Ce este tensiunea, cum să scadă și să crești tensiunea

Tensiunea și amperajul sunt cele două cantități principale în energie electrică. Pe lângă acestea, se disting și alte cantități: încărcare, rezistența câmpului magnetic, rezistența câmpului electric, inducția magnetică și altele. Un electrician practicant sau un inginer electronic în munca de zi cu zi trebuie să funcționeze cel mai adesea cu tensiune și curent - Volți și Amperi. În acest articol, vom vorbi în special despre tensiune, despre ce este vorba și despre modul de lucru cu ea.

Determinarea cantității fizice

Tensiunea este diferența de potențial dintre două puncte, caracterizează munca desfășurată de câmpul electric pentru a transfera sarcina din primul punct în al doilea. Tensiunea măsurată în volți. Aceasta înseamnă că tensiunea poate fi prezentă doar între două puncte în spațiu. Prin urmare, este imposibil să măsurați tensiunea la un moment dat.

Potențialul este indicat cu litera "F", iar tensiunea cu litera "U". Dacă este exprimată în termeni de diferență de potențial, tensiunea este:

U = F1-F2

Dacă sunt exprimate prin muncă, atunci:

U = A / q,

unde A lucrează, q este taxă.

Măsurarea tensiunii

Tensiunea se măsoară cu un voltmetru. Sondele voltmetrului conectează tensiunea în două puncte între care ne interesează sau la bornele piesei, căderea de tensiune la care vrem să măsurăm. Mai mult, orice conexiune la circuit poate afecta funcționarea acestuia. Acest lucru înseamnă că atunci când o sarcină este adăugată paralel cu un element, curentul din circuit se schimbă și tensiunea pe element se modifică conform legii lui Ohm.

concluzie:

Voltmetrul trebuie să aibă cea mai mare rezistență la intrare, astfel încât atunci când este conectat, rezistența totală în secțiunea măsurată rămâne aproape neschimbată. Rezistența voltmetrului trebuie să tinde la infinit și cu cât este mai mare, cu atât este mai mare fiabilitatea citirilor.

Precizia măsurătorii (clasa de precizie) este influențată de o serie de parametri. Pentru indicatoarele cu cadran, aceasta include precizia gradării scării de măsurare, caracteristicile de proiectare ale suspensiei cu săgeți, calitatea și integritatea bobinei electromagnetice, starea arcurilor de întoarcere, precizia selecției de șunt etc.

Pentru dispozitivele digitale - în principal precizia selectării rezistențelor în divizorul de tensiune de măsurare, rezoluția ADC (cu atât mai exactă), calitatea sondelor de măsurare.

Pentru a măsura tensiunea continuă cu un instrument digital (de ex. multimetru), de regulă, nu contează conexiunea corectă a sondelor la circuitul măsurat. Dacă conectați o sondă pozitivă la un punct cu un potențial mai negativ decât punctul la care este conectată o sondă negativă, atunci un semn „-” va apărea în fața rezultatului măsurării.

Dar dacă vă măsurați cu un dispozitiv pointer, trebuie să fiți atenți. Dacă sondele nu sunt conectate corect, săgeata va începe să se abată spre zero, se va sprijini împotriva limitatorului. Când se măsoară tensiuni apropiate de limita de măsurare sau mai mult, se poate bloca sau îndoi, după care nu este necesar să se vorbească despre precizia și funcționarea ulterioară a acestui dispozitiv.

Pentru cele mai multe măsurători din viața de zi cu zi și electronice la nivel de amator, este suficient un voltmetru încorporat în multimetri precum DT-830 și altele asemenea.

Cu cât sunt mai mari valorile măsurate, cu atât sunt mai mici cerințele de precizie, deoarece dacă măsurați volți și aveți o eroare de 0,1 V, aceasta va denatura semnificativ imaginea, iar dacă măsurați sute sau mii de volți, atunci o eroare de 5 volți nu va juca un rol semnificativ.

Ce trebuie făcut dacă tensiunea nu este potrivită pentru alimentarea sarcinii

Pentru a alimenta fiecare dispozitiv sau dispozitiv specific, trebuie să aplicați o tensiune de o anumită mărime, dar se întâmplă că sursa de energie pe care o aveți nu este potrivită și produce o tensiune joasă sau prea mare.Această problemă este rezolvată în diferite moduri, în funcție de puterea, tensiunea și puterea necesară curentului.

Cum să scadă rezistența la tensiune?

Rezistența limitează curentul și atunci când curge, tensiunea scade la rezistență (rezistența de limitare a curentului). Această metodă vă permite să scădeați tensiunea la dispozitivele cu putere redusă, cu curenți de zeci, maxim sute de milimetri.

Un exemplu de astfel de sursă de alimentare este includerea unui LED într-o rețea DC 12 (de exemplu, o rețea de vehicule la bord de până la 14,7 Volți). Apoi, dacă LED-ul este proiectat pentru a fi alimentat de la 3,3 V, cu un curent de 20 mA, aveți nevoie de un rezistor R:

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

Dar rezistențele diferă în ceea ce privește disiparea puterii maxime:

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

Cel mai apropiat la valoarea nominală este un rezistor de 0,25 W.

