kategorier: Udvalgte artikler » Begynderelektrikere
Antal visninger: 56510
Kommentarer til artiklen: 3
Hvad er spænding, hvordan sænkes og øges spænding
Spænding og strømstyrke er de to vigtigste mængder i elektricitet. Ud over dem skelnes en række andre mængder: ladning, magnetfeltstyrke, elektrisk feltstyrke, magnetisk induktion og andre. En praktiserende elektriker eller elektronisk ingeniør i hverdagen skal ofte arbejde med spænding og strøm - volt og ampere. I denne artikel vil vi tale specifikt om spændinger, om, hvad det er, og hvordan man arbejder med det.
Bestemmelse af fysisk mængde
Spænding er den potentielle forskel mellem to punkter, kendetegner det arbejde, der udføres af det elektriske felt for at overføre ladning fra det første punkt til det andet. Målt spænding i volt. Dette betyder, at der kun kan være spænding mellem to punkter i rummet. Derfor er det umuligt at måle spændingen på et tidspunkt.
Potentialet er angivet med bogstavet "F", og spændingen med bogstavet "U". Hvis det udtrykkes som potentiel forskel, er spændingen:
U = F1-F2
Hvis det udtrykkes gennem arbejde, skal du:
U = A / q,
hvor A er arbejde, er q opladning.
Spændingsmåling
Spænding måles med et voltmeter. Voltmeterproberne forbinder spænding til to punkter, som vi er interesseret i eller til delens terminaler, det spændingsfald, som vi ønsker at måle. Desuden kan enhver forbindelse til kredsløbet påvirke dets funktion. Dette betyder, at når en belastning tilføjes parallelt med et element, ændres strømmen i kredsløbet, og spændingen på elementet ændres i henhold til Ohms lov.
konklusion:
Voltmeteret skal have den højeste indgangsmodstand, så når den er tilsluttet, forbliver den totale modstand i det målte område næsten uændret. Voltmeterets modstand skal have en tendens til uendelig, og jo større den er, jo større er pålideligheden af målingerne.
Målenøjagtighed (nøjagtighedsklasse) påvirkes af et antal parametre. For ringemåler inkluderer dette nøjagtigheden af gradueringen af måleskalaen, designfunktioner af pilophæng, kvaliteten og integriteten af den elektromagnetiske spole, tilstanden til returfjedrene, nøjagtigheden af shuntvalget osv.
For digitale enheder - hovedsagelig nøjagtigheden af valg af modstande i målespændingsdeleren, opløsningen af ADC (jo mere, desto mere nøjagtig), kvaliteten af måleproberne.
For at måle jævnspænding med et digitalt instrument (f.eks. multimeter) som regel betyder den korrekte forbindelse af sonderne til det målte kredsløb ikke noget. Hvis du forbinder en positiv sonde til et punkt med et mere negativt potentiale end det punkt, som en negativ sonde er forbundet til, vises et "-" tegn foran måleresultatet.
Men hvis du måler med en markørenhed, skal du være forsigtig. Hvis sonderne ikke er korrekt tilsluttet, begynder pilen at afvige mod nul, vil den hvile mod begrænseren. Når man måler spændinger tæt på målegrænsen eller mere, kan den fastklemme eller bøjes, hvorefter det ikke er nødvendigt at tale om nøjagtigheden og yderligere betjening af denne enhed.
For de fleste målinger i hverdagen og i elektronik på amatørniveau er et voltmeter indbygget i multimetre som DT-830 og lignende.
Jo større de målte værdier er, desto lavere er nøjagtighedskravene, fordi hvis du måler volt, og du har en fejl på 0,1V, vil dette markant forvrænge billedet, og hvis du måler hundreder eller tusinder af volt, vil en fejl på 5 volt ikke spille en betydelig rolle.
Hvad skal man gøre, hvis spændingen ikke er egnet til at levere belastningen
For at give strøm til hver bestemt enhed eller enhed skal du anvende en spænding med en bestemt værdi, men det sker, at den strømkilde, du har, ikke er egnet og producerer en lav eller for høj spænding.Dette problem løses på forskellige måder, afhængigt af den krævede effekt, spænding og strømstyrke.
Sådan sænkes spændingsmodstanden?
Modstand begrænser strømmen, og når den flyder, falder spændingen til modstanden (strømbegrænsende modstand). Denne metode giver dig mulighed for at sænke spændingen til strømforsyninger med lav effekt med strømme på titalls, maksimalt hundreder af milliampere.
Et eksempel på en sådan strømforsyning er inkluderingen af en LED i et DC-netværk 12 (for eksempel et indbygget køretøjsnetværk på op til 14,7 volt). Hvis LED derefter er designet til at blive drevet fra 3,3 V, med en strøm på 20 mA, har du brug for en modstand R:
R = (14,7-3,3) / 0,02) = 570 Ohm
Men modstande adskiller sig i maksimal effektdistribution:
P = (14,7-3,3) * 0,02 = 0,228 W
Den nærmeste ved pålydende er en 0,25 W modstand.
Det er strømafledningen, der normalt begrænser denne type strømforsyning strømmodstande ikke overstiger 5-10 watt. Det viser sig, at hvis du skal betale en stor spænding eller strømme belastningen på denne måde, bliver du nødt til at placere flere modstande som kraften i en er ikke nok, og den kan fordeles mellem flere.
En metode til reduktion af spænding med en modstand fungerer i både jævnstrøm og vekslingskredsløb.
Ulempen er, at udgangsspændingen ikke stabiliseres på nogen måde, og med stigende og faldende strøm ændres det i forhold til værdien af modstanden.
Hvordan reduceres vekslingsspænding med en choke eller kondensator?
Hvis vi kun taler om vekselstrøm, kan vi bruge reaktans. Reaktiv modstand findes kun i vekslingskredsløb, dette skyldes funktionerne ved energilagring i kondensatorer og induktorer og omskiftningslove.
Spole og kondensator kan bruges som ballast.
Induktorens (og ethvert induktivt element) reaktans afhænger af frekvensen af vekselstrømmen (for et elektrisk husholdningsnetværk på 50 Hz) og induktansen beregnes ved hjælp af formlen:
hvor ω er vinkelfrekvensen i rad / s, L-induktans, 2pi er nødvendig for at konvertere vinkelfrekvensen til normal, f er spændingsfrekvensen i Hz.
Reaktansen for en kondensator afhænger af dens kapacitans (den lavere C, jo større er modstanden) og frekvensen af strømmen i kredsløbet (jo højere frekvens, desto lavere er modstanden). Det kan beregnes som følger:
Et eksempel på brugen af induktiv modstand er forsyningen med lysstofrør, DRL-lamper og DNaT. Induktoren begrænser strømmen gennem lampen, i LL- og DNT-lamper bruges den sammen med en starter eller en pulseret tændingsenhed (startrelæ) til at danne en højspændingsbølge, der tænder lampen. Dette skyldes arten og princippet for drift af sådanne lamper.
En kondensator bruges til at strømforsyne lavenergienheder, den installeres i serie med strømkredsløbet. En sådan strømforsyning kaldes en "transformerløs strømforsyning med en ballast (blænding) kondensator."
Meget ofte findes de som en strømbegrænser for opladning af batterier (for eksempel bly) i bærbare lommelygter og radioer med lav effekt. Ulemperne ved en sådan ordning er åbenlyse - der er ingen kontrol over batteriets ladningsniveau, deres kogning, underopladning, spændingsinstabilitet.
Sådan sænkes og stabiliseres jævnspænding
For at opnå en stabil udgangsspænding kan parametriske og lineære stabilisatorer bruges. Ofte er de lavet på hjemmemarkedskredsløbstype KREN eller fremmed type L78xx, L79xx.
LM317 lineær konverter giver dig mulighed for at stabilisere enhver spændingsværdi, den er justerbar op til 37V, du kan foretage den enkleste regulerede strømforsyning baseret på den.
Hvis du har brug for at reducere spændingen lidt og stabilisere den, fungerer de beskrevne IC'er ikke. For at de skal arbejde, skal der være en forskel i størrelsesordenen 2V eller mere. Til dette oprettes LDO-stabilisatorer (low dropout).Deres forskel ligger i det faktum, at for at stabilisere udgangsspændingen er det nødvendigt, at indgangsspændingen overskrider den med en værdi på 1V. Et eksempel på en sådan stabilisator er AMS1117, tilgængelig i versioner fra 1,2 til 5V, oftest bruger de versioner af 5 og 3.3V, f.eks. i Arduino-tavler og meget mere.
Designet af alle de ovennævnte lineære nedtrappingsstabilisatorer af en sekventiel type har en betydelig ulempe - lav effektivitet. Jo større forskel der er mellem indgang og udgangsspænding, jo lavere er den. Han "brænder" overskydende spænding ved at oversætte den til varme, og energitabet er lig med:
Tab = (Uin-Uout) * I
AMTECH-firmaet producerer PWM-analoger af L78xx-konvertere, de fungerer på princippet om pulsbreddemodulering, og deres effektivitet er altid mere end 90%.
De tænder og slukker blot for spændingen med en frekvens på op til 300 kHz (krusning er minimal). Og den aktuelle spænding er stabiliseret på det rigtige niveau. Og skiftekredsløbet svarer til lineære analoger.
Hvordan øges den konstante spænding?
For at øge spændingen produceres impulsspændingsomformere. De kan inkluderes i boost (boost) og buck (buck) og buck boost (buck boost) ordningen. Lad os se på et par repræsentanter:
1. Board baseret på XL6009-chippen
2. Kortet, der er baseret på LM2577, arbejder på at øge og mindske udgangsspændingen.
3. Konverterkortet på FP6291 er velegnet til samling af en 5 V strømforsyning, for eksempel en powerbank. Ved at justere modstandsværdierne kan den indstilles til andre spændinger, ligesom enhver anden lignende konverter - du skal justere feedbackkredsløbene.
4. Bestyrelse baseret på MT3608
Alt er underskrevet på brættet her - platformen til lodning af input - IN og output - OUT spændinger. Brædderne kan have en justering af udgangsspændingen og i nogle tilfælde strømbegrænsninger, hvilket gør det muligt at skabe en enkel og effektiv laboratoriekraftforsyning. De fleste konvertere, både lineære og pulsede, er kortslutningssikre.
Hvordan øges skiftevis spænding?
For at justere vekselstrømspændingen bruges to hovedmetoder:
1. Auto transformer;
2. Transformatoren.
Auto transformer - Dette er en enkelt svingende induktor. Opviklingen har et tryk fra et vist antal drejninger, så ved at forbinde mellem en af enderne af viklingen og et tryk, får man i enderne af viklingen en forøget spænding lige så mange gange som det samlede antal omdrejninger og antallet af sving inden man tapper.
Industri producerer LATR'er - laboratorieautotransformatorer, specielle elektromekaniske enheder til spændingsregulering. De fandt meget bred anvendelse i udviklingen af elektroniske enheder og reparation af strømforsyninger. Justering opnås gennem en glidebørstekontakt, som den elektriske enhed er tilsluttet.
Ulempen ved sådanne anordninger er manglen på galvanisk isolering. Dette betyder, at højspænding let kan slå ud ved udgangsterminalerne, og dermed faren for elektrisk stød.
transformer - Dette er en klassisk måde at ændre spændingsstørrelsen på. Der er galvanisk isolering fra netværket, hvilket øger sikkerheden for sådanne installationer. Størrelsen af spændingen på den sekundære vikling afhænger af spændingen på den primære vikling og transformationsforholdet.
Uvt = Uperv * Ktr
Ktr = N1 / N2
En separat visning er pulstransformatorer. De fungerer ved høje frekvenser på titusinder og hundreder af kHz. De bruges i langt størstedelen af skiftende strømforsyninger, for eksempel:
-
Oplader af din smartphone;
-
Laptop strømforsyning;
-
Computer strømforsyning.
På grund af arbejdet med høj frekvens reduceres de samlede dimensioner, de er mange gange mindre end netværkstransformatorerne (50/60 Hz), antallet af drejninger på viklingerne og som et resultat prisen.Overgangen til skiftende strømforsyninger gjorde det muligt at reducere dimensioner og vægt på al moderne elektronik og reducere dens forbrug ved at øge effektiviteten (i pulskredsløb, 70-98%).
Elektroniske transformere findes ofte i butikkerne. En netværksspænding på 220 V påføres deres input, og et output på 12 V er for eksempel højfrekvens; diode bridge fra højhastighedsdioder.
Indvendigt er en pulstransformator, transistorkontakter, driver eller selv-oscillerende kredsløb, som vist nedenfor.
Fordele - enkelhed i kredsløbet, galvanisk isolering og lille størrelse.
Ulemper - de fleste af de modeller, der er til salg, har aktuelle feedback, hvilket betyder, at det uden en belastning med en minimal effekt (angivet i specifikationerne for en bestemt enhed) simpelthen ikke tændes. Individuelle tilfælde er allerede udstyret med spændingsoperativsystemer og er i tomgang uden problemer.
De bruges ofte til at tænke 12V halogenlamper, for eksempel lyskastere i ophængt loft.
konklusion
Vi kiggede på grundlæggende oplysninger om spænding, dens måling og justering. En moderne elementbase og et sortiment af færdige enheder og omformere giver dig mulighed for at implementere enhver strømforsyning med de nødvendige outputegenskaber. Du kan skrive en separat artikel mere detaljeret om hver af metoderne. Inden for disse rammer forsøgte jeg at passe de grundlæggende oplysninger, der er nødvendige for hurtig valg af en løsning, der er praktisk for dig.
Se også på elektrohomepro.com
: