Mi a feszültség, hogyan lehet csökkenteni és növelni a feszültséget

A villamos energia két fő mennyisége a feszültség és az áramerősség. Ráadásul számos más mennyiséget is megkülönböztetnek: töltés, mágneses térerősség, elektromos térerősség, mágneses indukció és mások. A gyakorló villanyszerelőnek vagy elektronikai mérnöknek a mindennapi munkában leggyakrabban feszültséggel és árammal kell működnie - feszültségek és erősítők. Ebben a cikkben kifejezetten a feszültségről, arról szól, hogy mi ez és hogyan kell vele dolgozni.

A fizikai mennyiség meghatározása

A feszültség a két pont közötti potenciális különbség, jellemzi az elektromos mező által a töltésnek az első pontból a másodikba történő átviteléhez elvégzett munkát. Mért feszültség voltban. Ez azt jelenti, hogy a feszültség csak két űrpont között lehet jelen. Ezért lehetetlen mérni a feszültséget egy ponton.

A potenciált "F" betű, a feszültséget "U" betű jelzi. A potenciálkülönbségben kifejezve a feszültség:

U = F1-F2

Ha munkán keresztül fejezik ki, akkor:

U = A / q,

ahol A munka, q töltés.

Feszültségmérés

A feszültséget voltmérővel mérjük. A voltmérő szonda a feszültséget két olyan ponthoz köti, amelyek között érdekli, vagy az alkatrész kivezetéseihez a feszültség esését, amelyen meg akarjuk mérni. Ezenkívül az áramkörhöz való bármilyen csatlakozás befolyásolhatja annak működését. Ez azt jelenti, hogy ha egy terhelést egy elemmel párhuzamosan adnak, az áramkörben az áram megváltozik, és az elem feszültsége megváltozik Ohm törvénye szerint.

következtetés:

A voltmérőnek a legnagyobb bemeneti ellenállással kell rendelkeznie, hogy csatlakoztatásakor a teljes ellenállás a mért szakaszban szinte változatlan marad. A voltmérő ellenállásának végtelennek kell lennie, és minél nagyobb, annál nagyobb a leolvasás megbízhatósága.

A mérési pontosságot (pontossági osztályt) számos paraméter befolyásolja. A tárcsáknál ez magában foglalja a mérési skála fokozatos pontosságát, a nyíl felfüggesztés tervezési jellemzőit, az elektromágneses tekercs minőségét és integritását, a visszatérő rugók állapotát, a sönt kiválasztásának pontosságát stb.

Digitális eszközök esetében - elsősorban az ellenállások kiválasztásának pontossága a mérőfeszültség-megosztón, az ADC felbontása (minél több, annál pontosabb), a mérőszonda minősége.

Az egyenfeszültség mérése digitális műszerrel (pl. multiméter), általában a szonda helyes csatlakoztatása a mért áramkörhez nem számít. Ha egy pozitív szondát olyan ponthoz köti, amelynek negatív potenciálja nagyobb, mint ahhoz a ponthoz, amelyhez a negatív szonda csatlakozik, akkor a „-” jel jelenik meg a mérési eredmény előtt.

De ha egy mutatóeszközzel mér, akkor vigyázzon, ha a szondákat nem csatlakoztatja helyesen, akkor a nyíl nullára indul, akkor a határoló felé támaszkodik. Ha a feszültséget a mérési határhoz közeli vagy annál nagyobbra mérik, elakadhat vagy meghajlik, miután nem szükséges beszélni az eszköz pontosságáról és további működéséről.

A legtöbb mindennapi élet és amatőr szintű méréshez elegendő egy multiméterbe beépített voltmérő, például a DT-830 vagy hasonló.

Minél nagyobb a mért értékek, annál alacsonyabbak a pontossági követelmények, mert ha a feszültséget mérjük és 0,1 V hiba van, ez jelentősen torzítja a képet, és ha száz vagy ezer voltot mér, akkor az 5 voltos hiba nem játszik jelentős szerepet.

Mi a teendő, ha a feszültség nem megfelelő a teher táplálására?

Az egyes eszközök vagy eszközök áramellátásához egy bizonyos értékű feszültséget kell alkalmaznia, de előfordulhat, hogy a meglévő áramforrás nem megfelelő, és alacsony vagy túl magas feszültséget eredményez.Ezt a problémát a szükséges teljesítménytől, feszültségtől és áramszilárdságtól függően különféle módon oldják meg.

Hogyan lehet csökkenteni a feszültség ellenállást?

Az ellenállás korlátozza az áramot, és amikor áramlik, a feszültség az ellenállásra csökken (áramkorlátozó ellenállás). Ez a módszer lehetővé teszi az alacsony fogyasztású eszközök feszültségének csökkentését tíz, legfeljebb száz milliamper árammal.

Az ilyen tápegységre példa lehet egy LED beépítése a 12 DC hálózatba (például egy fedélzeti járműhálózatba, amely legfeljebb 14,7 volt). Ezután, ha a LED-t 3,3 V feszültségről tervezik, 20 mA árammal, akkor R ellenállásra van szükség:

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

Az ellenállások azonban különböznek a maximális teljesítményeloszlásban:

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

A legközelebbi névértéken egy 0,25 W-os ellenállás.

Általában az energiaellátás korlátozza az ilyen típusú tápegységeket teljesítmény ellenállások nem haladja meg az 5-10 wattot. Kiderül, hogy ha ilyen módon ki kell fizetnie egy nagy feszültséget vagy meg kell táplálnia a terhelést, akkor több ellenállást kell tennie, az egyik ereje nem elegendő, és felosztható több között.

Az ellenállás által alkalmazott feszültségcsökkentési módszer mind DC, mind AC áramkörökben működik.

Hátránya, hogy a kimeneti feszültség semmilyen módon nem stabilizálódik, és a növekvő és csökkenő árammal az ellenállás értékével arányosan változik.

Hogyan lehet csökkenteni a váltakozó feszültséget fojtó vagy kondenzátor segítségével?

Ha csak a váltakozó áramról beszélünk, akkor használhatunk reaktanciát. A reaktív ellenállás csak a váltakozó áramú áramkörökben van, ennek oka a kondenzátorokban és induktorokban lévő energiatárolás jellemzői és a kapcsolási törvények.

Az induktorfojtó és a kondenzátor előtétként használható.

Az induktor indukciós képessége (és bármely induktív elem) a váltakozó áram frekvenciájától (50 Hz háztartási villamos hálózat esetén) és az induktivitástól függ, ezt a következő képlettel kell kiszámítani:

ahol ω a szögfrekvencia rad / s-ban, L-induktivitás, 2pi szükséges a szögfrekvencia normálmá alakításához, f a feszültség frekvencia Hz-ben.

A kondenzátor reaktanciája függ a kapacitásától (minél alacsonyabb C, annál nagyobb az ellenállás) és az áram frekvenciáján (az minél nagyobb a frekvencia, annál alacsonyabb az ellenállás). Ezt a következőképpen lehet kiszámítani:

Az induktív ellenállás alkalmazásának példája a fénycsövek, a DRL lámpák és a DNaT. Az induktor korlátozza a lámpán keresztüli áramot, az LL és a DNT lámpákban egy indítóval vagy egy impulzusos gyújtóberendezéssel (indító relé) együtt használják egy nagyfeszültségű túlfeszültség kialakulásához, amely bekapcsolja a lámpát. Ennek oka az ilyen lámpák jellege és működési elve.

Az alacsony fogyasztású készülékek tápfeszültségére kondenzátort használunk, sorba telepítve az áramkörrel. Az ilyen tápegységet "transzformátor nélküli tápegységnek nevezzük ballasztos (ürítő) kondenzátorral".

Nagyon gyakran a hordozható zseblámpákban és az alacsony fogyasztású rádiókban az elemek (például ólom) töltésének áramkorlátozóiként találják meg őket. Egy ilyen séma hátrányai nyilvánvalóak - nincs ellenőrzés az akkumulátor töltöttségi szintjének, lemerülésének, alul töltésének, a feszültség instabilitásának.

Az egyenfeszültség csökkentése és stabilizálása

Stabil kimeneti feszültség eléréséhez parametrikus és lineáris stabilizátorok használhatók. Gyakran a KREN típusú háztartási vagy az L78xx, L79xx idegen típusú áramkörökből készülnek.

Az LM317 lineáris átalakító lehetővé teszi bármilyen feszültségérték stabilizálását, 37 V-ig állítható, ennek alapján a legegyszerűbben szabályozott tápegységet lehet készíteni.

Ha kissé csökkentenie kell a feszültséget és stabilizálnia kell, akkor a leírt IC nem fog működni. Ahhoz, hogy működhessenek, legalább 2 V-os különbségnek kell lennie. Ehhez LDO (alacsony kimaradás) stabilizátorokat hoznak létre.Különbségük abban rejlik, hogy a kimeneti feszültség stabilizálása érdekében szükséges, hogy a bemeneti feszültség meghaladja azt 1 V értékkel. Ilyen stabilizátorra példa az AMS1117, amely 1,2–5 V-os verziókban kapható, leggyakrabban 5 és 3,3 V-os verziót használnak, például Arduino táblákban és még sok más.

Az összes fentebb leírt, egymást követő típusú lineáris lépcsőzetes stabilizátor kialakításának jelentős hátránya van - alacsony hatékonyság. Minél nagyobb a különbség a bemeneti és a kimeneti feszültség között, annál kisebb. Egyszerűen "elégeti" a túlfeszültséget, hőre fordítva, és az energiaveszteség megegyezik:

Veszteség = (Uin-Uout) * I

Az AMTECH cég az L78xx konverterek PWM analógjait állítja elő, az impulzusszélesség-moduláció elvén működnek, hatékonyságuk mindig meghaladja a 90% -ot.

Egyszerűen csak be- és kikapcsolják a feszültséget legfeljebb 300 kHz frekvenciával (a fodrozás minimális). És az áram feszültsége megfelelő szinten van stabilizálva. És a kapcsolási áramkör hasonló a lineáris analógokhoz.

Hogyan lehet növelni az állandó feszültséget?

A feszültség növelése érdekében állítson elő impulzusfeszültség-átalakítókat. Beépíthetők a növelés (növelés) és a buck (buck), valamint a buck-boost (buck-boost) rendszerbe. Nézzünk néhány képviselőt:

1. Alaplap az XL6009 chip alapján

2. Az LM2577 alapú kártya működik a kimeneti feszültség növelésében és csökkentésében.

3. Az FP6291 átalakító táblája alkalmas 5 V-os tápegység, pl. Az ellenállások értékének beállításával más feszültségekre hangolható, mint bármely más hasonló átalakítóhoz - be kell állítania a visszacsatoló áramköröket.

4. Igazgatóság MT3608 alapján

Itt minden van a táblán aláírva - a bemeneti - bemeneti és kimeneti - Kimeneti feszültségek forrasztási platformja. A táblák beállíthatják a kimeneti feszültséget és bizonyos esetekben az áramkorlátot, ami lehetővé teszi egy egyszerű és hatékony laboratóriumi tápegység biztosítását. A legtöbb konverter, mind lineáris, mind impulzusos, rövidzárlatbiztos.

Hogyan lehet növelni a váltakozó feszültséget?

A váltakozó feszültség beállításához két fő módszert alkalmaznak:

1. Autós transzformátor;

2. A transzformátor.

Autós transzformátor - Ez egy tekercselő induktor. A tekercsnek van csapja egy bizonyos számú fordulatból, tehát a tekercs egyik vége és a csap között összekötve a tekercs végén megnövekszik a feszültség, ahányszor annyiszor is megtörténik a fordulások teljes száma és a csavarozás előtti fordulások száma.

Az ipar LATR-eket gyárt - laboratóriumi autotranszformátorokat, speciális elektromechanikus eszközöket a feszültségszabályozáshoz. Nagyon széles körű alkalmazást találtak az elektronikus eszközök fejlesztésében és a tápegységek javításában. A beállítást egy csúszókefe-érintkezővel lehet elérni, amelyhez a tápegység csatlakozik.

Az ilyen eszközök hátránya a galvanikus szigetelés hiánya. Ez azt jelenti, hogy a magas feszültség könnyen fordulhat el a kimeneti csatlakozóknál, ezáltal az áramütés veszélye áll fenn.

transzformátor - Ez egy klasszikus módszer a feszültség nagyságának megváltoztatására. Galvanikus szigetelés van a hálózattól, ami növeli az ilyen létesítmények biztonságát. A másodlagos tekercs feszültségének nagysága az elsődleges tekercs feszültségétől és az átalakulási aránytól függ.

Uvt = Uperv * Ktr

Ktr = N1 / N2

Külön nézet impulzus transzformátorok. Tíz és több száz kHz magas frekvencián működnek. A kapcsoló tápegységek túlnyomó többségében használják őket, például:

• Okostelefon töltője;

• Laptop tápegység;

• Számítógépes tápegység.

A magas frekvencián végzett munka miatt az általános méretek csökkennek, sokszor kevesebbek, mint a hálózati (50/60 Hz) transzformátoroké, a tekercselések fordulatszáma és ennek eredményeként az ár.A váltóáramú tápegységekre való áttérés lehetővé tette az összes modern elektronika méretének és súlyának csökkentését, valamint az energiafogyasztás csökkentését a hatékonyság növelésével (impulzus áramkörökben, 70-98%).

Az elektronikus transzformátorokat gyakran találják az üzletekben. A bemenetükhöz 220 V hálózati feszültséget adnak, és például a 12 V kimenet magas frekvenciájú; dióda híd nagysebességű diódákból.

Belül van egy impulzus transzformátor, tranzisztorkapcsolók, meghajtó vagy önerősítő áramkör, az alább látható módon.

Előnyök - az áramkör egyszerűsége, galvanikus leválasztás és a kis méret.

Hátrányok - a legtöbb eladó modell aktuális visszajelzéssel rendelkezik, ami azt jelenti, hogy minimális teljesítményű (az adott eszköz specifikációjában feltüntetett) terhelés nélkül egyszerűen nem kapcsol be. Az egyes példányok már fel vannak szerelve feszültség operációs rendszerekkel és alapjáraton, minden probléma nélkül.

Leggyakrabban 12 V halogénlámpák táplálására használják, például függő mennyezet spotlámpáival.

következtetés

Áttekintettük a feszültségről, annak méréséről és beállításáról szóló alapvető információkat. A modern elembázis, valamint a kész egységek és átalakítók választéka lehetővé teszi bármilyen áramforrás bevezetését a szükséges kimeneti jellemzőkkel. Az egyes módszerekről külön cikket írhat részletesebben, ezen belül megpróbáltam illeszteni az alapvető információkat, amelyek szükségesek az Ön számára megfelelő megoldás gyors kiválasztásához.