Proračunska možnost za pretvorbo glavnih parametrov električnega toka so napetostni delilniki. Takšno napravo je enostavno izdelati sami, a za to morate poznati namen, aplikacije, načelo delovanja in primere izračuna.
Vsebina
Namen in uporaba
Za pretvorbo izmenične napetosti se uporablja transformator, zaradi katerega je mogoče vzdrževati dovolj visoko vrednost toka. Če je treba na električni tokokrog priključiti obremenitev, ki porabi majhen tok (do več sto mA), potem uporaba napetostnega transformatorja (U) ni priporočljiva.
V teh primerih lahko uporabite najpreprostejši delilnik napetosti (DN), katerega stroški so precej nižji. Po pridobitvi zahtevane vrednosti se U izravna in porabniku se napaja. Če je potrebno, da povečate tok (I), morate uporabiti izhodno stopnjo za povečanje moči.Poleg tega obstajajo delilniki in konstanta U, vendar se ti modeli uporabljajo manj pogosto kot drugi.
DN se pogosto uporabljajo za polnjenje različnih naprav, pri katerih je treba za različne vrste baterij pridobiti nižje vrednosti U in tokov od 220 V. Poleg tega je priporočljivo uporabiti naprave za delitev U za izdelavo električnih merilnih instrumentov, računalniške opreme, pa tudi laboratorijskih impulznih in navadnih napajalnikov.
Načelo delovanja
Napetostni delilnik (DN) je naprava, v kateri sta izhod in vhod U med seboj povezana s prenosnim koeficientom. Prenosni koeficient je razmerje med vrednostmi U na izhodu in na vhodu delilnika. Vezje delilnika napetosti je preprosto in je veriga dveh zaporedno povezanih porabnikov - radijskih elementov (upori, kondenzatorji ali induktorji). Razlikujejo se po zmogljivosti.
Izmenični tok ima naslednje glavne količine: napetost, tok, upor, induktivnost (L) in kapacitivnost (C). Formule za izračun osnovnih količin električne energije (U, I, R, C, L), ko so porabniki povezani zaporedno:
- Vrednosti upora se seštejejo;
- Stresi se seštevajo;
- Tok se izračuna v skladu z Ohmovim zakonom za odsek vezja: I = U / R;
- Induktivnosti se seštevajo;
- Kapacitivnost celotne kondenzatorske verige: C = (C1 * C2 * .. * Cn) / (C1 + C2 + .. + Cn).
Za izdelavo preprostega upora DN se uporablja načelo serijsko povezanih uporov. Običajno lahko shemo razdelimo na 2 ramena. Prva rama je zgornja in se nahaja med vhodom in ničelno točko DN, druga pa je spodnja, izhod U pa je odstranjen iz nje.
Vsota U na teh krakih je enaka dobljeni vrednosti dohodnega U. Obstajajo linearne in nelinearne vrste RP. Linearne naprave vključujejo naprave z izhodom U, ki se linearno spreminja glede na vhodno vrednost. Uporabljajo se za nastavitev želenega U v različnih delih vezij. Nelinearni se uporabljajo v funkcionalnih potenciometrih. Njihova odpornost je lahko aktivna, reaktivna in kapacitivna.
Poleg tega je lahko DN tudi kapacitiven. Uporablja verigo dveh kondenzatorjev, ki sta povezana zaporedno.
Njegovo načelo delovanja temelji na reaktivni komponenti upora kondenzatorjev v tokovnem vezju s spremenljivo komponento. Kondenzator nima le kapacitivnih lastnosti, ampak tudi upor Xc. Ta upor se imenuje kapacitivna, odvisna je od frekvence toka in je določena s formulo: Xc = (1 / C) * w = w / C, kjer je w ciklična frekvenca, C je vrednost kondenzatorja .
Ciklična frekvenca se izračuna po formuli: w = 2 * PI * f, kjer je PI = 3,1416 in f je frekvenca AC.
Kondenzatorski ali kapacitivni tip vam omogoča sprejem relativno velikih tokov kot pri uporovnih napravah. Široko se uporablja v visokonapetostnih vezjih, v katerih je treba vrednost U večkrat zmanjšati. Poleg tega ima pomembno prednost - ne pregreva se.
Induktivni tip DN temelji na principu elektromagnetne indukcije v tokovnih tokokrogih s spremenljivo komponento. Tok teče skozi solenoid, katerega upor je odvisen od L in se imenuje induktiven. Njegova vrednost je neposredno sorazmerna s frekvenco izmeničnega toka: Xl \u003d w * L, kjer je L vrednost induktivnosti vezja ali tuljave.
Induktivni DN deluje samo v vezjih s tokom, ki ima spremenljivo komponento in ima induktivni upor (Xl).
Prednosti in slabosti
Glavne pomanjkljivosti uporovnega DN so nezmožnost njegove uporabe v visokofrekvenčnih vezjih, znaten padec napetosti na uporih in zmanjšanje moči. V nekaterih tokokrogih je treba izbrati moč uporov, saj pride do znatnega segrevanja.
V večini primerov tokokrogi izmeničnega toka uporabljajo DN z aktivno obremenitvijo (uporovno), vendar z uporabo kompenzacijskih kondenzatorjev, ki so vzporedno povezani z vsakim od uporov. Ta pristop vam omogoča zmanjšanje toplote, vendar ne odpravlja glavne pomanjkljivosti, ki je izguba moči. Prednost je uporaba v enosmernih tokokrogih.
Da bi odpravili izgubo moči na uporovnem DN, je treba aktivne elemente (upore) zamenjati s kapacitivnimi. Kapacitivni element v primerjavi z uporovnim DN ima številne prednosti:
- Uporablja se v AC vezjih;
- Brez pregrevanja;
- Izguba moči se zmanjša, saj kondenzator za razliko od upora nima moči;
- Možna je uporaba v visokonapetostnih virih;
- Visok faktor učinkovitosti (COP);
- Manj izgube na I.
Pomanjkljivost je, da ga ni mogoče uporabiti v tokokrogih s konstantnim U. To je posledica dejstva, da kondenzator v DC vezjih nima kapacitivnosti, ampak deluje le kot kapacitivnost.
Induktivni DN v vezjih s spremenljivo komponento ima tudi številne prednosti, lahko pa se uporablja tudi v vezjih s konstantno vrednostjo U.Induktor ima upor, vendar zaradi induktivnosti ta možnost ni primerna, saj pride do bistvenega padca U. Glavne prednosti v primerjavi z uporovno vrsto DN:
- Uporaba v omrežjih s spremenljivko U;
- Rahlo segrevanje elementov;
- Manjša izguba moči v tokokrogih izmeničnega toka;
- Relativno visoka učinkovitost (višja kot kapacitivna);
- Uporaba v visoko natančni merilni opremi;
- Ima manjšo napako;
- Obremenitev, povezana z izhodom delilnika, ne vpliva na razmerje delitve;
- Izguba toka je manjša kot pri kapacitivnih delilnikih.
Slabosti vključujejo naslednje:
- Uporaba konstantnega U v električnih omrežjih vodi do znatnih tokovnih izgub. Poleg tega napetost močno pade zaradi porabe električne energije za induktivnost.
- Izhodni signal v frekvenčnem odzivu (brez uporabe usmerniškega mostu in filtra) se spremeni.
- Ni uporabno za visokonapetostna AC vezja.
Izračun delilnika napetosti na uporih, kondenzatorjih in induktivnostih
Ko izberete vrsto delilnika napetosti za izračun, morate uporabiti formule. Če je izračun napačen, lahko sama naprava, izhodna stopnja za ojačanje toka in porabnik izgorejo. Posledice napačnih izračunov so lahko še hujše od okvare radijskih komponent: požar kot posledica kratkega stika, pa tudi električni udar.
Pri izračunu in sestavljanju vezja morate strogo upoštevati varnostna pravila, pred vklopom preveriti pravilno montažo naprave in je ne preizkušati v vlažnem prostoru (verjetnost električnega udara se poveča). Glavni zakon, uporabljen pri izračunih, je Ohmov zakon za odsek vezja.Njegova formulacija je naslednja: jakost toka je neposredno sorazmerna z napetostjo v odseku vezja in obratno sorazmerna z uporom tega odseka. Vnos formule je videti takole: I = U / R.
Algoritem za izračun delilnika napetosti na uporih:
- Skupna napetost: Upit \u003d U1 + U2, kjer sta U1 in U2 vrednosti U na vsakem od uporov.
- Napetosti uporov: U1 = I * R1 in U2 = I * R2.
- Upit \u003d I * (R1 + R2).
- Tok brez obremenitve: I = U / (R1 + R2).
- U padec na vsakem od uporov: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Upit in U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.
Vrednosti R1 in R2 morajo biti 2-krat manjše od obremenitvenega upora.
Za izračun napetostnega delilnika na kondenzatorjih lahko uporabite formule: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit in U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.
Formule za izračun DN na induktivnosti so podobne: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit in U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.
V večini primerov se delilniki uporabljajo z diodnim mostom in zener diodo. Zener dioda je polprevodniška naprava, ki deluje kot stabilizator U. Diode je treba izbrati z reverznim U, višjim od dovoljenega v tem vezju. Zener dioda je izbrana v skladu z referenčno knjigo za zahtevano vrednost stabilizacijske napetosti. Poleg tega je treba v vezje pred njim vključiti upor, saj bo brez njega polprevodniška naprava izgorela.
Podobni članki:
