Comprensión de la corriente alterna (CA) en el diseño de fuentes de alimentación
Para diseñar una fuente de alimentación que utilice corriente alterna (CA), primero se debe determinar la corriente de entrada. La mayoría de las fuentes de energía de la red son de CA, que normalmente presenta una forma de onda sinusoidal.
Figura 1: Forma de onda de CA y parámetros clave
Al trabajar con aire acondicionado, se deben considerar los siguientes parámetros:
Voltaje/corriente pico: La amplitud máxima de la forma de onda.
Frecuencia: El número de ciclos de forma de onda por segundo. El tiempo que tarda un ciclo completo se llamaperíodo.
Voltaje/corriente promedio: El valor medio de todos los puntos de voltaje durante un ciclo. En una forma de onda de CA pura sin compensación de CC, este valor es cero porque las mitades positiva y negativa se cancelan entre sí.
RMS (media cuadrática) voltaje/corriente: La raíz cuadrática media de los valores de voltaje instantáneos durante un ciclo. Para una onda sinusoidal de CA pura, esto se puede calcular mediante la fórmula.
RMS es equivalente a la potencia CC necesaria para producir el mismo efecto de calentamiento. Esta definición, aunque compleja, proporciona el "valor efectivo" de CA y se usa ampliamente en ingeniería eléctrica, a menudo denominada VAC.
Fase: La diferencia angular entre dos formas de onda. Un ciclo de CA completo abarca 360 grados, con picos a 90 grados (positivo) y 270 grados (negativo), y cruces por cero a 180 grados y 360 grados.
Si se trazan dos formas de onda juntas y una alcanza su pico positivo mientras que la otra alcanza su pico negativo (por ejemplo, 90 grados frente a . 270 grados), tienen una diferencia de fase de 180 grados y se denominan desfasadas. Una diferencia de fase de 0 grados indica que las formas de onda están en fase.
CA en la transmisión de energía
La CA es el método principal para transmitir electricidad desde las centrales eléctricas a los usuarios finales. Esto se debe a que la CA permite una transformación eficiente del voltaje durante la transmisión.
Las centrales eléctricas generan electricidad a ~40.000 V (40 kV), que luego se incrementa hasta150-800 kVpara transmisión de larga-distancia para minimizar las pérdidas resistivas.
Cerca del destino, el voltaje se reduce a4–35kV, y finalmente a120V o 240Vpara uso residencial.
La CC no puede lograr fácilmente tales transformaciones de voltaje, ya que los transformadores lineales (que dependen de las fluctuaciones de voltaje) solo funcionan con CA.
Fuentes de alimentación lineales CA/CC
Una fuente de alimentación lineal CA/CC sigue estos pasos:
Figura 2: Diagrama de bloques funcional
Transformador reductor-: Reduce el voltaje de entrada de CA.
Rectificación: Convierte CA en CC pulsante.
Filtración: Suaviza la forma de onda de CC.
Ventajas: Diseño simple, madurado durante décadas con eficiencia y rango de potencia mejorados.
Limitaciones:
Tamaño: El funcionamiento de baja-frecuencia (por ejemplo, 50 Hz) requiere transformadores grandes y pesados para transferir energía entre las bobinas primaria y secundaria.
Regulación de voltaje: Los reguladores lineales disipan el exceso de energía en forma de calor. A alta potencia, esto exige disipadores de calor masivos, lo que hace que la gestión térmica sea poco práctica.
Fuentes de alimentación en modo de conmutación CA/CC-
Para abordar las limitaciones de los diseños lineales, se desarrollaron fuentes de alimentación de modo-conmutado:
Rectificación/filtrado de entrada: La CA se convierte directamente en CC.
Circuito picador: convierte CC en pulsos de alta-frecuencia.
Transformador reductor-: utiliza un transformador compacto de alta-frecuencia.
Rectificación/filtrado de salida: Produce CC estable.
Ventajas:
Tamaño compacto: El funcionamiento de alta-frecuencia permite transformadores más pequeños.
Alta eficiencia: Pérdida de energía mínima en comparación con diseños lineales.
Gestión térmica: La disipación de calor reducida elimina los disipadores de calor voluminosos.
Desafíos:
Ruido: La conmutación de alta-frecuencia introduce interferencias electromagnéticas (EMI), que requieren un filtrado avanzado.
Complejidad: Los circuitos de control son más sofisticados pero manejables con componentes integrados modernos.
Resumen
Las fuentes de alimentación CA/CC son omnipresentes y convierten CA en CC estable para dispositivos electrónicos. Puntos clave:
Transmisión de CA versus CC: La CA domina las redes debido a una transformación de voltaje eficiente.
Sistemas monofásicos-frente a trifásicos-:
Monofásico-: más sencillo, suficiente para los hogares.
Trifásico-: ofrece alta potencia estable para aplicaciones industriales.
Evolución del diseño:
Suministros lineales: Limitado por tamaño y eficiencia pero simple.
Cambio de-consumibles de modo: Compacto, eficiente y dominante en aplicaciones modernas.
