03. Dec, 2020.

 Životna poruka Nikole Tesle:
„Najveće čovekovo  zadovoljstvo je posvetiti se nečemu što mu ni u snu ne da mira!“

( Članak posvećen Teslinom i mom rođendanu, 10. juli )

Donedavno smo rezervno napajanje svetiljki manje snage, u ambijentu bez gradske mreže, koristili upotrebom konvertora napona ( 12 V = /230 V ≈  ), što se pojavom LED svetla ( 12 V, 24 V = ) pokazalo suvišnim i neracionalnim rešenjem. Ovo se ne odnosi na korišćenje visokog napona za uređaje koji se napajaju sa 230 V, 50 Hz naizmeničnog napona ( pogledati sliku konvertora napona za računar i svetlo ). Za takav konvertor treba kao izvor struje koristiti akumulator minimalnog kapaciteta od 45 Ah. Nedavni nestanak struje u gradu, koji je trajao preko sat vremena, naveo me na ideju kako da u takvoj situaciji imam sigurno rezervno napajanje LED niza koji je mali potrošač struje, svega 500 mA, što će sa minijaturnim akumulatorom kapaciteta od 1300 mAh obezbediti do dva časa spasa od neprijatnog mraka.

Uređaj koji predstavljam vredan je pažnje zbog malih dimenzija i manje snage sa namenski pravljenom kutijom u kombinaciji aluminijski lim, drvo i plastika, ali sa automatskim preklapanjem mreža-baterija i sa zaštitom od prepunjavanja i kratkog spoja akumulatora. Primarna vrednost ovog uređaja je automatsko prebacivanje na rezervno napajanje, što pri nestanku struje u mreži spašava od tumaranja po mraku. Može biti stalno uključen na mrežu, služeći kao večernje pozadinsko svetlo, pri čemu se baterija polako prazni, ali i kontinuirano dopunjava do maksimalnog projektovanog napona od 14,8 V sa strujom punjenja, Ipunj. = (Uizl. – Ubat.)/Rx. Pored minijaturnog akumulatora ( 12 V, 1300 mAh ) urađen je ispravljački stepen složenijeg tipa sa dva odvojena Grecova spoja, stabilizatorom napona i kontrolom struje punjenja zbog nekih složenih procesa upravljanja relejnim sklopom koji reaguje pri nestanku struje u mreži. Tada se automatski pali svetlo, odnosno kotva releja prebacuje se na rezervni izvor napajanja. Preko releja, koji ima dva radna položaja, obezbeđen je potreban napon od 12 V za stabilno svetlo LED štapa koji fantastično osvetljava prostor u kome se nalazimo. Uređaj nije strogo fiksiran na jednom mestu, možemo ga po potrebi prenositi iz prostorije u prostoriju, ili mu odrediti neku ustaljenu radnu poziciju gde najviše boravimo.

Pored ekonomičnosti, po pitanju utroška struje i malih gubitaka na Džulovoj toploti  ovakav uređaj dokazano je koristan za svako domaćinstvo, sa izvesnim prednostima u odnosu na fabričko rezervno napajanje. Primetio sam, ispitujući i pažljivo testirajući brojna praktična rešenja, da je kod većine fabričkih uređaja rešenje stabilnog rezervnog napajanja prateća boljka, ili namerno izveden tehnički nedostatak, nepravilno punjenje baterije koja brzo strada, a u slučaju kratih spojeva u njenim ćelijama dolazi do težih kvarova na elektronici napajanja. Sa strogo kontrolisanim naponom i prilagođenom strujom punjenja ( Ipunj. ) moj prvenac za rezervno napajanje služio je, sa NiCd akumulatorom od 7 Ah, punih deset godina.

Što se tiče troškova za gradnju ovog minijaturnog uređaja, najveća stavka je akumulator, dok se cena komponenti ispravljačkog stepena može ublažiti, ili potpuno izbeći nekim raspoloživim rezervama delova koje poseduje svaki napredniji konstruktor. Relej je minijaturnog tipa ( 12 V, 10 A na kotvi ) za automatsko preklapanje mreža-baterija. Ukoliko kupujemo odgovarajuću metalnu kutiju, njena cena nije zanemarljiva, tako da je najbolje da je sami pravimo, ili se snađemo na neki drugi način. Možemo koristiti odgovarajuću metalnu, ili plastičnu kutiju sa svim potrebnim merama zaštite od visokog napona. Veličina kutije zavisi od odabranog kapaciteta akumulatora od koga zavisi vreme rezervnog napajanja koje se može precizno izračunati pomoću formule: q = I*t, odnosno, t = q/I. Kapacitet akumulatora označen je na bateriji ( mAh, ili Ah ), tako da je dovoljno  instrumentom izmeriti jačinu struje potrošača ( LED niza ). Delenjem te dve fizičke veličine ( kapacitet akumulatora i jačinu struje ) dobijemo vreme u časovima. Na kraju recimo da nije preporučljivo potpuno pražnjenje akumulatora, što se  zbog ugrađene elektronske zaštite od potpunog pražnjenja i kratkog spoja Acu baterije nikako ne može desiti, što bi mu ubrzano smanjilo vek trajanja.

Nije retkost da godinama korišćeni UPS uređaj, koji služi za vremenski ograničeno napajanje računara električnom strujom kada nestane napona u mreži, posle dužeg perioda eksploatacije otkaže svoju korisnu zaštitnu ulogu, te se njegova opravka uglavnom ne isplati. Mnogi ga bacaju kao elektronski otpad, ne razmišljajući da njegov ispravan transformator može dobro poslužiti za konstrukciju kvalitetnog punjača akumulatora velike snage. Snaga transformatora zavisi od snage UPS-a ( P ) koji  je korišćen dok je bio ispravan. Dobro će poslužiti bilo koji od njih koji je ispravan, samo treba znati  šta i kako koristiti kao primarni, a šta kao sekundarni namotaj mrežnog transformatora. Principijelno, primar bilo kog transformatora je namotaj u koji se uvodi, a sekundar je namotaj sa koga se dobija ( izvodi ) transformisan naizmenični napon.

Kod transformatora UPS-a, koji ćemo koristiti za pravljenje punjača akumulatora, napon od 230 V dovodimo na nešto tanje provodnike i to na žuti i crni ( omski otpor između njih je oko 14 oma ), a plavi provodnik koji je sa njima u spoju ostavljamo slobodnim. U primaru se nalaze još dva izvoda i to braon i crveni, koji nisu u spoju sa navedenim provodnicima. Namotaji sekundara transformatora ( 600 W ) su od toliko debele žice koja može izdržati jačinu struje do 25 A, što je zgodno za punjenje akumulatora velikog kapaciteta. Izvodi namotaja obično su u tri različite boje, gde je crvena na sredini, a ostala dva izvoda ( braon i plavi ) su početak, odnosno kraj sekundarnog namotaja, dajući napon 2 x 10 V  ~ (  2 x 14 V =  ), što je idealno za bilo koji punjač veće snage.

Kada smo, prema opisanim bojama, odredili šta je primarni, a šta sekundarni namotaj, dobro je da to, radi potpune sigurnosti, proverimo instrumentom tako što ćemo meriti otpore između raspoloživih provodnika. Konstruktori UPS uređaja obično se drže standarda i dogovora, ali ako naletimo na neke druge boje možemo napraviti grešku koja će nam pokvariti posao, a može biti i opasna po život zbog uvođenja napona od 230 V na provodnike gde to nije moguće. Bitno je da znamo da se napon od 230 V dovodi na izvode čiji su namotaji manjeg preseka, a sekundar na izvode namotaja sa debelom žicom. Posle spajanja treba proveriti da li se jezgro transformatora zagreva, a neka nas ne iznenadi što će transformator povući veoma jaku struju. To se obično dešava kod transformatora velike snage. Posle merenja napona na sekundaru spajamo ga isto tako debelim provodnicima na grec-spoj veće amperaže ( 25-35 A ) koji ispravlja naizmeničnu struju. Možemo koristiti varijantu za 12 V i za 24 V, a umesto grec-spoja, pošto na sekundaru postoji srednji izvod, možemo koristiti dve jake ispravljačke diode na čije anode vezujemo braon i   plavi provodnik, a  katode dioda spajamo u tačku koja će biti plus ( + ) pol izvora struje, dok će srednji izvod služiti kao minus ( - ) pol ispravljača. Ovo je najjednostavnija njegova konstrukcija, a ako želimo regulaciju napona i jačine struje punjenja onda možemo koristiti dodatnu elektroniku koju sam opisao u nekoliko mojih ranije objavljenih članaka.

Korišćenje delova UPS-a je potpuno isplativo jer nas gotovo ništa ne košta, a pored transformatora možemo iskoristiti i druge njegove komponente, kao što su relei, neki otpornici, veliki izbor dioda, elektrolita i dosta dobar grecov spoj koji se ne može koristiti za ovaj ispravljač, već za napajanje uređaja daleko manje snage. Dobro je da to sve detaljno ispitamo i da iskoristimo sve što je upotrebljivo, čime ćemo imati veoma malo otpada i veliko zadovoljstvo nakon uspešne konstrukcije drugog korisnog uređaja, odnosno ispravljača velike snage. Jedini izdatak biće odgovarajuća metalna, ili plastična kutija u koju ćemo smestiti delove uređaja. Preporučljivo je da se ugradi odgovarajući osigurač i ampermetar kojim ćemo meriti jačinu struje punjenja Acu. Ako smo prethodno ispitali napone u praznom hodu i u režimu punjenja akumulatora voltmetar nam nije potreban.

Napredni konstruktori veoma često dolaze u situaciju da im je potreban stabilan izvor jednosmerne struje sa mogućnosti brze promene napona, što zavisi od vrste i namene uređaja sa kojim se eksperimentiše. Korišćenje galvanskih elemenata za takve eksperimente nije isplativo, niti odgovarajuće prilikom izbora željenog napona napajanja. U cilju rešenja tog problema, posvetio sam se samogradnji funkcionalnog višenamenskog ispravljača sa strujama koje svojim vrednostima ne prelaze 1 A, a čiji izlazni napon može da se, grebenastim prekidačem, podešava na željeni nivo napajanja osetljivih komponenti.

Svako jednosmerno napajanje, ukoliko nije „čoperskog tipa“, a dolazi od mrežnog napona ( 220 V ), zahteva četiri koraka: transformaciju, ispravljanje, filtraciju i stabilizaciju. Transformacijom obično pretvaramo viši u niži napon, a može biti i obrnuto. Za konstrukciju navedenog ispravljača upotrebio sam dva mrežna transformatora manje snage zbog zahtevne funkcije za dobijanje pozitivnog i negativnog napona (+12V i -12V), kao i za napone od +5V i -5 V. Snaga transformatora zavisi od preseka njegovog jezgra ( a*b ) koji se meri u cm2. Presek ( S ) se određuje vađenjem kvadratnog korena iz snage transformatora (P), tako da je veoma važno kolika je potrebna snaga za pojedine uređaje (P = U*I ). Za ekperimentisanje sa uređajima veće snage ovaj ispravljač ne može koristiti.

 SimetricnoNapajanje-Sema

Šema za pozitivan i negativan napon napajanja

Ispravljanje napona obezbedio sam pomoću dve ispravljačke diode koje su postavljene na izlazu sekundara transformatora. Radi se o dosta interesantnom spoju, gde je jedan kraj sekundara na nultom naponu napajanja. Za filtraciju napona sam upotrebio elektrolitičke kondenzatore određenog kapaciteta ( 1.000 mikrofarada ) kao i odgovarajuće zavojnice na feritnom štapiću, koje nisu prikazane na šemi, a postavljene su redno između elektrolitičkog i blok kondenzatora. Tako se „pegla“ talasasti izgled napona, što smanjuje brujanje pri radu uređaja koji ispitujemo. Stabilizacija napona urađena je sa poznatim stabilizatorima ( IC ) čiji su izlazi 5V i 12V negativno i pozitivno. Minijaturne su konstrukcije, sa tri izvoda (ulaz, masa i izlaz) sa oznakama: T805 i T812, dok sam kod izvora simetričnog, pozitivnog i negativnog napona upotrebio T905 i T912 stabilizatore. Jačina struje kod ovih stabilizatora ne bi trebalo da bude veća od 1A. Za jače struje mogu se naći odgovarajući stabilizatori. Blok kondenzatori od 100 nF ugrađeni su na ulazu, dok su na izlazu postavljeni elektrolitički kondenzatori kapaciteta 22 mikrofarada. Radi funkcionalnosti uređaja, izbor napona sam rešio sa jednim višepolnim preklopnikom i sa odgovarajućom višebojnom signalizacijom ( odgovarajuće LED-diode ) koja pokazuje o kom naponu se radi. Finalizacija konstrukcije obavljena je preciznim merenjem dobijenih napona i jačina struje pri praznom hodu i sa opterećenjem višenamenskog ispravljača.

Na kraju, često postavljeno pitanje, šta se dobilo sa konstrukcijom i čemu ona služi!? Za rad sa nekim operacionim pojačivačima ( integralnim kolima ) često je potreban pozitivan i negativan napon. Za ispitivanje ispravnosti brojnih uređaja moramo imati stabilan jednosmerni napon i odgovarajuću jačinu struje. Iako je upotrebljena odgovarajuća plastična kutija, na njoj treba ( u planiranoj završnici konstrukcije ) uraditi slovne i brojevne oznake pojedinih napona, kako ne bi došlo do greške prilikom eksploatacije. Uređaj je vredan za svaku preciznu laboratoriju, tako da nam nije potrebno da kupujemo skupe baterije, niti da dobijamo potrebne napone i jačinu struje njihovim serijskim, ili paralelnim vezivanjem. Pošto se radi o strujama čiji je napon ispod 24 V, nisu potrebne neke posebne mere bezbednosti, mada su tačke sa visokim naponom zaštićene sa dobrim izolacijama provodnika i mesta spajanja. Ispravljač se pokazao veoma korisnim u praksi, a posebno je interesantna mogućnost izbora različitih napona pomoću višepolnog prekidača, čime se smanjuje broj izlaznih mesta za napajanje. Može poslužiti i za punjenje osetljivih NiCd i litijum jonskih baterija (akumulatora) mobilnih telefona i drugih prenosnih uređaja, pri čemu se mora dimenzionisati struja punjenja, kao i predviđeni napon.

Izvori saznanja:

  1. http://kesatnet.me/laboratorijsko-napajanje/
  2. “Radioamater”, broj: 8/82,

O korišćenju UPS uređaja pisao sam u nekim mojim ranijim člancima ( 03.12.2014. ), ali se ovoj temi opravdano vraćam zbog čestih pitanja i komentara na Internet portalima. Česti problemi su pištanje uređaja, njegovo preterano zagrevanje, otkazivanje rada akumulatora i veoma kratko vreme rezervnog napajanja pri nestanku električne struje.
UPS, koji služi kao privremeno rezervno napajanje u slučaju nestanka električne struje, će da pišti sa prekidima ako nestane struje u mreži, i ukoliko je ispravan, imaćemo sasvim dovoljno vremena da snimimo dokument u radu i da na vreme i bezbedno isključimo računar. Ne možemo biti sigurni da nastavimo sa radom na duži vremenski period ukoliko nema struje u mreži. Neki od korisnika su stavljali, umesto standardnog (propisanog) akumulatora, olovne akumulatore dosta velikog kapaciteta (preko 45 Ah) čije napajanje traži veliku jačinu struje, što dovodi do preteranog zagrevanja, ili do oštećenja vitalnih poluprovodničkih komponenti. Primera radi, UPS PowerMustek 600VA Plus, koristi Acu bateriju kapaciteta 7 Ah, tako da je njegova elektronika, kao i presek provodnika određen prema tom kapacitetu. Ako upotrebimo eksternu bateriju većeg kapaciteta, vrlo je verovatno da ćemo brzo upropastiti elektroniku uređaja. Prilikom zamene baterije obavezno pogledati koji je kapacitet u pitanju i da li odgovaraju njene dimenzije. Preporučljivo je, pre zamene, bateriju propisno napuniti do određenog napona, jer prazna baterija neće obezbediti stabilan rad u startu. Često se desi da baterija počne da pišti i u slučaju kada je UPS na mreži. Postoji više mogućih uzroka za tu pojavu. Prvi, najčešći, je da baterija nije dostigla potreban napon preko 10,8 V, jer je izgubila, ili iz nekog razloga gubi svoj kapacitet, tako da je treba što pre menjati. Drugi mogući uzrok je da je pregoreo zaštitini osigurač na ulaznom priključku koji je obično smešten (sakriven) na dnu tropolne utičnice. Pri njegovoj zameni upotrebiti osigurač propisane amperaže. Kada smo kod jačine struje koju može dati UPS, na njemu pišu podaci o tome ( snaga, jačina struje). Koristićemo samo neke uređaje da se napajaju preko UPS sa ukupnom snagom koja je ispod dozvoljene. Nikako nije preporučljivo da se preko UPS napajaju skeneri i pojačala. Nedavno sam pročitao da su neki pokušavali da preko UPS uključe i grejalicu, što je nezamislivo i nepotrebno.
Ponekad se kod UPS uređaja javlja preterano zagrevanje i zujanje pri radu. Zagrevanje neminovno postoji, ali ako je preterano onda nije obezbeđeno pravilno odvođenje toplote preko Alu tela za hlađenje. U tom slučaju pažljivo ispitati da li je stavljena termalna pasta i da li su dovoljno stegnute komponente koje se nalaze na hladnjacima. Zagrevanje i nestabilnost u radu se javljaju i kod hladnih lemova, što se može vizuelno ispitati i popraviti sa dobrom lemilicom i kvalitetnim tinolom. Oštećenja se najčešće javljaju na mestima štampane ploče gde prolazi jaka struja, što se vidi na krajevim kablova, ili konektora. Najbolje je pregledati celu štampanu pločicu UPS uređaja, videti da nema curenja elektrolita (česta pojava), spojeva sa kružićima (slab spoj), ili nagorelih kablova (česta pojava kod upotrebe akumulatora većeg kapaciteta). Zujanje pri radu je posledica nedovoljnog stezanja trafo limova. Ta neprijatnost se rešava stezanjem odgovarajućih matica na uglovima trafo limova, ili njihovo zalivanje u plastiku koja će amortizovati oscilovanje koje dovodi do zujanja.
UPS uređaj će sa pravilnim korišćenjem dugo raditi i biti nam od velike pomoći pri nestanku električne struje. Mnogi ga nepotrebno bacaju prilikom otkazivanja akumulatorske baterije, što je pogrešno, bez obzira na relativno visoku cenu baterije. To je najbolja prilika da pregledamo njegovu elektroniku, kupimo odgovarajuću bateriju, propisno je napunimo i zamenimo umesto stare. Pri ovim radnjama moramo biti veoma oprezni, jer uključena i napunjena baterija sa elektronikom UPS daje napon koji je opasan po život. Zato je najbolje da bateriju prikopčamo na kraju svih navedenih radnji kontrole, eventualne opravke, ili zamene.

Zaljubljenicima elektronike i onima koji vole da eksperimentišu sa malim naponima jednosmerne struje  nudim praktično rešenje kako da kompjutersko napajanje pretvore u laboratorijski ispravljač.

ČEMU MOŽE JOŠ POSLUŽITI KOMPJUTERSKO NAPAJANJE
ATX napajanje služi kao izvor nekoliko jednosmernih napona za različite komponente računara. Razlikuje se od klasičnog napajanja sa transformatorom, gde se prvo vrši transformacija višeg u niži napon, pa onda dvostrano ispravljanje, filtracija, ili stabilizacija napona, koja se može uraditi na nekoliko načina. Danas postoje gotovi stabilizatori različitih jačina struje na izlazu, kojima se na ulaz i izlaz dodaje po jedan elektrolit, ili blok kondanzator, što se može naći u različitim varijantama. Ovakvo napajanje, pored jednostavne konstrukcije, ima prednost što se dobrom filtracijom i stabilizacijom napona može svesti na veoma mali stepen brujanja, što je dobro za predpojačala i pojačala različitih klasa i namena. Međutim, ATX napajanje može poslužiti i kao dobar laboratorijski ispravljač. Potrebno je samo malo prepravki i dobijamo napone od 5 i 12 volti ( V ), koji su pogodni za različite eksperimente i za praktičnu namenu.

01-NapajanjeSaTransformatorom

02-ATXNapajanjeNacelnaSema

NEKE OSOBINE ATX NAPAJANJA
ATX napajanje je dosta složenije, nema mrežni transformator i predstavlja tzv “čoper” napajanje. Drugačija mu je sinusoida izlaznih napona i nije preporučljivo za predpojačala i pojačala zbog pojave brujanja. Neki konstruktori su pokušavali da to otklone sa dobrom filtracijom, ali se ne dobije baš najbolji efekat. Brujanje i dalje ostaje zbog naizmenične komponente struje. Može dati dosta jaku struju, ali je poznato i po tome što kod većih opterećenja, ili kratkih spojeva dolazi do automatskog blokiranja izlaznih napona, što je dobro jer neće pregoreti vitalni delovi ovog napajanja. Zbog grejanja nekih komponenti i delova, kao što su hladnjaci i zavojnice, ovo napajanje mora imati ventilator sa zadnje strane kutije.

03-OsnovniKonektori

04-RasporedNaponaNaKonektoru

05-PolovnoATXNapajanje


KAKO IZVUĆI ODGOVARAJUĆE NAPONE
06-KonektoriNa jednom od manjih izvoda ATX napajanja se nalaze crvena, dve crne i jedna žuta žica, gde crna predstavlja minus pol izvora, crvena je +5 V, a žuta  +12 V. Crni provodnik (ima ih poprilično) je vezan na masu (uzemljenje), tako da se i to može koristiti zbog određenih mera bezbednosti. Korišćenjem navedenih izvoda mogu se praviti različite kombinacije napona, posebno kada se uzme u obzir da realno postoje različite varijante. Ovakav ispravljač efikasno se koristi u laboratoriji za raličite oglede, bušilice manje snage, odvijače i zavijače.

EKONOMIČNOST PREPRAVKE
Zaključimo, prepravka ATX napajanja u višenamenski ispravljač se isplati, ali sada je stvar spretnosti kako to izvesti na samoj kutiji. Višak provodnika se može pažljivo eliminisati (odseći), tako da ostanu oni koji samo trebaju. Da bi se pokrenuo rad napajanja, podsećamo, spajaju se zelena i jedna od crnih žica, koje se nalaze u spletu koji se spaja za matičnu ploču računara. O kojim provodnicima se radi, vidi se na šemi rasporeda tih provodnika.

U praksi se ova konstrukcija pokazala isplativom, zanimljivom i kao dobro rešenje za eksperimente sa jednosmernim naponima koji nisu opasni po život. No, i pored toga, neophodno je izvesti ogovarajuće mere zaštite, kao što su: propisno vezanje mase za žuto-zeleni provodnik kabla za napajanje, dobra izolacija provodnika na kojima se javlja visoki napon, sigurna montaža priključaka jednosmernog napona na samoj kutiji, ili dodatno na nekom drugom mestu, što kraća veza provodnika, označavanje izvedenih napona sa njihovim merenim vrednostima pomoću mernog instrumenta analognog, ili digitalnog tipa. Na kraju, ovaj ispravljač, nažalost, ne može služiti za dobro punjenje Ac baterije 12 V, zbog potrebe nešto višeg napona (12,8 V), mada spretan konstruktor može naći rešenje i ovog problema.

                                                                                              Hasan Helja, Ova adresa el. pošte je zaštićena od spambotova. Omogućite JavaScript da biste je videli.

PokloniIOtpadSkloni