Budjettivaihtoehto sähkövirran pääparametrien muuntamiseksi ovat jännitteenjakajat. Tällainen laite on helppo valmistaa itse, mutta tätä varten sinun on tiedettävä tarkoitus, sovellukset, toimintaperiaate ja laskentaesimerkit.
Sisältö
Tarkoitus ja sovellus
Vaihtojännitteen muuntamiseen käytetään muuntajaa, jonka ansiosta riittävän korkea virta-arvo voidaan säilyttää. Jos on tarpeen kytkeä pientä virtaa (jopa satoja mA) kuluttava kuorma sähköpiiriin, jännitemuuntajan (U) käyttö ei ole suositeltavaa.
Näissä tapauksissa voit käyttää yksinkertaisinta jännitteenjakajaa (DN), jonka hinta on paljon alhaisempi. Kun vaadittu arvo on saatu, U suoristetaan ja virta syötetään kuluttajalle. Tarvittaessa virran (I) lisäämiseksi sinun on käytettävä lähtöastetta tehon lisäämiseksi.Lisäksi on jakajia ja vakio U, mutta näitä malleja käytetään harvemmin kuin muita.
DN:iä käytetään usein erilaisten laitteiden lataamiseen, joissa on tarpeen saada pienempiä U-arvoja ja virtoja 220 V:sta erityyppisille akuille. Lisäksi U:n jakamiseen tarkoitettuja laitteita on suositeltavaa käyttää sähköisten mittauslaitteiden, tietokonelaitteiden sekä laboratoriopulssi- ja tavallisten virtalähteiden luomiseen.
Toimintaperiaate
Jännitteenjakaja (DN) on laite, jossa lähtö ja tulo U on kytketty toisiinsa siirtokertoimella. Siirtokerroin on U:n arvojen suhde jakajan lähdössä ja sisääntulossa. Jännitteenjakajapiiri on yksinkertainen ja on ketju kahdesta kuluttajasta, jotka on kytketty sarjaan - radioelementit (vastukset, kondensaattorit tai induktorit). Ne eroavat suorituskyvyn suhteen.
Vaihtovirralla on sellaiset pääsuuret: jännite, virta, resistanssi, induktanssi (L) ja kapasitanssi (C). Kaavat sähkön perusmäärien (U, I, R, C, L) laskemiseksi, kun kuluttajat on kytketty sarjaan:
- Vastusarvot lasketaan yhteen;
- Stressit lisääntyvät;
- Virta lasketaan Ohmin lain mukaan piiriosalle: I = U / R;
- Induktanssit laskevat yhteen;
- Koko kondensaattoriketjun kapasitanssi: C = (C1 * C2 * .. * Cn) / (C1 + C2 + .. + Cn).
Yksinkertaisen vastuksen DN valmistukseen käytetään sarjaan kytkettyjen vastusten periaatetta. Perinteisesti järjestelmä voidaan jakaa 2 olkapäähän. Ensimmäinen olake on ylempi ja sijaitsee DN:n tulon ja nollapisteen välissä, ja toinen on alempi, ja ulostulo U poistetaan siitä.
U:n summa näissä käsissä on yhtä suuri kuin tulevan U:n tuloksena saatu arvo. On olemassa lineaarisia ja epälineaarisia RP:itä. Lineaariset laitteet sisältävät laitteita, joiden lähtö U, joka vaihtelee lineaarisesti tuloarvon mukaan. Niitä käytetään asettamaan haluttu U piirien eri osissa. Epälineaarisia käytetään toiminnallisissa potentiometreissä. Niiden vastus voi olla aktiivinen, reaktiivinen ja kapasitiivinen.
Lisäksi DN voi olla myös kapasitiivinen. Se käyttää 2 kondensaattorin ketjua, jotka on kytketty sarjaan.
Sen toimintaperiaate perustuu kondensaattorien resistanssin reaktiiviseen komponenttiin virtapiirissä, jossa on muuttuva komponentti. Kondensaattorilla ei ole vain kapasitiivisia ominaisuuksia, vaan myös vastus Xc. Tätä vastusta kutsutaan kapasitiiviseksi, se riippuu virran taajuudesta ja määritetään kaavalla: Xc \u003d (1 / C) * w \u003d w / C, missä w on syklinen taajuus, C on kondensaattorin arvo .
Jaksotaajuus lasketaan kaavalla: w = 2 * PI * f, missä PI = 3,1416 ja f on vaihtovirtataajuus.
Kondensaattori tai kapasitiivinen tyyppi mahdollistaa suhteellisen suurien virtojen vastaanottamisen kuin resistiivisillä laitteilla. Sitä on käytetty laajalti suurjännitepiireissä, joissa U:n arvoa on pienennettävä useita kertoja. Lisäksi sillä on merkittävä etu - se ei ylikuumene.
DN:n induktiivinen tyyppi perustuu sähkömagneettisen induktion periaatteeseen virtapiireissä, joissa on muuttuva komponentti. Solenoidin läpi kulkee virta, jonka resistanssi riippuu L:stä ja jota kutsutaan induktiiviseksi. Sen arvo on suoraan verrannollinen vaihtovirran taajuuteen: Xl \u003d w * L, missä L on piirin tai kelan induktanssin arvo.
Induktiivinen DN toimii vain virtapiireissä, joissa on muuttuva komponentti ja jolla on induktiivinen vastus (Xl).
Hyödyt ja haitat
Resistiivisen DN:n tärkeimmät haitat ovat sen käytön mahdottomuus suurtaajuisissa piireissä, merkittävä jännitehäviö vastusten välillä ja tehon lasku. Joissakin piireissä on tarpeen valita vastusten teho, koska tapahtuu merkittävää kuumenemista.
Useimmissa tapauksissa vaihtovirtapiirit käyttävät DN:ää aktiivisella kuormalla (resistiivinen), mutta käyttämällä kompensointikondensaattoreita, jotka on kytketty rinnan kunkin vastuksen kanssa. Tämän lähestymistavan avulla voit vähentää lämpöä, mutta se ei poista tärkeintä haittaa, joka on tehohäviö. Etuna on käyttö DC-piireissä.
Resistiivisen DN:n tehohäviön poistamiseksi aktiiviset elementit (vastukset) tulisi korvata kapasitiivisilla. Kapasitiivisella elementillä resistiiviseen DN:ään verrattuna on useita etuja:
- Sitä käytetään AC-piireissä;
- Ei ylikuumenemista;
- Tehohäviö vähenee, koska kondensaattorilla ei ole tehoa, toisin kuin vastuksella;
- Käyttö suurjännitelähteissä on mahdollista;
- Korkea hyötysuhde (COP);
- Vähemmän tappiota I.
Haittapuolena on, että sitä ei voida käyttää piireissä, joissa on vakio U. Tämä johtuu siitä, että DC-piirien kondensaattorilla ei ole kapasitanssia, vaan se toimii vain kapasitanssina.
Induktiivisella DN:llä muuttuvakomponenttipiireissä on myös useita etuja, mutta sitä voidaan käyttää myös piireissä, joissa on vakioarvo U.Induktorissa on resistanssi, mutta induktanssin vuoksi tämä vaihtoehto ei sovellu, koska U:ssa on huomattava pudotus. Tärkeimmät edut verrattuna resistiiviseen DN-tyyppiin:
- Sovellus verkoissa, joissa on muuttuja U;
- Elementtien lievä kuumennus;
- Vähemmän tehohäviötä AC-piireissä;
- Suhteellisen korkea hyötysuhde (suurempi kuin kapasitiivinen);
- Käyttö korkean tarkkuuden mittauslaitteissa;
- Siinä on pienempi virhe;
- Jakajan lähtöön kytketty kuorma ei vaikuta jakosuhteeseen;
- Virtahäviö on pienempi kuin kapasitiivisten jakajien.
Haittoja ovat seuraavat:
- Vakio U:n käyttö sähköverkoissa johtaa merkittäviin virtahäviöihin. Lisäksi jännite laskee jyrkästi johtuen induktanssin sähköenergian kulutuksesta.
- Lähtösignaali taajuusvasteessa (ilman tasasuuntaajan siltaa ja suodatinta) muuttuu.
- Ei sovellu korkeajännitteisille AC-piireille.
Vastusten, kondensaattorien ja induktanssien jännitteenjakajan laskeminen
Kun olet valinnut jännitteenjakajan tyypin laskentaa varten, sinun on käytettävä kaavoja. Jos laskenta on virheellinen, itse laite, virran vahvistamisen lähtöaste ja kuluttaja voivat palaa. Virheellisten laskelmien seuraukset voivat olla jopa pahempia kuin radiokomponenttien vika: tulipalo oikosulun seurauksena sekä sähköisku.
Piiriä laskettaessa ja koottaessa on noudatettava tiukasti turvallisuussääntöjä, tarkistettava laite ennen käynnistämistä sen oikean asennuksen varmistamiseksi, äläkä testaa sitä kosteassa huoneessa (sähköiskun todennäköisyys kasvaa). Laskelmissa käytetty päälaki on Ohmin laki piiriosalle.Sen muotoilu on seuraava: virran voimakkuus on suoraan verrannollinen piiriosan jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen tämän osan resistanssiin. Kaavan merkintä näyttää tältä: I = U / R.
Algoritmi vastusten jännitteenjakajan laskemiseksi:
- Kokonaisjännite: Upit \u003d U1 + U2, jossa U1 ja U2 ovat kunkin vastuksen U-arvoja.
- Vastusjännitteet: U1 = I * R1 ja U2 = I * R2.
- Upit \u003d I * (R1 + R2).
- Ei kuormitusta: I = U / (R1 + R2).
- U-pudotus kunkin vastuksen yli: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Upit ja U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.
R1- ja R2-arvojen tulee olla 2 kertaa pienempiä kuin kuormitusvastus.
Kondensaattorien jännitteenjakajan laskemiseksi voit käyttää kaavoja: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit ja U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.
Induktanssien DN:n laskentakaavat ovat samanlaiset: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit ja U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.
Jakajia käytetään useimmissa tapauksissa diodisillan ja zener-diodin kanssa. Zener-diodi on puolijohdelaite, joka toimii stabilaattorina U. Diodit tulee valita siten, että käänteinen U on suurempi kuin tässä piirissä sallittu. Zener-diodi valitaan tarvittavan stabilointijännitearvon viitekirjan mukaan. Lisäksi sen edessä olevaan piiriin on sisällytettävä vastus, koska ilman sitä puolijohdelaite palaa.
Samanlaisia artikkeleita:
