Rozpočtovou možnosťou na konverziu hlavných parametrov elektrického prúdu sú rozdeľovače napätia. Takéto zariadenie sa dá ľahko vyrobiť sami, ale na to potrebujete poznať účel, aplikácie, princíp činnosti a príklady výpočtov.
Obsah
Účel a aplikácia
Na premenu striedavého napätia sa používa transformátor, vďaka ktorému možno udržiavať dostatočne vysokú hodnotu prúdu. Ak je potrebné pripojiť k elektrickému obvodu záťaž, ktorá spotrebúva malý prúd (až stovky mA), potom sa použitie transformátora napätia (U) neodporúča.
V týchto prípadoch môžete použiť najjednoduchší delič napätia (DN), ktorého náklady sú oveľa nižšie. Po získaní požadovanej hodnoty sa U narovná a spotrebiteľovi sa dodáva energia. Ak je to potrebné, na zvýšenie prúdu (I), musíte na zvýšenie výkonu použiť koncový stupeň.Okrem toho existujú deliče a konštantné U, ale tieto modely sa používajú menej často ako iné.
DN sa často používajú na nabíjanie rôznych zariadení, v ktorých je potrebné získať nižšie hodnoty U a prúdov od 220 V pre rôzne typy batérií. Okrem toho je vhodné použiť zariadenia na delenie U na vytvorenie elektrických meracích prístrojov, počítačových zariadení, ako aj laboratórnych impulzných a bežných napájacích zdrojov.
Princíp činnosti
Delič napätia (DN) je zariadenie, v ktorom sú výstup a vstup U vzájomne prepojené pomocou koeficientu prenosu. Koeficient prenosu je pomer hodnôt U na výstupe a na vstupe deliča. Obvod deliča napätia je jednoduchý a je reťazou dvoch sériovo zapojených spotrebiteľov - rádiových prvkov (odpory, kondenzátory alebo tlmivky). Líšia sa z hľadiska výkonu.
Striedavý prúd má také hlavné veličiny: napätie, prúd, odpor, indukčnosť (L) a kapacitu (C). Vzorce na výpočet základných množstiev elektriny (U, I, R, C, L), keď sú spotrebiče zapojené do série:
- Hodnoty odporu sa sčítajú;
- Stresy sa sčítavajú;
- Prúd sa vypočíta podľa Ohmovho zákona pre časť obvodu: I = U / R;
- Indukčnosti sa sčítavajú;
- Kapacita celého reťazca kondenzátora: C = (C1 * C2 * .. * Cn) / (C1 + C2 + .. + Cn).
Na výrobu jednoduchého odporu DN sa používa princíp sériovo zapojených odporov. Konvenčne môže byť schéma rozdelená na 2 ramená. Prvé rameno je horné a nachádza sa medzi vstupným a nulovým bodom DN a druhé je spodné a výstup U je z neho odstránený.
Súčet U na týchto ramenách sa rovná výslednej hodnote prichádzajúceho U. Existujú lineárne a nelineárne typy RP. Lineárne zariadenia zahŕňajú zariadenia s výstupom U, ktorý sa lineárne mení v závislosti od vstupnej hodnoty. Používajú sa na nastavenie požadovaného U v rôznych častiach obvodov. Nelineárne sa používajú vo funkčných potenciometroch. Ich odpor môže byť aktívny, reaktívny a kapacitný.
Okrem toho môže byť DN aj kapacitné. Používa reťazec 2 kondenzátorov, ktoré sú zapojené do série.
Jeho princíp činnosti je založený na reaktívnej zložke odporu kondenzátorov v prúdovom obvode s premenlivou zložkou. Kondenzátor má nielen kapacitné charakteristiky, ale aj odpor Xc. Tento odpor sa nazýva kapacitný, závisí od frekvencie prúdu a je určený vzorcom: Xc \u003d (1 / C) * w \u003d w / C, kde w je cyklická frekvencia, C je hodnota kondenzátora .
Cyklická frekvencia sa vypočíta podľa vzorca: w = 2 * PI * f, kde PI = 3,1416 a f je frekvencia striedavého prúdu.
Kondenzátorový alebo kapacitný typ vám umožňuje prijímať relatívne veľké prúdy ako pri odporových zariadeniach. Široko sa používa vo vysokonapäťových obvodoch, v ktorých musí byť hodnota U niekoľkokrát znížená. Navyše má podstatnú výhodu – neprehrieva sa.
Indukčný typ DN je založený na princípe elektromagnetickej indukcie v prúdových obvodoch s premenlivou zložkou. Prúd preteká solenoidom, ktorého odpor závisí od L a nazýva sa indukčný. Jeho hodnota je priamo úmerná frekvencii striedavého prúdu: Xl \u003d w * L, kde L je hodnota indukčnosti obvodu alebo cievky.
Indukčné DN funguje len v obvodoch s prúdom, ktorý má premenlivú zložku a má indukčný odpor (Xl).
Výhody a nevýhody
Hlavnými nevýhodami odporového DN je nemožnosť jeho použitia vo vysokofrekvenčných obvodoch, výrazný pokles napätia na rezistoroch a pokles výkonu. V niektorých obvodoch je potrebné zvoliť silu odporov, pretože dochádza k výraznému zahrievaniu.
Vo väčšine prípadov striedavé obvody používajú DN s aktívnou záťažou (odporovou), ale s použitím kompenzačných kondenzátorov zapojených paralelne ku každému z rezistorov. Tento prístup vám umožňuje znížiť teplo, ale neodstraňuje hlavnú nevýhodu, ktorou je strata energie. Výhodou je použitie v jednosmerných obvodoch.
Aby sa eliminovala strata výkonu na odporovom DN, mali by byť aktívne prvky (rezistory) nahradené kapacitnými. Kapacitný prvok vo vzťahu k odporovému DN má niekoľko výhod:
- Používa sa v obvodoch striedavého prúdu;
- Žiadne prehrievanie;
- Strata výkonu je znížená, pretože kondenzátor nemá na rozdiel od odporu výkon;
- Aplikácia vo vysokonapäťových zdrojoch je možná;
- Faktor vysokej účinnosti (COP);
- Menšia strata na I.
Nevýhodou je, že sa nedá použiť v obvodoch s konštantným U. Je to spôsobené tým, že kondenzátor v jednosmerných obvodoch nemá kapacitu, ale pôsobí iba ako kapacita.
Indukčné DN v obvodoch s premenlivou zložkou má tiež množstvo výhod, ale možno ju použiť aj v obvodoch s konštantnou hodnotou U.Tlmivka má odpor, ale vzhľadom na indukčnosť nie je táto možnosť vhodná, nakoľko dochádza k výraznému poklesu U. Hlavné výhody oproti odporovému typu DN:
- Aplikácia v sieťach s premenným U;
- Mierne zahrievanie prvkov;
- Menšia strata energie v obvodoch striedavého prúdu;
- Relatívne vysoká účinnosť (vyššia ako kapacitná);
- Použitie vo vysoko presných meracích zariadeniach;
- Má menšiu chybu;
- Zaťaženie pripojené k výstupu deliča neovplyvňuje deliaci pomer;
- Prúdová strata je menšia ako pri kapacitných deličoch.
Nevýhody zahŕňajú nasledovné:
- Použitie konštantného U v energetických sieťach vedie k významným stratám prúdu. Okrem toho napätie prudko klesá v dôsledku spotreby elektrickej energie na indukčnosť.
- Výstupný signál vo frekvenčnej odozve (bez použitia usmerňovacieho mostíka a filtra) sa mení.
- Neplatí pre vysokonapäťové striedavé obvody.
Výpočet deliča napätia na rezistoroch, kondenzátoroch a indukčnostiach
Po výbere typu deliča napätia na výpočet musíte použiť vzorce. Ak je výpočet nesprávny, môže dôjsť k vyhoreniu samotného zariadenia, koncového stupňa na zosilnenie prúdu a spotrebiteľa. Následky nesprávnych výpočtov môžu byť ešte horšie ako zlyhanie rádiových komponentov: požiar v dôsledku skratu, ako aj úraz elektrickým prúdom.
Pri výpočte a montáži obvodu musíte prísne dodržiavať bezpečnostné pravidlá, pred zapnutím skontrolujte, či je zariadenie správne zostavené a netestujte ho vo vlhkej miestnosti (zvyšuje sa pravdepodobnosť úrazu elektrickým prúdom). Hlavným zákonom použitým vo výpočtoch je Ohmov zákon pre obvodovú časť.Jeho formulácia je nasledovná: sila prúdu je priamo úmerná napätiu v sekcii obvodu a nepriamo úmerná odporu tejto sekcie. Zadanie vzorca vyzerá takto: I = U / R.
Algoritmus na výpočet deliča napätia na rezistoroch:
- Celkové napätie: Upit \u003d U1 + U2, kde U1 a U2 sú hodnoty U na každom z rezistorov.
- Napätia rezistorov: U1 = I * R1 a U2 = I * R2.
- Upit \u003d I * (R1 + R2).
- Prúd bez zaťaženia: I = U / (R1 + R2).
- Pokles U cez každý z rezistorov: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Upit a U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.
Hodnoty R1 a R2 by mali byť 2-krát menšie ako odpor zaťaženia.
Na výpočet deliča napätia na kondenzátoroch môžete použiť vzorce: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit a U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.
Vzorce na výpočet DN na indukčnosti sú podobné: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit a U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.
Rozdeľovače sa používajú vo väčšine prípadov s diódovým mostíkom a zenerovou diódou. Zenerova dióda je polovodičové zariadenie, ktoré funguje ako stabilizátor U. Diódy by sa mali vyberať s reverzným U vyšším, ako je povolené v tomto obvode. Zenerova dióda sa vyberá podľa referenčnej knihy pre požadovanú hodnotu stabilizačného napätia. Okrem toho musí byť v obvode pred ním zahrnutý odpor, pretože bez neho polovodičové zariadenie vyhorí.
Podobné články:
