Elektroapgādes strāvas efektivitāte

Elektroapgādes strāvas efektivitāte ir maksimālā elektroenerģijas padeve, kāda nepieciešama slodzei, lai saglabātu visus tehniskajā datu lapā norādītos parametrus (izejas spriegums, jauda, u.tml.), darbojoties standartam atbilstošos vides apstākļos (temperatūra, mitrums, u.tml.).

Saskaņā ar starptautisko mērvienību sistēmu SI, elektriskās strāvas stiprums tiek aprēķināts ampēros (A). Strāvu var aprēķināt arī miliampēros (mA).
1 mA ir 1/1000 A jeb 1000 mA = 1 A (piem. 600 mA = 0,6 A).

Shēmā (zīm. 1) attēlota parādība, kas rodas starp elektroenerģijas padevi (1) un slodzi (2). Elektroenerģijas avots jeb barošanas bloks piegādā enerģiju, kuru slodze absorbē. Slodze shēmā tiek parādīta ar rezistora simbola palīdzību, un tās pretestība ir (R), bet izdalītā jauda (P). Slodze var mainīt elektroenerģiju uz citu enerģijas formu, piemēram, gaismu (spuldze) vai siltumu (radiators).

Ar strāvas efektivitāti jāsaprot maksimālā strāva, kādu barošanas avots piegādā slodzei un tā ir cieši saistīta ar slodzes radīto jaudu. Tas izriet no pamatlikuma, kas regulē visas elektriskās ķēdes, jeb Oma likuma, kas nosaka sakarību starp spriegumu (V), strāvu (A), pretestību (R) vai jaudu (P).

Oma likuma formula:

Oma likuma formulas paraugs elektroenerģijas padeves maksimālās izejas strāvas noteikšanai:

Pēc pārformulēšanas tiek iegūts paraugs, lai noteiktu maksimālo elektroenerģijas padeves izejas jaudu:

kur:

I – izejas jauda ampēros [A],
P – izejas jauda vatos [W],
U – izejas spriegums voltos [V],
R – slodzes pretestība.

Zemāk parādīts aprēķina piemērs (Oma likuma izmantošana) elektroenerģijas padeves spriegumam 12 V un strāvas efektivitātei 5 A.

Zīm. 2. Oma likuma izmantošana (aprēķināšanas piemērs)

Jauda

Pretestība

Strāva 

vai

Elektriskais spriegums 

Citi piemēri:

elektroenerģijas padeves izejas spriegums 12 V un strāvas efektivitāte 10 A. Maksimālā jauda tiek aprēķināta:

Elektroenerģijas padeves izejas spriegums 12 V un jauda 150 W. Strāvas efektivitāte tiek aprēķināta:

Gadījumā, ja elektroenerģijas padeve paredzēta nepārtrauktam darba režīmam (24 h), ieteicams, lai barošanas bloka nominālā strāva nepārsniegtu 80% no maksimālās strāvas. Tam ir cieša saistība ar izdalīto temperatūru. Barošanas bloka strāvas efektivitātes (vai jaudas) parametram vienmēr jābūt saistītam ar darba temperatūru, t.i. istabas (gaisa) temperatūru, kādā darbojas.

Noteikti jāizvairās no barošanas bloka darba temperatūrā, kas pārsniedz 50°C (maksimālā ieteicamā temperatūra ir 40°C), neskatoties uz to, ka ražotāji bieži norāda augstāku darba temperatūru. Pastāv barošanas bloki, kuriem ražotāji norādījuši maksimālo temperatūru 70°C. Šādā gadījumā nepieciešams rūpīgi iepazīties ar tehnisko dokumentāciju. Pieejamas arī ierīces ar maksimālo darba temperatūru 30°C.

Piemērs 1.

Augstas kvalitātes modulārais barošanas bloks 12 V/12,5 A/150 W. Norādītā darba temperatūra: -10°C līdz 70°C. Tehniskajā dokumentācijā ražotājs ir ievietojis shēmu (zīm. 3) ar slodzes un darba temperatūras attiecību.

Zīm. 3. Slodzes un darba temperatūras attiecība

Kā redzams shēmā, barošanas bloks var piegādāt slodzei pilnu jaudu, bet tikai temperatūrā līdz 50°C. Ja ārējā darba temperatūra ir 70°C, ierīci iespējams noslogot ar 50% jeb pusi no maksimālās strāvas. Tas nozīmē, ka, ja apkārtnes temperatūra ir 70°C, barošanas avota strāvas efektivitāte samazinās uz pusi. Šajā gadījumā nokrītas no 12,5 A līdz 6,25 A.

Piemērs 2.

Modulārais barošanas bloks 12 V/5 A/60 W. Norādītā darba temperatūra: -10°C līdz 40°C. Tehniskajā dokumentācijā ražotājs ir ievietojis shēmu (zīm. 4) ar pieļaujamo barošanas bloka izejas strāvu (I_N), atkarībā no apkārtnes temperatūras (t_amb) (momentānajai slodzei).

Zīm. 4. Barošanas bloka pieļaujamās izejas strāvas (I_N) shēma, atkarībā no apkārtnes temperatūras (t_amb) (momentānajai slodzei)

Kā redzams shēmā augstāk, barošanas bloks var piegādāt slodzei maksimālo strāvu, bet tikai temperatūrā līdz 30°C. Ja ārējā darba temperatūra ir 40°C, ierīci iespējams noslogot ar 70%.
Šajā gadījumā:
– apkārtnes temperatūra (t_amb) 30°C – maksimālā strāva 5 A,
– apkārtnes temperatūra (t_amb) 40°C – maksimālā strāva 3,5 A.

Iespējams pieņemt, ka par barošanas bloka augsto kvalitāti liecina augsta darba temperatūra un lielākā nominālā strāva. Atkarībā no barošanas bloka efektivitātes, daļa no ierīcei piegādātās enerģijas tiek pārvērsta siltumā. Ja zemas efektivitātes barošanas bloks tiks ievietots slēgtā korpusā, tad uzkarsušie elektroniskie komponenti var palielināt temperatūru korpusa iekšpusē. Tas, savukārt, ievērojami samazina elektroapgādes efektivitāti.

Temperatūras tests (zīm. 5), izmantojot termiskā attēla kameru un lētāko tirgū pieejamo, modulāro barošanas bloku 12 V/10 A ar dažādu slodzes strāvu un apkārtnes temperatūru 25°C.

Kā redzams, daži no barošanas bloka elementiem sasniedz ļoti augstu temperatūru. Visvairāk sakarst izejas filtra drosele. Šim barošanas blokam ir zema veiktspēja, un liels enerģijas daudzums tiek pazaudēts silšanas laikā

Barošanas blokos, kas aprīkoti ar izejas sprieguma regulēšanu, jāņem vērā, ka strāvas efektivitāti jeb maksimālo strāvu, kāda tiek piegādāta slodzei, ražotājs norāda nominālajam izejas spriegumam. Ja izejas spriegums tiek palielināts, tad izejas strāvu nepieciešams reducēt.

Piemērs 3.

Barošanas bloka izejas spriegums 12 V un jauda 500 W ar izejas sprieguma regulēšanu no 11,6 līdz 16,2 V. Strāvas efektivitāte tiek aprēķināta 12 V nominālajam spriegumam.

Ja izejas spriegums tiek palielināts līdz 16,2 V, tad strāvas efektivitāte sastāda:

Kā redzams, maksimālā strāva (jeb barošanas bloka strāvas efektivitāte) ir samazinājusies par 10 A attiecībā pret nominālo spriegumu.