Kas ir spriegums, kā pazemināt un palielināt spriegumu

Spriegums un strāvas stiprums ir divi galvenie elektroenerģijas daudzumi. Papildus tiem izšķir arī virkni citu lielumu: lādiņu, magnētiskā lauka stiprumu, elektriskā lauka stiprumu, magnētisko indukciju un citus. Praktizējošam elektriķim vai elektronikas inženierim ikdienas darbā visbiežāk jādarbojas ar spriegumu un strāvu - voltiem un ampēriem. Šajā rakstā mēs īpaši runāsim par spriedzi, par to, kas tas ir un kā ar to strādāt.

Fiziskā daudzuma noteikšana

Spriegums ir potenciālā starpība starp diviem punktiem, raksturo darbu, ko veic elektriskais lauks, lai pārnestu lādiņu no pirmā punkta uz otro. Izmērītais spriegums voltos. Tas nozīmē, ka spriegums var būt tikai starp diviem kosmosa punktiem. Tāpēc vienā punktā nav iespējams izmērīt spriegumu.

Potenciālu apzīmē ar burtu "F", bet spriegumu - ar burtu "U". Ja to izsaka potenciālās starpības izteiksmē, spriegums ir:

U = F1-F2

Ja to izsaka ar darbu, tad:

U = A / q,

kur A ir darbs, q ir maksa.

Sprieguma mērīšana

Spriegumu mēra ar voltmetru. Voltmetru zondes savieno spriegumu divos punktos, starp kuriem mēs esam ieinteresēti, vai ar detaļas spailēm sprieguma kritumu, pie kura vēlamies izmērīt. Turklāt jebkurš savienojums ar ķēdi var ietekmēt tā darbību. Tas nozīmē, ka, pievienojot slodzi paralēli kādam elementam, mainās strāva ķēdē un mainās elementa spriegums saskaņā ar Ohma likumu.

Secinājums:

Voltmetram vajadzētu būt visaugstākajai ieejas pretestībai, lai tad, kad tas ir pievienots, kopējā pretestība izmērītajā sadaļā paliktu gandrīz nemainīga. Voltmetra pretestībai vajadzētu būt tendencei līdz bezgalībai, un jo lielāka tā ir, jo lielāka ir rādījumu ticamība.

Mērījumu precizitāti (precizitātes klasi) ietekmē vairāki parametri. Ar skalas mērinstrumentiem tas ietver mērīšanas skalas gradācijas precizitāti, bultas balstiekārtas konstrukcijas īpatnības, elektromagnētiskās spoles kvalitāti un integritāti, atgriezes atsperu stāvokli, šunta izvēles precizitāti utt.

Digitālām ierīcēm - galvenokārt rezistoru izvēles precizitāte mērīšanas sprieguma dalītājā, ADC izšķirtspēja (jo precīzāks), mērīšanas zondes kvalitāte.

Lai izmērītu līdzstrāvas spriegumu ar digitālu instrumentu (piemēram, multimetrs), kā likums, nav nozīmes pareizam zondu savienojumam ar izmērīto ķēdi. Ja jūs savienojat pozitīvu zondi ar punktu ar lielāku negatīvu potenciālu nekā ar punktu, kuram ir pievienota negatīva zonde, tad mērījuma rezultāta priekšā parādīsies “-” zīme.

Bet, ja jūs mēra ar rādītāja ierīci, jums jābūt uzmanīgam.Ja zondes nav savienotas pareizi, bultiņa sāks novirzīties pret nulli, tā atradīsies pret ierobežotāju. Mērot spriegumus, kas ir tuvu mērījumu robežai vai vairāk, tas var iesprūst vai saliekties, pēc kura nav nepieciešams runāt par šīs ierīces precizitāti un tālāku darbību.

Lielākajai daļai ikdienas dzīves un elektronikas mērījumu amatieru līmenī pietiek ar voltmetru, kas iebūvēts multimetros, piemēram, DT-830 un tamlīdzīgos.

Jo lielākas izmērītās vērtības, jo zemākas ir precizitātes prasības, jo, mērot voltus un rodas kļūda 0,1 V, tas ievērojami izkropļos attēlu, un, ja izmērīsit simtiem vai tūkstošiem voltu, tad 5 voltu kļūdai nebūs nozīmīgas nozīmes.

Ko darīt, ja spriegums nav piemērots kravas padevei

Lai barotu katru konkrēto ierīci vai ierīci, jums jāpielieto noteikta lieluma spriegums, taču gadās, ka jūsu barošanas avots nav piemērots un rada zemu vai pārāk augstu spriegumu.Šī problēma tiek atrisināta dažādos veidos, atkarībā no nepieciešamās jaudas, sprieguma un strāvas stipruma.

Kā samazināt sprieguma pretestību?

Pretestība ierobežo strāvu, un, kad tā plūst, spriegums samazinās līdz pretestībai (strāvu ierobežojošs rezistors). Šī metode ļauj samazināt spriegumu mazjaudas ierīču darbināšanai ar desmitiem, maksimāli simtiem miliampu strāvu.

Šādas barošanas avots ir gaismas diodes iekļaušana līdzstrāvas tīklā 12 (piemēram, transportlīdzekļa borta tīklā līdz 14,7 voltiem). Tad, ja LED ir paredzēts darbināšanai no 3,3 V ar strāvu 20 mA, jums ir nepieciešams rezistors R:

R = (14,7-3,3) /0,02) = 570 omi

Bet rezistori atšķiras pēc maksimālās jaudas izkliedes:

P = (14,7-3,3) * 0,02 = 0,228 W

Tuvākais no nominālvērtības ir 0,25 W rezistors.

Parasti enerģijas izkliedēšana ierobežo šāda veida enerģijas piegādi jaudas rezistori nepārsniedz 5-10 vati. Izrādās, ja jums šādā veidā ir jāmaksā par lielu spriegumu vai jāpieliek slodze, jums būs jāievieto vairāki rezistori kā ar vienu spēku nepietiek, un to var sadalīt starp vairākiem.

Sprieguma samazināšanas metode ar rezistoru darbojas gan līdzstrāvas, gan maiņstrāvas ķēdēs.

Trūkums ir tāds, ka izejas spriegums nekādā veidā netiek stabilizēts, un, palielinoties un samazinoties strāvai, tas mainās proporcionāli rezistora vērtībai.

Kā samazināt maiņstrāvu ar droseli vai kondensatoru?

Ja mēs runājam tikai par maiņstrāvu, tad mēs varam izmantot reaģenci. Reaktīvā pretestība ir tikai maiņstrāvas ķēdēs, tas ir saistīts ar enerģijas uzkrāšanas īpašībām kondensatoros un induktoros un komutācijas likumiem.

Induktora droseli un kondensatoru var izmantot kā balastu.

Induktora (un jebkura induktīvā elementa) reaģētspēja ir atkarīga no maiņstrāvas frekvences (mājsaimniecības elektriskajam tīklam 50 Hz) un induktivitātes, to aprēķina pēc formulas:

kur ω ir leņķiskā frekvence rad / s, L-induktivitāte, 2pi ir nepieciešama, lai leņķisko frekvenci pārveidotu par normālu, f ir sprieguma frekvence Hz.

Kondensatora reaģētspēja ir atkarīga no tā kapacitātes (jo zemāka C, jo lielāka pretestība) un strāvas frekvence ķēdē (jo augstāka frekvence, jo zemāka pretestība). To var aprēķināt šādi:

Induktīvās pretestības izmantošanas piemērs ir dienasgaismas spuldzes, DRL lampas un DNaT. Induktors ierobežo strāvu caur lampu, LL un DNT lampās to izmanto kopā ar starteri vai aizdedzes impulsa ierīci (starta releju), lai veidotu augsta sprieguma pārspriegumu, kas ieslēdz lampu. Tas ir saistīts ar šādu lukturu raksturu un darbības principu.

Kondensators tiek izmantots mazjaudas ierīču barošanai, tas tiek uzstādīts virknē ar strāvas ķēdi. Šādu barošanas avotu sauc par “transformatoru bez barošanas avota ar balasta (aizpildīšanas) kondensatoru”.

Ļoti bieži tie tiek atrasti kā strāvas ierobežotājs akumulatoru (piemēram, svina) lādēšanai pārnēsājamās lukturīšos un mazjaudas radioaparātos. Šādas shēmas trūkumi ir acīmredzami - nav iespējams kontrolēt akumulatora uzlādes līmeni, to vārīšanos, nepietiekamu uzlādi, sprieguma nestabilitāti.

Kā pazemināt un stabilizēt līdzstrāvas spriegumu

Lai sasniegtu stabilu izejas spriegumu, var izmantot parametriskos un lineāros stabilizatorus. Bieži vien tie tiek izgatavoti uz sadzīves mikroshēmām KREN vai svešķermeņiem L78xx, L79xx.

LM317 lineārais pārveidotājs ļauj stabilizēt jebkuru sprieguma vērtību, tas ir regulējams līdz 37V, uz tā pamata jūs varat veikt vienkāršāko regulēto barošanas avotu.

Ja jums ir nepieciešams nedaudz samazināt spriegumu un stabilizēt to, aprakstītie IC nedarbosies. Lai viņi strādātu, jābūt atšķirībai starp 2V vai vairāk. Šim nolūkam tiek izveidoti LDO (zemas pamešanas) stabilizatori.To atšķirība slēpjas faktā, ka, lai stabilizētu izejas spriegumu, ir nepieciešams, lai ieejas spriegums to pārsniegtu par vērtību 1V. Šāda stabilizatora piemērs ir AMS1117, pieejams versijās no 1,2 līdz 5 V, visbiežāk tie izmanto 5 un 3,3 V versijas, piemēram Arduino dēļos un vēl daudz vairāk.

Visu iepriekš aprakstīto secīgā tipa lineāro stabilizatoru dizainam ir ievērojams trūkums - zema efektivitāte. Jo lielāka ir atšķirība starp ieejas un izejas spriegumu, jo zemāka tā ir. Viņš vienkārši “sadedzina” lieko spriegumu, pārvēršot to siltumā, un enerģijas zudumi ir vienādi ar:

Zaudējums = (Uin-Uout) * I

Uzņēmums AMTECH ražo L78xx pārveidotāju PWM analogus, tie darbojas pēc impulsa platuma modulācijas principa un to efektivitāte vienmēr ir lielāka par 90%.

Viņi vienkārši ieslēdz un izslēdz spriegumu ar frekvenci līdz 300 kHz (pulsācija ir minimāla). Un strāvas spriegums tiek stabilizēts pareizajā līmenī. Un pārslēgšanas ķēde ir līdzīga lineārajiem analogiem.

Kā palielināt pastāvīgo spriegumu?

Lai palielinātu spriegumu, izveidojiet impulsa sprieguma pārveidotājus. Tos var iekļaut palielināšanas (palielināt) un buks (buks) un buks palielināšanas (buks-palielināšanas) shēmā. Apskatīsim dažus pārstāvjus:

1. Tāfele, kuras pamatā ir mikroshēma XL6009

2. Plātne, kuras pamatā ir LM2577, darbojas, lai palielinātu un samazinātu izejas spriegumu.

3. FP6291 pārveidotāja plate ir piemērota 5 V barošanas avota, piemēram, barošanas bloka, montāžai. Pielāgojot rezistoru vērtības, to var noregulēt uz citiem spriegumiem, tāpat kā jebkuru citu līdzīgu pārveidotāju - jums jāpielāgo atgriezeniskās saites ķēdes.

4. Valde, pamatojoties uz MT3608

Šeit viss ir parakstīts uz tāfeles - platforma ieejas - IN un izejas - OUT spriegumu lodēšanai. Plātnēm var būt izejas sprieguma un dažos gadījumos strāvas ierobežojumu regulēšana, kas ļauj veikt vienkāršu un efektīvu laboratorijas barošanas avotu. Lielākajai daļai pārveidotāju - gan lineāram, gan impulsam - ir īssavienojuma drošība.

Kā palielināt maiņstrāvu?

Maiņstrāvas sprieguma regulēšanai tiek izmantotas divas galvenās metodes:

1. Auto transformators;

2. Transformators.

Auto transformators - Šis ir viena tinuma induktors. Tinumam ir krāns no noteikta skaita pagriezienu, tāpēc, savienojot starp vienu no tinuma galiem un krānu, tinuma galos jūs saņemat paaugstinātu spriegumu tik reižu, cik kopējais pagriezienu skaits un pagriezienu skaits pirms piesitiena.

Nozare ražo LATR - laboratorijas autotransformatorus, īpašas elektromehāniskas ierīces sprieguma regulēšanai. Viņi atrada ļoti plašu pielietojumu elektronisko ierīču izstrādē un barošanas avotu remontā. Pielāgošana tiek panākta, izmantojot slīdošo sukas kontaktu, pie kura ir pievienota darbināmā ierīce.

Šādu ierīču trūkums ir galvaniskās izolācijas trūkums. Tas nozīmē, ka augsts spriegums var viegli izrādīties pie izejas spailēm, tādējādi radot elektriskās strāvas trieciena briesmas.

Transformators - Šis ir klasisks veids, kā mainīt sprieguma lielumu. No tīkla notiek galvaniska izolācija, kas palielina šādu instalāciju drošību. Sekundārā tinuma sprieguma lielums ir atkarīgs no primārā tinuma sprieguma un pārveidošanas koeficienta.

Uvt = Uperv * Ktr

Ktr = N1 / N2

Atsevišķs skats ir impulsu transformatori. Tie darbojas ar augstām frekvencēm desmitiem un simtiem kHz. Tos izmanto lielākajā daļā pārslēdzošo barošanas avotu, piemēram:

• Viedtālruņa lādētājs;

• Klēpjdatora barošana;

• Datoru barošana.

Sakarā ar darbu ar augstu frekvenci tiek samazināti vispārējie izmēri, tie ir daudz reizes mazāki nekā tīkla (50/60 Hz) transformatoriem, tinumu pagriezienu skaitam un tā rezultātā cenai.Pāreja uz komutācijas barošanas avotiem ļāva samazināt visas mūsdienu elektronikas izmērus un svaru un samazināt tā patēriņu, palielinot efektivitāti (impulsu ķēdēs, 70-98%).

Elektroniskie transformatori bieži tiek atrasti veikalos. Viņu ievadam tiek piemērots tīkla spriegums 220 V, un, piemēram, 12 V izeja ir ar augstu frekvenci; diode tilts no ātrgaitas diodēm.

Iekšpusē ir impulsu transformators, tranzistora slēdži, draiveris vai pašmainoša ķēde, kā parādīts zemāk.

Priekšrocības - shēmas vienkāršība, galvaniskā izolācija un mazs izmērs.

Trūkumi - lielākajai daļai pārdošanā esošo modeļu ir aktuālas atsauksmes, kas nozīmē, ka bez kravas ar minimālu jaudu (norādīts konkrētās ierīces specifikācijās) tas vienkārši neieslēgsies. Atsevišķi gadījumi jau ir aprīkoti ar sprieguma operētājsistēmām un bez problēmām darbojas.

Tos visbiežāk izmanto, lai darbinātu 12 V halogēna lampas, piemēram, piekaramo griestu prožektorus.

Secinājums

Mēs apskatījām pamatinformāciju par spriegumu, tā mērīšanu un regulēšanu. Mūsdienīga elementu bāze, kā arī gatavu vienību un pārveidotāju sortiments ļauj realizēt visus enerģijas avotus ar nepieciešamajiem izejas parametriem. Jūs varat uzrakstīt atsevišķu rakstu sīkāk par katru no metodēm, kuras ietvaros es centos iekļaut pamatinformāciju, kas nepieciešama jums ērtā risinājuma ātrai izvēlei.