Какво е напрежение, как да се понижи и повиши напрежението

Напрежението и амперажът са двете основни количества в електричеството. Освен тях се разграничават и редица други количества: заряд, сила на магнитното поле, сила на електрическото поле, магнитна индукция и други. Практикуващ електротехник или електронен инженер в ежедневната работа най-често трябва да работи с напрежение и ток - волта и ампера. В тази статия ще говорим конкретно за напрежението, за това какво е и как да работим с него.

Определяне на физическото количество

Напрежението е потенциалната разлика между две точки, характеризира работата, извършена от електрическото поле за прехвърляне на заряд от първата точка към втората. Измервано напрежение във волта. Това означава, че напрежението може да присъства само между две точки в пространството. Следователно е невъзможно да се измери напрежението в една точка.

Потенциалът се обозначава с буквата "F", а напрежението - с буквата "U". Ако се изрази като потенциална разлика, напрежението е:

U = F1-F2

Ако се изразява чрез работа, тогава:

U = A / q,

където A е работа, q е такса.

Измерване на напрежението

Напрежението се измерва с волтметър. Сондите на волтметъра свързват напрежението към две точки, между които се интересуваме, или към клемите на частта, спада на напрежението, при което искаме да измерваме. Освен това всяка връзка с веригата може да повлияе на нейната работа. Това означава, че когато към даден елемент се добави паралелно натоварване, токът във веригата се променя и напрежението върху елемента се променя според закона на Ом.

заключение:

Волтметърът трябва да има най-голямото входно съпротивление, така че когато е свързан, общото съпротивление в измерения участък остава почти непроменено. Съпротивлението на волтметъра трябва да има тенденция към безкрайност и колкото по-голямо е, толкова по-голяма е надеждността на показанията.

Точността на измерване (клас на точност) се влияе от редица параметри. За датчиците за набиране това включва точността на градуирането на измервателната скала, конструктивните характеристики на окачването на стрелката, качеството и целостта на електромагнитната намотка, състоянието на връщащите пружини, точността на избора на шунта и др.

За цифрови устройства - главно точността на избора на резистори в разделителя на измервателното напрежение, разделителната способност на ADC (колкото повече, толкова по-точна), качеството на измервателните сонди.

За измерване на постояннотоково напрежение с цифров инструмент (напр. мултицет), като правило, правилното свързване на сондите към измерената верига няма значение. Ако свържете положителна сонда към точка с по-отрицателен потенциал от точката, към която е свързана отрицателна сонда, тогава пред резултата от измерването ще се появи знак "-".

Но ако измервате с указателно устройство, трябва да бъдете внимателни.Ако сондите не са свързани правилно, стрелката ще започне да се отклонява към нула, тя ще опира до ограничителя. Когато измервате напрежения, близки до границата на измерване или повече, тя може да се задържи или огъне, след което не е необходимо да се говори за точността и по-нататъшната работа на това устройство.

За повечето измервания в ежедневието и електрониката на аматьорско ниво е достатъчен волтметър, вграден в мултиметри като DT-830 и други подобни.

Колкото по-големи са измерените стойности, толкова по-ниски са изискванията за точност, защото ако измервате волта и имате грешка от 0,1 V, това значително ще изкриви картината, а ако измерите стотици или хиляди волта, тогава грешка от 5 волта няма да играе значителна роля.

Какво да направите, ако напрежението не е подходящо за подаване на товара

За да захранвате всяко конкретно устройство или устройство, трябва да приложите напрежение с определена стойност, но се случва източникът на захранване, който имате, да не е подходящ и да произвежда ниско или твърде високо напрежение.Този проблем се решава по различни начини, в зависимост от необходимата мощност, напрежение и сила на тока.

Как да намалим съпротивлението на напрежението?

Съпротивлението ограничава тока и когато тече, напрежението спада до съпротивлението (ограничаващ тока резистор). Този метод ви позволява да намалите напрежението за захранване на устройства с ниска мощност с токове от десетки, максимум стотици милиампери.

Пример за такова захранване е включването на светодиод в DC мрежа 12 (например бордова мрежа на превозното средство до 14,7 волта). След това, ако светодиодът е проектиран да се захранва от 3,3 V, с ток от 20 mA, имате нужда от резистор R:

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

Но резисторите се различават по максимално разсейване на мощността:

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

Най-близкият по номинална стойност е 0,25 W резистор.

Разсейването на мощността обикновено налага ограничение на този тип захранване силови резистори не надвишава 5-10 вата. Оказва се, че ако трябва да изплатите голямо напрежение или да захранвате товара по този начин, ще трябва да поставите няколко резистора като силата на един не е достатъчна и може да бъде разпределена между няколко.

Метод за намаляване на напрежението с резистор работи както в постояннотокови, така и в променливотокови вериги.

Недостатъкът е, че изходното напрежение не се стабилизира по никакъв начин и с увеличаване и намаляване на тока се променя пропорционално на стойността на резистора.

Как да намалим редуващото напрежение с дросел или кондензатор?

Ако говорим само за променлив ток, тогава можем да използваме реактивност. Реактивното съпротивление има само в променливотокови вериги, това се дължи на характеристиките на съхранение на енергия в кондензатори и индуктори и закони за превключване.

Индукторният дросел и кондензаторът могат да се използват като баласт.

Реактивността на индуктора (и всеки индуктивен елемент) зависи от честотата на променливия ток (за домакинска електрическа мрежа от 50 Hz) и индуктивност, тя се изчислява по формулата:

където ω е ъгловата честота в rad / s, L-индуктивност, 2pi е необходима за преобразуване на ъгловата честота в нормална, f е честотата на напрежението в Hz.

Реактивността на кондензатора зависи от неговата капацитет (колкото по-ниска е C, толкова по-голямо е съпротивлението) и честотата на тока във веригата (колкото по-висока е честотата, толкова по-ниско е съпротивлението). Може да се изчисли по следния начин:

Пример за използването на индуктивно съпротивление е захранването на флуоресцентни осветителни лампи, DRL лампи и DNaT. Индукторът ограничава тока през лампата, в LL и DNT лампите се използва съвместно със стартер или устройство за импулсно запалване (стартово реле) за образуване на високо напрежение, което се включва на лампата. Това се дължи на естеството и принципа на работа на такива лампи.

Кондензатор се използва за захранване на устройства с ниска мощност, той се инсталира последователно с електрическата верига. Такова захранване се нарича "без трансформаторно захранване с баластен (зарязващ) кондензатор."

Много често те се намират като ограничител на ток за зареждане на батерии (например олово) в преносими фенерчета и радиостанции с ниска мощност. Недостатъците на тази схема са очевидни - няма контрол върху нивото на заряда на акумулатора, тяхното кипене, недозареждане, нестабилност на напрежението.

Как да свалим и стабилизираме постояннотоково напрежение

За постигане на стабилно изходно напрежение могат да се използват параметрични и линейни стабилизатори. Често те се правят на домашни микросхеми тип KREN или на чужд тип L78xx, L79xx.

Линейният преобразувател LM317 ви позволява да стабилизирате всяка стойност на напрежението, той е регулируем до 37V, можете да направите най-простото регулирано захранване въз основа на него.

Ако трябва леко да намалите напрежението и да го стабилизирате, описаните ИС няма да работят. За да работят, трябва да има разлика от порядъка на 2V или повече. За това се създават LDO стабилизатори (с ниско отпадане).Тяхната разлика се състои във факта, че за да се стабилизира изходното напрежение, е необходимо входното напрежение да надвишава с 1V. Пример за такъв стабилизатор е AMS1117, предлага се във версии от 1.2 до 5V, като най-често те използват версии от 5 и 3.3V, например в дъски Arduino и много повече.

Конструкцията на всички гореописани линейни стъпаловидни стабилизатори от последователен тип има съществен недостатък - ниска ефективност. Колкото по-голяма е разликата между входното и изходното напрежение, толкова по-ниска е тя. Той просто "изгаря" излишното напрежение, превръщайки го в топлина, а загубата на енергия е равна на:

Загуба = (Uin-Uout) * I

Компанията AMTECH произвежда PWM аналози на L78xx преобразуватели, те работят на принципа на импулсно-ширинна модулация и тяхната ефективност винаги е повече от 90%.

Те просто включват и изключват напрежението с честота до 300 kHz (пулсацията е минимална). И напрежението на тока се стабилизира на правилното ниво. И веригата на превключване е подобна на линейни аналози.

Как да увеличите постоянното напрежение?

За увеличаване на напрежението произвеждайте импулсни преобразуватели на напрежение. Те могат да бъдат включени в схемата boost (boost) и buck (buck), и buck-boost (buck-boost). Нека разгледаме няколко представители:

1. Платка, базирана на чипа XL6009

2. Платката, базирана на LM2577, работи за увеличаване и намаляване на изходното напрежение.

3. Преобразувателната платка на FP6291 е подходяща за сглобяване на 5 V захранване, например powerbank. Чрез регулиране на стойностите на резисторите, той може да бъде настроен на други напрежения, като всеки друг подобен преобразувател - трябва да регулирате веригите за обратна връзка.

4. Борд, базиран на MT3608

Всичко е подписано на таблото тук - платформата за запояване на входа - IN и изхода - OUT напрежения. Платките могат да имат регулиране на изходното напрежение, а в някои случаи и на токови ограничения, което дава възможност да се направи просто и ефективно лабораторно захранване. Повечето преобразуватели, както линейни, така и импулсни, са устойчиви на късо съединение.

Как да увеличите променливото напрежение?

За регулиране на променливотоковото напрежение се използват два основни метода:

1. Авто трансформатор;

2. Трансформаторът.

Авто трансформатор - Това е единичен намотка индуктор. Намотката има кран от определен брой завои, така че свързвайки един от краищата на намотката и крана, в краищата на намотката получавате повишено напрежение толкова пъти, колкото общият брой завъртания и броят на завоите, преди да почукате.

Промишлеността произвежда LATRs - лабораторни автотрансформатори, специални електромеханични устройства за регулиране на напрежението. Те намериха много широко приложение в разработването на електронни устройства и ремонта на захранващи устройства. Регулирането се осъществява чрез плъзгащ се контакт на четката, към който е свързано захранващото устройство.

Недостатъкът на такива устройства е липсата на галванична изолация. Това означава, че високото напрежение може лесно да се завърти на изходните клеми, следователно опасността от токов удар.

трансформатор Класически начин е да промените величината на напрежението. Има галванична изолация от мрежата, което повишава безопасността на такива инсталации. Големината на напрежението върху вторичната намотка зависи от напрежението върху първичната намотка и съотношението на трансформация.

Uvt = Uperv * Ktr

Ktr = N1 / N2

Отделен изглед е импулсни трансформатори, Те работят на високи честоти от десетки и стотици kHz. Те се използват в по-голямата част от комутационните захранвания, например:

• Зарядно на вашия смартфон;

• Захранване на лаптоп;

• Компютърно захранване

Поради работата на висока честота, общите размери се намаляват, те са многократно по-малко от тези на мрежовите (50/60 Hz) трансформатори, броя на завъртанията на намотките и в резултат на това цената.Преходът към превключващите захранвания даде възможност да се намалят размерите и теглото на цялата съвременна електроника и да се намали консумацията й чрез повишаване на ефективността (в импулсни вериги, 70-98%).

Електронните трансформатори често се срещат в магазините.На мрежата им се подава мрежово напрежение 220 V, а изход от 12 V например е високочестотна променлива, за използване в товар, захранван от постоянен ток, необходимо е допълнително да се инсталира изход диоден мост от високоскоростни диоди.

Вътре е импулсен трансформатор, транзисторни превключватели, драйвер или самоколебателна схема, както е показано по-долу.

Предимства - простота на веригата, галванична изолация и малък размер.

Недостатъци - повечето от моделите, които се продават, имат текуща обратна връзка, което означава, че без товар с минимална мощност (посочен в спецификациите на конкретно устройство) той просто няма да се включи. Отделните случаи вече са оборудвани с операционни системи за напрежение и бездействат без проблеми.

Най-често се използват за захранване на 12V халогенни лампи, например прожектори на окачен таван.

заключение

Разгледахме основна информация за напрежението, неговото измерване и настройка. Модерна елементна база и асортимент от готови единици и конвертори ви позволява да внедрите всяко захранване с необходимите изходни характеристики. Можете да напишете отделна статия по-подробно за всеки от методите.В тази рамка се опитах да вметна основната информация, необходима за бързия избор на решение, което е удобно за вас.