Što je napon, kako sniziti i povećati napon

Napon i struja su dvije glavne količine električne energije. Osim njih, razlikuju se i brojne druge količine: naboj, jakost magnetskog polja, jakost električnog polja, magnetska indukcija i druge. Vježbajući električar ili inženjer elektronike u svakodnevnom radu najčešće mora raditi s naponom i strujom - volti i amperi. U ovom ćemo članku konkretno govoriti o napetosti, o tome što je i kako s njom raditi.

Određivanje fizičke veličine

Napon je razlika potencijala između dviju točaka, karakterizira rad koji električno polje obavlja za prijenos naboja s prve točke na drugu. Izmjereni napon u voltima. To znači da napon može biti prisutan samo između dvije točke u prostoru. Stoga je nemoguće izmjeriti napon u jednoj točki.

Potencijal je označen slovom "F", a napon slovom "U". Ako je izražen u odnosu na potencijalnu razliku, napon je:

U = F1-F2

Ako se izrazi radom, onda:

U = A / q,

gdje je A rad, q je naboj.

Mjerenje napona

Napon se mjeri voltmetrom. Sonde voltmetra spajaju napon na dvije točke između kojih smo zainteresirani, ili na priključke dijela, pad napona na kojem želimo mjeriti. Štoviše, svaka veza na krug može utjecati na njegov rad. To znači da kad se dodaju opterećenja paralelno s nekim elementom, mijenja se struja u krugu, a napon na elementu mijenja se prema Ohmovom zakonu.

zaključak:

Voltmetar bi trebao imati najveći ulazni otpor, tako da kada je spojen, ukupni otpor u izmjerenom dijelu ostaje gotovo nepromijenjen. Otpor voltmetra treba težiti do beskonačnosti, a što je veći, veća je pouzdanost očitanja.

Na točnost mjerenja (klasa točnosti) utječe niz parametara. Za mjerne brojeve, to uključuje točnost stupnjevanja mjerne ljestvice, dizajnerske značajke ovjesa strelice, kvalitetu i cjelovitost elektromagnetskog svitka, stanje povratnih opruga, točnost odabira shunt-a, itd.

Za digitalne uređaje - uglavnom točnost odabira otpornika u razdjelniku mjernog napona, razlučivost ADC-a (što je više, točnija), kvaliteta mjernih sondi.

Za mjerenje istosmjernog napona digitalnim instrumentom (npr. multimetar), u pravilu, nije ispravno povezivanje sondi na izmjereni krug. Ako pozitivnu sondu spojite na točku s više negativnog potencijala od točke na koju je negativna sonda, tada će se ispred rezultata mjerenja pojaviti znak "-".

Ali ako mjerite pokazivačkim uređajem, morate biti oprezni. Ako sonde nisu ispravno spojene, strelica će početi odstupiti prema nuli, nasloniće se na graničnik. Kod mjerenja napona koji su blizu granice mjerenja ili više, može se zaglaviti ili saviti, nakon čega nije potrebno govoriti o točnosti i daljnjem radu ovog uređaja.

Za većinu mjerenja u svakodnevnom životu i elektronike na amaterskoj razini dovoljan je voltmetar ugrađen u multimetre poput DT-830 i slično.

Što su veće izmjerene vrijednosti, manji su zahtjevi za točnost, jer ako izmjerite voltove i imate pogrešku od 0,1 V, to će značajno izobličiti sliku, a ako izmjerite stotine ili tisuće volti, tada pogreška od 5 volti neće igrati značajnu ulogu.

Što učiniti ako napon nije prikladan za isporuku tereta

Da biste napajali svaki određeni uređaj ili uređaj, morate primijeniti napon određene vrijednosti, ali događa se da izvor napajanja koji imate nije prikladan i proizvodi nizak ili previsoki napon.Ovaj se problem rješava na različite načine, ovisno o potrebnoj snazi, naponu i jačini struje.

Kako sniziti naponski otpor?

Otpor ograničava struju i kad teče napon pada na otpor (otpornik koji ograničava struju). Ova metoda omogućuje vam spuštanje napona na napajanje uređaja male snage strujama od nekoliko desetaka, maksimalno stotinama miljampama.

Primjer takvog napajanja je uključivanje LED-a u istosmjernu mrežu 12 (na primjer, mreža u vozilu do 14,7 Volta). Ako je LED dizajniran za napajanje od 3,3 V, sa strujom od 20 mA, potreban vam je otpornik R:

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

Ali otpornici se razlikuju u maksimalnom rasipanju snage:

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

Najbliži nazivnoj vrijednosti je otpornik od 0,25 W.

Rasipanje energije ono što obično ograničava na ovu vrstu napajanja otpornici snage ne prelazi 5-10 vata. Ispada da ako trebate otplatiti veliki napon ili napajati opterećenje na ovaj način, morat ćete staviti nekoliko otpornika kao snaga jednog nije dovoljna i može se raspodijeliti među nekoliko.

Metoda smanjenja napona s otpornikom djeluje u istosmjernim i izmjeničnim krugovima.

Nedostatak je što izlazni napon nije ni na koji način stabiliziran, a s povećanjem i smanjenjem struje mijenja se proporcionalno vrijednosti otpornika.

Kako smanjiti naizmjenični napon prigušnicom ili kondenzatorom?

Ako govorimo samo o izmjeničnoj struji, tada možemo upotrijebiti reaktanciju. Reaktivni otpor postoji samo u izmjeničnim krugovima, to je posljedica obilježja skladištenja energije u kondenzatorima i induktorima i zakona prebacivanja.

Induktorski prigušnik i kondenzator mogu se koristiti kao balast.

Reaktancija induktora (i bilo kojeg induktivnog elementa) ovisi o frekvenciji izmjenične struje (za električnu mrežu kućanstva od 50 Hz) i induktivnosti, izračunava se formulom:

gdje je ω kutna frekvencija u rad / s, L-induktivnost, 2pi je potrebna za pretvaranje kutne frekvencije u normalnu, f je naponska frekvencija u Hz.

Reaktancija kondenzatora ovisi o njegovoj kapacitivnosti (niži C, veći otpor) i frekvenciji struje u krugu (što je veća frekvencija, to je manji otpor). Može se izračunati na sljedeći način:

Primjer upotrebe induktivnog otpora je opskrba fluorescentnim rasvjetnim lampama, DRL svjetiljkama i DNaT. Induktor ograničava struju kroz svjetiljku, u LL i DNT žaruljama koristi se zajedno sa startorom ili impulznim uređajem za paljenje (startni relej) za formiranje prenapona visokog napona koji se upali na žarulju. To je zbog prirode i principa rada takvih svjetiljki.

Kondenzator se koristi za napajanje uređaja male snage, ugrađuje se serijski s napajačkim krugom. Takvo napajanje naziva se "bez transformatorskim napajanjem s kondenzatorom s balastnim (ispraznim)."

Vrlo često se nalaze u ograničenju struje za napunjenost baterija (na primjer, olovo) u prijenosnim svjetiljkama i radio prijemnicima male snage. Nedostaci takve sheme su očigledni - ne postoji kontrola razine napunjenosti baterije, njihovo vrenje, prenisko punjenje, nestabilnost napona.

Kako spustiti i stabilizirati istosmjerni napon

Da bi se postigao stabilan izlazni napon, mogu se upotrijebiti parametrični i linearni stabilizatori. Često se izrađuju na domaćem mikro krugu tipa KREN ili na inozemnom L78xx, L79xx.

LM317 linearni pretvarač omogućuje vam da stabilizirate bilo koju vrijednost napona, podesiv je do 37V, na temelju njega možete napraviti najjednostavnije regulirano napajanje.

Ako trebate malo smanjiti napon i stabilizirati ga, opisani IC-ovi neće raditi. Da bi oni radili, mora postojati razlika u redoslijedu od 2 V ili više. Za to su stvoreni LDO stabilizatori s malim padom.Njihova razlika leži u činjenici da je za stabilizaciju izlaznog napona potrebno da ga ulazni napon premaši za vrijednost od 1V. Primjer takvog stabilizatora je AMS1117, dostupan u verzijama od 1,2 do 5V, najčešće koriste verzije od 5 i 3,3 V, na primjer u Arduino pločama i još mnogo toga.

Dizajn svih gore opisanih linearnih padajućih stabilizatora sekvencijalnog tipa ima značajan nedostatak - nisku učinkovitost. Što je veća razlika između ulaznog i izlaznog napona, to je niža. On jednostavno "sagorijeva" višak napona, pretvarajući ga u toplinu, a gubitak energije jednak je:

Gubitak = (Uin-Uout) * I

Tvrtka AMTECH proizvodi PWM analoge pretvarača L78xx, oni rade na principu impulzno-širinske modulacije, a njihova učinkovitost je uvijek veća od 90%.

Oni jednostavno uključuju i isključuju napon s frekvencijom do 300 kHz (ripple je minimalan). A trenutni napon se stabilizira na pravoj razini. I sklopni sklop je sličan linearnim analogima.

Kako povećati konstantan napon?

Za povećanje napona proizvesti impulsni pretvarač napona. Mogu se uključiti u shemu boost (boost), buck (buck), i buck-boost (buck-boost). Pogledajmo nekoliko predstavnika:

1. Ploča koja se temelji na čipu XL6009

2. Ploča koja se temelji na LM2577, djeluje na povećanje i smanjenje izlaznog napona.

3. Pretvarač na FP6291 prikladan je za sastavljanje 5 V napajanja, na primjer, powerbank. Podešavanjem vrijednosti otpornika može se prilagoditi drugim naponima, kao i bilo koji drugi sličan pretvarač - morate prilagoditi povratne krugove.

4. Odbor zasnovan na MT3608

Ovdje je sve potpisano na ploči - platforma za lemljenje ulaza - IN i izlaza - IZLAZNI naponi. Ploče mogu imati podešavanje izlaznog napona, au nekim slučajevima i ograničenja struje, što omogućuje jednostavno i učinkovito laboratorijsko napajanje. Većina pretvarača, linearnih i pulsnih, otporni su na kratki spoj.

Kako povećati naizmjenični napon?

Za podešavanje izmjeničnog napona koriste se dvije glavne metode:

1. Auto transformator;

2. Transformator.

Auto transformator - Ovo je jedan induktor namota. Namota ima slavinu iz određenog broja okreta, tako da spajanjem jednog od krajeva namotaja i slavine, na krajevima namota dobivate povećani napon onoliko puta koliko je ukupan broj okretaja i broj okreta prije nego što dodirnete.

Industrija proizvodi LATR - laboratorijske autotransformatore, posebne elektromehaničke uređaje za regulaciju napona. Našli su vrlo široku primjenu u razvoju elektroničkih uređaja i popravci napajanja. Podešavanje se postiže kliznim kontaktom četke na koji je priključen napajajući uređaj.

Nedostatak takvih uređaja je nedostatak galvanske izolacije. To znači da se visoki napon lako može ispasti na izlaznim stezaljkama, odatle opasnost od električnog udara.

transformator Klasičan način za promjenu veličine napona. Postoji galvanska izolacija od mreže, što povećava sigurnost takvih instalacija. Jačina napona na sekundarnom namotu ovisi o naponu na primarnom namotu i o odnosu transformacije.

Uvt = Uperv * Ktr

Ktr = N1 / N2

Zaseban pogled je impulsni transformatori, Rade na visokim frekvencijama od nekoliko desetaka i stotina kHz. Koriste se u velikoj većini sklopnih napajanja, na primjer:

• Punjač vašeg pametnog telefona;

• Napajanje prijenosnog računala;

• Računalo napajanje.

Zbog rada na visokoj frekvenciji, ukupne dimenzije se smanjuju, mnogo su puta manje od mrežnih (50/60 Hz) transformatora, broja okretaja namotaja i, kao rezultat, cijene.Prijelaz na preklopne napajanje omogućio je smanjenje dimenzija i težine sve moderne elektronike i smanjenje njene potrošnje povećanjem učinkovitosti (u pulsnim krugovima 70-98%).

U trgovinama se često nalaze elektronski transformatori. Na njihov ulaz primjenjuje se mrežni napon od 220 V. Na primjer, 12 V izlazi na izlazu visokofrekventne izmjenične struje. diodni most od dioda velike brzine.

Unutra je impulsni transformator, tranzistorska sklopka, pokretački sklop ili samo-oscilirajući krug, kao što je prikazano u nastavku.

Prednosti - jednostavnost kruga, galvanska izolacija i mala veličina.

Nedostaci - većina modela koji su u prodaji imaju trenutnu povratnu informaciju, što znači da se bez opterećenja s minimalnom snagom (naznačeno u specifikacijama određenog uređaja) jednostavno neće uključiti. Pojedine instance već su opremljene naponskim operativnim sustavima i u praznom hodu bez ikakvih problema.

Najčešće se koriste za napajanje 12V halogenih svjetiljki, na primjer reflektori spuštenog stropa.

zaključak

Pogledali smo osnovne podatke o naponu, njegovom mjerenju i podešavanju. Moderna elementna baza i asortiman gotovih jedinica i pretvarača omogućuje vam uporabu svih izvora energije s potrebnim izlaznim karakteristikama. O svakoj od metoda možete detaljnije napisati zaseban članak, a unutar toga sam pokušao uklopiti osnovne podatke potrebne za brzi odabir rješenja za vas.