Чистый переменный ток распространен повсеместно, поэтому некоторые электрические устройства спроектированы с ним как исходное предположение.
Устройства, которые заботятся о качестве переменного тока
Классическим примером устройства, которое начинается с такого предположения, является аналоговый усилитель мощности звука, разработанный в начале 1970-х годов или ранее, или более современный образец, разработанный в том же духе. Линейное регулирование выделяет слишком много тепла, чтобы быть практичным в таком устройстве, в то время технология регулирования с низким уровнем шума на самом деле не была доступна, поэтому усилители того времени были разработаны с практически нерегулируемой мощностью, непосредственно приводящей в действие ступени усиления. Грязное питание отображается как часть выходного сигнала, в зависимости от того, сколько обратной связи имеет усилитель.¹ Это одна из двух основных причин линейного гула в старых усилителях.²
Другим примером схемы, в которой качество энергии может влиять на работу устройства, является электродвигатель переменного тока, например, электродвигатель со шнуром, где скорость двигателя является прямой функцией напряжения, приложенного к нему. Напряжение, которое не увеличивается и не уменьшается плавно, приведет к колебаниям скорости. Шаги на выходе модифицированной синусоидальной волны находятся в диапазоне сотен Гц, поэтому ИБП с модифицированным синусоидальным сигналом может вызвать изменения в работе двигателя, которые вы фактически можете услышать.
Хотя я не слишком беспокоюсь о том, что плохое качество электроэнергии может повлиять на электрическую дрель, существуют устройства с электроприводом, которые я бы не хотел запускать от некачественного ИБП, например, машина CPAP.
Что касается вопроса о том, заботится ли какое-либо оборудование в вашей стойке SOHO о качестве выходной мощности ИБП, это зависит от конструкции источника питания каждого компонента.
Типы блоков питания
Устройства с сильной фильтрацией и регулированием электропитания, как правило, не заботятся о неидеальностях в модифицированной синусоиде. Все, что имеет значение для такого устройства, - это то, что оно получает достаточную среднеквадратичную мощность и мощность находится в пределах пределов входного напряжения устройства.³
Наиболее распространенным типом источника питания, используемого для современных электронных устройств, является импульсный источник питания. Коммутаторы делают с питанием гораздо более неприятные вещи, чем удары по синусоиде на входе, поэтому им уже приходится много фильтровать, если цепь нагрузки требует чистого питания.⁴
Другим основным типом регулирования источника питания является линейный регулятор, который обычно подавляет низкочастотный входной шум и пульсации на 80-100 дБ. Это означает, что на входах каскадов фильтрации и регулирования будет присутствовать небольшая разболтанность, а не просто размышление. Я попытался привести пример устройства, которое из-за этого шума будет работать плохо, но ничего не приходит в голову. Когда вы толкаете шум так далеко вниз, он становится несущественным для большинства цепей, поэтому линейные регуляторы все еще используются, несмотря на их неэффективность.
Это оставляет нерегулируемые источники питания. Это очень похоже на приведенные выше случаи двигателя переменного тока, за исключением того, что трансформатор уменьшает напряжение переменного тока, которое затем обычно выпрямляется и фильтруется для получения резкого напряжения постоянного тока. Этот трехступенчатый процесс значительно снижает шум на стороне переменного тока, поэтому возможно, что есть устройства, которые построены с допущением, что результирующий шум и пульсации на выходе такого источника питания достаточно чистые, и они будут раздражены хэш с частотой 100 Гц, выходящий из ИБП с модифицированным синусом.
Осциллограммы
После того, как fixer1234 добавил изображения к своему ответу, я подумал, что измененный синус не может быть таким уж плохим, верно? Я имею в виду, они собираются использовать более четырех шагов за цикл, верно? Правильно?
Я решил снять осциллограммы всех ИБП, которые у меня есть для науки! Все они сделаны одной и той же компанией, но они принадлежат к разным точкам в линейке продуктов этой компании.
Для справки, вот как выглядит нефильтрованное напряжение линии переменного тока в месте испытания, где напряжение зависит от времени слева и спектральный график той же формы сигнала справа:
Большой пик на левом краю участка спектра является 60 Гц фундаментальным. Большие гармонические пики, которые вы видите, показывают, что моя мощность на стене здесь не суперчистая. Самой большой является вторая гармоника на частоте 120 Гц в центре графика, на 30 дБ ниже основной, за которой следует третья гармоника на частоте 180 Гц на правом краю графика. Тогда есть та загадочная вершина в 85 Гц, которую я не могу объяснить.
Этого искажения достаточно, чтобы показать его на осциллограмме слева: обратите внимание на несколько сплюснутые пики.
Я протестировал несколько разных ИБП с истинным синусом, которые были довольно дорогими. Их вывод выглядит так:
Твои глаза не обманывают тебя: выход переменного тока от батареи на этом конкретном ИБП чище, чем у меня! Этот ИБП будет работать с любым электронным устройством в пределах своих пределов нагрузки, потому что его выходная мощность на аккумуляторе настолько близка к идеальной мощности, что не имеет практического значения.
