En budgetmulighed til konvertering af de grundlæggende parametre for elektrisk strøm er spændingsdelere. En sådan enhed er let at lave selv, men for at gøre dette skal du kende formålet, anvendelsestilfælde, princippet om drift og eksempler på beregninger.
Indhold
Betegnelse og anvendelse
En transformer bruges til at transformere vekselspændinger, så der kan lagres en tilstrækkelig høj strømværdi. Hvis der skal tilføjes belastninger med lavt strømforbrug (op til flere hundrede mA) til kredsløbet, er en transformatorspændingsomformer (U-omformer) ikke hensigtsmæssig.
I disse tilfælde kan der anvendes en simpel spændingsdeler (DN), som koster betydeligt mindre. Når den ønskede værdi af U er opnået, ensrettes den, og strømmen leveres til forbrugeren. Om nødvendigt skal der anvendes et effektudgangstrin for at øge strømmen (I). Desuden findes der også konstante U-delere, men disse modeller er mindre almindeligt anvendte.
DN'er anvendes ofte til opladning af forskellige enheder, hvor det er nødvendigt at opnå lavere U-værdier og strømme for forskellige typer batterier fra 220 V. Desuden er det rimeligt at bruge U-delingsenheder til at skabe elektriske måleinstrumenter, computerteknologi samt laboratoriepulsenheder og almindelige strømforsyningsenheder.
Princippet for drift
En spændingsdeler (DN) er en anordning, hvor udgangen U og indgangen U er indbyrdes forbundet ved hjælp af en overførselskoefficient. Overførselsfaktoren er forholdet mellem U-værdierne ved delerens udgang og indgang. Kredsløbet af en spændingsdeler er simpelt og består af en kæde af to forbrugere forbundet i serie - radioelementer (modstande, kondensatorer eller induktorer). De adskiller sig fra hinanden ved deres produktionsegenskaber.
De vigtigste størrelser i vekselstrøm er spænding, strøm, modstand, induktans (L) og kapacitans (C). Formler til beregning af de grundlæggende værdier for elektricitet (U, I, R, C, L), når forbrugerne er serieforbundne:
- Modstandsværdierne summerer;
- Der tilføjes spændinger;
- Strømmen beregnes i henhold til Ohm's lov for kredsløbsafsnittet: I = U / R;
- Induktanserne lægges sammen;
- Kapacitansen for hele kæden af kondensatorer: C = (C1 * C2 * ... * Cn) / (C1 + C2 + ... + Cn).
Princippet med serieforbundne modstande anvendes til at lave en simpel modstand DN. Kredsløbet kan konventionelt opdeles i 2 arme. Den første arm er den øverste og befinder sig mellem indgangen og DN's nulpunkt, og den anden arm er den nederste, hvorfra udgangen U tages.
Summen af U på disse arme er lig med den resulterende værdi af det indgående U. DN'er kan være af lineær eller ikke-lineær type. Lineære enheder er enheder med en udgang U, der varierer lineært med indgangsværdien. De bruges til at indstille den korrekte U i forskellige dele af kredsløb. Ikke-lineære anvendes i funktionelle potentiometre. Deres modstand kan være aktiv, reaktiv og kapacitiv.
Desuden kan en DN også være kapacitiv. Den anvender en kæde af 2 kondensatorer, som er forbundet i serie.
Dens funktionsprincip er baseret på den reaktive komponent af kondensatorernes modstand i et kredsløb med variabel komponent. En kondensator har ikke kun kapacitive egenskaber, men også en modstand Xc. Denne modstand kaldes kapacitans, afhænger af strømmenes frekvens og bestemmes ved formlen: Xc = (1 / C) * w = w / C, hvor w er den cykliske frekvens, C er kondensatorværdien.
Den cykliske frekvens beregnes ved hjælp af formlen: w = 2 * PI * f, hvor PI = 3,1416 og f er vekselstrømsfrekvensen.
Kondensator- eller kapacitiv type tillader relativt højere strømme end fra resistive enheder. Den anvendes i vid udstrækning i højspændingskredsløb, hvor U-værdien skal reduceres flere gange. Den har også den store fordel, at den ikke overophedes.
Den induktive type er baseret på princippet om elektromagnetisk induktion i vekselstrømskredsløb. Strømmen løber gennem en magnetventil, hvis modstand afhænger af L og kaldes induktiv. Dens værdi er direkte proportional med vekselstrømmens frekvens: Xl = w * L, hvor L er kredsløbets eller spolens induktivitetsværdi.
En induktiv DN fungerer kun i kredsløb med en strøm, der har en variabel komponent og har en induktiv modstand (Xl).
Fordele og ulemper
De største ulemper ved resistive DN'er er, at de ikke kan anvendes i højfrekvente kredsløb, det betydelige spændingsfald over modstanden og den reducerede effekt. I nogle kredsløb er det nødvendigt at vælge modstandenes effekt, fordi der opstår betydelig opvarmning.
I de fleste vekselstrømskredsløb anvendes DN'er med aktiv belastning (resistive), men med kompensationskondensatorer, der er forbundet parallelt med hver af modstandene. Denne fremgangsmåde reducerer opvarmningen, men fjerner ikke den største ulempe, som er tab af effekt. En fordel er brugen i jævnstrømskredsløb.
De aktive elementer (modstande) skal erstattes af kapacitive elementer for at eliminere effekttabet i en resistiv DN. Et kapacitivt element har flere fordele i forhold til et resistivt DN:
- Den anvendes i vekselstrømskredsløb;
- Der er ingen overophedning;
- Effekttab reduceres, da kondensatoren ikke har nogen effekt i modsætning til en modstand;
- Kan bruges i højspændingsstrømforsyninger;
- Høj effektivitet;
- Lavere I-tab.
Ulempen er, at den ikke kan anvendes i kredsløb med konstant U. Det skyldes, at kondensatoren i jævnstrømskredsløb ikke har nogen kapacitet, men kun fungerer som en kondensator.
En induktiv DN i vekselstrømskredsløb har også en række fordele, men den kan også bruges i konstant U-kredse. En induktionsspole har en modstand, men på grund af induktansen er denne mulighed ikke egnet, fordi der er et betydeligt fald i U. De vigtigste fordele i forhold til den resistive type DN:
- Anvendelse i netværk med variabel U;
- Mindre elementopvarmning;
- Mindre effekttab i vekselstrømskredsløb;
- Forholdsvis høj effektivitet (højere end kapacitiv);
- Anvendelse i måleudstyr med høj præcision;
- Lavere unøjagtighed;
- Belastning, der er forbundet til dividerens udgang, påvirker ikke divisionsfaktoren;
- Strømtabet er lavere end for kapacitive delere.
Ulemperne er som følger:
- Brugen af DC U i strømforsyningsnettene medfører betydelige strømtab. Desuden falder spændingen drastisk på grund af forbruget af elektrisk energi til induktans.
- Frekvensresponsen for udgangssignalet (uden brug af en ensretterbro og et filter) varierer.
- Ikke egnet til højspændingsvekselstrømkredsløb.
Beregning af spændingsdeler med modstande, kondensatorer og induktorer
Når du har valgt typen af spændingsdeler, skal du bruge formlerne til at beregne. Forkert beregning kan medføre, at selve enheden, det strømforstærkende udgangstrin og forbrugeren brænder af. Konsekvenserne af ukorrekte beregninger kan være værre end fejl på radiokomponenter: brand som følge af kortslutning og elektrisk stød.
Ved beregning og samling af kredsløbet skal sikkerhedsbestemmelserne overholdes nøje, og det skal kontrolleres, at apparatet er korrekt monteret, inden det tændes, og at det ikke afprøves i et fugtigt rum (risikoen for elektrisk stød øges). Den grundlæggende lov, der anvendes i beregninger, er Ohm's lov for et kredsløbsafsnit. Den er formuleret således: Strømmen er direkte proportional med spændingen i et kredsløbsafsnit og omvendt proportional med modstanden i dette afsnit. Indgangen i form af en formel er som følger: I = U / R.
Algoritme til beregning af en spændingsdeler med modstande:
- Samlet spænding: Upit = U1 + U2, hvor U1 og U2 er værdierne af U på hver af modstandene.
- Spændinger på modstande: U1 = I * R1 og U2 = I * R2.
- Upit = I * (R1 + R2).
- Strøm uden belastning: I = U / (R1 + R2).
- Faldet i U for hver modstand: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * U pi og U2 = (R2 / (R1 + R2)) * U pi.
Værdierne for R1 og R2 skal være 2 gange lavere end belastningsmodstanden.
Til beregning af spændingsdeleren på kondensatorerne kan følgende formler anvendes: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit og U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.
Lignende formler til beregning af DN ved induktanser: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit og U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.
Der anvendes i de fleste tilfælde delere med en diodebro og en stabilitron. En stabilitron er en halvlederanordning, der fungerer som en U-stabilisator. Dioder bør vælges med en omvendt U over den tilladte U i dette kredsløb. Stabilitronen skal vælges i henhold til referencebogen for den krævede værdi af stabiliseringsspændingen. Desuden skal der medtages en modstand foran den i kredsløbet, da halvlederenheden uden den vil brænde ud.
Relaterede artikler:
