Az elektromos áram fő paramétereinek átalakítására szolgáló költségvetési lehetőség a feszültségosztók. Egy ilyen eszközt könnyű önállóan elkészíteni, de ehhez ismerni kell a célt, az alkalmazásokat, a működési elvet és a számítási példákat.
Tartalom
Cél és alkalmazás
A váltakozó feszültség átalakítására transzformátort használnak, melynek köszönhetően kellően magas áramérték tartható. Ha kis áramot (akár több száz mA-t) fogyasztó terhelést kell elektromos áramkörre csatlakoztatni, akkor feszültségváltó (U) használata nem tanácsos.
Ezekben az esetekben használhatja a legegyszerűbb feszültségosztót (DN), amelynek költsége sokkal alacsonyabb. A szükséges érték elérése után az U kiegyenesedik, és áramot kap a fogyasztó. Ha szükséges, az áramerősség (I) növeléséhez a kimeneti fokozatot kell használni a teljesítmény növelésére.Ezen kívül vannak osztók és állandó U, de ezeket a modelleket ritkábban használják, mint másokat.
A DN-eket gyakran használják különféle eszközök töltésére, amelyekben alacsonyabb U értéket és 220 V-os áramot kell elérni a különböző típusú akkumulátorokhoz. Ezenkívül tanácsos az U felosztására szolgáló eszközöket használni elektromos mérőműszerek, számítógépes berendezések, valamint laboratóriumi impulzusos és közönséges tápegységek létrehozásához.
Működés elve
A feszültségosztó (DN) olyan eszköz, amelyben az U kimenet és bemenet átviteli együtthatóval vannak összekötve. Az átviteli együttható az U értékeinek aránya az osztó kimenetén és bemenetén. A feszültségosztó áramkör egyszerű, és két sorba kapcsolt fogyasztóból álló lánc - rádióelemek (ellenállások, kondenzátorok vagy induktorok). Teljesítményükben különböznek egymástól.
A váltakozó áramnak ilyen fő mennyiségei vannak: feszültség, áram, ellenállás, induktivitás (L) és kapacitás (C). Képletek a villamos energia alapmennyiségének (U, I, R, C, L) kiszámításához, amikor a fogyasztók sorba vannak kapcsolva:
- Az ellenállásértékek összeadódnak;
- A feszültségek összeadódnak;
- Az áramerősség kiszámítása Ohm törvénye szerint történik az áramköri szakaszra: I = U / R;
- Az induktivitások összeadódnak;
- A teljes kondenzátorlánc kapacitása: C = (C1 * C2 * .. * Cn) / (C1 + C2 + .. + Cn).
Egy egyszerű DN ellenállás gyártásához a sorosan kapcsolt ellenállások elvét használják. Hagyományosan a rendszer 2 vállra osztható. Az első váll a felső, és a DN bemenete és nullapontja között helyezkedik el, a második pedig az alsó, és az U kimenet eltávolításra kerül.
Az U összege ezeken a karokon egyenlő a bejövő U eredő értékével. Léteznek lineáris és nemlineáris típusú RP-k. A lineáris eszközök közé tartoznak az U kimenetű eszközök, amelyek a bemeneti értéktől függően lineárisan változnak. Az áramkörök különböző részein a kívánt U beállítására szolgálnak. A nemlineárist a funkcionális potenciométerekben használják. Ellenállásuk lehet aktív, reaktív és kapacitív.
Ezenkívül a DN lehet kapacitív is. 2 soros kondenzátorból álló láncot használ.
Működési elve a változó komponensű áramkörben lévő kondenzátorok ellenállásának reaktív komponensén alapul. A kondenzátor nem csak kapacitív jellemzőkkel rendelkezik, hanem Xc ellenállással is rendelkezik. Ezt az ellenállást kapacitívnak nevezik, az áram frekvenciájától függ, és a következő képlet határozza meg: Xc \u003d (1 / C) * w \u003d w / C, ahol w a ciklikus frekvencia, C a kondenzátor értéke .
A ciklikus frekvencia a következő képlettel számítható ki: w = 2 * PI * f, ahol PI = 3,1416 és f az AC frekvencia.
A kondenzátor vagy kapacitív típus lehetővé teszi viszonylag nagy áramok fogadását, mint az ellenállásos eszközökkel. Széles körben alkalmazzák a nagyfeszültségű áramkörökben, amelyekben többször kell csökkenteni az U értékét. Ezen kívül van egy jelentős előnye - nem melegszik túl.
Az induktív típusú DN az elektromágneses indukció elvén alapul változó komponensű áramkörökben. Az áram átfolyik a mágnesszelepen, amelynek ellenállása L-től függ, és induktívnak nevezzük. Értéke egyenesen arányos a váltakozó áram frekvenciájával: Xl \u003d w * L, ahol L az áramkör vagy tekercs induktivitásának értéke.
Az induktív DN csak változó komponensű, induktív ellenállású (Xl) áramú áramkörökben működik.
Előnyök és hátrányok
A rezisztív DN fő hátrányai a nagyfrekvenciás áramkörökben való alkalmazásának lehetetlensége, az ellenállások jelentős feszültségesése és a teljesítmény csökkenése. Egyes áramkörökben ki kell választani az ellenállások teljesítményét, mivel jelentős felmelegedés lép fel.
A legtöbb esetben a váltakozó áramú áramkörök DN-t használnak aktív terheléssel (ellenállással), de az egyes ellenállásokhoz párhuzamosan kapcsolt kompenzációs kondenzátorok használatával. Ez a megközelítés lehetővé teszi a hő csökkentését, de nem szünteti meg a fő hátrányt, ami az energiaveszteség. Az előny az egyenáramú áramkörökben való felhasználás.
Az ellenállásos DN teljesítményveszteségének kiküszöbölése érdekében az aktív elemeket (ellenállásokat) kapacitívakra kell cserélni. A kapacitív elem a rezisztív DN-hez képest számos előnnyel rendelkezik:
- AC áramkörökben használják;
- Nincs túlmelegedés;
- A teljesítményveszteség csökken, mivel a kondenzátornak nincs teljesítménye, ellentétben az ellenállással;
- Alkalmazása nagyfeszültségű feszültségforrásokban lehetséges;
- Magas hatékonysági tényező (COP);
- Kevesebb veszteség I.
Hátránya, hogy nem használható állandó U-val rendelkező áramkörökben. Ennek az az oka, hogy az egyenáramú áramkörökben lévő kondenzátornak nincs kapacitása, hanem csak kapacitásként működik.
Az induktív DN változó komponensű áramkörökben is számos előnnyel jár, de állandó U értékű áramkörökben is használható.Az induktornak van ellenállása, de az induktivitás miatt ez az opció nem megfelelő, mivel jelentősen csökken az U. A fő előnyök a rezisztív típusú DN-hez képest:
- Alkalmazás U változójú hálózatokban;
- Az elemek enyhe melegítése;
- Kisebb teljesítményveszteség az AC áramkörökben;
- Viszonylag magas hatásfok (magasabb, mint a kapacitív);
- Használata nagy pontosságú mérőberendezésekben;
- Kisebb hibája van;
- Az osztó kimenetére kapcsolt terhelés nem befolyásolja az elosztási arányt;
- Az áramveszteség kisebb, mint a kapacitív osztóké.
A hátrányok közé tartoznak a következők:
- Az állandó U használata az elektromos hálózatokban jelentős áramveszteségekhez vezet. Ezenkívül a feszültség élesen csökken az induktivitás elektromos energiájának fogyasztása miatt.
- A kimeneti jel frekvenciamenetben (egyenirányító híd és szűrő használata nélkül) megváltozik.
- Nem alkalmazható nagyfeszültségű váltakozó áramú áramkörökre.
A feszültségosztó számítása ellenállásokon, kondenzátorokon és induktivitásokon
Miután kiválasztotta a feszültségosztó típusát a számításhoz, a képleteket kell használnia. Ha a számítás hibás, maga a készülék, az áramerősítő végfokozat és a fogyasztó kiéghet. A helytelen számítások következményei még rosszabbak is lehetnek, mint a rádióalkatrészek meghibásodása: rövidzárlat miatti tűz, valamint áramütés.
Az áramkör kiszámításakor és összeszerelésekor szigorúan be kell tartania a biztonsági szabályokat, bekapcsolás előtt ellenőrizze a készüléket a helyes összeszerelés érdekében, és ne tesztelje nedves helyiségben (növekszik az áramütés valószínűsége). A számításoknál használt fő törvény az áramköri szakaszra vonatkozó Ohm-törvény.Ennek megfogalmazása a következő: az áramerősség egyenesen arányos az áramköri szakasz feszültségével, és fordítottan arányos ennek a szakasznak az ellenállásával. A képletbejegyzés így néz ki: I = U / R.
Algoritmus az ellenállások feszültségosztójának kiszámításához:
- Teljes feszültség: Upit \u003d U1 + U2, ahol U1 és U2 az egyes ellenállások U értékei.
- Az ellenállások feszültségei: U1 = I * R1 és U2 = I * R2.
- Upit \u003d I * (R1 + R2).
- Terheletlen áram: I = U / (R1 + R2).
- U esés az egyes ellenállásokon: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Upit és U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.
Az R1 és R2 értékének kétszer kisebbnek kell lennie, mint a terhelési ellenállás.
A kondenzátorok feszültségosztójának kiszámításához a következő képleteket használhatja: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit és U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.
Az induktivitások DN kiszámításának képlete hasonló: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit és U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.
Az elválasztókat a legtöbb esetben diódahíddal és zener-diódával használják. A Zener-dióda egy félvezető eszköz, amely U stabilizátorként működik. A diódákat úgy kell kiválasztani, hogy az U fordított értéke nagyobb, mint az ebben az áramkörben megengedett. A zener diódát a referenciakönyv szerint kell kiválasztani a szükséges stabilizációs feszültség értékéhez. Ezenkívül az előtte lévő áramkörbe egy ellenállást kell beépíteni, mivel anélkül a félvezető eszköz kiég.
Hasonló cikkek:
