فئات: مقالات مميزة » كهربائيين المبتدئين
مرات المشاهدة: 56510
تعليقات على المقال: 3
ما هو الجهد ، وكيفية خفض وزيادة الجهد
الجهد والجهد هما الكميتان الرئيسيتان في الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تمييز عدد من الكميات الأخرى: الشحن ، شدة المجال المغناطيسي ، شدة المجال الكهربائي ، الحث المغناطيسي وغيرها. عادةً ما يعمل مهندس كهربائي أو إلكترونيات ممارس في العمل اليومي مع الجهد والتيار - فولت والأمبير. في هذه المقالة ، سنتحدث على وجه التحديد عن الإجهاد ، وعن ماهية ذلك وكيفية التعامل معه.
تحديد الكمية المادية
الجهد هو الفرق المحتمل بين نقطتين ، يميز العمل الذي يؤديه المجال الكهربائي لنقل الشحنة من النقطة الأولى إلى الثانية. قياس الجهد في فولت. هذا يعني أن الجهد يمكن أن يكون موجودًا فقط بين نقطتين في الفضاء. لذلك ، من المستحيل قياس الجهد عند نقطة واحدة.
يشار إلى إمكانات بالحرف "F" ، والجهد بحرف "U". إذا تم التعبير عنها من حيث الفرق المحتمل ، فإن الجهد هو:
U = F1-F2
إذا تم التعبير عنها من خلال العمل ، إذن:
يو = أ / ف ،
حيث A هو العمل ، q هو المسؤول.
قياس الجهد
يتم قياس الجهد باستخدام الفولتميتر. تقوم مجسات الفولتميتر بربط الجهد الكهربائي بنقطتين تهمنا ، أو بنهايات الطرف ، انخفاض الجهد الذي نريد قياسه. علاوة على ذلك ، يمكن أن يؤثر أي اتصال بالدائرة على تشغيلها. هذا يعني أنه عند إضافة حمولة موازية لعنصر ، يتغير التيار في الدائرة ويتغير الجهد على العنصر وفقًا لقانون أوم.
الاستنتاج:
يجب أن يتمتع الفولتميتر بأعلى مقاومة للدخل بحيث تظل المقاومة الكلية في القسم المقاس دون تغيير تقريبًا عند توصيله. يجب أن تميل مقاومة الفولتميتر إلى ما لا نهاية ، وكلما زاد ، زادت موثوقية القراءات.
تتأثر دقة القياس (فئة الدقة) بعدد من المعلمات. بالنسبة لمقاييس الاتصال الهاتفي ، يتضمن ذلك دقة تخرج مقياس القياس ، وميزات تصميم نظام تعليق السهم ، ونوعية وسلامة الملف الكهرومغناطيسي ، وحالة زنبركات الإرجاع ، ودقة اختيار التحويلة ، إلخ.
للأجهزة الرقمية - دقة اختيار المقاومات في مقسم الجهد الكهربائي ، دقة ADC (كلما كانت أكثر دقة) ، جودة تحقيقات القياس.
لقياس جهد التيار المستمر باستخدام أداة رقمية (مثل متعدد) ، كقاعدة عامة ، لا يهم الاتصال الصحيح للتحقيقات في الدائرة المقاسة. إذا قمت بتوصيل مسبار إيجابي بنقطة ذات احتمال سلبي أكثر من النقطة التي يتصل بها مسبار سلبي ، فستظهر علامة "-" أمام نتيجة القياس.
ولكن إذا كنت تقيس بجهاز مؤشر ، فأنت بحاجة إلى توخي الحذر ، فإذا لم تكن التحقيقات متصلة بشكل صحيح ، سيبدأ السهم في الانحراف باتجاه الصفر ، وسيستقر مقابل المحدد. عند قياس الفولتية بالقرب من الحد الأقصى للقياس أو أكثر ، يمكن أن يحدث انحشار أو ثني ، وبعد ذلك ليس من الضروري التحدث عن دقة هذا الجهاز وزيادة تشغيله.
بالنسبة لمعظم القياسات في الحياة اليومية والإلكترونيات على مستوى الهواة ، فإن الفولتميتر المدمج في عدة أمتار مثل DT-830 وما شابه ذلك يكفي.
كلما زادت القيم المقاسة ، انخفضت متطلبات الدقة ، لأنه إذا قمت بقياس volts وكان لديك خطأ قدره 0.1V ، فسيؤدي ذلك إلى تشويه الصورة بشكل كبير ، وإذا قمت بقياس مئات أو آلاف فولت ، فلن يلعب الخطأ الذي يبلغ 5 فولت دورًا مهمًا.
ماذا تفعل إذا كان الجهد غير مناسب لتزويد الحمل
لتشغيل كل جهاز أو جهاز معين ، تحتاج إلى تطبيق فولتية ذات حجم معين ، لكن يحدث أن مصدر الطاقة لديك غير مناسب وينتج جهدًا منخفضًا أو مرتفعًا جدًا.يتم حل هذه المشكلة بطرق مختلفة ، اعتمادًا على الطاقة والجهد والقوة المطلوبة.
كيفية خفض مقاومة الجهد؟
المقاومة تحد من التيار وعندما يتدفق ، ينخفض الجهد إلى المقاومة (مقاوم للحد من التيار). تسمح لك هذه الطريقة بخفض الجهد لتشغيل الأجهزة منخفضة الطاقة مع التيارات العشرات ، بحد أقصى مئات المللي أمبير.
مثال على مزود الطاقة هذا هو تضمين مؤشر LED في شبكة DC 12 (على سبيل المثال ، شبكة مركبة على متن تصل إلى 14.7 فولت). ثم ، إذا تم تصميم مؤشر LED ليتم تشغيله من 3.3 فولت ، بتيار 20 مللي أمبير ، فأنت بحاجة إلى مقاوم R:
R = (14.7-3.3) /0.02) = 570 أوم
لكن المقاومات تختلف في تبديد الطاقة القصوى:
P = (14.7-3.3) * 0.02 = 0.228 واط
أقرب واحد في القيمة الاسمية هو المقاوم 0.25 واط.
إن تبديد الطاقة هو الذي يفرض قيودًا على هذا النوع من إمدادات الطاقة ، عادةً مقاومات الطاقة لا يتجاوز 5-10 واط. اتضح أنه إذا كنت بحاجة إلى سداد جهد كهربائي كبير أو تشغيل الحمولة بهذه الطريقة ، فسوف يتعين عليك وضع العديد من المقاومات على النحو قوة واحدة ليست كافية ويمكن توزيعها بين عدة.
طريقة لتقليل الجهد باستخدام المقاوم تعمل في كل من دوائر التيار المستمر والتيار المتردد.
العيب هو أن الجهد الناتج لم يستقر بأي شكل من الأشكال ، وعندما يزيد التيار وينقص ، يتغير بما يتناسب مع قيمة المقاوم.
كيفية الحد من الجهد بالتناوب مع الاختناق أو مكثف؟
إذا كنا نتحدث فقط عن التيار المتناوب ، فيمكننا استخدام التفاعل. المقاومة التفاعلية هي فقط في دوائر التيار المتردد ، ويرجع ذلك إلى ميزات تخزين الطاقة في المكثفات والمحاثات وقوانين التبديل.
يمكن استخدام الحث والمكثف في التيار المتردد كصابورة.
تعتمد تفاعلات المحث (وأي عنصر حثي) على تردد التيار المتردد (لشبكة كهربائية منزلية تبلغ 50 هرتز) والحث ، يتم حسابها بواسطة الصيغة:
حيث ω هو التردد الزاوي في rad / s ، الحث L ، 2pi ضروري لتحويل التردد الزاوي إلى العادي ، f هو تردد الجهد بالهرتز.
تعتمد تفاعل المكثف على سعته (انخفاض C ، كلما زادت المقاومة) وتردد التيار في الدائرة (كلما زاد التردد ، انخفضت المقاومة). يمكن حسابها على النحو التالي:
مثال على استخدام المقاومة الاستقرائية هو توفير مصابيح الإضاءة الفلورية ومصابيح DRL و DNaT. يحد المحث التيار من خلال المصباح ، في مصابيح LL و DNT يتم استخدامه بالاقتران مع جهاز بدء التشغيل أو جهاز الإشعال النبضي (مرحل البدء) لتكوين زيادة في الجهد العالي تقوم بتشغيل المصباح. هذا يرجع إلى طبيعة ومبدأ تشغيل هذه المصابيح.
يستخدم مكثف لتشغيل الأجهزة منخفضة الطاقة ، يتم تثبيته في سلسلة مع دائرة الطاقة. يسمى هذا التيار الكهربائي "مزود طاقة غير محول بمكثف الصابورة".
غالبًا ما يتم العثور عليها كمحدد حالي لشحن البطاريات (على سبيل المثال ، الرصاص) في البطاريات المحمولة وأجهزة الراديو منخفضة الطاقة. عيوب هذا المخطط واضحة - لا يوجد التحكم في مستوى شحن البطارية ، الغليان ، الشحن الزائد ، عدم استقرار الجهد.
كيفية خفض وتحقيق الاستقرار DC الجهد
لتحقيق الجهد الناتج مستقر ، يمكن استخدام المثبتات حدودي وخطي. غالبًا ما يتم تصنيعها على نوع الدائرة المحلية الصغيرة أو نوع أجنبي L78xx ، L79xx.
يتيح لك المحول الخطي LM317 تثبيت أي قيمة للجهد ، فهو قابل للتعديل حتى 37 فولت ، ويمكنك جعل أبسط مصدر طاقة منظم على أساسه.
إذا كنت بحاجة إلى تقليل الجهد الكهربائي قليلاً وتثبيته ، فلن تعمل الدوائر المتكاملة الموصوفة. بالنسبة لهم للعمل ، يجب أن يكون هناك اختلاف في ترتيب 2V أو أكثر. لهذا ، يتم إنشاء مثبتات LDO (انخفاض التسرب).يكمن الاختلاف في حقيقة أنه من أجل تحقيق الاستقرار في الجهد الناتج ، فمن الضروري أن يتجاوز الجهد المدخلات من قيمة 1V. مثال على هذا المثبت هو AMS1117 ، المتوفر في الإصدارات من 1.2 إلى 5V ، وغالبًا ما يستخدمون إصدارات 5 و 3.3 V ، على سبيل المثال في لوحات اردوينو وأكثر من ذلك بكثير.
تصميم جميع المثبتات الخطية الموضحة أعلاه من النوع المتسلسل لها عيب كبير - كفاءة منخفضة. كلما زاد الفرق بين المدخلات والمخرجات الجهد ، وانخفاض ذلك. إنه ببساطة "يحرق" الجهد الزائد ، يترجمه إلى حرارة ، وفقدان الطاقة يساوي:
الخسارة = (Uin-Uout) * أنا
تنتج شركة AMTECH نظير PWM لمحولات L78xx ، وهي تعمل على مبدأ تعديل عرض النبضة وكفاءتها دائمًا أكثر من 90٪.
انهم ببساطة تشغيل وإيقاف الجهد مع تردد يصل إلى 300 كيلو هرتز (تموج هو الحد الأدنى). واستقر الجهد الحالي في المستوى الصحيح. ودائرة التبديل يشبه النظير الخطي.
كيفية زيادة الجهد المستمر؟
لزيادة الجهد إنتاج محولات الجهد النبض. يمكن تضمينها في التعزيز (دفعة) ، و (باك) (باك) ، وخطة تعزيز باك (دفعة باك). دعونا نلقي نظرة على عدد قليل من الممثلين:
1. المجلس على أساس رقاقة XL6009
2. اللوحة المستندة إلى LM2577 ، تعمل على زيادة وخفض جهد الخرج.
3. لوحة المحول على FP6291 مناسبة لتجميع مزود طاقة 5 فولت ، على سبيل المثال powerbank. عن طريق ضبط قيم المقاومات ، يمكن ضبطه على الفولتية الأخرى ، مثل أي محول آخر مماثل - تحتاج إلى ضبط دوائر التغذية المرتدة.
4. المجلس على أساس MT3608
يتم توقيع كل شيء على السبورة هنا - منصة لحام المدخلات - في والإخراج - الفولتية خارج. يمكن أن تحتوي الألواح على ضبط لجهد الخرج ، وفي بعض الحالات ، حدود التيار ، مما يجعل من الممكن توفير مصدر طاقة فعال وفعال للمختبر. معظم المحولات ، سواء الخطية والنبضية ، دليل على ماس كهربائى.
كيفية زيادة التيار المتردد؟
لضبط جهد التيار المتردد ، يتم استخدام طريقتين رئيسيتين:
1. محول السيارات ؛
2. المحول.
محول السيارات - هذا هو محث لف واحد. يحتوي الملف على نقرة من عدد معين من المنعطفات ، لذلك عن طريق الاتصال بين أحد نهايات اللف والحنفية ، في نهايات اللف تحصل على زيادة في الجهد عدة مرات مثل إجمالي عدد المنعطفات وعدد اللفات قبل النقر.
تنتج الصناعة LATRs - المحولات الآلية المخبرية ، والأجهزة الكهروميكانيكية الخاصة لتنظيم الجهد. وجدوا تطبيق واسع جدا في تطوير الأجهزة الإلكترونية وإصلاح إمدادات الطاقة. يتم تحقيق الضبط من خلال ملامسة الفرشاة المنزلقة التي يتم توصيل الجهاز بالطاقة بها.
عيب هذه الأجهزة هو عدم وجود العزلة كلفاني. هذا يعني أن الجهد العالي يمكن أن يتحول بسهولة عند أطراف الخرج ، وبالتالي خطر الصدمة الكهربائية.
محول - هذه هي الطريقة الكلاسيكية لتغيير حجم الجهد. هناك عزل كلفاني عن الشبكة ، مما يزيد من سلامة هذه المنشآت. يعتمد حجم الجهد على الملف الثانوي على الجهد على اللف الأولي ونسبة التحويل.
Uvt = Uperv * Ktr
Ktr = N1 / N2
وجهة نظر منفصلة هي محولات النبض. أنها تعمل على ترددات عالية من عشرات ومئات كيلو هرتز. يتم استخدامها في الغالبية العظمى من التبديل إمدادات الطاقة ، على سبيل المثال:
-
شاحن هاتفك الذكي
-
امدادات الطاقة المحمول.
-
امدادات الطاقة الكمبيوتر.
نظرًا للعمل في التردد العالي ، يتم تقليل الأبعاد الكلية ، فهي أقل بعدة مرات من محولات الشبكة (50/60 هرتز) ، وعدد مرات دوران اللفات ، وبالتالي ، السعر.أتاح الانتقال إلى تبديل إمدادات الطاقة تقليل أبعاد ووزن جميع الإلكترونيات الحديثة وتقليل استهلاكها عن طريق زيادة الكفاءة (في دوائر النبض ، 70-98٪).
غالبًا ما توجد المحولات الإلكترونية في المتاجر ، ويتم تطبيق جهد الشبكة 220 فولت على مدخلاتها ، وعلى سبيل المثال يتم إنتاج 12 فولت عند خرج تيار تناوب عالي التردد. جسر الصمام الثنائي من الثنائيات عالية السرعة.
من الداخل يوجد محول للنبض أو مفاتيح ترانزيستور أو برنامج تشغيل أو دائرة ذاتية التذبذب ، كما هو موضح أدناه.
المزايا - بساطة الدائرة ، العزلة الكلفانية وصغر الحجم.
العيوب - معظم الطرز المعروضة للبيع تحتوي على تعقيبات حالية ، مما يعني أنه بدون تحميل مع الحد الأدنى من الطاقة (المشار إليها في مواصفات جهاز معين) لن يتم تشغيله ببساطة. تم تجهيز الحالات الفردية بالفعل بأنظمة تشغيل للجهد وخمول دون أي مشاكل.
غالبًا ما يتم استخدامها لتشغيل مصابيح الهالوجين 12V ، على سبيل المثال الأضواء من السقف المعلق.
استنتاج
نظرنا إلى المعلومات الأساسية حول الجهد وقياسه وضبطه. تتيح لك قاعدة العناصر الحديثة ومجموعة متنوعة من الوحدات والمحولات الجاهزة إمكانية تنفيذ أي مصادر طاقة بخصائص الإخراج الضرورية. يمكنك كتابة مقالة منفصلة بمزيد من التفاصيل حول كل طريقة من الطرق ، وفي غضون ذلك ، حاولت أن أضمن المعلومات الأساسية اللازمة للاختيار السريع للحل المناسب لك.
انظر أيضا في electro-ar.tomathouse.com
: