Τι είναι η τάση, πώς να χαμηλώσετε και να αυξήσετε την τάση

Η τάση και η ένταση είναι οι δύο κύριες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας. Εκτός από αυτά, διακρίνονται επίσης και άλλες ποσότητες: φορτίο, ισχύς μαγνητικού πεδίου, ισχύς ηλεκτρικού πεδίου, μαγνητική επαγωγή και άλλα. Ένας ηλεκτρολόγος ή ηλεκτρολόγος στην καθημερινή εργασία συχνά πρέπει να λειτουργεί με τάση και ρεύμα - Volts και Amps. Σε αυτό το άρθρο, θα μιλήσουμε ειδικά για την ένταση, για το τι είναι και για το πώς να εργαστούμε μαζί του.

Προσδιορισμός της φυσικής ποσότητας

Η τάση είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων, χαρακτηρίζει την εργασία που εκτελείται από το ηλεκτρικό πεδίο για τη μεταφορά φορτίου από το πρώτο σημείο στο δεύτερο. Μετρούμενη τάση σε Volts. Αυτό σημαίνει ότι η τάση μπορεί να υπάρχει μόνο μεταξύ δύο σημείων στο διάστημα. Επομένως, είναι αδύνατο να μετρηθεί η τάση σε ένα σημείο.

Το δυναμικό υποδεικνύεται με το γράμμα "F" και την τάση με το γράμμα "U". Εάν εκφράζεται ως προς τη δυνητική διαφορά, η τάση είναι:

U = F1-F2

Αν εκφράζεται μέσω εργασίας, τότε:

U = A / q,

όπου Α είναι εργασία, q είναι φορτίο.

Μέτρηση τάσης

Η τάση μετράται με βολτόμετρο. Οι αισθητήρες βολτόμετρου συνδέουν την τάση σε δύο σημεία μεταξύ των οποίων μας ενδιαφέρει, ή στα τερματικά του τμήματος, την πτώση τάσης στην οποία θέλουμε να μετρήσουμε. Επιπλέον, οποιαδήποτε σύνδεση με το κύκλωμα μπορεί να επηρεάσει τη λειτουργία του. Αυτό σημαίνει ότι όταν ένα φορτίο προστίθεται παράλληλα σε ένα στοιχείο, το ρεύμα στο κύκλωμα αλλάζει και η τάση στο στοιχείο αλλάζει σύμφωνα με το νόμο του Ohm.

Συμπέρασμα:

Το βολτόμετρο θα πρέπει να έχει την υψηλότερη αντίσταση εισόδου έτσι ώστε όταν είναι συνδεδεμένο, η συνολική αντίσταση στο μετρούμενο τμήμα παραμένει σχεδόν αμετάβλητη. Η αντίσταση του βολτόμετρου πρέπει να τείνει στο άπειρο, και όσο μεγαλύτερη είναι, τόσο μεγαλύτερη είναι η αξιοπιστία των μετρήσεων.

Η ακρίβεια μέτρησης (κλάση ακρίβειας) επηρεάζεται από έναν αριθμό παραμέτρων. Για τους μετρητές της κλίμακας, αυτό περιλαμβάνει την ακρίβεια της βαθμονόμησης της κλίμακας μέτρησης, τα χαρακτηριστικά σχεδίασης της ανάρτησης του βέλους, την ποιότητα και την ακεραιότητα του ηλεκτρομαγνητικού πηνίου, την κατάσταση των ελατηρίων επιστροφής, την ακρίβεια της επιλογής διακλάδωσης κλπ.

Για ψηφιακές συσκευές - κυρίως η ακρίβεια της επιλογής των αντιστάσεων στον διαχωριστή τάσης μέτρησης, η ανάλυση του ADC (τόσο πιο ακριβής), η ποιότητα των ανιχνευτών μέτρησης.

Για τη μέτρηση της τάσης DC με ένα ψηφιακό όργανο (π.χ. πολύμετρο), κατά κανόνα, η σωστή σύνδεση των ανιχνευτών με το μετρημένο κύκλωμα δεν έχει σημασία. Αν συνδέσετε έναν θετικό αισθητήρα σε ένα σημείο με αρνητικότερο δυναμικό από το σημείο στο οποίο είναι συνδεδεμένο ένας αρνητικός καθετήρας, τότε θα εμφανιστεί ένα σύμβολο "-" μπροστά από το αποτέλεσμα της μέτρησης.

Αλλά αν μετρήσετε με μια συσκευή δείκτη, πρέπει να είστε προσεκτικοί. Εάν οι αισθητήρες δεν είναι σωστά συνδεδεμένοι, το βέλος θα αρχίσει να αποκλίνει προς το μηδέν, θα στηριχθεί στον περιοριστή. Όταν μετράτε τάσεις κοντά στο όριο μέτρησης ή περισσότερο, μπορεί να μπλοκαριστεί ή να λυγίσει, μετά από την οποία δεν είναι απαραίτητο να μιλήσετε για την ακρίβεια και την περαιτέρω λειτουργία αυτής της συσκευής.

Για τις περισσότερες μετρήσεις στην καθημερινή ζωή και στα ηλεκτρονικά σε ερασιτεχνικό επίπεδο, είναι αρκετό ένα βολτόμετρο ενσωματωμένο σε πολυμερή όπως το DT-830 και τα παρόμοια.

Όσο μεγαλύτερες είναι οι μετρημένες τιμές, τόσο μικρότερες είναι οι απαιτήσεις ακρίβειας, διότι αν μετρήσετε βολτ και έχετε σφάλμα 0,1V, αυτό θα διαστρεβλώσει σημαντικά την εικόνα και αν μετρήσετε εκατοντάδες ή χιλιάδες volts, τότε ένα σφάλμα 5 volt δεν θα παίξει σημαντικό ρόλο.

Τι πρέπει να κάνετε εάν η τάση δεν είναι κατάλληλη για την τροφοδοσία του φορτίου

Για να τροφοδοτείτε κάθε συγκεκριμένη συσκευή ή συσκευή, πρέπει να εφαρμόσετε τάση ορισμένου μεγέθους, αλλά συμβαίνει ότι η πηγή ισχύος που έχετε δεν είναι κατάλληλη και παράγει χαμηλή ή πολύ υψηλή τάση.Αυτό το πρόβλημα επιλύεται με διάφορους τρόπους, ανάλογα με την απαιτούμενη ισχύ, τάση και ένταση ρεύματος.

Πώς να μειώσετε την αντίσταση τάσης;

Η αντίσταση περιορίζει το ρεύμα και όταν ρέει, η τάση πέφτει στην αντίσταση (αντίσταση περιορισμού ρεύματος). Αυτή η μέθοδος σάς επιτρέπει να μειώσετε την τάση για να τροφοδοτήσετε συσκευές χαμηλής κατανάλωσης με ρεύματα δεκάδων, μέγιστα εκατοντάδες milliamps.

Ένα παράδειγμα τέτοιου είδους τροφοδοσίας είναι η συμπερίληψη ενός LED σε ένα δίκτυο DC 12 (για παράδειγμα, ένα δίκτυο οχημάτων επί του οχήματος μέχρι 14,7 Volts). Στη συνέχεια, αν το LED έχει σχεδιαστεί για να τροφοδοτείται από 3,3 V, με ρεύμα 20 mA, χρειάζεστε μια αντίσταση R:

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

Αλλά οι αντιστάσεις διαφέρουν στη μέγιστη απορρόφηση ισχύος:

Ρ = (14.7-3.3) * 0.02 = 0.228 W

Η πλησιέστερη στην ονομαστική τιμή είναι αντίσταση 0,25 W.

Είναι η εξουδετέρωση της εξουσίας που επιβάλλει περιορισμό σε αυτόν τον τύπο εξουσίας αντιστάσεις ισχύος δεν υπερβαίνει τα 5-10 watts. Αποδεικνύεται ότι αν χρειαστεί να πληρώσετε μεγάλη τάση ή να τροφοδοτήσετε το φορτίο με τον τρόπο αυτό, θα χρειαστεί να τοποθετήσετε αρκετούς αντιστάτες η δύναμη ενός δεν είναι αρκετή και μπορεί να διανεμηθεί μεταξύ πολλών.

Μια μέθοδος μείωσης της τάσης με αντίσταση λειτουργεί σε κυκλώματα DC και AC.

Το μειονέκτημα είναι ότι η τάση εξόδου δεν σταθεροποιείται με κανέναν τρόπο και με αυξανόμενο και μειούμενο ρεύμα αλλάζει ανάλογα με την τιμή της αντίστασης.

Πώς να μειώσετε την εναλλασσόμενη τάση με τσοκ ή πυκνωτή;

Αν μιλάμε μόνο για εναλλασσόμενο ρεύμα, τότε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αντίσταση. Η αντίσταση αντίστασης είναι μόνο σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος, αυτό οφείλεται στα χαρακτηριστικά της αποθήκευσης ενέργειας στους πυκνωτές και τους επαγωγείς και στους νόμους μεταγωγής.

Ο στραγγαλιστής και ο πυκνωτής του επαγωγέα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως έρμα.

Η αντίσταση του επαγωγέα (και κάθε επαγωγικό στοιχείο) εξαρτάται από τη συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος (για οικιακό ηλεκτρικό δίκτυο των 50 Hz) και την επαγωγή, υπολογίζεται από τον τύπο:

όπου ω είναι η γωνιακή συχνότητα σε rad / s, η επαγωγή L, 2pi είναι απαραίτητη για τη μετατροπή της γωνιακής συχνότητας σε κανονική, f είναι η συχνότητα τάσης σε Hz.

Η αντίσταση ενός πυκνωτή εξαρτάται από την χωρητικότητά του (το χαμηλότερο C, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση) και τη συχνότητα του ρεύματος στο κύκλωμα (όσο υψηλότερη είναι η συχνότητα, τόσο μικρότερη είναι η αντίσταση). Μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:

Ένα παράδειγμα χρήσης της επαγωγικής αντίστασης είναι η παροχή λαμπτήρων φθορισμού, λυχνιών DRL και DNaT. Ο επαγωγέας περιορίζει το ρεύμα μέσω της λάμπας, σε λαμπτήρες LL και DNT χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με ένα εκκινητή ή μια παλμική συσκευή ανάφλεξης (ρελέ εκκίνησης) για να σχηματίσει ένα κύμα υψηλής τάσης που ανάβει τη λάμπα. Αυτό οφείλεται στη φύση και στην αρχή της λειτουργίας τέτοιων λαμπτήρων.

Ένας πυκνωτής χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία συσκευών χαμηλής ισχύος, εγκαθίσταται σε σειρά με το κύκλωμα ισχύος. Μια τέτοια τροφοδοσία ρεύματος ονομάζεται "τροφοδοτικό χωρίς μετασχηματιστή με πυκνωτή στραγγαλιστικού πηνίου".

Πολύ συχνά βρίσκονται ως περιοριστής ρεύματος για τη φόρτιση των μπαταριών (για παράδειγμα, μολύβδου) σε φορητούς φακούς και ραδιόφωνα χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας. Τα μειονεκτήματα ενός τέτοιου συστήματος είναι προφανή - δεν υπάρχει έλεγχος της στάθμης φόρτισης της μπαταρίας, της βρασμού, της υπερβολικής φόρτισης, της αστάθειας τάσης.

Πώς να χαμηλώσετε και να σταθεροποιήσετε την τάση συνεχούς ρεύματος

Για να επιτευχθεί σταθερή τάση εξόδου, μπορούν να χρησιμοποιηθούν παραμετρικοί και γραμμικοί σταθεροποιητές. Συχνά κατασκευάζονται σε οικιακό μικροκυκλωτήρα KREN ή σε ξένο τύπου L78xx, L79xx.

Ο γραμμικός μετατροπέας LM317 σας επιτρέπει να σταθεροποιήσετε οποιαδήποτε τιμή τάσης, είναι ρυθμιζόμενη μέχρι 37V, μπορείτε να κάνετε την απλούστερη ρυθμισμένη παροχή ισχύος βασισμένη σε αυτό.

Εάν πρέπει να μειώσετε ελαφρώς την τάση και να τη σταθεροποιήσετε, τα περιγραφόμενα ICs δεν θα λειτουργήσουν. Για να δουλέψουν, πρέπει να υπάρχει διαφορά της τάξης των 2V ή περισσότερο. Για αυτό, δημιουργούνται σταθεροποιητές LDO (low dropout).Η διαφορά τους έγκειται στο γεγονός ότι για να σταθεροποιηθεί η τάση εξόδου, είναι απαραίτητο η τάση εισόδου να υπερβεί την τιμή της τάσης κατά 1V. Ένα παράδειγμα ενός τέτοιου σταθεροποιητή είναι το AMS1117, διαθέσιμο σε εκδόσεις από 1,2 έως 5V, συνήθως χρησιμοποιούν εκδόσεις 5 και 3,3V, για παράδειγμα σε πίνακες Arduino και πολλά άλλα.

Ο σχεδιασμός όλων των ανωτέρω περιγραφέντων γραμμικών σταθεροποιητών βαθμίδωσης ενός διαδοχικού τύπου έχει ένα σημαντικό μειονέκτημα - χαμηλή αποδοτικότητα. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά μεταξύ της τάσης εισόδου και εξόδου, τόσο χαμηλότερη είναι. Απλά «καίει» την υπερβολική τάση, μετατρέποντάς την σε θερμότητα και η απώλεια ενέργειας είναι ίση με:

Απώλεια = (Uin-Uout) * I

Η εταιρεία AMTECH παράγει αναλογικά σήματα PWM των μετατροπέων L78xx, λειτουργούν σύμφωνα με την αρχή της διαμόρφωσης πλάτους παλμού και η αποδοτικότητά τους είναι πάντα περισσότερο από 90%.

Απλώς ενεργοποιούν και απενεργοποιούν την τάση με συχνότητα μέχρι 300 kHz (η κυμάτωση είναι ελάχιστη). Και η τρέχουσα τάση σταθεροποιείται στο σωστό επίπεδο. Και το κύκλωμα μεταγωγής είναι παρόμοιο με τα γραμμικά ανάλογα.

Πώς να αυξήσετε τη σταθερή τάση;

Για την αύξηση της τάσης παράγουν μετατροπείς τάσης παλμού. Μπορούν να συμπεριληφθούν στο πρόγραμμα ενίσχυσης (boost), buck (buck) και buck-boost (buck-boost). Ας δούμε μερικούς εκπροσώπους:

1. Διοικητικό Συμβούλιο με βάση το τσιπ XL6009

2. Ο πίνακας με βάση το LM2577, λειτουργεί για την αύξηση και μείωση της τάσης εξόδου.

3. Η πλακέτα μετατροπέων στο FP6291 είναι κατάλληλη για τη συναρμολόγηση τροφοδοσίας ισχύος 5 V, για παράδειγμα μιας τροφοδοσίας. Ρυθμίζοντας τις τιμές των αντιστάσεων, μπορεί να ρυθμιστεί σε άλλες τάσεις, όπως κάθε άλλο παρόμοιο μετατροπέα - πρέπει να ρυθμίσετε τα κυκλώματα ανατροφοδότησης.

4. Διοικητικό συμβούλιο με βάση το MT3608

Τα πάντα εδώ υπογράφονται στην πλακέτα - η πλατφόρμα για την συγκόλληση των εισόδων - των εισόδων IN και OUT - OUT. Οι πίνακες μπορούν να ρυθμίσουν την τάση εξόδου και σε μερικές περιπτώσεις τα όρια ρεύματος, γεγονός που καθιστά δυνατή την απλή και αποτελεσματική παροχή ισχύος εργαστηρίου. Οι περισσότεροι μετατροπείς, τόσο γραμμικοί όσο και παλμοί, είναι ανθεκτικοί σε βραχυκύκλωμα.

Πώς να αυξήσετε την εναλλασσόμενη τάση;

Για να ρυθμίσετε την τάση εναλλασσόμενου ρεύματος, χρησιμοποιούνται δύο κύριες μέθοδοι:

1. Αυτόματος μετασχηματιστής.

2. Ο μετασχηματιστής.

Αυτόματος μετασχηματιστής - Αυτός είναι ένας απλός διακόπτης περιέλιξης. Η περιέλιξη έχει μια βρύση από ένα ορισμένο αριθμό στροφών, έτσι ώστε να συνδεθεί μεταξύ ενός άκρου της περιέλιξης και της βρύσης, στα άκρα της περιέλιξης έχετε μια αυξημένη τάση όσες φορές ο συνολικός αριθμός στροφών και ο αριθμός των στροφών στη βρύση σχετίζονται.

Η βιομηχανία παράγει LATR - αυτομετασχηματιστές εργαστηρίου, ειδικές ηλεκτρομηχανικές συσκευές για τη ρύθμιση της τάσης. Βρήκαν πολύ ευρεία εφαρμογή στην ανάπτυξη ηλεκτρονικών συσκευών και στην επισκευή τροφοδοτικών. Η ρύθμιση επιτυγχάνεται μέσω μιας επαφής ολισθαίνουσας βούρτσας στην οποία είναι συνδεδεμένη η τροφοδοτούμενη συσκευή.

Το μειονέκτημα τέτοιων συσκευών είναι η έλλειψη γαλβανικής απομόνωσης. Αυτό σημαίνει ότι η υψηλή τάση μπορεί εύκολα να βγει στα τερματικά εξόδου, εξ ου και ο κίνδυνος ηλεκτροπληξίας.

Μετασχηματιστής - Αυτός είναι ένας κλασικός τρόπος για να αλλάξετε το μέγεθος της τάσης. Υπάρχει γαλβανική απομόνωση από το δίκτυο, γεγονός που αυξάνει την ασφάλεια τέτοιων εγκαταστάσεων. Το μέγεθος της τάσης στη δευτερεύουσα περιέλιξη εξαρτάται από την τάση στην πρωτεύουσα περιέλιξη και τη σχέση μετασχηματισμού.

Uvt = Uperv * Ktr

Ktr = Ν1 / Ν2

Μια ξεχωριστή άποψη είναι μετασχηματιστές παλμών. Λειτουργούν σε υψηλές συχνότητες δεκάδων και εκατοντάδων kHz. Χρησιμοποιούνται στη μεγάλη πλειονότητα των τροφοδοτικών, για παράδειγμα:

• Φορτιστής του smartphone σας.

• Laptop power supply;

• Τροφοδοσία υπολογιστή.

Λόγω της εργασίας σε υψηλή συχνότητα, οι συνολικές διαστάσεις μειώνονται, είναι αρκετές φορές λιγότερες από εκείνες των μετασχηματιστών δικτύου (50/60 Hz), ο αριθμός των στροφών στις περιελίξεις και ως εκ τούτου η τιμή.Η μετάβαση σε τροφοδοτικά μεταγωγής επέτρεψε τη μείωση των διαστάσεων και του βάρους όλων των σύγχρονων ηλεκτρονικών ειδών και τη μείωση της κατανάλωσης με την αύξηση της απόδοσης (σε κυκλώματα παλμών, 70-98%).

Οι ηλεκτρονικοί μετασχηματιστές βρίσκονται συχνά στα καταστήματα.Στην είσοδο τους εφαρμόζεται τάση δικτύου 220 V και για παράδειγμα υψηλή ισχύς 12 V για χρήση σε φορτίο που τροφοδοτείται από DC, είναι απαραίτητο να εγκατασταθεί επιπλέον έξοδος γέφυρα δίοδος από διόδους υψηλής ταχύτητας.

Στο εσωτερικό υπάρχει ένας μετασχηματιστής παλμών, διακόπτες τρανζίστορ, οδηγός ή αυτοκαταβαλλόμενο κύκλωμα, όπως φαίνεται παρακάτω.

Πλεονεκτήματα - απλότητα του κυκλώματος, γαλβανική απομόνωση και μικρό μέγεθος.

Μειονεκτήματα - τα περισσότερα από τα μοντέλα που πωλούνται έχουν τρέχουσα ανατροφοδότηση, πράγμα που σημαίνει ότι χωρίς φορτίο με ελάχιστη ισχύ (που υποδεικνύεται στις προδιαγραφές μιας συγκεκριμένης συσκευής) απλά δεν θα ενεργοποιηθεί. Οι μεμονωμένες περιπτώσεις είναι ήδη εξοπλισμένες με λειτουργικά συστήματα τάσης και χωρίς φορτία χωρίς προβλήματα.

Συχνά χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία 12V λαμπτήρων αλογόνου, για παράδειγμα προβολείς μιας ψευδοροφής.

Συμπέρασμα

Εξετάσαμε τις βασικές πληροφορίες σχετικά με την τάση, τη μέτρηση και την προσαρμογή της. Μια σύγχρονη βάση στοιχείων και μια σειρά από έτοιμες μονάδες και μετατροπείς σας επιτρέπει να εφαρμόσετε οποιαδήποτε τροφοδοσία ρεύματος με τα απαραίτητα χαρακτηριστικά παραγωγής. Μπορείτε να γράψετε ξεχωριστό άρθρο λεπτομερέστερα για κάθε μία από τις μεθόδους. Στο πλαίσιο αυτό, προσπάθησα να τοποθετήσω τις βασικές πληροφορίες που απαιτούνται για την γρήγορη επιλογή μιας λύσης που είναι βολική για εσάς.