De budgetoptie voor het converteren van de belangrijkste parameters van elektrische stroom zijn spanningsdelers. Zo'n apparaat is gemakkelijk zelf te maken, maar om dit te doen, moet u het doel, de toepassingen, het werkingsprincipe en rekenvoorbeelden kennen.
Inhoud
Doel en toepassing
Een transformator wordt gebruikt om wisselspanning om te zetten, waardoor een voldoende hoge stroomwaarde kan worden gehandhaafd. Als het nodig is om een belasting die een kleine stroom verbruikt (tot honderden mA) op een elektrisch circuit aan te sluiten, dan is het gebruik van een spanningstransformator (U) niet aan te raden.
In deze gevallen kunt u de eenvoudigste spanningsdeler (DN) gebruiken, waarvan de kosten veel lager zijn. Na het verkrijgen van de vereiste waarde, wordt U rechtgetrokken en wordt stroom aan de consument geleverd. Indien nodig, om de stroom (I) te verhogen, moet u de eindtrap gebruiken om het vermogen te vergroten.Daarnaast zijn er delers en constante U, maar deze modellen worden minder vaak gebruikt dan andere.
DN's worden vaak gebruikt om verschillende apparaten op te laden waarbij het nodig is om lagere waarden van U en stromen van 220 V te verkrijgen voor verschillende soorten batterijen. Bovendien is het raadzaam om apparaten te gebruiken voor het verdelen van U om elektrische meetinstrumenten, computerapparatuur te maken, evenals gepulseerde en gewone voedingen voor laboratoria.
Werkingsprincipe
Een spanningsdeler (DN) is een apparaat waarin de uitgang en ingang U met elkaar zijn verbonden door middel van een overdrachtscoëfficiënt. De overdrachtscoëfficiënt is de verhouding van de waarden van U aan de uitgang en aan de ingang van de deler. Het spanningsdelercircuit is eenvoudig en is een keten van twee in serie geschakelde verbruikers - radio-elementen (weerstanden, condensatoren of inductoren). Ze verschillen qua prestaties.
Wisselstroom heeft zulke hoofdgrootheden: spanning, stroom, weerstand, inductantie (L) en capaciteit (C). Formules voor het berekenen van de basishoeveelheden elektriciteit (U, I, R, C, L) bij in serie geschakelde verbruikers:
- De weerstandswaarden tellen op;
- De spanningen lopen op;
- De stroom wordt berekend volgens de wet van Ohm voor het circuitgedeelte: I = U / R;
- Inductanties tellen op;
- Capaciteit van de gehele condensatorketen: C = (C1 * C2 * .. * Cn) / (C1 + C2 + .. + Cn).
Voor de vervaardiging van een eenvoudige weerstand DN wordt het principe van in serie geschakelde weerstanden gebruikt. Conventioneel kan het schema worden verdeeld in 2 schouders. De eerste schouder is de bovenste en bevindt zich tussen de ingang en het nulpunt van de DN, en de tweede is de onderste en de uitgang U wordt ervan verwijderd.
De som van U op deze armen is gelijk aan de resulterende waarde van de inkomende U. Er zijn lineaire en niet-lineaire soorten RP's. Lineaire apparaten omvatten apparaten met uitgang U, die lineair varieert afhankelijk van de ingangswaarde. Ze worden gebruikt om de gewenste U in verschillende delen van de circuits in te stellen. Niet-lineaire worden gebruikt in functionele potentiometers. Hun weerstand kan actief, reactief en capacitief zijn.
Bovendien kan DN ook capacitief zijn. Het maakt gebruik van een ketting van 2 condensatoren die in serie zijn geschakeld.
Het werkingsprincipe is gebaseerd op de reactieve component van de weerstand van condensatoren in een stroomcircuit met een variabele component. De condensator heeft niet alleen capacitieve eigenschappen, maar ook weerstand Xc. Deze weerstand wordt capacitief genoemd, hangt af van de frequentie van de stroom en wordt bepaald door de formule: Xc \u003d (1 / C) * w \u003d w / C, waarbij w de cyclische frequentie is, C de waarde van de condensator is .
De cyclische frequentie wordt berekend met de formule: w = 2 * PI * f, waarbij PI = 3,1416 en f de AC-frequentie is.
Met condensator of capacitief type kunt u relatief grote stromen ontvangen dan met resistieve apparaten. Het wordt veel gebruikt in hoogspanningscircuits, waarin de waarde van U meerdere keren moet worden verlaagd. Bovendien heeft het een aanzienlijk voordeel: het raakt niet oververhit.
Het inductieve type DN is gebaseerd op het principe van elektromagnetische inductie in stroomcircuits met een variabele component. De stroom vloeit door de solenoïde, waarvan de weerstand afhangt van L en inductief wordt genoemd. De waarde is recht evenredig met de frequentie van de wisselstroom: Xl \u003d w * L, waarbij L de waarde is van de inductantie van het circuit of de spoel.
Inductieve DN werkt alleen in circuits met stroom, die een variabele component heeft en een inductieve weerstand (Xl).
Voor-en nadelen
De belangrijkste nadelen van een resistieve DN zijn de onmogelijkheid van gebruik in hoogfrequente circuits, een aanzienlijke spanningsval over weerstanden en een afname van het vermogen. In sommige circuits is het noodzakelijk om het vermogen van de weerstanden te selecteren, omdat er aanzienlijke verwarming optreedt.
In de meeste gevallen gebruiken wisselstroomcircuits DN met een actieve belasting (resistief), maar met het gebruik van compensatiecondensatoren die parallel zijn aangesloten op elk van de weerstanden. Met deze benadering kunt u de warmte verminderen, maar het belangrijkste nadeel, namelijk vermogensverlies, wordt niet weggenomen. Het voordeel is het gebruik in DC-circuits.
Om vermogensverlies op een resistieve DN te elimineren, moeten actieve elementen (weerstanden) worden vervangen door capacitieve. Het capacitieve element ten opzichte van de resistieve DN heeft een aantal voordelen:
- Het wordt gebruikt in AC-circuits;
- Geen oververhitting;
- Vermogensverlies wordt verminderd, omdat de condensator geen stroom heeft, in tegenstelling tot de weerstand;
- Toepassing in hoogspanningsbronnen is mogelijk;
- Hoge efficiëntiefactor (COP);
- Minder verlies op I.
Het nadeel is dat het niet kan worden gebruikt in circuits met constante U. Dit komt doordat de condensator in DC-circuits geen capaciteit heeft, maar alleen als capaciteit fungeert.
Inductieve DN in circuits met een variabele component heeft ook een aantal voordelen, maar kan ook worden gebruikt in circuits met een constante waarde van U.De inductor heeft weerstand, maar vanwege de inductantie is deze optie niet geschikt, omdat er een significante daling in U is. De belangrijkste voordelen ten opzichte van het resistieve type DN:
- Toepassing in netwerken met variabele U;
- Lichte opwarming van de elementen;
- Minder vermogensverlies in AC-circuits;
- Relatief hoog rendement (hoger dan capacitief);
- Gebruik in zeer nauwkeurige meetapparatuur;
- Heeft een kleinere fout;
- De belasting die op de uitgang van de verdeler is aangesloten, heeft geen invloed op de deelverhouding;
- Het stroomverlies is kleiner dan dat van capacitieve verdelers.
De nadelen zijn onder meer:
- Het gebruik van constante U in stroomnetwerken leidt tot aanzienlijke stroomverliezen. Bovendien daalt de spanning sterk door het verbruik van elektrische energie voor de inductantie.
- Het uitgangssignaal in frequentiebereik (zonder het gebruik van een gelijkrichtbrug en filter) verandert.
- Niet van toepassing op hoogspanningswisselstroomcircuits.
Berekening van de spanningsdeler op weerstanden, condensatoren en inductanties
Nadat u het type spanningsdeler voor de berekening hebt gekozen, moet u de formules gebruiken. Als de berekening onjuist is, kunnen het apparaat zelf, de eindtrap voor het versterken van de stroom en de consument doorbranden. De gevolgen van foutieve berekeningen kunnen nog erger zijn dan het uitvallen van radiocomponenten: brand als gevolg van kortsluiting, maar ook elektrische schokken.
Bij het berekenen en monteren van de schakeling dient u zich strikt aan de veiligheidsregels te houden, het apparaat voor het inschakelen te controleren op correcte montage en niet in een vochtige ruimte testen (de kans op elektrische schokken neemt toe). De belangrijkste wet die in de berekeningen wordt gebruikt, is de wet van Ohm voor het circuitgedeelte.De formulering is als volgt: de stroomsterkte is recht evenredig met de spanning in het circuitgedeelte en omgekeerd evenredig met de weerstand van dit gedeelte. De formule-invoer ziet er als volgt uit: I = U / R.
Algoritme voor het berekenen van de spanningsdeler op weerstanden:
- Totale spanning: Upit \u003d U1 + U2, waarbij U1 en U2 de U-waarden zijn van elk van de weerstanden.
- Weerstandsspanningen: U1 = I * R1 en U2 = I * R2.
- Upit \u003d I * (R1 + R2).
- Nullaststroom: I = U / (R1 + R2).
- U valt over elk van de weerstanden: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Upit en U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.
De waarden van R1 en R2 moeten 2 keer minder zijn dan de belastingsweerstand.
Om de spanningsdeler op condensatoren te berekenen, kunt u de formules gebruiken: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit en U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.
De formules voor het berekenen van DN op inductanties zijn vergelijkbaar: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit en U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.
Verdelers worden in de meeste gevallen gebruikt met een diodebrug en een zenerdiode. Een zenerdiode is een halfgeleiderapparaat dat fungeert als een stabilisator U. Diodes moeten worden geselecteerd met een omgekeerde U die hoger is dan toegestaan in dit circuit. De zenerdiode wordt geselecteerd volgens het referentieboek voor de vereiste stabilisatiespanningswaarde. Bovendien moet een weerstand in het circuit ervoor worden opgenomen, omdat zonder deze het halfgeleiderapparaat zal doorbranden.
Vergelijkbare artikelen:
