O opțiune bugetară pentru convertirea parametrilor de bază ai curentului electric sunt divizoarele de tensiune. Un astfel de dispozitiv este ușor de făcut singur, dar pentru a face acest lucru, trebuie să cunoașteți scopul, cazurile de aplicare, principiul de funcționare și exemple de calcule.
Cuprins
Desemnare și utilizare
Un transformator este utilizat pentru a transforma tensiunile alternative astfel încât să poată fi stocată o valoare de curent suficient de mare. În cazul în care în circuit se adaugă sarcini cu un consum redus de curent (până la sute de mA), un convertor de tensiune de transformator (U) nu ar fi adecvat.
În aceste cazuri, se poate utiliza un simplu divizor de tensiune (DN), al cărui cost este semnificativ mai mic. Odată ce se obține valoarea dorită a lui U, aceasta este rectificată și energia este furnizată consumatorului. Dacă este necesar, trebuie utilizat un etaj de ieșire de putere pentru a crește curentul (I). În plus, există, de asemenea, divizoare U constante, dar aceste modele sunt mai puțin utilizate.
DN-urile sunt adesea utilizate pentru încărcarea diferitelor dispozitive în care este necesar să se obțină valori U și curenți mai mici pentru diferite tipuri de baterii de 220 V. În plus, este rezonabil să se utilizeze dispozitive de partajare U pentru a crea instrumente de măsurare electrică, tehnologie informatică, precum și impulsuri de laborator și unități obișnuite de alimentare cu energie electrică.
Principiul de funcționare
Un divizor de tensiune (DN) este un dispozitiv în care ieșirea U și intrarea U sunt legate între ele prin intermediul unui coeficient de transfer. Factorul de transfer este raportul dintre valorile U de la ieșirea și intrarea divizorului. Circuitul unui divizor de tensiune este simplu și constă dintr-un lanț de doi consumatori conectați în serie - elemente radio (rezistențe, condensatoare sau inductori). Acestea diferă în ceea ce privește caracteristicile de ieșire.
Principalele mărimi ale curentului alternativ sunt tensiunea, curentul, rezistența, inductanța (L) și capacitatea (C). Formule pentru calcularea valorilor de bază ale energiei electrice (U, I, R, C, L) atunci când consumatorii sunt conectați în serie:
- Valorile de rezistență se adună;
- Se adaugă tensiuni;
- Curentul va fi calculat în conformitate cu legea lui Ohm pentru secțiunea de circuit: I = U / R;
- Se adaugă inductanțele;
- Capacitatea întregului lanț de condensatoare: C = (C1 * C2 * ... * Cn) / (C1 + C2 + ... + Cn).
Principiul rezistențelor conectate în serie este utilizat pentru a realiza o rezistență simplă DN. Circuitul poate fi împărțit în mod convențional în 2 brațe. Primul braț este cel superior și se află între intrarea și punctul zero al DN, iar cel de-al doilea braț este cel inferior, de unde se preia ieșirea U.
Suma U de pe aceste brațe este egală cu valoarea rezultată a U de intrare. DN-urile pot fi de tip liniar și neliniar. Dispozitivele liniare sunt cele cu o ieșire U care variază liniar cu valoarea de intrare. Acestea sunt utilizate pentru a seta U corect în diferite părți ale circuitelor. Cele neliniare sunt utilizate în potențiometrele funcționale. Rezistența lor poate fi activă, reactivă și capacitivă.
În plus, un DN poate fi, de asemenea, capacitiv. Acesta utilizează un lanț de 2 condensatori conectați în serie.
Principiul său de funcționare se bazează pe componenta reactivă a rezistenței condensatoarelor într-un circuit cu o componentă variabilă. Un condensator nu are doar caracteristici capacitive, ci și o rezistență Xc. Această rezistență se numește capacitate, depinde de frecvența curentului și se determină prin formula: Xc = (1 / C) * w = w / C, unde w este frecvența ciclică, iar C este valoarea condensatorului.
Frecvența ciclică se calculează cu ajutorul formulei: w = 2 * PI * f, unde PI = 3,1416, iar f este frecvența de curent alternativ.
Tipul condensator, sau capacitiv, permite curenți relativ mai mari decât în cazul dispozitivelor rezistive. Acesta a fost utilizat pe scară largă în circuitele de înaltă tensiune, unde valoarea U trebuie redusă de câteva ori. De asemenea, are avantajul semnificativ de a nu se supraîncălzi.
Tipul inductiv se bazează pe principiul inducției electromagnetice în circuitele de curent alternativ. Curentul trece printr-un solenoid, a cărui rezistență depinde de L și se numește inductiv. Valoarea sa este direct proporțională cu frecvența curentului alternativ: Xl = w * L, unde L este valoarea inductanței circuitului sau a bobinei.
Un DN inductiv funcționează numai în circuite cu un curent care are o componentă variabilă și are o rezistență inductivă (Xl).
Avantaje și dezavantaje
Principalele dezavantaje ale DN-urilor rezistive sunt faptul că nu pot fi utilizate în circuite de înaltă frecvență, căderea considerabilă de tensiune pe rezistențe și reducerea puterii. În unele circuite este necesar să se selecteze puterea rezistențelor, deoarece se produce o încălzire considerabilă.
În majoritatea circuitelor de curent alternativ, se utilizează DN-uri cu sarcină activă (rezistivă), dar cu condensatori de compensare conectați în paralel cu fiecare dintre rezistențe. Această abordare reduce încălzirea, dar nu elimină principalul dezavantaj, care este pierderea de energie. Un avantaj este utilizarea în circuitele de curent continuu.
Elementele active (rezistențe) trebuie înlocuite cu elemente capacitive pentru a elimina pierderile de putere într-un DN rezistiv. Un element capacitiv are mai multe avantaje față de un DN rezistiv:
- Este utilizat în circuitele de curent alternativ;
- Nu există supraîncălzire;
- Pierderile de putere sunt reduse, deoarece condensatorul nu are putere, spre deosebire de un rezistor;
- Poate fi utilizat în surse de alimentare de înaltă tensiune;
- Eficiență ridicată;
- Pierderi I mai mici.
Dezavantajul este că nu poate fi utilizat în circuite cu U constant. Acest lucru se datorează faptului că în circuitele de curent continuu condensatorul nu are capacitate, ci acționează doar ca un condensator.
Un DN inductiv în circuitele de curent alternativ are, de asemenea, o serie de avantaje, dar poate fi utilizat și în circuitele cu U constant. O bobină de inductor are o rezistență, dar din cauza inductanței, această opțiune nu este potrivită deoarece există o cădere semnificativă în U. Principalele avantaje față de tipul rezistiv de DN:
- Aplicație în rețele cu U variabil;
- Încălzirea elementelor minore;
- Mai puține pierderi de putere în circuitele de curent alternativ;
- Eficiență relativ ridicată (mai mare decât cea capacitivă);
- Se utilizează în echipamentele de măsurare de înaltă precizie;
- Inexactitate mai mică;
- Sarcina conectată la ieșirea divizorului nu afectează factorul de divizare;
- Pierderea de curent este mai mică decât cea a divizorilor capacitivi.
Dezavantajele sunt următoarele:
- Utilizarea curentului continuu U în rețelele de alimentare cu energie electrică duce la pierderi semnificative de curent. În plus, tensiunea scade drastic din cauza consumului de energie electrică pentru inductanță.
- Răspunsul în frecvență al semnalului de ieșire (fără utilizarea unei punți redresoare și a unui filtru) variază.
- Nu este potrivit pentru circuitele de înaltă tensiune de curent alternativ.
Calculul divizorului de tensiune cu rezistențe, condensatoare și inductoare
După selectarea tipului de divizor de tensiune, trebuie să utilizați formulele pentru a calcula. Calculul incorect poate arde dispozitivul în sine, etajul de ieșire care amplifică curentul și consumatorul. Consecințele unor calcule incorecte pot fi mai grave decât defectarea componentelor radio: un incendiu ca urmare a unui scurtcircuit și electrocutarea.
La calcularea și asamblarea circuitului, trebuie respectate în mod clar normele de siguranță, dispozitivul trebuie verificat înainte de a fi pornit pentru a se asigura un montaj corect și nu trebuie testat într-o încăpere umedă (crește posibilitatea de electrocutare). Legea de bază utilizată în calcule este legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit. Formularea sa este următoarea: curentul este direct proporțional cu tensiunea într-o secțiune de circuit și invers proporțional cu rezistența acelei secțiuni. Intrarea sub forma unei formule este următoarea: I = U / R.
Algoritm pentru calcularea unui divizor de tensiune cu rezistențe:
- Tensiunea totală: Upit = U1 + U2, unde U1 și U2 sunt valorile lui U pe fiecare dintre rezistențe.
- Tensiuni pe rezistențe: U1 = I * R1 și U2 = I * R2.
- Upit = I * (R1 + R2).
- Curentul în gol: I = U / (R1 + R2).
- Căderea în U a fiecărei rezistențe: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * U pi și U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.
Valorile lui R1 și R2 trebuie să fie de 2 ori mai mici decât rezistența de sarcină.
Pentru a calcula divizorul de tensiune pe condensatoare, se pot folosi următoarele formule: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit și U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.
Formule similare pentru a calcula DN la inductanțe: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit și U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.
Divizoarele sunt utilizate în majoritatea cazurilor cu o punte de diode și un stabilizator. Un stabilitron este un dispozitiv semiconductor care acționează ca un stabilizator U. Diodele trebuie selectate cu un U inversat peste U admisibil în acest circuit. Stabilizatorul trebuie selectat în conformitate cu cartea de referință pentru valoarea necesară a tensiunii de stabilizare. În plus, în circuit trebuie inclusă o rezistență în fața acestuia, deoarece fără aceasta dispozitivul semiconductor se va arde.
Articole conexe:
