Датчики тока на основе эффекта Холла

Датчики тока на основе эффекта Холла используются для измерения и контроля величины электрического тока в различных приложениях. 

Эти датчики состоят из трех компонентов: магнита, пластины Холла и усилителя.

Магнит используется для создания магнитного поля, которое взаимодействует с током в цепи. Пластина Холла используется для обнаружения напряжения Холла, создаваемого этим взаимодействием. Наконец, усилитель используется для усиления напряжения Холла, чтобы оно могло быть считано устройством.

Эти компоненты расположены по-разному в зависимости от приложения. Например, в бесконтактном датчике тока пластина Холла расположена в непосредственной близости от проводника, по которому течет ток. Такое расположение помогает свести к минимуму влияние внешних магнитных полей на измерения.

В стационарном датчике тока пластина Холла размещается вокруг проводника, а магнит размещается на противоположной стороне проводника. Такое расположение помогает уменьшить влияние внешних электрических полей на измерения.

То, как компоненты расположены и как они взаимодействуют с током в цепи, определяет работу датчика. Когда ток проходит через цепь, он создает магнитное поле, которое взаимодействует с магнитом. Это взаимодействие создает напряжение Холла, которое регистрируется пластиной Холла и дополнительно усиливается усилителем. Затем усиленное напряжение Холла отправляется на устройство, которое может использовать его для измерения и контроля тока в цепи.

Датчики тока на основе эффекта Холла используются в различных приложениях, таких как управление двигателем, измерение энергии и в силовой электронике. 

Понимая, как эти датчики устроены и как они работают, инженеры могут убедиться, что они используют датчик, наиболее подходящий для их применения.

Эффект Холла широко используется в течение многих лет и является надежным и экономичным способом измерения и контроля тока. 

Важно отметить, что на точность датчиков тока, основанных на эффекте Холла, влияет температура, поэтому важно убедиться, что датчик правильно откалиброван и обслуживается, чтобы обеспечить точные показания. 

Кроме того, важно убедиться, что датчик не подвергается высоким уровням электромагнитных помех, так как это может привести к неточным показаниям.

Если вы ищете обзор современных датчиков на основе эффекта Холла, то посмотрите эту статью: Как устроены и работают датчики тока на эффекте Холла. 

В ней содержится информация о компонентах и ​​устройстве этих датчиков, а также о том, как они работают. Также обсуждаются преимущества использования эффекта Холла для измерения и контроля электрического тока в различных приложениях. Эта статья является отличным источником информации для тех, кто хочет узнать больше о датчиках тока на основе эффекта Холла.

Регулирование напряжения в распределительных трансформаторах сети НН с высоким насыщением возобновляемыми источниками энергии и несимметричными однофазными приемниками

 Влияние новых источников и приемников электроэнергии на колебания напряжения

Потребительская сеть низкого напряжения характеризуется приемниками, которые вносят большие колебания напряжения. Такие колебания недопустимы из-за номинальных напряжений приемников.

Новые источники, подающие электроэнергию в сеть – в первую очередь фотоэлектрические панели, но также и ветряки, вырабатывают энергию только при благоприятных обстоятельствах (только в день, когда есть достаточная инсоляция – фотовольтаика, когда дует ветер – ветряки). Количество вырабатываемой энергии в суточном цикле определить невозможно, тем более, что производители могут использовать энергию для собственных нужд, а излишки отдавать в сеть.

К приемникам, потребляющим электроэнергию из электрической сети относятся также динамично развивающиеся автомобильные зарядные станции и бытовые однофазные зарядные устройства. Автомобильные зарядные станции строятся на заправках, торговых центрах и т. д.

Каждое из этих зарядных устройств — от нескольких кВт до даже 50 кВт (есть решения и в других странах ЕС, где мощность одного зарядного устройства достигает 100 кВт). Помимо гармонических помех, они также вносят в сеть колебания напряжения.

Еще одна проблема — так называемые домашние зарядные устройства, мощностью до 3,5 кВт, которыми заряжаются автомобили в течение всей ночи. Такие приемники из-за однофазной конструкции вносят значительную асимметрию напряжений по отдельным фазам сети.

Согласно прогнозам, развитие электромобильности в странах ЕС в ближайшие годы будет и будет очень динамичным. Асимметрию нагрузки отдельных фаз можно ограничить применением специальных симметрирующих трансформаторов, подключается между стороной НН распределительного трансформатора и приемниками. Однако для этого требуются изменения в сетевой инфраструктуре, например, дополнительные коммутационные станции.

Анализируя среднесуточную нагрузку в сети НН, оказывается, что нагрузка возрастает в дневной период, с тремя максимальными значениями около 9 часов утра, затем продолжает увеличиваться примерно до 13 часов, а затем увеличивается до максимум около 8 часов вечера компенсировать очень сложно или даже невозможно (учитывая диапазон регулирования производимых в настоящее время трансформаторов и их систем регулирования напряжения под нагрузкой).

Существует и другая концепция решения проблемы колебаний напряжения в сети, содержащей распределенные источники, заключающаяся в воздействии на параметры мощности, отдаваемой самими источниками. Она заключается в дистанционном управлении преобразовательными системами, вводящими мощность в сеть НН. Соответственно изменяются параметры напряжения, чтобы источник не вызывал его значительного повышения. Это решение естественным образом снижает долю возобновляемых источников в общем энергетическом балансе сети НН.

Рассмотренные в статье Как выполняется регулирование напряжения на трансформаторе способы регулирования напряжения в сетях НН, в которых возникают колебания напряжения, связанные с работой подключенных к ним возобновляемых источников и однофазных приемников, например домашних автомобильных зарядных устройств, лишь решают проблему колебаний напряжения.

Еще одна проблема, существующая в таких сетях, — несимметрия междуфазных и междуфазных напряжений. Эту проблему нельзя решить, используя трансформатор с регулировкой напряжения под нагрузкой. Это требует соответствующей конструкции обмотки НН, которая должна быть соединена зигзагообразным образом.

Трансформаторы с такими обмотками компенсируют несимметрию нагрузки, но они значительно дороже и, кроме того, при нормальной работе их магнитопроводы используются не полностью. Альтернатива замене существующего распределительного трансформатора на тот, в котором обмотка НН соединена зигзагом, т.н. балансировочный трансформатор (симметрирующий трансформатор).

Компенсация асимметрии напряжения в сетях НН - симметрирующий трансформатор

В последние годы наблюдается быстрый рост проблем с поддержанием правильных параметров питающего напряжения в сетях НН, таких как уровни и асимметрия фазных напряжений, провалы напряжения, мерцание света, доля высших гармоник.

Одним из способов компенсации асимметрии токов и напряжений в сетях НН, питающих однофазные приемники и возобновляемые источники энергии, является установка так называемых балансировочный трансформатор, который представляет собой трехфазный трансформатор с зигзагообразным расположением обмоток, включенных параллельно в выбранной точке сети.

Такое решение не требует установки переключателя ответвлений в трансформаторе, но требует дополнительного трансформатора, который устанавливается в дополнительном распределительном устройстве или на опоре, если инфраструктура сети позволяет такую ​​возможность.

Выводы

Проблемы, связанные с обеспечением соответствующих параметров напряжения в сетях низкого напряжения, в настоящее время являются темой, которую пытаются решить многие энергетические компании, эксплуатирующие их.

Важными здесь являются проблемы, возникающие при подключении к сети НН источников энергии, продвигаемых в последние годы как альтернативные, возобновляемые. В первую очередь это бытовые фотоэлектрические установки и ветряки. 

Их влияние на электрическую сеть может быть значительным из-за их количества и того факта, что невозможно предсказать, сколько энергии они будут производить в течение суточного цикла.

Это вызывает проблемы в основном с уровнем напряжения в сети, которое в настоящее время регулируется с помощью распределительных трансформаторов, оборудованных силовыми выключателями холостого хода и под нагрузкой.

Стоимость таких решений значительна по многим причинам, включая отсутствие конкуренции на рынке, которые бы предлагали такие агрегаты.

Еще одной проблемой, которая возникает в настоящее время, является несимметрия напряжения и тока между отдельными фазами, вызванная подключением к сети НН однофазных источников напряжения около 3-4 кВт, работающих с перерывами, часто в ночное время.

Компенсация этого типа асимметрии невозможна с помощью силовых выключателей под нагрузкой. 

Балансирующие трансформаторы, решающие или уменьшающие эту проблему, являются дополнительными затратами, связанными с сетевой инфраструктурой, и их не всегда возможно использовать.

В статье использованы материалы сайта Школа для электрика

Микробные топливные элементы для производства электроэнергии

Технология микробных топливных элементов (MFC) превращает химическую энергию в биоэлектричество чистым и эффективным способом, снижая выбросы углерода и увеличивая производство биоэнергии. Это многогранный метод, который может стать панацеей от нехватки чистой воды и устойчивой возобновляемой энергии.

Создание устойчивого общества потребует минимизации углеродного следа, что уменьшит объем производимого загрязнения и чрезмерное использование источников углерода. В такой специализированной области, как очистка сточных вод, эти два аспекта следует рассматривать одновременно.

В нынешнем виде парадигма сместилась от удаления сточных вод и отходов к превращению органического вещества в электрическую энергию.

Микробные топливные элементы для производства электроэнергии (MFC) представляют собой технологическую установку, которая биоразлагает сложные субстраты и одновременно производит биоэнергию. Отныне эта технология производит множество продуктов биоэнергетики, таких как биоэлектричество, водород, метан и т. д.

Некоторые быстро биоразлагаемые химические вещества, такие как глюкоза и ацетат, а также несколько типов сточных вод, включая бытовые, крахмальные и сточные воды предприятий по переработке бумаги, были приняты как источник электрогенов. Большинство из них может устранить значительную часть химической потребности в кислороде, а также производить энергию.

Космическая программа США вызвала рост MFC в 1960-х годах как способ избавления от мусора во время космических полетов, одновременно обеспечивая электроэнергию.

Технология MFC была тщательно изучена с акцентом на текущие разработки, практическое применение и планы на будущее. Благодаря своей жизнеспособной новизне и многогранному подходу к производству биоэнергии одновременно с очисткой сточных вод.

Фототрофные топливные элементы на солнечной энергии также представляют собой заслуживающие внимания попытки масштабирования технологии MFC для производства электроэнергии.

Технология MFC обеспечивает гибкий способ выработки энергии, а также очистки сточных вод. MFC — это технология возобновляемой энергии, которая может удовлетворить потребности как в чистой, надежной энергии, так и в пресной воде.

Передовые энергетические технологии

Исследователи фотовольтаики опубликовали пятилетнее исследование деградации модулей на ранних этапах эксплуатации

 

Группа исследователей фотогальваники из Sandia завершила пятилетнее исследование деградации 834 полевых фотоэлектрических модулей, представляющих 13 типов модулей от семи производителей в трех климатических условиях. Их цель состояла в том, чтобы количественно оценить скорость деградации последних широко используемых фотоэлектрических технологий и опубликовать результаты для информирования соответствующих заинтересованных сторон и передового опыта.

В статье группы Progress in Photovoltaics представлены результаты их исследования и представлены годы работы в лаборатории оценки фотоэлектрических систем Sandia и лабораториях-партнерах в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии и Университете Центральной Флориды.

«Рынок фотоэлектрических систем постоянно меняется, и для этих новых технологий не хватает долгосрочных полевых данных, что поднимает вопрос о том, повлияло ли это на долговечность или нет», — сказал руководитель группы Мариос Теристис.

«Покупка фотоэлектрических модулей непосредственно на открытом рынке позволяет нам проводить непредвзятый анализ и анонимно информировать общественность, а также публиковать данные.

Партнерство с NREL и UCF было обязательным для такого исследования, поскольку оно позволило нам установить идентичные системы в различных климатических условиях и охарактеризовать их в соответствии с хорошо контролируемым и согласованным планом измерений».

По словам исследователей, стоимость фотоэлектрических модулей резко снизилась (до 85% согласно одному недавнему отчету NREL) за последнее десятилетие благодаря экономии за счет масштаба, использованию новых, более эффективных конструкций элементов, автоматизации производства, более крупных модулей и изменения в спецификации материалов, такие как более тонкое стекло и рамы, новые герметики и задние листы и многое другое.

Однако эти экономичные изменения в конструкциях модулей и материалах могут повлиять на долговечность и надежность модулей, а нормированная стоимость электроэнергии чувствительна к скорости снижения мощности. По мере ухудшения мощности увеличивается приведенная стоимость электроэнергии, а срок службы системы сокращается.

Ученые измерили снижение производительности фотоэлектрических модулей в Нью-Мексико, Колорадо и Флориде. Они измерили производительность в стандартных условиях тестирования в начале исследования, проверили первоначальную стабилизацию питания и периодически повторно тестировали модули в течение следующих пяти лет, чтобы отслеживать скорость деградации с течением времени.

Они обнаружили, что скорость деградации сильно нелинейна во времени, а в некоторых типах модулей присутствовали сезонные колебания. Средние и медианные значения скорости деградации -0,6% в год соответствовали скорости, измеренной для более старых модулей.

Из 23 исследованных систем шесть имеют скорость деградации, которая в будущем превысит гарантийные пределы, тогда как 13 систем продемонстрировали потенциал достижения срока службы более 30 лет при условии, что тенденции скорости деградации стабилизировались.

«Это обнадеживающий результат. С ростом количества установок фотогальваники потребителям и другим заинтересованным сторонам будет интересно узнать, что долговечность фотоэлектрических систем остается неизменной в условиях быстрого совершенствования технологий и снижения затрат», — сказал Мариос.

«Однако также вызывает беспокойство тот факт, что 26% систем могут превышать гарантийные пределы. Все еще существуют возможности для снижения скорости деградации до уровней, обеспечивающих еще более длительный срок службы фотоэлектрических модулей. Например, для 35- и 50-летнего срока службы фотоэлектрические модули должны работать при значениях скорости деградации выше -0,55% в год и -0,4% в год соответственно».

Ученые также подняли важные вопросы для обсуждения. То, как определяется скорость деградации, будь то относительно спецификаций или начальной оценки после стабилизации, может повлиять на результирующую скорость. Полученная в результате ставка может оказать существенное влияние на стоимость покупки, гарантийные и страховые требования или технико-экономические обоснования финансирования проекта.

Мариос сказал, что потребители и заинтересованные стороны, заинтересованные в получении дополнительной информации о протестированных модулях, скоро смогут просматривать все данные флэш-тестов, собранные в Sandia, Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии и Флоридском центре солнечной энергии Университета Центральной Флориды в DuraMAT DataHUB.

«Это исследование является прекрасным примером того, как национальные лаборатории работают вместе с университетами, чтобы ответить на критические вопросы о долговечности технологий солнечной энергии », — сказал старший научный сотрудник Sandia Джошуа Стейн. «Немногие учреждения могут поддерживать длительные эксперименты с таким большим количеством модулей».

«Мы продолжаем внедрять новые технологии по мере их появления на рынке, — сказал Мариос. «Поэтому мы продолжим сообщать обо всех этапах жизненного цикла фотоэлектрических модулей, а также будем использовать полевые измерения вместе с данными изображений, чтобы указать, что приводит к деградации и почему».

Передовые энергетические технологии

Светодиоды есть не только в телевизорах

Совершенно невероятно, что электролюминесцентному диоду, или светодиоду, недавно исполнилось 40 лет с момента его изобретения. Ведь не так давно он стал очень популярным электронным компонентом. Его растущая популярность в основном связана с изменением технологии производства, что делает производство светодиодов намного дешевле по сравнению с прошлым.

Кроме того, светимость нынешних светодиодных ламп превосходит световой поток традиционных лампочек. И на этом их преимущества не заканчиваются. Однако именно по этой причине с 2020 года в ЕС вместо классических ламп накаливания используются светодиодные светильники.

Что такое светодиод?

Электролюминесцентный диод или «вывод» представляет собой электронный полупроводниковый компонент, который характеризуется одним PN-переходом. Именно он следит за тем, чтобы светодиод загорался при подаче напряжения.

По сравнению с другими источниками света светодиод работает при значительно более низком напряжении, поэтому является экономически и экологически выгодным источником освещения.

Светодиод может работать только с постоянным током, в случае с переменным током необходимо оснастить его выпрямителем. Светодиоды используют напряжение около 1,8 В, поэтому часто возникает ситуация, когда необходимо регулировать напряжение.

Идеальное напряжение для светодиодов зависит от их типа. То же самое происходит и со значением тока, от которого зависит световой поток светодиода.

Какова конструкция светодиода?

Как уже было сказано, в основе светодиода лежит PN-переход, поэтому очевидно, что его составными частями являются и анод, и катод. Однако в основе лежит полупроводниковая микросхема, которая подключается к источнику электрического напряжения.

Вокруг этого чипа находится материал, придающий излучаемому свету необходимые оптические свойства, часто это смола. Эта инкапсуляция усиливает желаемый оптический эффект светодиодного света.

Что, безусловно, интересно, так это то, что, помимо света, он может также излучать ультрафиолетовое или инфракрасное излучение. Цвет излучаемого света напрямую зависит от цвета корпуса светодиода.

В области светодиодов еще есть возможности для совершенствования.

Подробно про устройство, основные виды и особенности использования светодиодных ламп смотрите на сайте "Школа для электрика":

Устройство и принцип работы светодиода

Популярные виды светодиодов для источников света и различия между ними

Почему светодиод нужно подключать через резистор

Технические характеристики и параметры светодиодов

Научно-популярные статьи на английском языке: Top articles in electronics and electrical engineering