gera080

1. Что такое "импульсные" батарейные блоки и чем они отличаются от всех прочих?
2. "Импульсы" - это добро или зло? На что они влияют при парении, а на что нет?
3. Что такое RMS и AVG в некоторых современных батарейных блоках? И какой режим лучше?
4. Почему овал "жжет", и что он на самом деле делает? И откуда есть пошла эта легенда?
5. "Импульсы" и генезисы - дружат ли они?
6. Какой инструмент нужен, чтобы правильно измерить напряжение на выходе "импульсного" батарейного блока и почему?

Впечатляющий список, правда? Сам пугаюсь, ну да не впервой - глаза боятся, руки клавиатуру топчут. Так что поехали.

Я мог бы попытаться долго и мучительно на пальцах объяснять, чем отличается "импульсный" батарейный блок от "обычного", но давайте лучше взглянем на эти две картинки:





Обе эти картинки, как вы уже поняли - осциллограммы. Сняты они с выходов двух разных батарейных блоках при работе под нагрузкой. Ну, и чтобы было совсем понятно, по вертикальной оси у нас напряжение, по горизонтальной - время. То есть? на картинках изображено поведение напряжение во времени.
Раскроем карты: первая осциллограмма - это наша старая добрая Варя, то есть ProVari V2, выдающая, а вернее, пытающаяся выдать на нагрузку напряжение в 5.5В. Вторая - это популярный батарейный блок ZMax, работающий в данный момент от двух батареек, и пытающийся подать на нагрузку 3.5В в режиме AVG. Впрочем, давайте пока забудем о цифрах, и обратим внимание на форму графиков.

Про первый график сказать, в общем-то, совершено нечего. Постоянное напряжение, почти прямая линия (незначительные ее колебания не имеют никакого значения и отчасти вызваны просто шумом). В каждый момент времени варя выдает на-гора 5.18Вольт.
Второй график уже куда интереснее. Мы видим, что напряжение подается прямоугольной формы импульсами с частотой 33 Герца (то есть 33 раза в секунду), и какую-то часть времени составляет аж 7.04В, а в остальное время вообще равняется нулю. Нет даже никаких промежуточных значений - либо семь вольт, либо ничего. Нифига себе варивольт, да? И где же те 3.5В, которые он пытается выдавать? И как такой варивольт вообще что-то в состоянии регулировать - ведь 7.04В очень похоже на то напряжение, что он получает с двух батареек (так и есть, под нагрузкой они отдают именно 7В)?
На самом деле все не так уж и страшно, и, так или иначе, напряжение такой батарейный блок регулировать может. Да, по сути, он всегда выдает либо максимальное напряжение, либо вообще никакого, но дело в соотношении времени, в течении которого подается это самое максимальное напряжение, к времени, в течении которого напряжение вообще не подается. В соотношении между вот этими прямоугольными пиками на графике и промежутками между ними. Чтобы проиллюстрировать эти слова, давайте попробуем поднять напряжение и еще раз взглянуть на осциллограмму:



Тут мы заставили ZMax выдавать на нагрузку уже 5В в режиме AVG. К режимам вернемся позже, а пока мы видим, что сами импульсы стали длиннее, а промежутки между ними уменьшились. Больше, собственно говоря, ничего не изменилось. Вообще ничего.
Значит, "импульсный" батарейный блок изменяет выходное напряжение, на самом деле не изменяя напряжение. Все, что он умеет делать - это изменять так называемую "скважность" или "коэффициент заполнения" (обратная скважности величина), то есть соотношение между длительностью импульсов максимального напряжения и общей длительностью одного цикла.
Ну, а почему при этом испаритель по-разному "парит", объяснять, я думаю, не нужно? Но все же попытаюсь проиллюстрировать и это: представьте, что вам надо наполнить ванну за определенное время. Вы можете либо отрегулировать напор воды, и наполнить ванну с необходимой скоростью, так сказать, "постоянной струей", либо на несколько секунд отворачивать кран на полную и потом полностью закрывать его, и так до тех пор, пока ванна не наполнится. Средняя скорость заполнения ванны у вас и в том, и в другом случае может быть любой, какой захотите. То же и с батарейными блоками, питающими испарительную спираль.

Надеюсь, теперь понятно, чем "импульсные" батарейные блоки отличаются от "постоянных"? Можно даже немножко резюмировать - на самом деле "импульсные", в отличии от "постоянных", вообще не умеют регулировать напряжение, а из физических величин регулируют только ту самую "скважность". Напряжение же они выдают либо максимальное, либо вообще никакого, и так много раз в секунду. Но это не мешает им "заполнять ванну" с выбранной пользователем скоростью, то есть регулировать процесс парения.

Теперь давайте разберемся, хорошо это или плохо? Что лучше - "постоянное" или "импульсное"? И почему?
К счастью, ответ очень прост: для наших целей, то есть для питания нихромовой спиральки, испаряющей жижу, в подавляющем большинстве случаев разницы нет никакой. Да-да, вообще никакой. Сам по себе наш нагреватель является достаточно эффективным "интегратором" и запросто сглаживает все эти импульсы, превращая их в непрерывный поток тепла. За счет своей далеко не нулевой массы он обладает весьма существенной инерционностью и просто не в состоянии тридцать или даже больше раз в секунду полностью нагреваться и полностью остывать. Так что для питания таких нагрузок "импульсный" выход с источника питания вполне приемлем и ничем не отличается от питания этой же нагрузки постоянным напряжением. То же самое касается и других нагрузок с достаточной собственной инерционостью - например, электродвигателей, которые тоже часто питают таким вот "импульсным" напряжением, и никто по этому поводу не заморачивается и не пытается сделать питающее их напряжение обязательно постоянным.


На деле разница возникает только в одном случае - при работе с испарителями типа генезисов. Но об этом позже.

Так, поехали дальше. Теперь давайте разберемся, а каким образом соотвествует постоянно напряжение, и то самое "среднее", получаемое с помощью "импульсов"?
Казалось бы, все просто: если мы хотим заполнить ванну за то же время, за которое ее заполняет постоянная струя наполовину открытого крана, нам надо половину времени держать кран открытым полностью, а другую половину - закрытым совсем, а средний напор посчитать как среднее арифметическое. Логично звучит, правда? И на практике сработает, если проверить. Но с напряжением такой фокус не проходит.
Почему не проходит? Тут надо вспомнить простейшую формулу - W=U^2/R, то есть мощность рассчитывается как квадрат напряжения, деленный на сопротивление. Таким образом, зависимость мощности от напряжения у нас не линейная, а квадратичная. А посему для расчета среднего напряжения никакое среднее арифметическое или простое интегрирование нам не подходит, а нужно среднеквадратичное напряжение, рассчитываемое несколько иначе (не буду приводить тут формул, ни к чему это). В электротехнике такое напряжение давно известно, оно так и называется "среднеквадратичным", а еще "эффективным", "действующим" или "тепловым эквивалентом". Тут надо понимать, что это не физическая, а статистическая величина, и, как мы уже говорили, "импульсный" батарейный блок в реальности такого напряжения не выдает, он выдает только два - максимальное и никакого. А среднеквадратичное, эффективное напряжение - это результат некоторой математической операции над этими самыми импульсами, который показывает, какому постоянному напряжению они соответствуют в смысле выделяемой на нагрузке мощности. Это и есть тот самый "реальный вольт", который выдают импульсные батарейные блоки. То есть, если наш батарейный блок выдает импульсы, среднеквадратичное напряжение которых равно, скажем, 4.5В, то мощность, выделяемая на нагревателе, будет в точности соответствовать мощности, выделяемой этим же нагревателем на "постоянном" батарейном блоке при все тех же 4.5В напряжения, но уже по-настоящему постоянного. В нашем случае термин "тепловой эквивалент" как раз очень хорошо подходит.
Но посчитать среднее напряжение импульсов можно по-разному, как вы понимаете. В некоторых случаев для расчетов больше подходит именно обычное "среднее", результат простого интегрирования. И, например, осциллограф, когда видит "импульсы", может посчитать как среднее, так и среднеквадратичное напряжения, которые будут во многих случаях очень серьезно отличаться. Сейчас покажу:



Опять осциллограмма, но на этот раз смотрим не на график, а на цифры в левом нижнем углу. Вот мы подали на осциллограф "импульсы", и попросили его рассчитать среднее и среднеквадратичное значения напряжения. Он и рассчитал, и показал: V=3.852v - это среднее, а Vk=5.16v - это среднеквадратичное. Как видите, они сильно отличаются, хотя импульсы у нас одни и те же. Какое же из них будет "реальным", "настоящим", тем, от которого мы сможем отталкиваться? Ответ: если мы хотим рассчитать мощность (а больше нам ни для чего напряжение на батарейном блоке и не нужно знать, на самом деле), то нужно отталкиваться именно от среднеквадратичного значения. Если мы попробуем использовать в этом качестве среднее значение, то вместо мощности получим полную ерунду, а вернее, получим значение, которое почти наверняка будет сильно меньше реально выделяемой на нагрузке мощности. Понятно? Резюмирую: для расчетов мощности при питании нагрузки переменным напряжением используется именно среднеквадратичное его значение, и никак иначе. Никакого среднего.