MHz). Consente così l’uso di trasformatori e condensatori di filtro che sono molto più piccoli, più leggeri e meno costosi di quelli che si trovano negli alimentatori lineari che funzionano alla frequenza di rete.

Dopo l’induttore o il secondario del trasformatore, l’alta frequenza CA viene raddrizzata e filtrata per produrre la tensione di uscita CC. Se Il SMPS utilizza un trasformatore ad alta frequenza adeguatamente isolato, l’uscita sarà elettricamente isolata dalla rete. Questa caratteristica è spesso essenziale per la sicurezza.

Gli alimentatori switching sono solitamente regolati. E per mantenere costante la tensione di uscita, l’alimentatore impiega un controller di feedback che monitora la corrente assorbita dal carico. Il ciclo di lavoro di commutazione aumenta con l’aumentare dei requisiti di potenza in uscita.

Altre funzionalità degli alimentatori in modalità commutata

Gli SMPS spesso includono funzionalità di sicurezza come la limitazione della corrente o un circuito a piede di porco per proteggere il dispositivo e l’utente da eventuali danni. Nel caso in cui venga rilevato un assorbimento di corrente ad alta corrente anormale, l’alimentatore a commutazione può presumere che si tratti di un cortocircuito diretto e si spegnerà prima che si verifichi il danno.

Ad esempio, gli alimentatori per PC spesso forniscono un buon segnale di potenza alla scheda madre. L’assenza di questo segnale impedisce il funzionamento in presenza di tensioni di alimentazione anomale.

Alcuni SMPS hanno un limite assoluto sulla loro uscita di corrente minima. Sono in grado di emettere solo al di sopra di un certo livello di potenza e non possono funzionare al di sotto di quel punto. In una condizione di vuoto la frequenza del circuito di taglio di potenza aumenta a grande velocità. Facendo sì che il trasformatore isolato agisca come una bobina di Tesla, causando danni a causa dei conseguenti picchi di potenza ad altissima tensione.

Gli alimentatori in modalità commutata con circuiti di protezione possono accendersi brevemente ma poi spegnersi quando non viene rilevato alcun carico. È possibile collegare all’alimentatore un carico fittizio a bassa potenza molto piccolo come un resistore di alimentazione in ceramica o una lampadina per consentirne il funzionamento senza alcun carico primario collegato.

Alimentatori switching nei computer

Gli alimentatori switching utilizzati nei computer hanno storicamente bassi fattori di potenza. E sono stati anche fonti significative di interferenza di linea a causa di armoniche e transitori indotti sulla linea di alimentazione.

Negli alimentatori switching semplici, lo stadio di ingresso può distorcere la forma d’onda della tensione di linea, che può influire negativamente su altri carichi e provocare una scarsa qualità dell’alimentazione per altri clienti di servizi. E può anche causare un riscaldamento non necessario nei cavi e nelle apparecchiature di distribuzione.

Inoltre, i clienti devono sostenere bollette elettriche più elevate quando utilizzano carichi con fattore di potenza inferiore. Per aggirare questi problemi, alcuni alimentatori switching per computer eseguono la correzione del fattore di potenza. E possono utilizzare filtri di ingresso o stadi di commutazione aggiuntivi per ridurre le interferenze di linea.

Alimentatore capacitivo o senza trasformatore

Un alimentatore capacitivo (alimentatore senza trasformatore) utilizza la reattanza di un condensatore per ridurre la tensione di rete a una tensione CA inferiore. In genere, la tensione CA ridotta risultante viene quindi rettificata, filtrata e regolata per produrre una tensione di uscita CC costante.

La tensione di uscita non è isolata dalla rete. Di conseguenza, per evitare di esporre persone e apparecchiature ad alte tensioni pericolose, qualsiasi cosa collegata all’alimentazione deve essere isolata in modo affidabile.

Il condensatore di riduzione della tensione deve resistere alla piena tensione di rete. E deve anche avere una capacità sufficiente per supportare la corrente di carico massima alla tensione di uscita nominale. Presi insieme, questi vincoli limitano gli usi pratici di questo tipo di alimentazione alle applicazioni a bassa potenza.

Regolatore lineare

La funzione di un regolatore di tensione lineare è quella di convertire una tensione continua variabile in una tensione continua inferiore, spesso specifica. Inoltre, di solito forniscono una funzione di limitazione della corrente per proteggere l’alimentatore e il carico da sovracorrenti. Cioè la corrente eccessiva, potenzialmente distruttiva.

Una tensione di uscita costante è richiesta in molte applicazioni di alimentazione. Ma la tensione fornita da molte fonti di energia varierà al variare dell’impedenza di carico. Inoltre, quando un alimentatore CC non regolato è la fonte di energia, anche la sua tensione di uscita varierà al variare della tensione di ingresso. Per aggirare questo problema, alcuni alimentatori utilizzano un regolatore di tensione lineare per mantenere la tensione di uscita a un valore costante, indipendentemente dalle fluttuazioni della tensione di ingresso e dell’impedenza di carico.

I regolatori lineari possono anche ridurre l’entità del ripple e del rumore sulla tensione di uscita.

Alimentatori CA

Un alimentatore CA in genere prende la tensione da una presa a muro (alimentazione di rete) e utilizza un trasformatore per aumentare o diminuire la tensione fino alla tensione desiderata. Potrebbero verificarsi anche alcuni filtri.

In alcuni casi, la tensione della sorgente è la stessa della tensione di uscita. Questo è chiamato trasformatore di isolamento. Altri trasformatori di alimentazione CA non forniscono l’isolamento dalla rete. Questi sono chiamati autotrasformatori. E un autotrasformatore con output variabile è noto come variac.

Altri tipi di alimentatori CA sono progettati per fornire una corrente quasi costante e la tensione di uscita può variare a seconda dell’impedenza del carico. Nei casi in cui la fonte di alimentazione è corrente continua (come la batteria di un’automobile), uninverter e trasformatore elevatore possono essere utilizzati per convertirlo in alimentazione CA.

Alimentazione elettrica CA

L’alimentazione CA portatile può essere fornita da un alternatore alimentato da un motore diesel o a benzina – ad esempio, in un cantiere, in un’automobile o in una barca o nella generazione di energia di backup per i servizi di emergenza – la cui corrente viene trasmessa a un circuito di regolazione per fornire un tensione costante in uscita.

Alcuni tipi di conversione dell’alimentazione CA non utilizzano un trasformatore. Se la tensione di uscita e la tensione di ingresso sono uguali e lo scopo principale del dispositivo è filtrare l’alimentazione CA, potrebbe essere chiamato condizionatore di linea. E se il dispositivo è progettato per fornire alimentazione di backup, può essere definito un alimentatore senza interruzioni.

Un circuito può essere progettato con un moltiplicatore di tensione per aumentare direttamente l’alimentazione CA. In precedenza, tale applicazione era un ricevitore AC / DC a valvole.

Tipi

Nell’uso moderno, gli alimentatori CA possono essere suddivisi in:

  • Sistemi monofase.
  • trifase.

“La differenza principale tra l’alimentazione CA monofase e trifase è la costanza di consegna“.

Gli alimentatori CA possono essere utilizzati anche per modificare la frequenza e la tensione. Sono spesso utilizzati dai produttori per verificare l’idoneità dei loro prodotti per l’uso in altri paesi. (230 V 50 Hz o 115 60 Hz o anche 400 Hz per i test avionici).

Alimentazione elettrica ad alta tensione

Un alimentatore ad alta tensione è uno che emette centinaia o migliaia di volt. Viene utilizzato uno speciale connettore di uscita che impedisce la formazione di archi elettrici, la rottura dell’isolamento e il contatto umano accidentale.

I connettori standard federali vengono generalmente utilizzati per applicazioni superiori a 20 kV. Sebbene altri tipi di connettori (ad es. Connettore SHV ) possano essere utilizzati a tensioni inferiori. Alcuni alimentatori ad alta tensione forniscono un ingresso analogico o un’interfaccia di comunicazione digitale che può essere utilizzata per controllare la tensione di uscita.

Gli alimentatori ad alta tensione sono comunemente usati per accelerare e manipolare fasci di elettroni e ioni in apparecchiature come generatori di raggi X, microscopi elettronici e fasci ionici focalizzati. E anche in una varietà di altre applicazioni, tra cui l’elettroforesi e l’elettrostatica.

Gli alimentatori ad alta tensione in genere applicano la maggior parte della loro energia in ingresso a un inverter di potenza, che a sua volta aziona un moltiplicatore di tensione o un rapporto di spire alto, un trasformatore ad alta tensione o entrambi (di solito un trasformatore seguito da un moltiplicatore) per produrre alta voltaggio. L’alta tensione viene fatta uscire dall’alimentatore tramite l’apposito connettore. E viene inoltre applicata ad un partitore di tensione che la converte in un segnale di misura a bassa tensione compatibile con circuiti a bassa tensione.

Il segnale di misurazione viene utilizzato da un controller a circuito chiuso che regola l’alta tensione controllando la potenza di ingresso dell’inverter. E può anche essere convogliato fuori dall’alimentatore per consentire ai circuiti esterni di monitorare l’uscita ad alta tensione.

Alimentazione elettrica bipolare

Un alimentatore bipolare opera in tutti e quattro i quadranti del piano cartesiano tensione/corrente. Il che significa che genererà tensioni e correnti positive e negative come richiesto per mantenere la regolazione.

Quando la sua uscita è controllata da un segnale analogico di basso livello, è effettivamente un amplificatore operazionale a bassa larghezza di banda con elevata potenza di uscita e zero-crossing senza interruzioni. Questo tipo di alimentatore è comunemente utilizzato per alimentare dispositivi magnetici in applicazioni scientifiche.

Quale alimentatore elettrico è idoneo

L’idoneità di un particolare alimentatore per un’applicazione è determinata da vari attributi dell’alimentatore elettrico, che sono generalmente elencati nelle specifiche dell’alimentatore.

Gli attributi comunemente specificati per un alimentatore includono:

  • Tipo di tensione di ingresso (CA o CC) e intervallo.
  • Efficienza della conversione di potenza.
  • La quantità di tensione e corrente che può fornire al suo carico.
  • Quanto è stabile la sua tensione o corrente di uscita al variare delle condizioni di linea e di carico.
  • Per quanto tempo può fornire energia senza rifornimento. O senza ricarica si applica agli alimentatori che impiegano fonti di energia portatili.
  • Intervalli di temperatura di esercizio e conservazione.

Gestione termica

L’alimentazione di un impianto elettrico tende a generare molto calore. Maggiore è l’efficienza, più calore viene allontanato dall’unità. Esistono molti modi per gestire il calore di un alimentatore.

Protezione da sovraccarico

Gli alimentatori sono spesso protetti da cortocircuiti o sovraccarichi che potrebbero danneggiare l’alimentatore o provocare un incendio. Fusibili e interruttori automatici sono due meccanismi comunemente usati per la protezione da sovraccarico.

Limitazione di corrente

Alcuni alimentatori utilizzano la limitazione della corrente invece di interrompere l’alimentazione in caso di sovraccarico. I due tipi di limitazione di corrente utilizzati sono:

  1. La limitazione elettronica.
  2. E la limitazione dell’impedenza.

Applicazioni e alimentazione elettrica

Gli alimentatori elettrici sono un componente fondamentale di molti dispositivi elettronici e quindi utilizzati in una vasta gamma di applicazioni.

Questo elenco è un piccolo esempio delle numerose applicazioni degli alimentatori:

  • Computer.
  • Veicoli elettrici.
  • Saldatura.
  • Aeri.
  • Automazione.
  • Medicina.

Computer

Un moderno alimentatore per computer è un alimentatore a commutazione che converte l’alimentazione CA dall’alimentazione di rete in diverse tensioni CC.

I materiali di consumo a commutazione hanno sostituito i rifornimenti lineari a causa di miglioramenti in termini di costi, peso, efficienza e dimensioni. La vasta collezione di tensioni di uscita ha anche requisiti di assorbimento di corrente molto diversi.

Veicoli elettrici

I veicoli elettrici sono quelli che si basano sull’energia creata attraverso la generazione di elettricità. Un alimentatore fa parte del progetto necessario per convertire la potenza della batteria del veicolo ad alta tensione.

Saldatura ad arco

La saldatura ad arco utilizza l’elettricità per unire i metalli fondendoli. L’elettricità è fornita da un alimentatore di saldatura e può essere CA o CC.

La saldatura ad arco richiede correnti elevate tipicamente comprese tra 100 e 350 ampere. Alcuni tipi di saldatura possono utilizzare fino a 10 ampere. Mentre alcune applicazioni di saldatura a punti impiegano correnti fino a 60.000 ampere per un tempo estremamente breve.

Gli alimentatori per saldatura consistevano in trasformatori o motori che azionavano generatori. Le moderne apparecchiature di saldatura utilizzano semiconduttori e possono includere il controllo a microprocessore.

Aereo

I sistemi avionici commerciali e militari richiedono un alimentatore DC-DC o AC / DC per convertire l’energia in tensione utilizzabile. Questi possono spesso funzionare a 400 Hz nell’interesse del risparmio di peso.

Alimentazione elettrica e automazione

Questo si riferisce a trasportatori, linee di assemblaggio, lettori di codici a barre, telecamere, motori, pompe, semilavorati e altro ancora.

Medico

Questi includono ventilatori, pompe per infusione, strumenti chirurgici e odontoiatrici, imaging e letti.

Sara Hernandez Diez

Sono spagnola, vivo da un po' in Italia, l'inglese è la mia terza lingua, il mio lavoro è scrivere e tradurre. E io amo il mio lavoro: mi dà da respirare (oltre che da mangiare...). Come obiettivo ho quello non di descrivere un prodotto ma di farlo diventare il tuo prodotto.

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