קטגוריות: מאמרים מוצגים » חשמלאים מתחילים
מספר צפיות: 56510
הערות לכתבה: 3
מהו מתח, איך מורידים ומגדילים מתח
מתח וחשמל הם שני כמויות עיקריות בחשמל. בנוסף להם, נבדלים מספר כמויות אחרות: מטען, חוזק שדה מגנטי, חוזק שדה חשמלי, אינדוקציה מגנטית ואחרים. חשמלאי או מהנדס אלקטרוניקה מתאמנים בעבודה יומיומית לרוב נדרש לפעול עם מתח וזרם - וולט ומגברים. במאמר זה נדבר ספציפית על מתח, על מה זה ואיך לעבוד איתו.
קביעת הכמות הפיזית
מתח הוא ההבדל הפוטנציאלי בין שתי נקודות, מאפיין את העבודה שביצע השדה החשמלי להעברת מטען מהנקודה הראשונה לשנייה. מתח נמדד בוולט. המשמעות היא שיכולה להיות מתח רק בין שתי נקודות בחלל. לכן אי אפשר למדוד את המתח בנקודה מסוימת.
הפוטנציאל מסומן על ידי האות "F", והמתח על ידי האות "U". אם הוא בא לידי ביטוי במונחים של ההבדל הפוטנציאלי, המתח הוא:
U = F1-F2
אם בא לידי ביטוי בעבודה, אז:
U = A / q,
כאשר A הוא עבודה, q הוא תשלום.
מדידת מתח
המתח נמדד באמצעות מד מתח. בדיקות המתח מדברות מחברות מתח לשתי נקודות שבינינו אנו מעוניינים, או למסופי החלק, את ירידת המתח בה אנו רוצים למדוד. יתר על כן, כל חיבור למעגל יכול להשפיע על פעולתו. המשמעות היא שכאשר מתווספים עומס במקביל לגורם, הזרם במעגל משתנה והמתח על האלמנט משתנה על פי חוק אוהם.
מסקנה:
על המתח צריך להיות בעל התנגדות הקלט הגבוהה ביותר כך שכאשר הוא מחובר, ההתנגדות הכוללת בקטע שנמדד נותרת כמעט ללא שינוי. ההתנגדות של מד מתח אמורה להיות נוטה עד אינסוף, וככל שהיא גדולה יותר, כך אמינות הקריאות גדולה יותר.
דיוק המדידה (מחלקת הדיוק) מושפע ממספר פרמטרים. עבור מדדי חיוג, זה כולל את הדיוק של סיום סולם המדידה, תכונות עיצוב של מתלי החצים, האיכות והיושרה של הסליל האלקטרומגנטי, מצב קפיצי החזרה, דיוק בחירת השאנט וכו '.
עבור מכשירים דיגיטליים - בעיקר הדיוק בבחירת הנגדים במחיצת המידות למדידה, הרזולוציה של ה- ADC (ככל שיהיה, יותר מדויק), איכות בדיקות המדידה.
למדידת מתח DC עם מכשיר דיגיטלי (למשל מולטימטר), ככלל, החיבור הנכון של הגשמים למעגל הנמדד אינו משנה. אם אתה מחבר בדיקה חיובית לנקודה עם פוטנציאל שלילי יותר מהנקודה שאליה מחובר בדיקה שלילית, אז סימן "-" יופיע מול תוצאת המדידה.
אך אם מודדים באמצעות מכשיר מצביע, עליכם להיזהר, אם הבדיקות אינן מחוברות נכון, החץ יתחיל לסטות לכיוון אפס, הוא ינוח כנגד המגביל. כאשר מודדים מתחים קרובים למגבלת המדידה ומעלה, הוא יכול להתקע או להתכופף, שלאחריו אין צורך לדבר על הדיוק והפעלתו נוספת של מכשיר זה.
עבור מרבית המדידות בחיי היומיום ובאלקטרוניקה ברמה חובבנית, מספיק מד מתח המובנה במולטימטר כמו DT-830 וכדומה.
ככל שהערכים הנמדדים גדולים יותר, כך דרישות הדיוק נמוכות יותר, מכיוון שאם מודדים וולט ויש לכם שגיאה של 0.1 וולט, הדבר יעוות את התמונה בצורה משמעותית, ואם תמדדו מאות או אלפי וולט, שגיאה של 5 וולט לא תמלא תפקיד משמעותי.
מה לעשות אם המתח אינו מתאים לספק את העומס
כדי להפעיל כל מכשיר או מכשיר ספציפיים עליכם להחיל מתח בעל ערך מסוים, אך קורה שמקור הכוח שברשותכם אינו מתאים ומייצר מתח נמוך או גבוה מדי.בעיה זו נפתרת בדרכים שונות, בהתאם לכוח הנדרש, המתח והחוזק הנוכחי.
כיצד להוריד את התנגדות המתח?
התנגדות מגבילה את הזרם וכאשר הוא זורם המתח יורד להתנגדות (נגד מגביל זרם). שיטה זו מאפשרת להוריד את המתח למכשירים בעלי הספק נמוך עם זרמים של עשרות, מקסימום מאות מילי-אמפר.
דוגמה לאספקת חשמל כזו היא הכללת נורית LED ברשת DC 12 (לדוגמא, רשת רכב על הסיפון של עד 14.7 וולט). ואז, אם הנורית מתוכננת להנעה מ -3.3 וולט, עם זרם של 20 mA, אתה זקוק לנגד R R:
R = (14.7-3.3) /0.02) = 570 אוהם
אך נגדים נבדלים זה מזה בפיזור הספק מרבי:
P = (14.7-3.3) * 0.02 = 0.228 W
זה הקרוב ביותר בערך הנקוב הוא נגד 0.25 וואט.
פיזור החשמל הוא זה שמגביל בדרך כלל סוג זה של ספק כוח נגדי כוח אינו עולה על 5-10 וואט. מסתבר שאם אתה צריך לשלם מתח גדול או להעביר את העומס בדרך זו, תצטרך לשים כמה נגדים כמו כוחו של אחד אינו מספיק וניתן לחלק אותו בין כמה.
שיטה להפחתת מתח עם נגן עובדת במעגלי DC וגם AC.
החיסרון הוא שמתח היציאה אינו מתייצב בשום צורה ועם זרם גדל ומוריד הוא משתנה ביחס לערך הנגד.
כיצד להפחית מתח מתחלף עם חנק או קבל?
אם אנו מדברים רק על זרם חילופי, אנו יכולים להשתמש בתגובה. התנגדות תגובית היא רק במעגלי זרם חילופין, זה נובע מהתכונות של אחסון אנרגיה בקבלים ומשרנים וחוקי מיתוג.
יכול לשמש חנק משרן וקבל כנטל.
תגובת המשרן (וכל גורם אינדוקטיבי) תלוי בתדירות הזרם החילופי (לרשת חשמל ביתית של 50 הרץ) ובשראות השראות, הוא מחושב על ידי הנוסחה:
כאשר ω הוא התדר הזוויתי ברד / ים, השראות L, 2pi נחוץ כדי להמיר את התדר הזוויתי לנורמלי, f הוא תדר המתח ב- Hz.
תגובת הקבל תלויה בקיבול שלו (C נמוך יותר, כך ההתנגדות גדולה יותר) ובתדירות הזרם במעגל (ככל שהתדר גבוה יותר, כך ההתנגדות נמוכה יותר). ניתן לחשב את זה כדלקמן:
דוגמה לשימוש בהתנגדות אינדוקטיבית היא היצע מנורות תאורה ניאון, מנורות DRL ו- DNaT. המשרן מגביל את הזרם דרך המנורה, במנורות LL ו- DNT הוא משמש בשילוב עם מתנע או התקן הצתה פועם (ממסר התחל) ליצירת מתח מתח גבוה שמדליק את המנורה. זה נובע מאופי ועיקרון הפעולה של מנורות כאלה.
קבל משמש להפעלת מכשירים בעלי הספק נמוך, הוא מותקן בסדרה עם מעגל החשמל. אספקת חשמל כזו מכונה "אספקת חשמל ללא שנאי עם קבל נטל (ריק)."
לעתים קרובות מאוד הם נמצאים כמגביל זרם לטעינת סוללות (למשל עופרת) בפנסים ניידים ומכשירי רדיו בעלי עוצמה נמוכה. החסרונות של תכנית כזו הם ברורים - אין שליטה על רמת טעינת הסוללה, הרתחתן, טעינה תת-קרקעית, חוסר יציבות מתח.
כיצד להוריד ולייצב מתח DC
כדי להשיג מתח יציאה יציב ניתן להשתמש במייצבים פרמטריים ולינריים. לעתים קרובות הם מיוצרים על גבי מיקרו מעגלים ביתיים מסוג KREN או מסוג L78xx, L79xx.
הממיר הליניארי LM317 מאפשר לך לייצב כל ערך מתח, הוא מתכוונן עד 37 וולט, אתה יכול לעשות את ספק הכוח המווסת הפשוט ביותר המבוסס עליו.
אם אתה צריך להוריד מעט את המתח ולייצב אותו, מכשירי ה- IC המתוארים לא יעבדו. כדי שהם יעבדו חייב להיות הבדל בסדר גודל של 2 וולט ומעלה. לשם כך נוצרים מייצבי LDO (נשירה נמוכה).ההבדל ביניהם נעוץ בעובדה שכדי לייצב את מתח היציאה, יש צורך כי מתח הכניסה יעלה עליו בערך של 1 וולט. דוגמה למייצב כזה היא AMS1117, זמינה בגרסאות מ -1.2 עד 5 וולט, לרוב הם משתמשים בגרסאות של 5 ו -3.3 וולט, למשל בלוחות ארדואינו והרבה יותר.
לתכנון של כל המייצבים ההורדים הלינאריים המתוארים לעיל מסוג רצף יש חיסרון משמעותי - יעילות נמוכה. ככל שההבדל בין מתח הכניסה לפלט גדול יותר, כך הוא נמוך יותר. הוא פשוט "שורף" את המתח העודף, מתרגם אותו לחום, ואובדן האנרגיה שווה ל:
אובדן = (Uin-Uout) * אני
חברת AMTECH מייצרת אנלוגים של PWM של ממירי L78xx, הם עובדים על העיקרון של אפנון רוחב הדופק והיעילות שלהם היא תמיד יותר מ- 90%.
הם פשוט מכבים ומכבים את המתח בתדר של עד 300 קילו הרץ (אדווה מינימאלית). והמתח הנוכחי מתייצב ברמה הנכונה. ומעגל המיתוג דומה לאנלוגים ליניאריים.
כיצד להגדיל את המתח הקבוע?
כדי להגדיל את המתח מייצרים ממירי מתח דופק. הם יכולים להיכלל בתכנית דחיפה (דחיפה), ודולר (דול), ובאק-בוסט (דחיפה). בואו נסתכל על כמה נציגים:
1. לוח מבוסס על שבב XL6009
2. הלוח מבוסס על LM2577 פועל להגדלת והפחתת מתח היציאה.
3. לוח הממיר ב- FP6291 מתאים להרכבת ספק כוח 5 וולט, למשל בנק כוח. על ידי התאמת ערכי הנגדים ניתן לכוונן למתחים אחרים, כמו כל ממיר דומה אחר - אתה צריך להתאים את מעגלי המשוב.
4. לוח מבוסס על MT3608
הכל חתום על הלוח כאן - הפלטפורמה להלחמת הכניסה - IN ויציאה - מתח מתח. ללוחות יכול להיות התאמה של מתח היציאה, ובמקרים מסוימים, מגבלות זרם, מה שמאפשר לבצע אספקת חשמל מעבדה פשוטה ויעילה. מרבית הממירים, גם ליניאריים וגם לדופק, הם בעלי הוכחה לטווח קצר.
כיצד להגדיל מתח מתחלף?
כדי לכוונן את מתח AC, משתמשים בשתי שיטות עיקריות:
1. שנאי אוטומטי;
2. השנאי.
שנאי אוטומטי - זה משרן מפותל יחיד. למתפתל יש ברז ממספר מסוים של סיבובים, כך על ידי חיבור בין אחד מקצוות המתפתל לברז, בקצות המתפתל מקבלים מתח מוגבר פי כמה ממספר הסיבובים הכולל ומספר הסיבובים לפני ההקשה.
התעשייה מייצרת LATRs - טרנספורמטורים אוטומטיים במעבדה, מכשירים אלקטרומכניים מיוחדים לוויסות מתח. הם מצאו יישום רחב מאוד בפיתוח מכשירים אלקטרוניים ותיקון ספקי כוח. ההתאמה מושגת באמצעות מגע מברשת הזזה אליו מחובר המכשיר המופעל.
החיסרון של מכשירים כאלה הוא היעדר בידוד גלווני. המשמעות היא שמתח גבוה יכול להתברר בקלות במסופי הפלט, ומכאן הסכנה להלם חשמלי.
שנאי - זו דרך קלאסית לשנות את גודל המתח. יש בידוד גלווני מהרשת, מה שמגדיל את בטיחותם של מתקנים כאלה. גודל המתח על הפיתול המשני תלוי במתח על הפיתול העיקרי ויחס הטרנספורמציה.
Uvt = Uperv * Ktr
Ktr = N1 / N2
תצוגה נפרדת היא שנאי דופק. הם פועלים בתדרים גבוהים של עשרות ומאות kHz. הם משמשים ברוב המוחלט של ספקי כוח המיתוג, למשל:
-
מטען הסמארטפון שלך;
-
ספק כוח למחשב נייד;
-
אספקת חשמל למחשבים.
בגלל העבודות בתדירות גבוהה, הממדים הכלליים מצטמצמים, הם פחותים פי כמה מזו של שנאי רשת (50/60 הרץ), מספר הסיבובים על הפיתולים וכתוצאה מכך המחיר.המעבר לספקי כוח מיתוג איפשר להפחית את הממדים והמשקל של כל האלקטרוניקה המודרנית ולהקטין את הצריכה שלה על ידי הגדלת היעילות (במעגלי הדופק, 70-98%).
רובוטים אלקטרוניים נמצאים לעתים קרובות בחנויות. מתח כניסה של 220 וולט מוחל על הכניסה שלהם, למשל 12 וולט מוצא בפלט של זרם חילופין בתדר גבוה. גשר דיודה מדיודות במהירות גבוהה.
בפנים נמצא שנאי דופק, מתגי טרנזיסטור, נהג או מעגל תנוד עצמי, כמוצג להלן.
יתרונות - פשטות המעגל, בידוד גלווני וגודל קטן.
חסרונות - לרוב הדגמים המוצעים יש משוב עדכני, מה שאומר שללא עומס עם מינימום הספק (המצוין במפרט של מכשיר מסוים) הוא פשוט לא יפעל. מקרים בודדים כבר מצוידים במערכות הפעלה מתח ובטלות ללא כל בעיה.
הם משמשים לרוב להפעלת מנורות הלוגן 12 וולט, למשל זרקורים של תקרה תלויה.
מסקנה
בדקנו מידע בסיסי על מתח, מדידתו והתאמתו. בסיס אלמנטים מודרני ומגוון יחידות וממירים מוכנים מאפשרים ליישם כל מקורות כוח עם מאפייני הפלט הדרושים. תוכלו לכתוב מאמר נפרד ביתר פירוט על כל אחת מהשיטות, ובתוך כך ניסיתי להתאים למידע הבסיסי הדרוש לבחירה מהירה של פיתרון שנוח לכם.
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: