Što je djelitelj napona i kako ga izračunati?

Proračunska opcija za pretvaranje glavnih parametara električne struje su djelitelji napona. Takav uređaj je lako napraviti sami, ali da biste to učinili, morate znati svrhu, primjenu, princip rada i primjere izračuna.

Namjena i primjena

Za pretvaranje izmjeničnog napona koristi se transformator, zahvaljujući kojem se može održati dovoljno visoka vrijednost struje. Ako je potrebno na električni krug spojiti opterećenje koje troši malu struju (do stotine mA), tada nije preporučljiva uporaba naponskog transformatora (U).

U tim slučajevima možete koristiti najjednostavniji djelitelj napona (DN), čija je cijena mnogo niža. Nakon dobivanja tražene vrijednosti, U se izravnava i napajanje se dovodi do potrošača. Ako je potrebno, za povećanje struje (I), trebate koristiti izlazni stupanj za povećanje snage.Osim toga, postoje djelitelji i konstanta U, ali ti se modeli koriste rjeđe od ostalih.

DN se često koriste za punjenje raznih uređaja u kojima je potrebno dobiti niže vrijednosti U i struje od 220 V za različite vrste baterija. Osim toga, preporučljivo je koristiti uređaje za podjelu U za izradu električnih mjernih instrumenata, računalne opreme, kao i laboratorijskih impulsnih i običnih izvora napajanja.

Princip rada

Razdjelnik napona (DN) je uređaj u kojem su izlaz i ulaz U međusobno povezani pomoću koeficijenta prijenosa. Koeficijent prijenosa je omjer vrijednosti U na izlazu i na ulazu djelitelja. Krug djelitelja napona je jednostavan i predstavlja lanac od dva serijski spojena potrošača - radio elemenata (otpornici, kondenzatori ili prigušnice). Razlikuju se po izvedbi.

Izmjenična struja ima takve glavne veličine: napon, struju, otpor, induktivitet (L) i kapacitet (C). Formule za izračun osnovnih količina električne energije (U, I, R, C, L) kada su potrošači spojeni u seriju:

1. Vrijednosti otpora se zbrajaju;
2. Naprezanja se zbrajaju;
3. Struja će se izračunati prema Ohmovom zakonu za dio kruga: I = U / R;
4. Induktivnosti se zbrajaju;
5. Kapacitet cijelog lanca kondenzatora: C = (C1 * C2 * .. * Cn) / (C1 + C2 + .. + Cn).

Za izradu jednostavnog otpornika DN koristi se princip serijski spojenih otpornika. Konvencionalno, shema se može podijeliti na 2 ramena. Prvo rame je gornje i nalazi se između ulaza i nulte točke DN-a, a drugo je donje, a izlaz U se uklanja iz njega.

Zbroj U na tim krakovima jednak je rezultirajućoj vrijednosti dolaznog U. Postoje linearni i nelinearni tipovi RP-ova. Linearni uređaji uključuju uređaje s izlazom U, koji linearno varira ovisno o ulaznoj vrijednosti. Koriste se za postavljanje željenog U u raznim dijelovima krugova. Nelinearni se koriste u funkcionalnim potenciometrima. Njihov otpor može biti aktivan, reaktivan i kapacitivni.

Osim toga, DN može biti i kapacitivan. Koristi lanac od 2 kondenzatora koji su spojeni u seriju.

Njegov princip rada temelji se na reaktivnoj komponenti otpora kondenzatora u strujnom krugu s promjenjivom komponentom. Kondenzator ima ne samo kapacitivne karakteristike, već i otpor Xc. Ovaj otpor se naziva kapacitivnim, ovisi o frekvenciji struje i određuje se formulom: Xc = (1 / C) * w = w / C, gdje je w ciklička frekvencija, C je vrijednost kondenzatora .

Ciklična frekvencija se izračunava po formuli: w = 2 * PI * f, gdje je PI = 3,1416, a f je frekvencija izmjenične struje.

Kondenzatorski ili kapacitivni tip omogućuje primanje relativno velikih struja nego kod otpornih uređaja. Ima široku primjenu u visokonaponskim krugovima, u kojima se vrijednost U mora smanjiti nekoliko puta. Osim toga, ima značajnu prednost - ne pregrijava se.

Induktivni tip DN temelji se na principu elektromagnetske indukcije u strujnim krugovima s promjenjivom komponentom. Kroz solenoid teče struja čiji otpor ovisi o L i naziva se induktivnim. Njegova je vrijednost izravno proporcionalna frekvenciji izmjenične struje: Xl \u003d w * L, gdje je L vrijednost induktiviteta kruga ili zavojnice.

Induktivni DN radi samo u krugovima sa strujom, koja ima promjenjivu komponentu i ima induktivni otpor (Xl).

Prednosti i nedostatci

Glavni nedostaci otpornog DN-a su nemogućnost njegove uporabe u visokofrekventnim krugovima, značajan pad napona na otpornicima i smanjenje snage. U nekim je krugovima potrebno odabrati snagu otpora, jer dolazi do značajnog zagrijavanja.

U većini slučajeva, krugovi izmjenične struje koriste DN s aktivnim opterećenjem (otporni), ali uz korištenje kompenzacijskih kondenzatora spojenih paralelno na svaki od otpornika. Ovaj pristup vam omogućuje smanjenje topline, ali ne uklanja glavni nedostatak, a to je gubitak snage. Prednost je uporaba u istosmjernim krugovima.

Kako bi se uklonio gubitak snage na otpornom DN, aktivne elemente (otpornike) treba zamijeniti kapacitivnim. Kapacitivni element u odnosu na otporni DN ima niz prednosti:

1. Koristi se u krugovima izmjenične struje;
2. Nema pregrijavanja;
3. Gubitak snage je smanjen, budući da kondenzator nema, za razliku od otpornika, snagu;
4. Moguća je primjena u izvorima visokog napona;
5. Visok faktor učinkovitosti (COP);
6. Manji gubitak na I.

Nedostatak je što se ne može koristiti u krugovima s konstantnim U. To je zbog činjenice da kondenzator u istosmjernim krugovima nema kapacitet, već djeluje samo kao kapacitivnost.

Induktivni DN u krugovima s promjenjivom komponentom također ima niz prednosti, ali se može koristiti i u krugovima s konstantnom vrijednošću U.Induktor ima otpor, ali zbog induktivnosti ova opcija nije prikladna, jer postoji značajan pad U. Glavne prednosti u odnosu na otporni tip DN:

1. Primjena u mrežama s varijablom U;
2. Lagano zagrijavanje elemenata;
3. Manji gubitak snage u AC krugovima;
4. Relativno visoka učinkovitost (veća od kapacitivnog);
5. Upotreba u visokopreciznoj mjernoj opremi;
6. Ima manju grešku;
7. Opterećenje spojeno na izlaz razdjelnika ne utječe na omjer podjele;
8. Gubitak struje manji je od onog kod kapacitivnih razdjelnika.

Nedostaci uključuju sljedeće:

1. Korištenje konstantnog U u energetskim mrežama dovodi do značajnih gubitaka struje. Osim toga, napon naglo pada zbog potrošnje električne energije za induktivitet.
2. Izlazni signal u frekvencijskom odzivu (bez korištenja ispravljačkog mosta i filtera) se mijenja.
3. Nije primjenjivo na strujne krugove visokog napona.

Proračun djelitelja napona na otpornicima, kondenzatorima i induktivitetima

Nakon što odaberete vrstu djelitelja napona za izračun, morate koristiti formule. Ako je izračun netočan, sam uređaj, izlazni stupanj za pojačavanje struje i potrošač mogu izgorjeti. Posljedice netočnih proračuna mogu biti još gore od kvara radio komponenti: požar kao posljedica kratkog spoja, kao i strujni udar.

Prilikom izračuna i sastavljanja kruga morate se strogo pridržavati sigurnosnih pravila, provjeriti uređaj prije nego što ga uključite za ispravnu montažu i ne testirajte ga u vlažnoj prostoriji (povećava se vjerojatnost električnog udara). Glavni zakon korišten u izračunima je Ohmov zakon za dio kruga.Njegova formulacija je sljedeća: jačina struje izravno je proporcionalna naponu u dijelu kruga i obrnuto proporcionalna otporu ovog odjeljka. Unos formule izgleda ovako: I = U / R.

Algoritam za izračun djelitelja napona na otpornicima:

1. Ukupni napon: Upit \u003d U1 + U2, gdje su U1 i U2 vrijednosti U na svakom od otpornika.
2. Naponi otpornika: U1 = I * R1 i U2 = I * R2.
3. Upit \u003d I * (R1 + R2).
4. Struja bez opterećenja: I = U / (R1 + R2).
5. U pad na svakom od otpornika: U1 = (R1 / (R1 + R2)) * Upit i U2 = (R2 / (R1 + R2)) * Upit.

Vrijednosti R1 i R2 trebaju biti 2 puta manje od otpora opterećenja.

Da biste izračunali djelitelj napona na kondenzatorima, možete koristiti formule: U1 = (C1 / (C1 + C2)) * Upit i U2 = (C2 / (C1 + C2)) * Upit.

Formule za izračun DN na induktivitetima su slične: U1 = (L1 / (L1 + L2)) * Upit i U2 = (L2 / (L1 + L2)) * Upit.

Razdjelnici se u većini slučajeva koriste s diodnim mostom i zener diodom. Zener dioda je poluvodički uređaj koji djeluje kao stabilizator U. Diode treba odabrati s obrnutim U višim od dopuštenog u ovom krugu. Zener dioda se odabire prema referentnoj knjizi za potrebnu vrijednost stabilizacijskog napona. Osim toga, u krug ispred njega mora biti uključen otpornik, jer će bez njega poluvodički uređaj izgorjeti.

Slični članci: