Budgetalternativet för att konvertera huvudparametrarna för elektrisk ström är spänningsdelare. En sådan enhet är lätt att göra på egen hand, men för att göra detta måste du känna till syftet, tillämpningarna, driftprincipen och beräkningsexempel.
Innehåll
Syfte och tillämpning
En transformator används för att omvandla växelspänning, tack vare vilken ett tillräckligt högt strömvärde kan upprätthållas. Om det är nödvändigt att ansluta en belastning som förbrukar en liten ström (upp till hundratals mA) till en elektrisk krets, är det inte tillrådligt att använda en spänningstransformator (U).
I dessa fall kan du använda den enklaste spänningsdelaren (DN), vars kostnad är mycket lägre. Efter att ha erhållit det erforderliga värdet rätas U ut och ström tillförs konsumenten. Om det behövs, för att öka strömmen (I), måste du använda slutsteget för att öka effekten.Dessutom finns det divisorer och konstant U, men dessa modeller används mindre ofta än andra.
DN:er används ofta för att ladda olika enheter där det är nödvändigt att få lägre värden på U och strömmar från 220 V för olika typer av batterier. Dessutom är det lämpligt att använda enheter för att dela U för att skapa elektriska mätinstrument, datorutrustning, samt laboratoriepulsade och vanliga strömförsörjningar.
Funktionsprincip
En spänningsdelare (DN) är en enhet där utgången och ingången U är sammankopplade med hjälp av en överföringskoefficient. Överföringskoefficienten är förhållandet mellan värdena på U vid utgången och vid ingången av delaren. Spänningsdelarkretsen är enkel och är en kedja av två förbrukare kopplade i serie - radioelement (motstånd, kondensatorer eller induktorer). De skiljer sig åt när det gäller prestanda.
Växelström har sådana huvudstorheter: spänning, ström, resistans, induktans (L) och kapacitans (C). Formler för att beräkna de grundläggande mängderna el (U, I, R, C, L) när konsumenter är seriekopplade:
- Motståndsvärdena summeras;
- Påfrestningarna ökar;
- Strömmen kommer att beräknas enligt Ohms lag för kretssektionen: I = U / R;
- Induktanser summerar;
- Kapacitans för hela kondensatorkedjan: C = (C1 * C2 * .. * Cn) / (C1 + C2 + .. + Cn).
För tillverkning av ett enkelt motstånd DN används principen för seriekopplade motstånd. Konventionellt kan schemat delas upp i 2 axlar. Den första axeln är den övre och ligger mellan ingången och nollpunkten på DN, och den andra är den nedre, och utgången U tas bort från den.
Summan av U på dessa armar är lika med det resulterande värdet av den inkommande U. Det finns linjära och icke-linjära typer av RP. Linjära enheter inkluderar enheter med utgång U, som varierar linjärt beroende på ingångsvärdet. De används för att ställa in önskat U i olika delar av kretsarna. Icke-linjära används i funktionella potentiometrar. Deras motstånd kan vara aktivt, reaktivt och kapacitivt.
Dessutom kan DN också vara kapacitiv. Den använder en kedja av 2 kondensatorer som är seriekopplade.
Dess funktionsprincip är baserad på den reaktiva komponenten av motståndet hos kondensatorer i en strömkrets med en variabel komponent. Kondensatorn har inte bara kapacitiva egenskaper, utan också resistans Xc. Detta motstånd kallas kapacitivt, beror på strömmens frekvens och bestäms av formeln: Xc \u003d (1 / C) * w \u003d w / C, där w är den cykliska frekvensen, C är värdet på kondensatorn .
Den cykliska frekvensen beräknas med formeln: w = 2 * PI * f, där PI = 3,1416 och f är AC-frekvensen.
Kondensator, eller kapacitiv, gör att du kan ta emot relativt stora strömmar än med resistiva enheter. Det har använts i stor utsträckning i högspänningskretsar, där värdet på U måste reduceras flera gånger. Dessutom har den en betydande fördel - den överhettas inte.
Den induktiva typen av DN är baserad på principen om elektromagnetisk induktion i strömkretsar med en variabel komponent. Strömmen flyter genom solenoiden, vars resistans beror på L och kallas induktiv. Dess värde är direkt proportionell mot växelströmmens frekvens: Xl \u003d w * L, där L är värdet på kretsens eller spolens induktans.
Induktiv DN fungerar endast i kretsar med ström, som har en variabel komponent, och har en induktiv resistans (Xl).
Fördelar och nackdelar
De största nackdelarna med en resistiv DN är omöjligheten att använda den i högfrekvenskretsar, ett betydande spänningsfall över motstånd och en minskning av effekten. I vissa kretsar är det nödvändigt att välja resistansens effekt, eftersom betydande uppvärmning inträffar.
I de flesta fall använder växelströmskretsar DN med en aktiv belastning (resistiv), men med användning av kompensationskondensatorer kopplade parallellt med var och en av motstånden. Detta tillvägagångssätt låter dig minska värmen, men tar inte bort den största nackdelen, som är strömförlust. Fördelen är användningen i DC-kretsar.
För att eliminera strömförlust på en resistiv DN bör aktiva element (motstånd) ersättas med kapacitiva. Det kapacitiva elementet i förhållande till den resistiva DN har ett antal fördelar:
- Den används i AC-kretsar;
- Ingen överhettning;
- Effektförlusten minskar, eftersom kondensatorn inte har effekt, till skillnad från motståndet;
- Användning i högspänningskällor är möjlig;
- Hög effektivitetsfaktor (COP);
- Mindre förlust på I.
Nackdelen är att den inte kan användas i kretsar med konstant U. Detta beror på att kondensatorn i DC-kretsar inte har kapacitans, utan bara fungerar som en kapacitans.
Induktiv DN i kretsar med variabel komponent har också en rad fördelar, men den kan även användas i kretsar med konstant värde på U.Induktorn har resistans, men på grund av induktansen är detta alternativ inte lämpligt, eftersom det finns en betydande minskning av U. De främsta fördelarna jämfört med den resistiva typen av DN:
- Tillämpning i nätverk med variabel U;
- Lätt uppvärmning av elementen;
- Mindre strömförlust i AC-kretsar;
- Relativt hög effektivitet (högre än kapacitiv);
- Användning i högprecisionsmätutrustning;
- Har ett mindre fel;
- Belastningen ansluten till utgången på delaren påverkar inte delningsförhållandet;
- Strömförlusten är mindre än för kapacitiva delare.
Nackdelarna inkluderar följande:
- Användningen av konstant U i kraftnät leder till betydande strömförluster. Dessutom sjunker spänningen kraftigt på grund av förbrukningen av elektrisk energi för induktansen.
- Utsignalen i frekvensgång (utan användning av likriktarbrygga och filter) ändras.
- Ej tillämpligt på högspänningsväxelströmskretsar.
Beräkning av spänningsdelaren på motstånd, kondensatorer och induktanser
Efter att ha valt typ av spänningsdelare för beräkningen måste du använda formlerna. Om beräkningen är felaktig kan själva enheten, slutsteget för att förstärka strömmen och konsumenten brinna ut. Konsekvenserna av felaktiga beräkningar kan vara ännu värre än fel på radiokomponenter: brand till följd av kortslutning, såväl som elektrisk stöt.
När du beräknar och monterar kretsen måste du strikt följa säkerhetsreglerna, kontrollera enheten innan du slår på den för korrekt montering och testa den inte i ett fuktigt rum (sannolikheten för elektrisk stöt ökar). Huvudlagen som används i beräkningarna är Ohms lag för kretssektionen.Dess formulering är följande: strömstyrkan är direkt proportionell mot spänningen i kretssektionen och omvänt proportionell mot motståndet i denna sektion. Formelposten ser ut så här: I = U / R.
Algoritm för beräkning av spänningsdelaren på motstånd:
- Total spänning: Upit \u003d U1 + U2, där U1 och U2 är U-värdena för vart och ett av motstånden.
- Motståndsspänningar: U1 = I * R1 och U2 = I * R2.
- Upit \u003d I * (R1 + R2).
- Ingen belastningsström: I = U / (R1 + R2).
- U fall över vart och ett av motstånden: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Upit och U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.
Värdena på R1 och R2 ska vara 2 gånger mindre än belastningsmotståndet.
För att beräkna spänningsdelaren på kondensatorer kan du använda formlerna: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit och U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.
Formlerna för att beräkna DN på induktanser är liknande: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit och U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.
Avdelare används i de flesta fall med en diodbrygga och en zenerdiod. En zenerdiod är en halvledarenhet som fungerar som en stabilisator U. Dioder bör väljas med en omvänd U högre än vad som är tillåtet i denna krets. Zenerdioden väljs enligt referensboken för erforderligt stabiliseringsspänningsvärde. Dessutom måste ett motstånd inkluderas i kretsen framför den, eftersom halvledarenheten kommer att brinna ut utan den.
Liknande artiklar:
