रैखिक बिजली आपूर्ति और स्विचिंग बिजली आपूर्ति के बीच अंतर
रूपांतरण सिद्धांत के अनुसार, बिजली आपूर्ति को रैखिक बिजली आपूर्ति और स्विचिंग बिजली आपूर्ति में वर्गीकृत किया जा सकता है। जब हम रैखिक बिजली आपूर्ति और स्विचिंग बिजली आपूर्ति को वर्गीकृत करते हैं, तो हमें वास्तव में यह स्पष्ट करने की आवश्यकता होती है कि क्या यह एसी/डीसी या डीसी/डीसी है। हालाँकि इस वर्गीकरण का उद्देश्य परिवर्तन के सिद्धांतों को अलग करना है। लेकिन रैखिक बिजली आपूर्ति और स्विचिंग बिजली आपूर्ति जो एसी/डीसी कार्यों को प्राप्त करती है, एसी को डीसी में परिवर्तित करने की एक पूरी प्रक्रिया है, और कुछ सर्किट डीसी/डीसी से बने होते हैं।
एसी/डीसी के लिए रैखिक बिजली आपूर्ति और स्विचिंग बिजली आपूर्ति
ऐसी कई पाठ्यपुस्तकें, किताबें और लेख हैं जो सीधे तौर पर रैखिक बिजली स्रोतों को "एसी/डीसी के लिए रैखिक बिजली स्रोत" के रूप में संदर्भित करते हैं। एक रैखिक शक्ति स्रोत क्या है? रैखिक बिजली की आपूर्ति पहले ट्रांसफार्मर के माध्यम से एसी पावर के वोल्टेज आयाम को कम करती है, फिर स्पंदित डीसी पावर प्राप्त करने के लिए इसे रेक्टिफायर सर्किट के माध्यम से ठीक करती है, और फिर छोटे तरंग वोल्टेज के साथ डीसी वोल्टेज प्राप्त करने के लिए इसे फ़िल्टर करती है।
एसी/डीसी रैखिक बिजली आपूर्ति और स्विचिंग बिजली आपूर्ति की विशेषताएं इस प्रकार भिन्न हैं:
एसी/डीसी की रैखिक बिजली आपूर्ति को पहले पावर फ़्रीक्वेंसी ट्रांसफार्मर का उपयोग करके एसी वोल्टेज द्वारा कम किया जाता है, और फिर ठीक किया जाता है। ट्रांसफार्मर के माध्यम से वोल्टेज में कमी के बाद, वोल्टेज अपेक्षाकृत कम हो गया है, और वोल्टेज स्थिरीकरण के लिए तीन-टर्मिनल वोल्टेज नियामक जैसे पावर चिप्स का उपयोग किया जा सकता है। रैखिक बिजली आपूर्ति की समायोजन ट्यूब एक प्रवर्धित अवस्था में संचालित होती है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च ताप उत्पादन और कम दक्षता (वोल्टेज ड्रॉप से संबंधित) होती है, जिसके लिए भारी ताप सिंक की आवश्यकता होती है। बिजली आवृत्ति ट्रांसफार्मर की मात्रा भी अपेक्षाकृत बड़ी है, और जब वोल्टेज आउटपुट के कई सेट का उत्पादन होता है, तो ट्रांसफार्मर की मात्रा बड़ी होगी।
एसी/डीसी स्विचिंग बिजली आपूर्ति की समायोजन ट्यूब संतृप्ति और कट-ऑफ स्थितियों में संचालित होती है, जिसके परिणामस्वरूप कम गर्मी उत्पन्न होती है और उच्च दक्षता होती है। एसी/डीसी स्विचिंग बिजली आपूर्ति भारी बिजली आवृत्ति ट्रांसफार्मर की आवश्यकता को समाप्त कर देती है। हालाँकि, एसी/डीसी स्विचिंग बिजली आपूर्ति के डीसी आउटपुट में बड़े तरंग होंगे, जिन्हें आउटपुट छोर पर वोल्टेज रेगुलेटर डायोड को जोड़कर बेहतर बनाया जा सकता है। इसके अलावा, स्विच ट्यूब के संचालन के दौरान उत्पन्न उच्च शिखर पल्स हस्तक्षेप के कारण, सुधार के लिए चुंबकीय मोतियों को सर्किट में श्रृंखला में जोड़ने की आवश्यकता होती है। तुलनात्मक रूप से कहें तो, एक रैखिक विद्युत आपूर्ति की तरंग को बहुत छोटा बनाया जा सकता है। स्विचिंग बिजली की आपूर्ति विभिन्न टोपोलॉजिकल संरचनाओं के माध्यम से प्राप्त की जा सकती है, जैसे कि वोल्टेज में कमी, बढ़ावा और बढ़ावा, जबकि रैखिक बिजली की आपूर्ति केवल वोल्टेज में कमी को प्राप्त कर सकती है।
कई शुरुआती पावर एडॉप्टर अपेक्षाकृत भारी थे, और उनका रूपांतरण सिद्धांत एसी/डीसी रैखिक बिजली आपूर्ति था, जो आंतरिक रूप से पावर फ्रीक्वेंसी ट्रांसफार्मर का उपयोग करता था। एसी/डीसी रैखिक बिजली आपूर्ति पहले एसी वोल्टेज को कम करने के लिए एक ट्रांसफार्मर का उपयोग करती है। इस प्रकार का ट्रांसफार्मर, जो सीधे मेन में वोल्टेज को कम करता है, पावर फ्रीक्वेंसी ट्रांसफार्मर कहलाता है, जैसा चित्र 1.9 में दिखाया गया है। पावर फ़्रीक्वेंसी ट्रांसफार्मर, जिन्हें कम-फ़्रीक्वेंसी ट्रांसफार्मर के रूप में भी जाना जाता है, उन्हें बिजली आपूर्ति स्विच करने में उपयोग किए जाने वाले उच्च-फ़्रीक्वेंसी ट्रांसफार्मर से अलग करते हैं। अतीत में पारंपरिक बिजली स्रोतों में पावर फ़्रीक्वेंसी ट्रांसफार्मर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था। बिजली उद्योग में मेन पावर की मानक आवृत्ति, जिसे मेन पावर ("मेन पावर" मुख्य रूप से शहरों में निवासियों द्वारा उपयोग की जाने वाली बिजली आपूर्ति को संदर्भित करता है) के रूप में भी जाना जाता है, चीन में 50 हर्ट्ज और अन्य देशों में 60 हर्ट्ज है। एक ट्रांसफार्मर जो इस आवृत्ति पर प्रत्यावर्ती धारा के वोल्टेज को बदल सकता है, उसे पावर फ्रीक्वेंसी ट्रांसफार्मर कहा जाता है। पावर फ्रीक्वेंसी ट्रांसफार्मर आमतौर पर उच्च आवृत्ति वाले ट्रांसफार्मर की तुलना में आकार में बड़े होते हैं। इसलिए बिजली आवृत्ति ट्रांसफार्मर के साथ कार्यान्वित एसी/डीसी रैखिक बिजली आपूर्ति की मात्रा अपेक्षाकृत बड़ी है।
एसी/डीसी स्विचिंग बिजली आपूर्ति के लिए पहले अनुमानित डीसी उच्च वोल्टेज बनाने के लिए एसी बिजली आपूर्ति को सुधारने और फ़िल्टर करने की आवश्यकता होती है, और फिर उच्च आवृत्ति दालों को उत्पन्न करने के लिए स्विच को नियंत्रित करना होता है, जो एक ट्रांसफार्मर के माध्यम से परिवर्तित होते हैं। एसी/डीसी स्विचिंग बिजली आपूर्ति में उच्च दक्षता और छोटा आकार होता है। इसके छोटे आकार का एक महत्वपूर्ण कारण यह है कि उच्च-आवृत्ति ट्रांसफार्मर बिजली आवृत्ति ट्रांसफार्मर की तुलना में बहुत छोटे होते हैं। आवृत्ति जितनी अधिक होगी, ट्रांसफार्मर का आयतन उतना कम क्यों होगा?
ट्रांसफार्मर कोर सामग्री में संतृप्ति सीमाएं होती हैं, इसलिए चरम चुंबकीय क्षेत्र की ताकत की सीमाएं होती हैं। धारा, चुंबकीय क्षेत्र की ताकत और प्रत्यावर्ती धारा का चुंबकीय प्रवाह सभी साइनसॉइडल संकेत हैं। हम जानते हैं कि समान आयाम के साइन सिग्नल के लिए, आवृत्ति जितनी अधिक होगी, सिग्नल की "परिवर्तन की दर" का शिखर उतना ही अधिक होगा (जिस क्षण साइन सिग्नल शून्य को पार करता है वह "परिवर्तन की दर" का शिखर होता है, जबकि दर सिग्नल के चरम पर परिवर्तन का मान 0 है)। इस बीच, प्रेरित वोल्टेज चुंबकीय प्रवाह के परिवर्तन की दर से निर्धारित होता है। तो, प्रति मोड़ समान वोल्टेज के लिए, आवृत्ति जितनी अधिक होगी, शिखर चुंबकीय प्रवाह उतना ही छोटा होगा। लेकिन जैसा कि ऊपर बताया गया है, चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता का चरम मान सीमित है। इसलिए, यदि चुंबकीय प्रवाह की आवश्यकता कम हो जाती है, तो लौह कोर का क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र कम किया जा सकता है। उपरोक्त विश्लेषण प्रति मोड़ समान वोल्टेज मानता है। और प्रति मोड़ वोल्टेज बिजली से संबंधित है। अत: उसी शक्ति को मानते हुए। यदि शक्ति कम है, धारा भी कम है, और अनुमत तार पतला है, और प्रतिरोध थोड़ा अधिक है, तो घुमावों की संख्या बढ़ाने की अनुमति है। इस तरह, प्रति मोड़ वोल्टेज भी कम हो जाता है, जिससे चुंबकीय प्रवाह की आवश्यकता भी कम हो सकती है। फिर वॉल्यूम कम करें. साथ ही, उपरोक्त विश्लेषण मानता है कि सामग्री स्थिर है, अर्थात संतृप्ति चुंबकीय क्षेत्र की ताकत स्थिर है। बेशक, यदि उच्च संतृप्ति चुंबकीय क्षेत्र शक्ति वाली सामग्रियों का उपयोग किया जाता है, तो मात्रा भी कम की जा सकती है। हम जानते हैं कि दशकों पहले समान आकार के ट्रांसफार्मर की तुलना में, आजकल के ट्रांसफार्मर में बहुत कम मात्रा होती है क्योंकि वे अब नई लौह कोर सामग्री का उपयोग करते हैं।
मैक्सवेल के समीकरण के अनुसार, ट्रांसफार्मर कुंडल में प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल E है
यही है, एसी के क्षेत्र के साथ एन तार के मोड़ पर समय के साथ चुंबकीय प्रवाह घनत्व बी के परिवर्तन की दर का अभिन्न अंग।
ट्रांसफार्मर के लिए, ट्रांसफार्मर के प्राथमिक पक्ष पर प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल ई और इनपुट पक्ष पर लागू वोल्टेज यू को एक रैखिक संबंध के रूप में माना जा सकता है। इस आधार पर कि ट्रांसफार्मर के इनपुट पक्ष पर यू का आयाम अपरिवर्तित रहता है, यह माना जा सकता है कि ई का आयाम भी अपरिवर्तित रहता है।
इसके अलावा, प्रत्येक प्रकार के चुंबकीय कोर के चुंबकीय प्रवाह घनत्व बी के लिए एक ऊपरी सीमा होती है। उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाने वाला फेराइट टेस्ला के कुछ दसवें हिस्से के आसपास होता है, जबकि बिजली आवृत्ति अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाने वाला लौह कोर एक छोटे से अंतर के साथ एक से थोड़ा अधिक स्तर के आसपास होता है।
इसलिए, जब आवृत्ति बढ़ती है, तो प्रत्येक चक्र के दौरान चुंबकीय प्रवाह घनत्व डीबी/डीटी में परिवर्तन की दर काफी बढ़ जाती है, बशर्ते कि चुंबकीय प्रवाह घनत्व बी में चरम परिवर्तन महत्वपूर्ण न हो। इसलिए, समान प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल ई प्राप्त करने के लिए छोटे एसी या एन का उपयोग किया जा सकता है। एसी में कमी का मतलब चुंबकीय कोर के क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र में कमी है; एन में कमी का मतलब है कि चुंबकीय कोर की खाली खिड़की का क्षेत्र कम किया जा सकता है, जो दोनों चुंबकीय कोर की एक छोटी मात्रा प्राप्त करने में मदद कर सकते हैं। उच्च-आवृत्ति ट्रांसफार्मर का क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र छोटा होता है, और कुंडल में घुमावों की संख्या कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप आयतन छोटा हो जाता है।
स्विचिंग बिजली आपूर्ति की समायोजन ट्यूब संतृप्ति और कट-ऑफ राज्यों में संचालित होती है, जिसके परिणामस्वरूप कम गर्मी उत्पादन और उच्च दक्षता होती है। एसी/डीसी स्विचिंग बिजली आपूर्ति के लिए बड़े पावर फ्रीक्वेंसी ट्रांसफार्मर के उपयोग की आवश्यकता नहीं होती है। हालाँकि, स्विचिंग बिजली आपूर्ति के डीसी आउटपुट पर बड़े तरंग आरोपित होंगे। इसके अलावा, स्विचिंग ट्रांजिस्टर के संचालन के दौरान उत्पन्न बड़े पीक पल्स हस्तक्षेप के कारण, बिजली आपूर्ति की गुणवत्ता में सुधार के लिए सर्किट में बिजली आपूर्ति को फ़िल्टर करना भी आवश्यक है। तुलनात्मक रूप से कहें तो, रैखिक ऊर्जा स्रोतों में उपरोक्त दोष नहीं होते हैं, और उनकी तरंग बहुत छोटी हो सकती है।
