Wat is spanning, hoe spanning verlagen en verhogen

Spanning en stroomsterkte zijn de twee belangrijkste hoeveelheden elektriciteit. Naast deze worden ook een aantal andere hoeveelheden onderscheiden: lading, magnetische veldsterkte, elektrische veldsterkte, magnetische inductie en andere. Een praktiserend elektricien of elektronica-ingenieur in het dagelijkse werk moet meestal werken met spanning en stroom - volt en ampère. In dit artikel zullen we het specifiek hebben over spanning, over wat het is en hoe ermee te werken.

Bepaling van fysieke hoeveelheid

Spanning is het potentiaalverschil tussen twee punten, kenmerkt het werk dat door het elektrische veld wordt uitgevoerd om lading van het eerste naar het tweede punt over te dragen. Gemeten spanning in Volt. Dit betekent dat spanning slechts tussen twee punten in de ruimte aanwezig kan zijn. Daarom is het onmogelijk om de spanning op één punt te meten.

De potentiaal wordt aangegeven met de letter "F" en de spanning met de letter "U". Indien uitgedrukt in termen van het potentiaalverschil, is de spanning:

U = F1-F2

Indien uitgedrukt door werk, dan:

U = A / q,

waar A werk is, is q lading.

Spanningsmeting

Spanning wordt gemeten met een voltmeter. De voltmetersondes verbinden spanning met twee punten waartussen we geïnteresseerd zijn, of met de klemmen van het onderdeel, de spanningsval waarop we willen meten. Bovendien kan elke verbinding met het circuit de werking beïnvloeden. Dit betekent dat wanneer een belasting parallel aan een element wordt toegevoegd, de stroom in het circuit verandert en de spanning op het element verandert volgens de wet van Ohm.

conclusie:

De voltmeter moet de hoogste ingangsweerstand hebben, zodat wanneer deze wordt aangesloten, de totale weerstand in het gemeten gedeelte vrijwel ongewijzigd blijft. De weerstand van de voltmeter moet oneindig zijn, en hoe groter deze is, hoe groter de betrouwbaarheid van de meetwaarden.

De meetnauwkeurigheid (nauwkeurigheidsklasse) wordt beïnvloed door een aantal parameters. Voor meetklokken omvat dit de nauwkeurigheid van de schaalverdeling van de meetschaal, ontwerpkenmerken van de pijlophanging, de kwaliteit en integriteit van de elektromagnetische spoel, de staat van de retourveren, de nauwkeurigheid van de shuntselectie, enz.

Voor digitale apparaten - voornamelijk de nauwkeurigheid van de selectie van weerstanden in de meetspanningsdeler, de resolutie van de ADC (hoe meer, hoe nauwkeuriger), de kwaliteit van de meetsondes.

Om gelijkspanning te meten met een digitaal instrument (bijv. multimeter), in de regel maakt de juiste aansluiting van de sondes op het gemeten circuit niet uit. Als u een positieve sonde aansluit op een punt met een meer negatieve potentiaal dan het punt waarop een negatieve sonde is aangesloten, verschijnt er een "-" voor het meetresultaat.

Maar als u meet met een aanwijsapparaat, moet u voorzichtig zijn. Als de sondes niet correct zijn aangesloten, begint de pijl af te wijken naar nul en rust deze tegen de limiter. Bij het meten van spanningen in de buurt van de meetlimiet of meer, kan het vastlopen of buigen, waarna het niet nodig is om te spreken over de nauwkeurigheid en verdere werking van dit apparaat.

Voor de meeste metingen in het dagelijks leven en in elektronica op amateurniveau is een voltmeter ingebouwd in multimeters zoals de DT-830 en dergelijke voldoende.

Hoe groter de gemeten waarden, hoe lager de nauwkeurigheidsvereisten, want als je volt meet en je hebt een fout van 0,1 V, zal dit het beeld aanzienlijk vervormen, en als je honderden of duizenden volt meet, zal een fout van 5 volt geen significante rol spelen.

Wat te doen als de spanning niet geschikt is om de belasting te leveren

Om elk specifiek apparaat of apparaat van stroom te voorzien, moet u een spanning van een bepaalde waarde toepassen, maar het gebeurt dat de stroombron die u hebt niet geschikt is en een lage of te hoge spanning produceert.Dit probleem wordt op verschillende manieren opgelost, afhankelijk van het vereiste vermogen, voltage en stroomsterkte.

Hoe de spanningsweerstand te verlagen?

Weerstand beperkt de stroom en wanneer deze stroomt, daalt de spanning naar de weerstand (stroombegrenzende weerstand). Met deze methode kunt u de spanning verlagen om apparaten met een laag vermogen van stroom te voorzien met tientallen stromen, maximaal honderden milliampère.

Een voorbeeld van een dergelijke stroomvoorziening is het opnemen van een LED in een DC-netwerk 12 (bijvoorbeeld een boordvoertuignetwerk tot 14,7 Volt). Als de LED is ontworpen om te worden gevoed vanaf 3,3 V, met een stroom van 20 mA, hebt u een weerstand R nodig:

R = (14.7-3.3) /0.02) = 570 Ohm

Maar weerstanden verschillen in maximale vermogensdissipatie:

P = (14.7-3.3) * 0.02 = 0.228 W

Het dichtst bij nominale waarde is een weerstand van 0,25 W.

Het is de stroomdissipatie die gewoonlijk een beperking oplegt aan dit type stroomvoorziening vermogensweerstanden overschrijdt 5-10 watt niet. Het blijkt dat als je een grote spanning moet betalen of de belasting op deze manier moet voeden, je verschillende weerstanden moet plaatsen als de kracht van één is niet genoeg en het kan over meerdere worden verdeeld.

Een methode voor het verlagen van de spanning met een weerstand werkt in zowel DC- als AC-circuits.

Het nadeel is dat de uitgangsspanning op geen enkele manier gestabiliseerd is en bij toenemende en afnemende stroom verandert in evenredigheid met de waarde van de weerstand.

Hoe wisselspanning met een smoorspoel of condensator te verminderen?

Als we het alleen over wisselstroom hebben, kunnen we reactantie gebruiken. Reactieve weerstand is alleen in AC-circuits, dit is te wijten aan de kenmerken van energieopslag in condensatoren en smoorspoelen en schakelwetten.

Inductor smoorspoel en condensator kunnen worden gebruikt als ballast.

De reactantie van de inductor (en een inductief element) is afhankelijk van de frequentie van de wisselstroom (voor een huishoudelijk elektrisch netwerk van 50 Hz) en inductie, wordt berekend met de formule:

waar ω de hoekfrequentie is in rad / s, L-inductie, is 2pi nodig voor het omzetten van de hoekfrequentie naar normaal, f is de spanningsfrequentie in Hz.

De reactantie van een condensator hangt af van zijn capaciteit (hoe lager C, hoe groter de weerstand) en de frequentie van de stroom in het circuit (hoe hoger de frequentie, hoe lager de weerstand). Het kan als volgt worden berekend:

Een voorbeeld van het gebruik van inductieve weerstand is de levering van fluorescentielampen, DRL-lampen en DNaT. De spoel beperkt de stroom door de lamp, in LL- en DNT-lampen wordt deze in combinatie met een starter of een gepulseerd ontstekingsapparaat (startrelais) gebruikt om een ​​hoogspanningspiek te vormen die de lamp inschakelt. Dit komt door de aard en het werkingsprincipe van dergelijke lampen.

Een condensator wordt gebruikt om apparaten met een laag vermogen van stroom te voorzien, deze wordt in serie met het stroomcircuit geïnstalleerd. Een dergelijke voeding wordt een "transformatorloze voeding met een ballastcondensator" genoemd. "

Heel vaak worden ze gevonden als stroombegrenzer voor het opladen van batterijen (bijvoorbeeld lood) in draagbare zaklampen en radio's met laag vermogen. De nadelen van een dergelijk schema zijn duidelijk - er is geen controle over het laadniveau van de batterij, hun kookpunt, onderladen, spanningsinstabiliteit.

Hoe DC-spanning te verlagen en te stabiliseren

Om een ​​stabiele uitgangsspanning te bereiken, kunnen parametrische en lineaire stabilisatoren worden gebruikt. Vaak worden ze gemaakt op huishoudelijk microcircuit type KREN of vreemd type L78xx, L79xx.

Met de LM317 lineaire converter kunt u elke spanningswaarde stabiliseren, deze is instelbaar tot 37V, op basis daarvan kunt u de eenvoudigste gereguleerde voeding maken.

Als u de spanning enigszins moet verlagen en stabiliseren, werken de beschreven IC's niet. Om te kunnen werken, moet er een verschil zijn in de volgorde van 2 V of meer. Hiervoor worden LDO-stabilisatoren (lage uitval) gecreëerd.Hun verschil ligt in het feit dat het om de uitgangsspanning te stabiliseren noodzakelijk is dat de ingangsspanning een hoeveelheid van 1V overschrijdt. Een voorbeeld van een dergelijke stabilisator is AMS1117, beschikbaar in versies van 1,2 tot 5 V, meestal gebruiken ze versies van 5 en 3,3 V, bijvoorbeeld in Arduino-boards en nog veel meer.

Het ontwerp van alle hierboven beschreven lineaire step-down stabilisatoren van een sequentieel type heeft een aanzienlijk nadeel - lage efficiëntie. Hoe groter het verschil tussen de ingangs- en uitgangsspanning, hoe lager deze is. Hij "verbrandt" gewoon de overtollige spanning, vertaalt deze in warmte en het energieverlies is gelijk aan:

Verlies = (Uin-Uout) * I

Het bedrijf AMTECH produceert PWM-analogen van L78xx-converters, ze werken volgens het principe van pulsbreedtemodulatie en hun efficiëntie is altijd meer dan 90%.

Ze schakelen eenvoudig de spanning in en uit met een frequentie tot 300 kHz (rimpel is minimaal). En de huidige spanning is gestabiliseerd op het juiste niveau. En het schakelcircuit is vergelijkbaar met lineaire analogen.

Hoe de constante spanning te verhogen?

Om de spanning te verhogen, produceren pulsspanningsomzetters. Ze kunnen worden opgenomen in de boost (boost) en buck (buck) en buck-boost (buck-boost) regeling. Laten we een paar vertegenwoordigers bekijken:

1. Bord gebaseerd op de XL6009-chip

2. Het bord op basis van LM2577 werkt om de uitgangsspanning te verhogen en te verlagen.

3. De converterkaart op de FP6291 is geschikt voor het samenstellen van een 5 V-voeding, bijvoorbeeld een powerbank. Door de waarden van de weerstanden aan te passen, kan deze worden afgestemd op andere spanningen, zoals elke andere vergelijkbare converter - u moet de feedbackcircuits aanpassen.

4. Bord gebaseerd op MT3608

Alles is hier op het bord getekend - het platform voor het solderen van de input - IN en output - OUT spanningen. De platen kunnen een aanpassing van de uitgangsspanning en in sommige gevallen stroomlimieten hebben, waardoor een eenvoudige en effectieve laboratoriumvoeding kan worden gemaakt. De meeste converters, zowel lineair als puls, zijn kortsluitvast.

Hoe wisselspanning te verhogen?

Om de wisselspanning aan te passen, worden twee hoofdmethoden gebruikt:

1. Autotransformator;

2. De transformator.

Automatische transformator - Dit is een enkele opwindspoel. De wikkeling heeft een tik van een bepaald aantal beurten, dus door verbinding te maken tussen een van de uiteinden van de wikkeling en de tik, krijg je aan de uiteinden van de wikkeling net zo vaak een verhoogde spanning als het totale aantal beurten en het aantal beurten voordat je tikt.

Industrie produceert LATR's - laboratoriumautotransformatoren, speciale elektromechanische apparaten voor spanningsregeling. Ze vonden een zeer brede toepassing bij de ontwikkeling van elektronische apparaten en de reparatie van voedingen. Aanpassing wordt bereikt door een schuifborstelcontact waarop het aangedreven apparaat is aangesloten.

Het nadeel van dergelijke apparaten is het ontbreken van galvanische isolatie. Dit betekent dat hoogspanning gemakkelijk op de uitgangsklemmen kan uitkomen, vandaar het gevaar van een elektrische schok.

transformator - Dit is een klassieke manier om de grootte van de spanning te wijzigen. Er is galvanische isolatie van het netwerk, wat de veiligheid van dergelijke installaties verhoogt. De grootte van de spanning op de secundaire wikkeling hangt af van de spanning op de primaire wikkeling en de transformatieverhouding.

Uvt = Uperv * Ktr

Ktr = N1 / N2

Een aparte weergave is pulstransformatoren. Ze werken op hoge frequenties van tientallen en honderden kHz. Ze worden in verreweg de meeste schakelvoedingen gebruikt, bijvoorbeeld:

• Oplader van uw smartphone;

• Laptop stroomvoorziening;

• Computer voeding.

Vanwege het werk met hoge frequentie zijn de totale afmetingen verminderd, ze zijn vele malen minder dan die van netwerktransformatoren (50/60 Hz), het aantal windingen op de wikkelingen en, als gevolg, de prijs.De overgang naar schakelende voedingen maakte het mogelijk om de afmetingen en het gewicht van alle moderne elektronica te verminderen en het verbruik te verminderen door de efficiëntie te verhogen (in pulscircuits, 70-98%).

Elektronische transformatoren worden vaak in winkels gevonden. Een netwerkspanning van 220 V wordt aan hun ingang geleverd en een uitgang van 12 V is bijvoorbeeld een hoogfrequente variabele, voor gebruik in een belasting die wordt gevoed door een gelijkstroom, is het noodzakelijk om een ​​uitgang te installeren diodebrug van hoge snelheidsdioden.

Binnenin bevindt zich een pulstransformator, transistorschakelaars, stuurprogramma of zelfoscillerend circuit, zoals hieronder weergegeven.

Voordelen - eenvoud van het circuit, galvanische isolatie en klein formaat.

Nadelen - de meeste modellen die te koop zijn, hebben actuele feedback, wat betekent dat zonder belasting met een minimaal vermogen (aangegeven in de specificaties van een bepaald apparaat) het gewoon niet kan worden ingeschakeld. Individuele exemplaren zijn al uitgerust met spanningsbesturingssystemen en kunnen zonder problemen worden gebruikt.

Ze worden meestal gebruikt om 12V-halogeenlampen van stroom te voorzien, bijvoorbeeld spots van een verlaagd plafond.

conclusie

We hebben gekeken naar basisinformatie over spanning, de meting en aanpassing. Met een moderne elementbasis en een assortiment kant-en-klare eenheden en converters kunt u elke voeding met de nodige uitgangskarakteristieken implementeren. U kunt een afzonderlijk artikel met meer details over elk van de methoden schrijven.In dit kader heb ik geprobeerd de basisinformatie aan te passen die nodig is voor de snelle selectie van een oplossing die voor u geschikt is.