Если ИБП работает достаточно долго, стоимость замены батарей превышает первоначальную стоимость. Поэтому, если вы покупаете качественные ИБП, уделите больше внимания эксплуатационным расходам ИБП, чем первоначальной покупной цене.⁶
ИБП среднего класса того же производителя стоит около & frac13; ИБП истинного синуса с теми же характеристиками заголовка. Вероятно, он будет меньше и легче. Подвох? Это:
Хотя это намного лучше, чем результат, который мы ожидаем увидеть в сообщении fixer1234, это не очень красиво. Мало того, что на выходе этого ИБП много широкополосного шума и искажений, эти два обратных зацепления, которые вы видите в каждом цикле, могут раздражать цепи, которые предполагают, что входное напряжение переменного тока всегда увеличивается или уменьшается постоянно.
Тем не менее, хорошо отфильтрованный и регулируемый источник питания исключит все это, поэтому такие устройства будут нормально работать от этого ИБП. У меня никогда не было проблем с устройствами, подключенными к этому ИБП. Поскольку именно ИБП поддерживает основные компоненты моей домашней сети, думаю, я бы заметил, что они перезагружаются при каждом включении питания.
Одна из причин, по которой я не даю здесь названия брендов и моделей, заключается в том, что это не очень хорошее руководство по качеству выходного сигнала от аккумулятора. Я протестировал близкого родственника предыдущего ИБП и получил совершенно другой результат теста:
Это в основном реальная версия идеализированной формы волны, показанная в ответе fixer1234. Таким образом, ответ на мой вопрос выше: «Да, они действительно делают ИБП с выходным качеством настолько плохим».
И да, это может иметь значение на практике. На самом деле, я решил протестировать этот конкретный выход ИБП для этого ответа именно потому, что в прошлом он доставлял нам неприятности.
К этому ИБП был подключен высококлассный ПК известной марки, и при каждом включении питания ПК - и только ПК - самопроизвольно перезагружался. Все остальное, подключенное к "батарейным" розеткам, будет работать. Это было так странно, что я однажды написал программу Arduino, чтобы в течение нескольких недель регистрировать "живость", чтобы попытаться обнаружить пропадание питания. Эта маленькая плата продолжала работать все время, даже когда компьютер перезагружался. В конечном итоге мы переместили этот ИБП на большой старый сервер, ожидая, что более высокая нагрузка также вызовет тот же симптом, но нет: ИБП продолжал работать на этом сервере несколько раз.
Качество вывода этого ИБП не дно. Ты сидишь? Вот недорогой ИБП от той же компании, которая сделала все три ИБП выше:
Оу!
Теперь вы понимаете, почему эта линейка ИБП нижнего уровня стоит примерно вдвое дешевле, чем ИБП среднего класса.
Тем не менее, я никогда не видел, чтобы одно из устройств, подключенных к этому ИБП, не выдержало перебои в подаче электроэнергии.
Выводы
Многие устройства просто не заботятся о качестве переменного тока. Крайним примером является настольная лампа накаливания, но любое устройство с хорошо отрегулированным и хорошо отфильтрованным источником питания должно справляться с уродливым вводом переменного тока.
Однако, как мы видели выше и в других ответах, существуют устройства, которые не справляются с плохой входной мощностью. Для этих случаев вам нужен истинно синусовый ИБП.
Отступление:
Некоторые конструкции усилителей имеют очень мало отрицательных отзывов. Это нечто религиозное в аудиофильных кругах, поскольку реакционные экстремисты считают, что лучшие усилители практически не имеют обратной связи.
Другой основной причиной гудения усилителя является контур заземления.
Вот почему вы часто видите источники питания, помеченные как принимающие 90-260 В переменного тока или аналогичные. Если такой блок питания получает 200 В переменного тока, он просто потребляет половину тока, как если бы он получил 100 В переменного тока, позволяя ему подавать ту же мощность в цепи с питанием. Р = В.И.
Даже устройства, которые не заботятся о чистом питании, часто должны иметь входную фильтрацию , чтобы соответствовать требованиям EMC.
Для сравнения со случаем линейного регулирования типичный нерегулируемый источник питания может снизить шум на стороне переменного тока примерно на 20 дБ.
Децибелы представляют собой логарифмическую шкалу, где каждые 6 дБ разницы между двумя напряжениями являются удвоением или уменьшением вдвое. Таким образом, шумоподавление линейного регулятора на 80 дБ не в 4 раза лучше, чем на 20-ти яркостях, которые вы получаете от обычного нерегулируемого источника питания, оно примерно в 1000 раз лучше! Падение от 20 дБ до 100 дБ, которое вы получаете от действительно хорошего линейного регулятора, означает, что выходной сигнал в 10000 раз тише, чем входной.
Допустим, вы решили купить ИБП истинного синуса за 500 долларов США, несмотря на тот факт, что вы можете получить качественный ИБП с модифицированным синусоидом с такими же характеристиками заголовка за 150 долларов США. Типичную батарею ИБП необходимо заменять каждые 3 года или около того, что может стоить 150-200 долларов за истинно синусоидальную модель. Это составляет $ 50-66/ год × 12 лет и приблизительно; $ 600-800, что делает стоимость батареи основным элементом в расчете стоимости.
ИБП более высокого класса обычно имеют физически большие батареи для данного уровня ВА, поэтому стоимость замены батареи для батареи ИБП частично зависит от того, сколько вы изначально заплатили за ИБП. Поэтому вы можете купить более дешевый ИБП, чем вы могли бы, учитывая графики выше, потому что долгосрочные эксплуатационные расходы были бы слишком высоки с более мощными ИБП.
