Vad är spänning, hur man sänker och ökar spänningen

Spänning och strömstyrka är två huvudmängder i el. Förutom dem skiljer man också ett antal andra mängder: laddning, magnetfältstyrka, elektriskt fältstyrka, magnetisk induktion och andra. En praktiserande elektriker eller elektronikingenjör i det dagliga arbetet måste oftast arbeta med spänning och ström - volt och ampere. I den här artikeln kommer vi att prata specifikt om stress, om vad det är och hur man arbetar med det.

Bestämning av fysisk mängd

Spänning är potentialskillnaden mellan två punkter, kännetecknar det arbete som utförs av det elektriska fältet för att överföra laddning från den första punkten till den andra. Uppmätt spänning i volt. Detta innebär att spänning endast kan finnas mellan två punkter i rymden. Därför är det omöjligt att mäta spänningen vid en punkt.

Potentialen indikeras av bokstaven "F" och spänningen med bokstaven "U". Om uttryckt i termer av potentialskillnaden är spänningen:

U = F1-F2

Om det uttrycks genom arbete, då:

U = A / q,

där A är arbete är q laddning.

Spänningsmätning

Spänningen mäts med en voltmeter. Voltmeterproberna ansluter spänningen till två punkter som vi är intresserade av, eller till delarna på delarna, det spänningsfall som vi vill mäta. Dessutom kan varje anslutning till kretsen påverka dess drift. Detta innebär att när en last läggs parallellt till ett element förändras strömmen i kretsen och spänningen på elementet ändras enligt Ohms lag.

slutsats:

Voltmetern bör ha det högsta ingångsmotståndet så att när den är ansluten förblir det totala motståndet i det uppmätta avsnittet nästan oförändrat. Voltmetermotståndet borde ha en oändlighet, och ju större den är, desto större är tillförlitligheten hos avläsningarna.

Mätnoggrannheten (noggrannhetsklassen) påverkas av ett antal parametrar. För rattmätare inkluderar detta noggrannheten i graderingen av mätskalan, designfunktionerna för pilupphängningen, kvaliteten och integriteten hos den elektromagnetiska spolen, tillståndet för returfjädrarna, noggrannheten i shuntvalet etc.

För digitala enheter - främst noggrannheten i valet av motstånd i mätspänningsdelaren, ADC: s upplösning (desto mer, exaktare), mätprobernas kvalitet.

För att mäta likspänning med ett digitalt instrument (t.ex. multimeter), som regel spelar den korrekta anslutningen av sonderna till den uppmätta kretsen ingen roll. Om du ansluter en positiv sond till en punkt med en mer negativ potential än den punkt till vilken en negativ sond är ansluten, kommer ett "-" tecken att visas framför mätresultatet.

Men om du mäter med en pekarenhet måste du vara försiktig. Om sonderna inte är korrekt anslutna börjar pilen avvika mot noll, den vilar mot begränsaren. När man mäter spänningar nära mätgränsen eller mer, kan den fastna eller böjas, varefter det inte är nödvändigt att tala om noggrannheten och vidare användning av denna enhet.

För de flesta mätningar i vardagen och inom elektronik på amatörnivå räcker det med en voltmeter inbyggd i multimetrar som DT-830 och liknande.

Ju större uppmätta värden, desto lägre noggrannhetskrav, för om du mäter volt och du har ett fel på 0,1 V kommer detta att förvränga bilden avsevärt, och om du mäter hundratals eller tusentals volt, kommer ett fel på 5 volt inte att spela någon viktig roll.

Vad gör man om spänningen inte är lämplig för att mata lasten

För att driva varje specifik enhet eller enhet måste du applicera en spänning med ett visst värde, men det händer att den kraftkälla du har är inte lämplig och producerar en låg eller för hög spänning.Detta problem löses på olika sätt beroende på önskad effekt, spänning och strömstyrka.

Hur sänker du spänningsmotståndet?

Motståndet begränsar strömmen och när den flödar sjunker spänningen till motståndet (strömbegränsande motstånd). Med denna metod kan du sänka spänningen till lågeffektanordningar med strömmar på tiotals, högst hundratals milliampar.

Ett exempel på en sådan strömförsörjning är införandet av en LED i ett likströmsnät 12 (till exempel ett fordonsnät ombord på upp till 14,7 volt). Om lysdioden är konstruerad att drivas från 3,3 V, med en ström på 20 mA, behöver du sedan ett motstånd R:

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

Men motstånd skiljer sig i maximal effektfördelning:

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

Den närmaste i nominellt värde är ett 0,25 W-motstånd.

Det är kraftspridningen som vanligtvis begränsar denna typ av strömförsörjning effektmotstånd överskrider inte 5-10 watt. Det visar sig att om du behöver betala av en stor spänning eller driva lasten på detta sätt, måste du sätta flera motstånd som kraften hos en räcker inte och den kan fördelas mellan flera.

En metod för att minska spänningen med ett motstånd fungerar i både likström och växelströmskretsar.

Nackdelen är att utspänningen inte stabiliseras på något sätt och med ökande och minskande ström förändras den i proportion till motståndets värde.

Hur kan man minska växelspänningen med en choke eller kondensator?

Om vi ​​bara talar om växelström, kan vi använda reaktans. Reaktiv motstånd är endast i växelströmskretsar, detta beror på funktionerna i energilagring i kondensatorer och induktorer och kopplingslagar.

Spole och kondensator kan användas som ballast.

Induktorns (och alla induktiva elementers) reaktans beror på frekvensen för växelströmmen (för ett elektriskt nätverk på 50 Hz) och induktansen beräknas med formeln:

där ω är vinkelfrekvensen i rad / s, L-induktans, 2pi är nödvändig för att konvertera vinkelfrekvensen till normal, f är spänningsfrekvensen i Hz.

Reaktansen hos en kondensator beror på dess kapacitans (den lägre C, desto större motståndet) och frekvensen för strömmen i kretsen (ju högre frekvensen, desto lägre motståndet). Det kan beräknas enligt följande:

Ett exempel på användning av induktivt motstånd är tillförseln av lysrör, DRL-lampor och DNaT. Induktorn begränsar strömmen genom lampan, i LL- och DNT-lampor används den tillsammans med en startmotor eller en pulsad tändanordning (startrelä) för att bilda en högspänningsström som slår på lampan. Detta beror på arten och principen för användning av sådana lampor.

En kondensator används för att driva lågeffekt enheter, den installeras i serie med strömkretsen. En sådan strömförsörjning kallas en "transformatorfri strömförsörjning med en förkopplingskondensator".

Mycket ofta hittas de som en strömbegränsare för laddning av batterier (till exempel ledning) i bärbara ficklampor och lågeffektradioer. Nackdelarna med ett sådant schema är uppenbara - det finns ingen kontroll över batteriets laddningsnivå, deras kokning, underladdning, spänningsinstabilitet.

Hur man sänker och stabiliserar likspänningen

För att uppnå en stabil utspänning kan parametriska och linjära stabilisatorer användas. Ofta tillverkas de på inhemsk mikrokrets typ KREN eller främmande typ L78xx, L79xx.

Den linjära omvandlaren LM317 låter dig stabilisera vilket spänningsvärde som helst, det är justerbart upp till 37V, du kan göra den enklaste reglerade strömförsörjningen baserad på den.

Om du behöver minska spänningen något och stabilisera den fungerar inte de beskrivna IC: erna. För att de ska fungera måste det finnas en skillnad i storleksordningen 2V eller mer. För detta skapas LDO-stabilisatorer (low dropout).Deras skillnad ligger i det faktum att för att stabilisera utgångsspänningen är det nödvändigt att ingångsspänningen överskrider den med ett värde på 1V. Ett exempel på en sådan stabilisator är AMS1117, tillgänglig i versioner från 1,2 till 5V, oftast använder de versioner av 5 och 3.3V, till exempel i Arduino-styrelser och mycket mer.

Utformningen av alla ovan beskrivna linjära avstängningsstabilisatorer av en sekventiell typ har en betydande nackdel - låg effektivitet. Ju större skillnad mellan ingångs- och utgångsspänningen, desto lägre är den. Han "bränner" helt enkelt överskottsspänningen och översätter den till värme, och energiförlusten är lika med:

Förlust = (Uin-Uout) * I

AMTECH-företaget tillverkar PWM-analoger av L78xx-omvandlare, de arbetar enligt principen om pulsbreddmodulering och deras effektivitet är alltid mer än 90%.

De sätter helt enkelt på och stänger av spänningen med en frekvens på upp till 300 kHz (rippeln är minimal). Och strömspänningen stabiliseras på rätt nivå. Och omkopplingskretsen liknar linjära analoger.

Hur ökar man konstant spänning?

För att öka spänningen produceras pulsspänningsomvandlare. De kan inkluderas i boost (boost) och buck (buck) och buck-boost (buck-boost) -schema. Låt oss titta på några representanter:

1. Kort baserat på XL6009-chipet

2. Kortet baserat på LM2577 arbetar för att öka och minska utspänningen.

3. Konverterarkortet på FP6291 är lämpligt för montering av en 5 V strömförsörjning, till exempel en kraftbank. Genom att justera motståndets värden kan det ställas in på andra spänningar, som alla andra liknande omvandlare - du måste justera återkopplingskretsarna.

4. Styrelse baserat på MT3608

Allt är signerat på kortet här - plattformen för lödning av ingången - IN och utgången - OUT-spänningar. Korten kan ha en justering av utspänningen och i vissa fall strömgränser, vilket gör det möjligt att göra en enkel och effektiv laboratoriekraftförsörjning. De flesta omvandlare, både linjär och puls, är kortslutningssäkra.

Hur kan man öka växelspänningen?

För att justera växelspänningen används två huvudmetoder:

1. Auto transformator;

2. Transformatorn.

Auto transformator - Det här är en enda lindande induktor. Lindningen har en kran från ett visst antal varv, så genom att ansluta mellan en av ändarna på lindningen och en kran, får du i slutet av lindningen en ökad spänning så många gånger som det totala antalet varv och antalet varv innan du knackar.

Industrin producerar LATR: er - autotransformatorer i laboratorier, speciella elektromekaniska apparater för spänningsreglering. De fann mycket bred tillämpning i utvecklingen av elektroniska enheter och reparation av strömförsörjning. Justering sker genom en glidborstkontakt till vilken den elektriska enheten är ansluten.

Nackdelen med sådana anordningar är bristen på galvanisk isolering. Detta innebär att högspänning lätt kan slås ut vid utgångarna, följaktligen faran för elektrisk stöt.

transformator - Detta är ett klassiskt sätt att ändra spänningens storlek. Det finns galvanisk isolering från nätverket, vilket ökar säkerheten för sådana installationer. Storleken på spänningen på den sekundära lindningen beror på spänningen på den primära lindningen och transformationsförhållandet.

Uvt = Uperv * Ktr

Ktr = N1 / N2

En separat vy är pulstransformatorer. De arbetar med höga frekvenser på tiotals och hundratals kHz. De används i övervägande majoritet av växelströmsförsörjning, till exempel:

• Laddare av din smartphone;

• Strömförsörjning för bärbar dator;

• Datorns strömförsörjning.

På grund av arbetet med en hög frekvens reduceras de totala dimensionerna, de är många gånger mindre än för nätverkstransformatorer, 50/60 Hz, antalet varv på lindningarna och som ett resultat priset.Övergången till växelströmförsörjning gjorde det möjligt att minska dimensionerna och vikten på all modern elektronik och minska förbrukningen genom att öka effektiviteten (i pulskretsar, 70-98%).

Elektroniska transformatorer finns ofta i butikerna. En nätverksspänning på 220 V appliceras på deras ingång och till exempel 12 V matas ut vid en utgång av högfrekvent växelström. diodbro från höghastighetsdioder.

Inuti finns en pulstransformator, transistoromkopplare, drivrutin eller självsvängande krets, som visas nedan.

Fördelar - enkelhet i kretsen, galvanisk isolering och liten storlek.

Nackdelar - de flesta modeller som är till försäljning har aktuell feedback, vilket innebär att utan en belastning med en minsta effekt (anges i specifikationerna för en viss enhet) kommer den helt enkelt inte att slås på. Enskilda instanser är redan utrustade med spänningsoperativsystem och är i viloläge utan problem.

De används oftast för att driva 12V halogenlampor, till exempel strålkastare i hängande tak.

slutsats

Vi tittade på grundläggande information om spänning, dess mätning och justering. En modern elementbas och ett sortiment av färdiga enheter och omvandlare gör att du kan implementera alla strömkällor med nödvändiga utgångsegenskaper. Du kan skriva en separat artikel mer detaljerat om var och en av metoderna. Inom detta försökte jag passa in den grundläggande information som behövs för att snabbt välja en lösning som är bekväm för dig.