Disiparea puterii este cea care impune o restricție asupra acestui tip de alimentare, de obicei rezistențe de putere nu depășește 5-10 wați. Se dovedește că, dacă trebuie să plătiți o tensiune mare sau să alimentați încărcarea în acest fel, va trebui să puneți mai multe rezistențe ca puterea unuia nu este suficientă și poate fi distribuită între mai mulți.

O metodă de reducere a tensiunii cu un rezistor funcționează atât în ​​circuitele de curent continuu, cât și de curent alternativ.

Dezavantajul este că tensiunea de ieșire nu este stabilizată în niciun fel și odată cu creșterea și scăderea curentului, aceasta se modifică proporțional cu valoarea rezistorului.

Cum se poate reduce tensiunea alternativă cu o sufocare sau condensator?

Dacă vorbim doar de curent alternativ, atunci putem folosi reactanța. Rezistența reactivă se face numai în circuitele de curent alternativ, aceasta se datorează caracteristicilor stocării de energie în condensatoare și inductoare și legilor de comutare.

Inductanța și condensatorul pot fi utilizate ca balast.

Reactanța inductorului (și a oricărui element inductiv) depinde de frecvența curentului alternativ (pentru o rețea electrică de uz casnic de 50 Hz) și de inductanță, se calculează după formula:

unde ω este frecvența unghiulară în rad / s, inductanța L, 2pi este necesară pentru a converti frecvența unghiulară la normală, f este frecvența de tensiune în Hz.

Reactanța unui condensator depinde de capacitatea sa (C este mai scăzut, cu atât rezistența este mai mare) și frecvența curentului în circuit (cu cât frecvența este mai mare, cu atât rezistența este mai mică). Poate fi calculat după cum urmează:

Un exemplu de utilizare a rezistenței inductive este furnizarea de lămpi fluorescente, lămpi DRL și DNaT. Inductorul limitează curentul prin lampă, în lămpile LL și DNT este utilizat împreună cu un demaror sau cu un dispozitiv cu aprindere pulsată (releu de pornire) pentru a forma o supratensiune de înaltă tensiune care pornește lampa. Acest lucru se datorează naturii și principiului funcționării unor astfel de lămpi.

Un condensator este folosit pentru alimentarea dispozitivelor cu putere redusă, este instalat în serie cu circuitul de alimentare. O astfel de sursă de energie este denumită „sursă de alimentare fără transformare, cu un condensator de balast (blanking)”.

Foarte des, acestea sunt găsite ca un limitator de curent pentru încărcarea bateriilor (de exemplu, plumb) în lanterne portabile și radiouri cu putere redusă. Dezavantajele unei astfel de scheme sunt evidente - nu există controlul nivelului de încărcare a bateriei, fierberea lor, subcărcarea, instabilitatea tensiunii.

Cum se coboară și se stabilizează tensiunea continuă

Pentru a atinge o tensiune de ieșire stabilă, se pot utiliza stabilizatori parametrici și liniari. Deseori sunt realizate pe microcircuite interne de tip KREN sau străine de tip L78xx, L79xx.

Convertorul liniar LM317 vă permite să stabilizați orice valoare a tensiunii, este reglabil până la 37V, puteți face cea mai simplă sursă de alimentare reglementată bazată pe aceasta.

Dacă trebuie să reduceți ușor tensiunea și să o stabilizați, IC-urile descrise nu vor funcționa. Pentru ca aceștia să funcționeze, trebuie să existe o diferență de ordinul de 2V sau mai mult. Pentru aceasta, se creează stabilizatori LDO (abandon scăzut).Diferența lor constă în faptul că, pentru a stabiliza tensiunea de ieșire, este necesar ca tensiunea de intrare să o depășească cu o valoare de 1V. Un exemplu de astfel de stabilizator este AMS1117, disponibil în versiuni de la 1.2 la 5V, cel mai adesea folosesc versiuni de 5 și 3.3V, de exemplu în scânduri Arduino și multe altele.

Proiectarea tuturor stabilizatorilor liniari descriși de mai sus de tip secvențial are un dezavantaj semnificativ - eficiență scăzută. Cu cât este mai mare diferența dintre tensiunea de intrare și ieșire, cu atât este mai mică. El pur și simplu „arde” excesul de tensiune, transpunându-l în căldură, iar pierderea de energie este egală cu:

Pierdere = (Uin-Uout) * I

Compania AMTECH produce analogi PWM ai convertoarelor L78xx, funcționează pe principiul modulării lățimii pulsului, iar eficiența lor este întotdeauna mai mare de 90%.

Pur și simplu pornesc și opresc tensiunea cu o frecvență de până la 300 kHz (ondularea este minimă). Și tensiunea curentă este stabilizată la nivelul potrivit. Iar circuitul de comutare este similar cu analogii liniari.

Cum să crești tensiunea constantă?

Pentru a crește tensiunea produce convertoare de tensiune puls. Acestea pot fi incluse în schema boost (boost) și buck (buck) și buck-boost (buck-boost). Să ne uităm la câțiva reprezentanți:

1. Placă bazată pe cipul XL6009

2. Placa bazată pe LM2577, funcționează pentru creșterea și scăderea tensiunii de ieșire.

3. Placa de convertire de pe FP6291 este potrivită pentru asamblarea unei surse de alimentare de 5 V, de exemplu o bancă de alimentare. Prin reglarea valorilor rezistențelor, acesta poate fi reglat la alte tensiuni, ca orice alt convertor similar - trebuie să reglați circuitele de feedback.

4. Placă bazată pe MT3608

Totul este semnat pe placă aici - platforma de lipire a intrării - IN și ieșire - tensiuni OUT. Plăcile pot avea o ajustare a tensiunii de ieșire și, în unele cazuri, limite de curent, ceea ce face posibilă realizarea unei alimentări simple și eficiente de laborator. Majoritatea convertoarelor, atât liniare, cât și cu impuls, sunt rezistente la scurtcircuite.

Cum să crești tensiunea alternativă?

Pentru a regla tensiunea de curent alternativ, se folosesc două metode principale:

1. Transformator auto;

2. Transformatorul.

Transformator auto - Acesta este un singur inductor de înfășurare. Înfășurarea are un robinet de la un anumit număr de rotații, astfel încât conectând între unul dintre capetele înfășurării și robinetul, la capetele înfășurării obțineți o tensiune crescută de câte ori numărul total de rotații și numărul de rotații înainte de atingere.

Industria produce LATR - autotransformatoare de laborator, dispozitive electromecanice speciale pentru reglarea tensiunii. Au găsit o aplicație foarte largă în dezvoltarea dispozitivelor electronice și la repararea surselor de alimentare. Reglarea se realizează printr-un contact cu perie glisantă la care este conectat dispozitivul alimentat.

Dezavantajul acestor dispozitive este lipsa izolării galvanice. Acest lucru înseamnă că tensiunea înaltă poate ieși cu ușurință la bornele de ieșire, de aici pericolul de electrocutare.

transformator Este un mod clasic de a modifica magnitudinea unei tensiuni. Există o izolare galvanică de rețea, ceea ce crește siguranța unor astfel de instalații. Mărimea tensiunii pe înfășurarea secundară depinde de tensiunea pe înfășurarea primară și de raportul de transformare.

Uvt = Uperv * Ktr

Ktr = N1 / N2

O viziune separată este transformatoare de impulsuri. Ele funcționează la frecvențe mari de zeci și sute de kHz. Sunt utilizate în marea majoritate a surselor de alimentare comutatoare, de exemplu:

• Încărcătorul smartphone-ului;

• Alimentare pentru laptop;

• Sursa de alimentare a calculatorului.

Datorită lucrului la frecvență ridicată, dimensiunile generale sunt reduse, acestea sunt de câteva ori mai mici decât cele ale transformatoarelor de rețea (50/60 Hz), numărul de rotații pe înfășurări și, ca urmare, prețul.Tranziția la sursele de alimentare cu comutație a făcut posibilă reducerea dimensiunilor și a greutății tuturor electronicelor moderne și reducerea consumului acesteia prin creșterea eficienței (în circuitele cu impulsuri, 70-98%).

Transformatoarele electronice sunt adesea găsite în magazine. O tensiune de rețea de 220 V este furnizată la intrarea lor, iar o ieșire de 12 V, de exemplu, este un curent alternativ de înaltă frecvență. pod de diodă de la diode de mare viteză.

În interior se află un transformator de impulsuri, comutatoare tranzistor, șofer sau circuit auto-oscilant, așa cum se arată mai jos.

Avantaje - simplitatea circuitului, izolarea galvanică și dimensiunile mici.

Dezavantaje - majoritatea modelelor care sunt la vânzare au feedback actual, ceea ce înseamnă că fără o încărcare cu o putere minimă (indicată în specificațiile unui anumit dispozitiv) pur și simplu nu se va porni. Instanțele individuale sunt deja echipate cu sisteme de operare de tensiune și ralanti fără probleme.

Acestea sunt cel mai adesea folosite pentru a alimenta lămpi cu halogen de 12 V, de exemplu, faruri ale unui tavan suspendat.

concluzie

Am analizat informațiile de bază despre tensiune, măsurarea și reglarea acesteia. O bază modernă de elemente și un sortiment de unități gata fabricate și convertoare vă permit să implementați orice sursă de alimentare cu caracteristicile de ieșire necesare. Puteți scrie un articol separat în mai multe detalii despre fiecare dintre metode.În acest cadru, am încercat să potrivesc informațiile de bază necesare pentru selectarea rapidă a unei soluții care vă este convenabil.