Opcją budżetową do konwersji głównych parametrów prądu elektrycznego są dzielniki napięcia. Takie urządzenie jest łatwe do samodzielnego wykonania, ale aby to zrobić, musisz znać cel, zastosowania, zasadę działania i przykłady obliczeniowe.
Zawartość
Cel i zastosowanie
Transformator służy do przetwarzania napięcia przemiennego, dzięki czemu można utrzymać odpowiednio wysoką wartość prądu. Jeśli konieczne jest podłączenie do obwodu elektrycznego obciążenia pobierającego niewielki prąd (do setek mA), nie zaleca się stosowania przekładnika napięciowego (U).
W takich przypadkach można zastosować najprostszy dzielnik napięcia (DN), którego koszt jest znacznie niższy. Po uzyskaniu wymaganej wartości U jest prostowany i dostarczany jest prąd do odbiorcy. Jeśli to konieczne, aby zwiększyć prąd (I), musisz użyć stopnia wyjściowego, aby zwiększyć moc.Ponadto istnieją dzielniki i stała U, ale te modele są używane rzadziej niż inne.
DNs są często wykorzystywane do ładowania różnych urządzeń, w których konieczne jest uzyskanie niższych wartości U i prądów od 220 V dla różnych typów akumulatorów. Ponadto wskazane jest wykorzystanie urządzeń do podziału U do tworzenia elektrycznych przyrządów pomiarowych, sprzętu komputerowego, a także laboratoryjnych zasilaczy impulsowych i zwykłych.
Zasada działania
Dzielnik napięcia (DN) to urządzenie, w którym wyjście i wejście U są połączone ze sobą za pomocą współczynnika przenoszenia. Współczynnik przenikania to stosunek wartości U na wyjściu i na wejściu dzielnika. Obwód dzielnika napięcia jest prosty i stanowi łańcuch dwóch odbiorników połączonych szeregowo - elementy radiowe (rezystory, kondensatory lub cewki indukcyjne). Różnią się wydajnością.
Prąd przemienny ma takie główne wielkości: napięcie, prąd, rezystancję, indukcyjność (L) i pojemność (C). Wzory do obliczania podstawowych ilości energii elektrycznej (U, I, R, C, L) gdy odbiorcy są połączeni szeregowo:
- Wartości oporu sumują się;
- Stresy się sumują;
- Prąd zostanie obliczony zgodnie z prawem Ohma dla odcinka obwodu: I = U / R;
- indukcyjności sumują się;
- Pojemność całego łańcucha kondensatorów: C = (C1 * C2 * .. * Cn) / (C1 + C2 + .. + Cn).
Do produkcji prostego rezystora DN stosuje się zasadę rezystorów połączonych szeregowo. Konwencjonalnie schemat można podzielić na 2 ramiona. Pierwsze ramię jest górne i znajduje się między wejściem a punktem zerowym DN, a drugie jest dolne, a wyjście U jest z niego usuwane.
Suma U na tych ramionach jest równa wynikowej wartości przychodzącego U. Istnieją liniowe i nieliniowe typy RP. Urządzenia liniowe obejmują urządzenia z wyjściem U, które zmienia się liniowo w zależności od wartości wejściowej. Służą do ustawiania pożądanego U w różnych częściach obwodów. Nieliniowe są stosowane w potencjometrach funkcjonalnych. Ich opór może być aktywny, reaktywny i pojemnościowy.
Ponadto DN może być również pojemnościowe. Wykorzystuje łańcuch 2 kondensatorów połączonych szeregowo.
Jego zasada działania opiera się na składowej biernej rezystancji kondensatorów w obwodzie prądowym ze składową zmienną. Kondensator ma nie tylko charakterystykę pojemnościową, ale także rezystancję Xc. Ta rezystancja nazywana jest pojemnościową, zależy od częstotliwości prądu i jest określona wzorem: Xc \u003d (1 / C) * w \u003d w / C, gdzie w jest częstotliwością cykliczną, C jest wartością kondensatora .
Częstotliwość cykliczna jest obliczana ze wzoru: w = 2 * PI * f, gdzie PI = 3,1416 i f jest częstotliwością AC.
Typ kondensatorowy lub pojemnościowy pozwala na odbieranie stosunkowo dużych prądów niż w przypadku urządzeń rezystancyjnych. Jest szeroko stosowany w obwodach wysokiego napięcia, w których wartość U musi zostać kilkakrotnie zmniejszona. Ponadto ma znaczną zaletę – nie przegrzewa się.
Indukcyjny typ DN opiera się na zasadzie indukcji elektromagnetycznej w obwodach prądowych o zmiennej składowej. Prąd przepływa przez solenoid, którego rezystancja zależy od L i nazywana jest indukcyjną. Jego wartość jest wprost proporcjonalna do częstotliwości prądu przemiennego: Xl \u003d w * L, gdzie L jest wartością indukcyjności obwodu lub cewki.
Indukcyjna DN działa tylko w obwodach z prądem, który ma składową zmienną i ma rezystancję indukcyjną (Xl).
Zalety i wady
Główne wady rezystancyjnego DN to niemożność jego zastosowania w obwodach wysokiej częstotliwości, znaczny spadek napięcia na rezystorach i spadek mocy. W niektórych obwodach konieczne jest dobranie mocy rezystancji, ponieważ występuje znaczne nagrzewanie.
W większości przypadków obwody prądu przemiennego wykorzystują DN z obciążeniem czynnym (rezystancyjnym), ale z zastosowaniem kondensatorów kompensacyjnych połączonych równolegle z każdym z rezystorów. Takie podejście pozwala na zmniejszenie ciepła, ale nie usuwa głównej wady, jaką są straty mocy. Zaletą jest zastosowanie w obwodach prądu stałego.
Aby wyeliminować straty mocy na rezystancyjnym DN, elementy aktywne (rezystory) należy wymienić na pojemnościowe. Element pojemnościowy w stosunku do rezystancyjnego DN ma szereg zalet:
- Jest stosowany w obwodach prądu przemiennego;
- Brak przegrzania;
- Strata mocy jest zmniejszona, ponieważ kondensator nie ma, w przeciwieństwie do rezystora, mocy;
- Możliwe jest zastosowanie w źródłach wysokiego napięcia;
- Wysoki współczynnik sprawności (COP);
- Mniejsza strata na I.
Wadą jest to, że nie można go stosować w obwodach o stałym U. Wynika to z faktu, że kondensator w obwodach prądu stałego nie ma pojemności, a jedynie pełni rolę pojemności.
Indukcyjna DN w obwodach ze zmienną składową również ma szereg zalet, ale może być również stosowana w obwodach o stałej wartości U.Cewka ma rezystancję, ale ze względu na indukcyjność ta opcja nie jest odpowiednia, ponieważ występuje znaczny spadek U. Główne zalety w porównaniu z rezystancyjnym typem DN:
- Zastosowanie w sieciach o zmiennej U;
- Niewielkie nagrzewanie się elementów;
- Mniejsze straty mocy w obwodach prądu przemiennego;
- Stosunkowo wysoka wydajność (wyższa niż pojemnościowa);
- Zastosowanie w precyzyjnym sprzęcie pomiarowym;
- ma mniejszy błąd;
- Obciążenie podłączone do wyjścia dzielnika nie wpływa na współczynnik podziału;
- Strata prądu jest mniejsza niż w przypadku dzielników pojemnościowych.
Wady obejmują:
- Zastosowanie stałej U w sieciach elektroenergetycznych prowadzi do znacznych strat prądu. Ponadto napięcie gwałtownie spada z powodu zużycia energii elektrycznej na indukcyjność.
- Zmienia się sygnał wyjściowy w odpowiedzi częstotliwościowej (bez użycia mostka prostowniczego i filtra).
- Nie dotyczy obwodów wysokiego napięcia AC.
Obliczanie dzielnika napięcia na rezystorach, kondensatorach i indukcyjnościach
Po wybraniu typu dzielnika napięcia do obliczeń należy skorzystać ze wzorów. Jeśli obliczenia są nieprawidłowe, samo urządzenie, stopień wyjściowy do wzmocnienia prądu i konsument mogą się wypalić. Konsekwencje błędnych obliczeń mogą być nawet gorsze niż awaria elementów radiowych: pożar w wyniku zwarcia, a także porażenie prądem.
Przy obliczaniu i montażu obwodu należy ściśle przestrzegać zasad bezpieczeństwa, przed włączeniem sprawdzić urządzenie pod kątem prawidłowego montażu i nie testować go w wilgotnym pomieszczeniu (wzrasta prawdopodobieństwo porażenia prądem). Głównym prawem używanym w obliczeniach jest prawo Ohma dla odcinka obwodu.Jego sformułowanie jest następujące: siła prądu jest wprost proporcjonalna do napięcia w sekcji obwodu i odwrotnie proporcjonalna do rezystancji tej sekcji. Wpis formuły wygląda tak: I = U / R.
Algorytm obliczania dzielnika napięcia na rezystorach:
- Całkowite napięcie: Upit \u003d U1 + U2, gdzie U1 i U2 to wartości U każdego z rezystorów.
- Napięcia rezystora: U1 = I * R1 i U2 = I * R2.
- Upit \u003d I * (R1 + R2).
- Prąd bez obciążenia: I = U / (R1 + R2).
- U spada na każdym z rezystorów: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Upit i U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.
Wartości R1 i R2 powinny być 2 razy mniejsze niż rezystancja obciążenia.
Aby obliczyć dzielnik napięcia na kondensatorach, możesz użyć wzorów: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit i U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.
Wzory obliczania DN na indukcyjności są podobne: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit i U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.
Dzielniki są używane w większości przypadków z mostkiem diodowym i diodą Zenera. Dioda Zenera jest urządzeniem półprzewodnikowym, które działa jak stabilizator U. Diody należy dobierać z odwrotnością U wyższą niż dopuszczalna w tym obwodzie. Dioda Zenera jest dobierana zgodnie z książką odniesienia dla wymaganej wartości napięcia stabilizacji. Ponadto w obwodzie przed nim musi znajdować się rezystor, ponieważ bez niego urządzenie półprzewodnikowe wypali się.
Podobne artykuły:
