2020年10月3日 星期六

110V交直流低功率實驗用電源

※重要宣告※
還是要提醒大家
雖然已經限流到0.3A
但觸電仍有危險
操作高壓實驗務必注意安全
必要時最好戴上絕緣手套

高壓電源一般認知就是伴隨著大電流與高功率
因此高壓電源的使用往往讓人卻步
其實高壓並不危險(這有前提,不要斷章取義)
大電流才是最可怕的東西
因此如果可以高壓低流,就會是可以安全使用的電源選擇了
怎麼搞?其實就是之前提到的容抗降壓(細節就請看這篇介紹和這篇電路改裝)

這種便宜的鉛電池充電器就是利用容抗降壓



其實這個名稱很不好
因為根本沒有降壓,出來的電壓還是110V(其實有稍微降下來,輸入115V,輸出106V)
這應該是定電流分壓裝置
以這個充電器來說,6.8微法,容阻約390歐
所以最大電流約0.29A
也就是說,不管負載的阻抗有多小,最大輸出電流就只有0.29A
這是壞事也是好事
好的地方就是安全,電流小相對功率也小
就算短路也不會有立即性的危險(還是有危險,請魔人不要斷章取義)
雖然功率計上面出現有0.35A(其中0.5A是功率計和電源內部元件用走了)
PF只有0.04,也就是說負載幾乎沒有消耗
產生的電流都流回市電網裡面了

這就是我們要拿來改的主角了

當初花了很多時間做反向工程的電路圖
現在直接拿來用就方便多了

首先我需要有直、交流兩用
所以在過橋式之前拉出兩條線就是110V的交流電(最大電流0.29A)

幫這個電容裝個放電電阻(570K),比較不容易感電

市電進入前一定要加保險絲,別懷疑,這絕對不能省


裝上開關,方便操控


再來就是安全裝置了
原本紅燈是充電截止時的警示燈(不會自動斷電)
主要靠穩壓二極體的崩潰電壓來控制B極的輸入電流
現在把原本第二個二極體的C極和紅燈的正極斷開
將C極和紅光LED正極相接
讓這個電晶體直接控制LED燈


這樣通過崩潰電壓時紅光就會亮,同時也並聯一個蜂鳴器
這樣就會提醒你負載的電阻過小,要小心了!!

原本穩壓二極體是6.8V,換成更小的2.7V


這樣負載約5歐以下就會警示
不然原本的6.8V,負載75歐(實測值)左右就會叫
這樣就失去警示的意義了

作好像這樣
有直流和交流輸出兩種



但直流沒有濾波,使用時要留意
之後再來外掛就好
負載200歐(亮之後電阻會增加一些)


負載40歐(亮之後電阻會增加一些)


負載10歐(蜂鳴器微微響了,但LED燈沒亮)



負載5歐,蜂鳴器和LED燈都啟動警示


測試影片如下


這要幹嘛用??

實驗用電源的種類與適用範圍

電源,是實驗必備的工具
工具好不好用,就會是實驗過程中順不順利的重要條件
因此花了許多時間打造和尋找實驗用的電源(這些過程一點都不有趣的~~)
當然這些你都可以花錢搞定(大學都這麼搞的)
但也因為這樣的捷徑,讓很多人不懂這些電源的特性
出來的實驗就會出現一些奇怪的現象
其實很多就是用錯電源的原因
在業界,光是電源的研究就會是一門了不起且專業到不行的工作
所以,我們都在努力慢慢研究
也從研究過程中釐清自己許多錯誤的觀念
同時找到教學的切入點

(以下是不專業的介紹,專業人士請勿進入,但對初學者應該有點幫助)
簡單的來說,我經常使用的電源有以下幾種
這個是我最常用的了,最大電流約1A多一點
加上一些外掛裝置就更厲害了
屬於線性電源(Linear power supply),所以直流脈衝很明顯
不適合做電磁感應相關的實驗
因為功率不大,熱效應的實驗也不適合
短時間短路也不會有危險
所以蠻適合作磁效應的實驗(磁效應的實驗經常都是短路實驗,其實是不好的,這是另一件事了)
一般簡單電學或電子學也適合(有些電子元件還是不行的)
不過電壓無法微調,電流又不大,所以如果作歐姆定律要小心電阻不能太小
方便、輕巧、安全、容易調整電壓又同時有DC和AC
所以還是首選


2.六段電池盒,低功率DC
這是因應電磁學實驗,以及部分電器對電源要求較嚴格(不能有過大的直流脈衝)的時候使用的
同時也可以壓榨一些已經低電壓的電池串連後再繼續使用
非常環保的~~但還是要裝電池...
若裝上14500,就可以使用到將近34V
14500最大電流約3~4A,要小心不要短路太久


3.18650多段電池盒,高功率DC
大功率實驗的首選
短路電流有10A,小心用!!
連接的電線要夠粗,不然人家的大功率就白費了


4.鉛電池,高功率DC
短路電流超過20A
點焊、筆芯燈泡、串並聯功率等都很適合
但很重,不適合攜帶

5.可微調電源,中等功率DC
利用19V筆電充電器改裝可微調電壓的直流電源,最大電流3A
屬於交換式電源(Switch Mode Power Supply,SMPS),直流電的波形很漂亮
作電磁感應的實驗也沒問題
因為可微調電壓(最大19V),很適合作歐姆定律的實驗
可加裝多種套件
PWM、恆定電流、短路跳脫
體積尚可,算是很好用的攜帶型電源


6.電腦POWER供應器,高功率DC
也是屬於SMPS的一種
可選擇3V,5V,12V,最大電流可以將近20A(5V)
而且短路自動斷電,也幾乎不會有火花
非常安全,作筆芯電池、乾餾也沒問題


線性電源(Linear power supply)和交換式電源(Switch Mode Power Supply)的功用和優缺點各有不同
若能好好掌握,很多實驗都沒問題了
至於裡面的電路細節有機會再說了

目前還少一樣