kategória: Najlepšie články » Začiatočníci elektrikári
Počet zobrazení: 56510
Komentáre k článku: 3
Čo je to napätie, ako znížiť a zvýšiť napätie
Napätie a prúd sú dve hlavné množstvá elektriny. Okrem nich sa rozlišuje aj množstvo ďalších veličín: náboj, intenzita magnetického poľa, intenzita elektrického poľa, magnetická indukcia a ďalšie. Praktizujúci elektrotechnik alebo elektronický inžinier v každodennej práci musí najčastejšie pracovať s napätím a prúdom - volty a ampéry. V tomto článku budeme hovoriť konkrétne o napätí, o tom, čo to je a ako s ním pracovať.
Stanovenie fyzikálnej veličiny
Napätie je potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi, charakterizuje prácu vykonávanú elektrickým poľom na prenos náboja z prvého bodu do druhého. Namerané napätie vo voltoch. To znamená, že napätie môže byť prítomné iba medzi dvoma bodmi vo vesmíre. Preto nie je možné zmerať napätie v jednom bode.
Potenciál je označený písmenom „F“ a napätie písmenom „U“. Ak je vyjadrené ako potenciálny rozdiel, napätie je:
U = F1-F2
Ak je vyjadrené prostredníctvom práce, potom:
U = A / q,
kde A je práca, q je poplatok.
Meranie napätia
Napätie sa meria voltmetrom. Voltmetrické sondy pripájajú napätie k dvom bodom, medzi ktorými máme záujem, alebo ku svorkám časti, k poklesu napätia, v ktorom chceme merať. Jeho fungovanie môže ovplyvniť aj akékoľvek pripojenie k obvodu. To znamená, že keď sa záťaž pridá paralelne s prvkom, zmení sa prúd v obvode a napätie v prvku sa zmení podľa Ohmovho zákona.
záver:
Voltmeter by mal mať najvyšší vstupný odpor, aby po pripojení zostal celkový odpor v meranej časti takmer nezmenený. Odpor voltmetra by mal mať sklon k nekonečnu, a čím je väčší, tým väčšia je spoľahlivosť odčítania.
Presnosť merania (trieda presnosti) je ovplyvnená množstvom parametrov. V prípade číselníkových meradiel to zahŕňa presnosť stupnice meracej stupnice, konštrukčné prvky zavesenia šípok, kvalitu a integritu elektromagnetickej cievky, stav vratných pružín, presnosť výberu bočníka, atď.
Pre digitálne zariadenia - hlavne presnosť výberu rezistorov v deliči meracieho napätia, rozlíšenie ADC (čím viac, tým presnejšia), kvalita meracích sond.
Na meranie jednosmerného napätia digitálnym prístrojom (napr. multimeter) spravidla nezáleží na správnom pripojení sond k meranému obvodu. Ak pripojíte pozitívnu sondu k bodu s negatívnejším potenciálom ako k bodu, ku ktorému je negatívna sonda pripojená, objaví sa pred výsledkom merania znak „-“.
Ak však meriate ukazovacím zariadením, musíte byť opatrní. Ak sondy nie sú správne pripojené, šípka sa začne odchýliť od nuly, bude odpočívať proti obmedzovaču. Pri meraní napätia blízko hranice merania alebo viac sa môže zaseknúť alebo ohnúť, po čom nie je potrebné hovoriť o presnosti a ďalšom fungovaní tohto zariadenia.
Pre väčšinu meraní v každodennom živote av elektronike na amatérskej úrovni stačí voltmeter zabudovaný do multimetrov, ako je DT-830 a podobne.
Čím väčšie sú namerané hodnoty, tým menšie sú požiadavky na presnosť, pretože ak meriate volty a máte chybu 0,1 V, značne to skreslí obraz a ak meriate stovky alebo tisíce voltov, potom nebude hrať 5 voltov významnú úlohu.
Čo robiť, ak napätie nie je vhodné na napájanie záťaže
Na napájanie každého konkrétneho zariadenia alebo zariadenia musíte použiť napätie určitej hodnoty, ale stáva sa, že zdroj napájania, ktorý máte, nie je vhodný a vytvára nízke alebo príliš vysoké napätie.Tento problém sa rieši rôznymi spôsobmi v závislosti od požadovaného výkonu, napätia a intenzity prúdu.
Ako znížiť napäťový odpor?
Odpor obmedzuje prúd a keď tečie, napätie klesá na odpor (odpor obmedzujúci prúd). Táto metóda vám umožňuje znížiť napätie na napájanie nízkoenergetických zariadení s prúdmi desiatok, maximálne stovkami miliampérov.
Príkladom takého zdroja energie je zahrnutie LED do jednosmernej siete 12 (napríklad sieť palubného vozidla do 14,7 voltov). Ak je LED navrhnutá tak, aby bola napájaná z 3,3 V, s prúdom 20 mA, potrebujete odpor R:
R = (14,7 až 3,3) / 0,02) = 570 Ohmov
Odpory sa však líšia maximálnym rozptylom energie:
P = (14,7 - 3,3) * 0,02 = 0,228 W
Najbližší pri nominálnej hodnote je odpor 0,25 W.
Obmedzenie tohto typu napájania zvyčajne spôsobuje rozptyl energie výkonové odpory nepresahuje 5 - 10 wattov. Ukazuje sa, že ak potrebujete zaplatiť veľké napätie alebo napájať záťaž týmto spôsobom, budete musieť vložiť niekoľko odporov ako sila jedného nestačí a dá sa rozdeliť medzi niekoľko.
Metóda znižovania napätia s odporom pracuje v obvodoch DC aj AC.
Nevýhodou je, že výstupné napätie nie je nijako stabilizované a keď prúd stúpa a klesá, mení sa úmerne k hodnote odporu.
Ako znížiť striedavé napätie s tlmivkou alebo kondenzátorom?
Ak hovoríme iba o striedavom prúde, potom môžeme použiť reaktanciu. Reaktívny odpor je iba v obvodoch striedavého prúdu, je to kvôli vlastnostiam akumulácie energie v kondenzátoroch a induktoroch a zákonom o prepínaní.
Tlmivka induktora a kondenzátor môžu byť použité ako predradník.
Reaktancia induktora (a akéhokoľvek indukčného prvku) závisí od frekvencie striedavého prúdu (pre domácu elektrickú sieť 50 Hz) a indukčnosti, ktorá sa vypočíta podľa vzorca:
kde ω je uhlová frekvencia v rad / s, L-indukčnosť, 2pi je potrebná na prevod uhlovej frekvencie na normálnu hodnotu, f je napäťová frekvencia v Hz.
Reaktancia kondenzátora závisí od jeho kapacity (nižší C, väčší odpor) a frekvencia prúdu v obvode (čím vyššia je frekvencia, tým nižší odpor). Dá sa vypočítať takto:
Príkladom použitia induktívneho odporu je dodávka žiariviek, žiaroviek DRL a DNaT. Induktor obmedzuje prúd cez žiarovku, v žiarovkách LL a DNT sa používa v spojení so štartovacím zariadením alebo impulzným zapaľovacím zariadením (štartovacie relé) na vytvorenie prepätia vysokého napätia, ktoré zapne žiarovku. Dôvodom je povaha a princíp činnosti takýchto svietidiel.
Kondenzátor sa používa na napájanie nízkoenergetických zariadení, je nainštalovaný v sérii s napájacím obvodom. Takýto zdroj energie sa nazýva „beztransformátorový zdroj energie s balastovým (zatemňovacím) kondenzátorom.“
Veľmi často sa vyskytujú ako obmedzovač prúdu pre nabíjanie batérií (napríklad olova) v prenosných baterkách a nízkoenergetických rádioprijímačoch. Nevýhody tohto systému sú zrejmé - neexistuje žiadna kontrola úrovne nabitia batérie, ich varu, nedostatočného nabitia, nestability napätia.
Ako znížiť a stabilizovať jednosmerné napätie
Na dosiahnutie stabilného výstupného napätia sa môžu použiť parametrické a lineárne stabilizátory. Často sa vyrábajú na domácich mikroobvodoch typu KREN alebo cudzom type L78xx, L79xx.
Lineárny prevodník LM317 vám umožňuje stabilizovať akúkoľvek hodnotu napätia, je nastaviteľný až na 37V, na základe toho môžete urobiť najjednoduchšie regulované napájanie.
Ak potrebujete mierne znížiť napätie a stabilizovať ho, opísané IC nebudú fungovať. Aby mohli pracovať, musí existovať rozdiel rádovo 2V alebo viac. Na tento účel sa vytvárajú stabilizátory LDO (s nízkou úrovňou výpadku).Ich rozdiel spočíva v tom, že na stabilizáciu výstupného napätia je potrebné, aby jeho vstupné napätie prekročilo 1V. Príkladom takého stabilizátora je AMS1117 dostupný vo verziách od 1,2 do 5V, najčastejšie používajú verzie 5 a 3,3V, napríklad v doskách Arduino a oveľa viac.
Konštrukcia všetkých vyššie opísaných lineárnych stabilizátorov postupného klesania sekvenčného typu má značnú nevýhodu - nízku účinnosť. Čím väčší je rozdiel medzi vstupným a výstupným napätím, tým menšie je. Jednoducho „spáli“ prebytočné napätie, premení ho na teplo a strata energie sa rovná:
Strata = (Uin-Uout) * I
Spoločnosť AMTECH vyrába analógy PWM prevodníkov L78xx, pracujú na princípe pulzno-šírkovej modulácie a ich účinnosť je vždy viac ako 90%.
Jednoducho zapínajú a vypínajú napätie s frekvenciou až 300 kHz (vlnenie je minimálne). A prúdové napätie je stabilizované na správnej úrovni. A spínací obvod je podobný lineárnym analógom.
Ako zvýšiť konštantné napätie?
Na zvýšenie napätia vytvorte pulzné meniče napätia. Môžu byť zahrnuté do schémy boost (boost) a buck (buck) a buck-boost (buck-boost). Pozrime sa na niekoľkých zástupcov:
1. Doska založená na čipe XL6009
2. Doska založená na LM2577 pracuje na zvýšení a znížení výstupného napätia.
3. Doska prevodníka na FP6291 je vhodná na zostavenie 5 V napájacieho zdroja, napríklad powerbank. Úpravou hodnôt rezistorov ju môžete naladiť na iné napätia, ako na akýkoľvek iný podobný prevodník - musíte upraviť obvody spätnej väzby.
4. Doska založená na MT3608
Na karte je všetko podpísané - platforma na spájkovanie vstupných a výstupných napätí. Dosky môžu mať nastavenie výstupného napätia av niektorých prípadoch aj prúdové limity, čo umožňuje jednoduché a efektívne laboratórne napájanie. Väčšina prevodníkov, lineárnych aj pulzných, je odolných voči skratu.
Ako zvýšiť striedavé napätie?
Na nastavenie striedavého napätia sa používajú dve hlavné metódy:
1. automatický transformátor;
2. Transformátor.
Automatický transformátor - Toto je jediný induktor vinutia. Vinutie má odbočku z určitého počtu závitov, takže spojením medzi jedným z koncov vinutia a odbočkou získate na koncoch vinutia toľkokrát, koľkokrát je celkový počet zákrutov a počet zákrutov, ešte pred odbočením.
Priemysel vyrába LATR - laboratórne autotransformátory, špeciálne elektromechanické zariadenia na reguláciu napätia. Našli veľmi široké uplatnenie pri vývoji elektronických zariadení a opravách napájacích zdrojov. Nastavenie sa dosiahne prostredníctvom kontaktu posuvnej kefy, ku ktorému je pripojené poháňané zariadenie.
Nevýhodou takýchto zariadení je nedostatok galvanickej izolácie. To znamená, že na výstupných svorkách sa môže ľahko vypnúť vysoké napätie, čím hrozí nebezpečenstvo úrazu elektrickým prúdom.
transformátor - Toto je klasický spôsob, ako zmeniť veľkosť napätia. Existuje galvanické oddelenie od siete, čo zvyšuje bezpečnosť takýchto inštalácií. Veľkosť napätia na sekundárnom vinutí závisí od napätia na primárnom vinutí a transformačného pomeru.
Uvt = Uperv * Ktr
Ktr = N1 / N2
Samostatné zobrazenie je pulzné transformátory, Pracujú pri vysokých frekvenciách desiatok a stoviek kHz. Používajú sa vo veľkej väčšine spínacích zdrojov, napríklad:
-
Nabíjačka vášho smartfónu;
-
Napájanie notebooku;
-
Počítačové napájanie.
V dôsledku práce pri vysokej frekvencii sa celkové rozmery zmenšujú, sú mnohokrát menšie ako v prípade sieťových (50/60 Hz) transformátorov, počtu zákrutov vinutí a v dôsledku toho aj ceny.Prechod na spínané napájacie zdroje umožnil znížiť rozmery a hmotnosť všetkej modernej elektroniky a znížiť jej spotrebu zvýšením účinnosti (v impulzných obvodoch 70 - 98%).
Elektronické transformátory sa často nachádzajú v obchodoch. Na ich vstup sa pripája sieťové napätie 220 V. Napríklad výstup 12 V je vysokofrekvenčný; diódový most z vysokorýchlostných diód.
Vo vnútri je pulzný transformátor, tranzistorové spínače, budič alebo samoscilačný obvod, ako je to znázornené nižšie.
Výhody - jednoduchosť obvodu, galvanické oddelenie a malá veľkosť.
Nevýhody - väčšina modelov, ktoré sú v predaji, má aktuálnu spätnú väzbu, čo znamená, že bez zaťaženia s minimálnym výkonom (uvedeným v špecifikáciách konkrétneho zariadenia) sa jednoducho nezapne. Jednotlivé prípady sú už vybavené napäťovými operačnými systémami a bez problémov fungujú.
Najčastejšie sa používajú na napájanie 12 V halogénových žiaroviek, napríklad reflektorov zaveseného stropu.
záver
Pozreli sme sa na základné informácie o napätí, jeho meraní a nastavení. Moderná základňa prvkov a sortiment hotových jednotiek a prevodníkov vám umožňujú implementovať akýkoľvek zdroj energie s potrebnými výstupnými charakteristikami. O každej metóde môžete napísať podrobnejší článok, v rámci ktorého som sa pokúsil prispôsobiť základné informácie potrebné na rýchly výber riešenia, ktoré je pre vás výhodné.
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: