Как понизить переменное напряжение: Уменьшить напряжение на выходе. Что такое напряжение, как понизить и повысить напряжение

Содержание

Узнаем как понизить напряжение: способы и приборы

Нужно знать, как понизить напряжение в цепи, чтобы не повредить электрические приборы. Всем известно, что к домам подходит два провода – ноль и фаза. Это называется однофазной сетью. Трехфазная крайне редко используется в частном секторе и многоквартирных домах. Необходимости в ней просто нет, так как вся бытовая техника питается от сети переменного однофазного тока. Но вот в самой технике требуется делать преобразования – понижать переменное напряжение, преобразовывать его в постоянное, изменять амплитуду и прочие характеристики. Именно эти моменты и нужно рассмотреть.

Снижение напряжения с помощью трансформаторов

Самый простой способ – это использовать трансформатор пониженного напряжения, который совершает преобразования. Первичная обмотка содержит большее число витков, чем вторичная. Если есть необходимость снизить напряжение вдвое или втрое, вторичную обмотку можно и не использовать. Первичная обмотка трансформатора используется в качестве индуктивного делителя (если от нее имеются отводы). В бытовой технике используются трансформаторы, со вторичных обмоток которых снимается напряжение 5, 12 или 24 Вольта.

Это наиболее часто используемые значения в современной бытовой технике. 20-30 лет назад большая часть техники питалась напряжением в 9 Вольт. А ламповые телевизоры и усилители требовали наличия постоянного напряжения 150-250 В и переменного для нитей накала 6,3 (некоторые лампы питались от 12,6 В). Поэтому вторичная обмотка трансформаторов содержала такое же количество витков, как и первичная. В современной технике все чаще используются инверторные блоки питания (как на компьютерных БП), в их конструкцию входит трансформатор повышающего типа, он имеет очень маленькие габариты.

Делитель напряжения на индуктивностях

Индуктивность – это катушка, намотанная медным (как правило) проводом на металлическом или ферромагнитном сердечнике. Трансформатор – это один из видов индуктивности. Если от середины первичной обмотки сделать отвод, то между ним и крайними выводами будет равное напряжение. И оно будет равно половине напряжения питания. Но это в том случае, если сам трансформатор рассчитан на работу именно с таким питающим напряжением.

Но можно использовать несколько катушек (для примера можно взять две), соединить их последовательно и включить в сеть переменного тока. Зная значения индуктивностей, несложно произвести расчет падения на каждой из них:

  1. U(L1) = U1 * (L1 / (L1 + L2)).
  2. U(L2) = U1 * (L2 / (L1 + L2)).

В этих формулах L1 и L2 – индуктивности первой и второй катушек, U1 – напряжение питающей сети в Вольтах, U(L1) и U(L2) – падение напряжения на первой и второй индуктивностях соответственно. Схема такого делителя широко применяется в цепях измерительных устройств.

Делитель на конденсаторах

Очень популярная схема, используется для снижения значения питающей сети переменного тока. Применять ее в цепях постоянного тока нельзя, так как конденсатор, по теореме Кирхгофа, в цепи постоянного тока – это разрыв. Другими словами, ток по нему протекать не будет. Но зато при работе в цепи переменного тока конденсатор обладает реактивным сопротивлением, которое и способно погасить напряжение. Схема делителя похожа на ту, которая была описана выше, но вместо индуктивностей используются конденсаторы. Расчет производится по следующим формулам:

  1. Реактивное сопротивление конденсатора: Х(С) = 1 / (2 * 3,14 *f * C).
  2. Падение напряжения на С1: U(C1) = (C2 * U) / (C1 + C2).
  3. Падение напряжения на С2: U(C1) = (C1 * U) / (C1 + C2).

Здесь С1 и С2 – емкости конденсаторов, U – напряжение в питающей сети, f – частота тока.

Делитель на резисторах

Схема во многом похожа на предыдущие, но используются постоянные резисторы. Методика расчета такого делителя немного отличается от приведенных выше. Использоваться схема может как в цепях переменного, так и постоянного тока. Можно сказать, что она универсальная. С ее помощью можно собрать понижающий преобразователь напряжения. Расчет падения на каждом резисторе производится по следующим формулам:

  1. U(R1) = (R1 * U) / (R1 + R2).
  2. U(R2) = (R2 * U) / (R1 + R2).

Нужно отметить один нюанс: величина сопротивления нагрузки должна быть на 1-2 порядка меньше, чем у делительных резисторов. В противном случае точность расчета будет очень грубая.

Практическая схема блока питания: трансформатор

Для выбора питающего трансформатора вам потребуется знать несколько основных данных:

  1. Мощность потребителей, которые нужно подключать.
  2. Значение напряжения питающей сети.
  3. Значение необходимого напряжения во вторичной обмотке.

Чтобы рассчитать число витков в первичной обмотке, вам нужно 50 разделить на площадь сечения сердечника. Сечение вычисляется по формуле:

S = 1,2 * √P1.

А мощность Р1 = Р2 / КПД. Коэффициент полезного действия трансформатора никогда не будет более 0,8 (или 80%). Поэтому при расчете берется максимальное значение – 0,8.

Мощность во вторичной обмотке:

Р2 = U2 * I2.

Эти данные известны по умолчанию, поэтому произвести расчет не составит труда. Вот как понизить напряжение до 12 вольт, используя трансформатор. Но это не все: бытовая техника питается постоянным током, а на выходе вторичной обмотки — переменный. Потребуется совершить еще несколько преобразований.

Схема блока питания: выпрямитель и фильтр

Далее идет преобразование переменного тока в постоянный. Для этого используются полупроводниковые диоды или сборки. Самый простой тип выпрямителя состоит из одного диода. Называется он однополупериодный. Но максимальное распространение получила мостовая схема, которая позволяет не просто выпрямить переменный ток, но и избавиться максимально от пульсаций. Но такая схема преобразователя все равно неполная, так как от переменной составляющей одними полупроводниковыми диодами не избавиться. А понижающие трансформаторы напряжения 220 В способны преобразовать переменное напряжение в такое же по частоте, но с меньшим значением.

Электролитические конденсаторы используются в блоках питания в качестве фильтров. По теореме Кирхгофа, такой конденсатор в цепи переменного тока является проводником, а при работе с постоянным — разрывом. Поэтому постоянная составляющая будет протекать беспрепятственно, а переменная замкнется сама на себя, следовательно, не пройдет дальше этого фильтра. Простота и надежность – это именно то, что характеризует такие фильтры. Также могут применяться сопротивления и индуктивности для сглаживания пульсаций. Подобные конструкции используются даже в автомобильных генераторах.

Стабилизация напряжения

Вы узнали, как понизить напряжение до нужного уровня. Теперь его нужно стабилизировать. Для этого используются специальные приборы – стабилитроны, которые изготовлены из полупроводниковых компонентов. Они устанавливаются на выходе блока питания постоянного тока. Принцип работы заключается в том, что полупроводник способен пропустить определенное напряжение, излишек преобразуется в тепло и отдается посредством радиатора в атмосферу. Другими словами, если на выходе БП 15 вольт, а установлен стабилизатор на 12 В, то он пропустит именно столько, сколько нужно. А разница в 3 В пойдет на нагрев элемента (закон сохранения энергии действует).

Заключение

Совершенно другая конструкция – это стабилизатор напряжения понижающий, он делает несколько преобразований. Сначала напряжение сети преобразуется в постоянное с большой частотой (до 50 000 Гц). Оно стабилизируется и подается на импульсный трансформатор. Далее происходит обратное преобразование до рабочего напряжения (сетевого или меньшего по значению). Благодаря использованию электронных ключей (тиристоров) постоянное напряжение преобразуется в переменное с необходимой частотой (в сетях нашей страны — 50 Гц).

Лучший подход к снижению 220 В переменного тока до 160 В переменного тока?

1) Могу поспорить, что вы не найдете ничего, так как нет популярных приложений для 160V. НО — вы можете найти переменный трансформатор, обычно типа автотрансформатора (вариак), который можно просто набрать на нужное вам напряжение.

2) Резисторам все равно, они работают как на переменном, так и на постоянном токе. Но делитель напряжения тратит много энергии. Речь идет не просто о том, чтобы тратить энергию на бессмысленные высокоэффективные светодиоды. Когда мы говорим об уровнях мощности в сети, это означает, что эта «простая неэффективность» может оказаться настолько большой, что резисторы сгорят и взорвутся. Плюс, это смехотворно сложно контролировать, потому что напряжение меняется при подключении / отключении вещей. Итог: не делайте этого, он достаточно хорошо работает только для контроля мельчайших токов.

3) Есть много других подходов, но, честно говоря, в вашем случае возможен только вариационный подход. Например: вы могли бы попробовать симисторный диммер, но светодиоды, как правило, несовместимы с диммером, если не указано иное (их блоки питания с питанием от конденсатора в любом случае получают пиковое напряжение, поэтому диммер не работает).

Итак: начните искать вариак соответствующего размера (не менее 12 Вт и больше примерно в 2 раза, а не в 100 раз). Они обычно довольно дорогие из-за всей меди, но они просто работают. Только не забывайте следить за настройкой набора, если вы установите его на 100%, выход будет 220 В, и ваши светодиоды, вероятно, не выживут. Попробуйте сначала использовать лампу накаливания ~ 12 Вт 220 В (или две последовательно соединенные лампочки 110 В), чтобы понять, как она работает. Обычно я рекомендую вам работать на дешевых лампах одинаковой мощности и переходить на светодиоды только тогда, когда вас устраивает ваш диммер / контроллер.

Предостережение: большинство американских домов имеют доступ на 220 В, их просто называют «розетка сушилки» или «розетка котла» и используют, как следует из названия, для самых больших нагрузок в доме. Если вы можете получить доступ к такой розетке, вам не нужен дешевый шаг вверх. С другой стороны, вы можете найти вариака, который делает шаг или может работать в режиме повышения, это также стоит посмотреть.

    

Как работает преобразователь напряжения? Виды, мощность, схемы

В этой статье рассматриваются электросхемы преобразователей напряжения, назначение и принцип работы оборудования. Также здесь объясняется, какие бывают устройства, даются рекомендации по их выбору, указываются ключевые характеристики.

Принцип работы преобразователей напряжения

Преобразователи представляют собой устройства, предназначенные для преобразования входного напряжения. Они могут повышать или понижать его, преобразовывать постоянный электроток в переменный и наоборот. Соответственно, принцип функционирования оборудования зависит от его типа. Существуют следующие основные разновидности устройств.

Преобразователи постоянного напряжения в постоянное

Они также называются DC/DC‑конвертеры. Применяются в вычислительной аппаратуре, средствах связи, схемах управления и автоматики. Обеспечивают снижение или повышение напряжения от источника электропитания (например, аккумуляторов или гальванических элементов) до нужного для питания нагрузки значения. Некоторые модели также могут инвертировать сигнал для получения напряжения с обратной полярностью. Электросхема конвертеров обычно включает такие элементы, как входной фильтр, конденсатор, катушки индуктивности, ключевого транзистора или тиристора, диода. Управление ключом осуществляется с помощью ШИМ. Ниже представлена функциональная схема повышающего преобразователя.

В категорию DC/DC‑конвертеров входят высоковольтные преобразователи. Они используются для нагрузок с малыми потребляемыми токами, которые не требуют значительной мощности источника электропитания. К ним относятся, например, счетчики радиационных излучений, ионизаторы воздуха, аноды электроннолучевых трубок в осциллографах.

Большинство современных ДС/ДС‑преобразователей имеет гальваническую развязку. В таких устройствах входные и выходные электроцепи разделены изоляционным барьером. Это решение позволяет защитить людей и подключаемую нагрузку от аварийного повышения напряжения на входе, а также улучшает помехозащищенность конвертера.

Преобразователи переменного напряжения в постоянное (выпрямители)

AC/DC‑преобразователи применяются для преобразования переменного напряжения (например, стандартного напряжения бытовых или промышленных электросетей 220/380 В) в стабилизированное постоянное напряжение. Устройства широко применяются в промышленной автоматизации, изготовлении источников питания, телекоммуникациях, на транспорте, в гальванике, энергосиловых установках, сварочных аппаратах. В зависимости от используемых силовых ключей, выпрямители бывают:

1. Тиристорными. Они состоят, как правило, из таких основных компонентов:

  • трансформатор. Необходим для понижения/повышения напряжения, а также гальванической развязки выпрямителя от электросети;
  • тиристорный мост (вентильная группа). Предназначен для преобразования переменного электротока в постоянный и регулирования (стабилизации) параметров выпрямленного тока, вне зависимости от колебаний напряжения на входе;
  • блок управления вентильной группой;
  • емкостной, индуктивный или комбинированный фильтр (LC-фильтр). Предназначен для сглаживания пульсаций выходных параметров.

2. Транзисторными. В состав таких выпрямителей входят следующие элементы:

  • входной LC-фильтр. Необходим для защиты питающей сети от помех, создаваемых выпрямителем;
  • диодный мост;
  • ВЧ-преобразователь. Предназначен для преобразования постоянного тока в высокочастотный импульсный и регулирования (стабилизации) параметров выпрямленного тока, вне зависимости от колебаний входного напряжения;
  • ВЧ-трансформатор. Предназначен для понижения/повышения напряжения импульсного тока;
  • диодный или транзисторный выпрямительный мост. Предназначен для преобразования высокочастотного импульсного тока в постоянный;
  • блок управления;
  • выходной LC-фильтр.

Преобразователи постоянного напряжения в переменное

Эти устройства называют DC/AC‑инверторами. Они могут применяться как отдельная аппаратура или входить в состав источников бесперебойного питания и систем преобразования электроэнергии. Формирование переменного напряжения осуществляется с помощью транзисторов и ШИМ. Периодическое высокочастотное открывание/закрывание транзисторов в электросхеме обеспечивает изменение направление движения тока и получение синусоиды.

Важно не только то, как работает инвертор напряжения, но и какую топологию формирования синусоидального сигнала он использует. Есть два основных варианта:

Топология «полумост» со сквозной нейтралью. Она отличается минимальным количеством силовых транзисторов и достаточно простой схемой. К недостаткам относится необходимость применения двухполярного источника электропитания, удвоенное число высоковольтных конденсаторов. Этот вариант используют обычно для не очень мощных нагрузок (0,5-1 кВт).

Мостовая топология. Наиболее распространенная схема в силовых преобразователях. Характеризуется повышенной надежностью, не требует большой входной емкости, обеспечивает минимальные пульсации на транзисторах. К недостаткам относится повышенная сложность драйверов и увеличенное число транзисторов.

Критерии выбора и расчет инвертора напряжения

Важнейшие характеристики инвертора:

  • частота преобразователя напряжения и форма напряжения. Желательно приобрести аппарат, который выдает чистый синусоидальный сигнал. К такому преобразователю можно подключать даже высокочувствительное оборудование;
  • номинальная мощность. Она должна быть выше, чем суммарная нагрузка всех подключенных потребителей;
  • максимальная пиковая мощность. Это значение определяет, какую наибольшую нагрузку выдержит устройство при подключении техники с малым значением коэффициента cos ф. К такому оборудованию относятся электродвигатели, насосы, компрессоры;
  • значение входного/выходного напряжения и силы электротока.

Чтобы выполнить расчет необходимой мощности DC/AC преобразователя, необходимо:

  1. Сложить мощность, потребляемую подключаемым оборудованием. Ее берут из паспортных данных на технику. Например, холодильник — 200 Вт, стиральная машина — 1500 Вт, пылесос — 1000 Вт. Итого в сумме: 200 + 1500 + 1000 = 2700 Вт.
  2. Учесть пиковую нагрузку. Для этого полученную сумму умножаем на коэффициент 1,3 (для рассматриваемого примера: 2700*1,3 = 3510 Вт).
  3. Учесть коэффициент cos ф для получения результата в вольт-амперах. Его значение для разного оборудования варьируется в пределах 0,60…0,99. Для расчета лучше принять минимальную величину. 3510/0,6 = 5850 ВА ≈ 6 кВА. Именно на это значение следует ориентироваться при выборе инвертора.

Заключение

В статье были рассмотрены основные разновидности преобразователей напряжения, особенности их работы и сферы применения. Также были приведены типовые электросхемы преобразователей напряжения и описаны критерии выбора DC/AC инверторов.

Как понизить переменное напряжение с помощью конденсаторов. Делитель напряжения на резисторах, конденсаторах и индуктивностях

Nabi , маленький недочёт в схеме: при включении этой схемы в сеть в ненулевой период времени (ух, как вумно я ругнулся… Сам испугался… В общем, при напряжении сети, далёком от нуля), зарядный ток конденсатора может превысить всякие разумные пределы и утащить на тот свет диоды моста. Поэтому, кроме разрядного резистора надо ставить последовательно с конденсатором ещё и зарядный резистор (единицы — десятки Ом, в зависимости от максимально допустимого тока диодов).
Технику безопасности при работе с высоким (до 1000 В) напряжением в этой схеме надо соблюдать в любом случае: конструкция имеет гальванический контакт с сетью , поэтому 24 В на выходе выпрямителя совсем не означает 24 В на цепи сеть — элементы конструкции — тело — земля!

Хе… Тонкий намёк понятен. Вопросик не лишён смысла, тем более, что автор наверняка не собирается держать релюхи ПОСТОЯННО включенными на выходе этого ограничителя, наверняка они будут коммутироваться какими-то внешними цепями (иначе — какой смысл?). Если одновременно обе, и по цепи 220 В — всё норм, а если непосредственно обмотки, и каждая — отдельно? Тогда, включение только одного реле «сбросит» напряжение только до 48 В (при условии, что сопротивление обмоток одинаково), а это несколько… Многовато, мягко говоря. Частично проблему можно решить установкой стабилитрона на выходе выпрямителя (непосредственно, поскольку роль токоограничительного резистора УЖЕ выполняет конденсатор), однако опять же проблемко: таки, при полностью отключенных обмотках реле весь ток будет проходить через этот стабилитрон. А значит, выделяемая на нём мощность составит 24*0,3=7,2 Вт. Нехилый кипятильничек получается.

Таки, да, самый разумный выход — просто взять подобные же релюхи на напряжение 220 В.

Ну, и варианты использования классических БП разного рода занимают почётное 3 место, не выбывая из рейтинга только потому, что не описано управление этими самыми реле. Так, если схема управления будет кормиться с того же стола, с которого планируется добыть питание на реле, варианты использования классических БП (трансформаторных или импульсных) с треском вырываются с почётного третьего на так себе первое место. Тем более, если планируются какие-либо ручные органы управления или контакт с какой-то контролируемой средой — гальваническая развязка с сетью становится совершенно необходимой.

Если у Вас когда нибудь возникала задача понизить напряжение до какого либо уровня, например с 220 Вольт то 12В, то это статья для Вас.

Есть масса способов это сделать подручными материалами. В нашем случае мы будем использовать одну деталь — ёмкость.

В принципе мы можем использовать и обычное сопротивление, но в этом случае, у нас возникнет проблема перегрева данной детали, а там и до пожара недалеко.

В случае, когда в виде понижающего элемента используется ёмкость, ситуация другая.

Ёмкость, включенная в цепь переменного тока обладает (в идеале) только реактивным сопротивлением, значение котрого находится по общеизвестной формуле.

Кроме этого в нашу цепь мы включаем какую то нагрузку (лампочку, дрель, стиральную машину), которая обладает тоже каким то сопротивлением R

Таким образом общее сопротивление цепи будет находиться как

Наша цепь последовательна, а следовательно общее напряжение цепи есть сумма напряжений на конденсаторе и на нагрузке

По закону ома, вычислим ток, протекающий в этой цепи.

Как видите легко зная параметры цепи, вычислить недостающие значения.

А вспомнив как вычисляется мощность легко рассчитывать параметры конденсатора основываясь на потребляемую мощность нагрузки.

Учитывайте что в такой схеме нельзя использовать полярные конденсаторы то есть такие что включаются в электронную схему в строгом соответствии с указанной полярностью.

Кроме этого необходимо учитывать и частоту сети f . И если у нас в России частота 50Гц, то например в Америке частота 60Гц. Это тоже влияет на окончательне расчеты.

Примеры расчета

Необходимо запитать лампочку мощностью 36Вт, рассчитанное на напряжение 12В. Какая ёмкость понижающего конденсатора тут необходима?

Если речь идет об электрических сетях в России, то входное напряжение 220 Вольт, частота 50Гц.

Ток проходящий через лампочку равен 3 Ампера (36 делим на 12). Тогда ёмкость по вышенаписанной формуле будет равна:

Полученные параметры понижающего конденсатора

С целью получения фиксированного значения напряжения, равного доле от исходного значения, в электрических цепях применяют делители напряжения. Делители напряжения могут состоять из двух или более элементов, которыми могут служить резисторы либо реактивные сопротивления (конденсаторы или катушки индуктивности).

В простейшем виде делитель напряжения представляется парой участков электрической цепи, соединенных последовательно друг с другом, которые и называются плечами делителя. Верхним плечом называется тот участок, который расположен между точкой положительного напряжения и выбранной точкой соединения участков, а нижним плечом — участок между точкой соединения (выбранной точкой, нулевой точкой) и общим проводом.

Делители напряжения на резисторах

Конечно, делители напряжения могут применяться как в цепях постоянного тока, так и в цепях тока переменного. Делители на резисторах подходят и для тех, и для других цепей, однако используются они только в цепях низкого напряжения. Для питания устройств делители напряжения на резисторах не применяют.

В простейшем виде резистивный делитель напряжения состоит всего из , соединенных последовательно. Делимое напряжение подается на делитель, в результате на каждом резисторе падает определенная доля этого напряжения, пропорциональная номиналу резистора. Сумма падений напряжений равна здесь напряжению подаваемому на делитель.

Согласно закону Ома для участка электрической цепи, на каждом резисторе падение напряжения будет прямо пропорционально току и величине сопротивления резистора. А согласно первому правилу Кирхгофа, ток через данную цепь будет везде один и тот же. Так, на каждый резистор придутся падения напряжения:

И напряжение на концах участка цепи будет равно:

А ток в цепи делителя составит:

Теперь если подставить выражение для тока в формулы для падений напряжений на резисторах, то получим формулы для нахождения величин напряжений на каждом из резисторов делителя:

Используя делитель напряжения на резисторах для тех или иных целей, важно понимать, что присоединенная к одному из плеч делителя нагрузка, будь то измерительный прибор или что-нибудь другое, должна иметь собственное сопротивление значительно большее, чем общее сопротивление резисторов, образующих делитель. В противном случае сопротивление нагрузки само должно учитываться в расчетах, будучи рассмотрено как параллельный плечу резистор, входящий в состав делителя.

Пример: есть источник постоянного напряжения 5 вольт, необходимо подобрать к нему резисторы для делителя напряжения, чтобы снимать с делителя измерительный сигнал величиной в 2 вольта. Допустимая рассеиваемая на делителе мощность не должна превышать 0,02 Вт.

Решение: Пусть максимальная мощность, рассеиваемая на делителе, равна 0,02 Вт, тогда минимальное общее сопротивление делителя при 5 вольтах найдем из закона Ома, оно получится равно 1250 Ом. Пусть 1,47 кОм — выбранное нами общее сопротивление делителя, тогда 2 вольта упадет на 588 омах. Выберем постоянный резистор на 470 Ом и переменный на 1 кОм. Установим на переменном резисторе значение в 588 Ом.

Делители напряжения на резисторах широко применяются сегодня в электронных схемах. На этих схемах значения величин резисторов для делителей выбираются исходя из параметров активных элементов схем. Как правило, делители стоят в измерительных цепях схем, в цепях обратной связи преобразователей напряжения и т. д. Минус таких решений заключается в том, что резисторы рассеивают на себе мощность в виде тепла, однако целесообразность оправдывает эти малые потери энергии.

Делители напряжения на конденсаторах

В цепях переменного тока, в высоковольтных схемах, применяют делители напряжения на конденсаторах. Здесь используется реактивный характер сопротивления конденсаторов в цепях переменного тока. Величина реактивного сопротивления конденсатора в цепи переменного тока зависит от электроемкости конденсатора и от частоты напряжения. Вот формула для нахождения этого сопротивления:

Формула свидетельствует о том, что чем больше электроемкость конденсатора — тем его реактивное (емкостное) сопротивление меньше и чем выше частота — тем так же меньше реактивное сопротивление. Такие делители используются в измерительных схемах цепей переменного тока, падения напряжений на плечах считается аналогично случаю с постоянными активными сопротивлениями (резисторами, см. выше).

Достоинство конденсаторов, применяемых в делителях, состоит в том, что рассеивание энергии в форме тепла получается минимальным, и зависит только от качества диэлектрика.

Делитель напряжения на индуктивностях

Индуктивный делитель напряжения — еще один вид делителей, применяемых в измерительной электронике переменного тока, особенно в низковольтных схемах, работающих на высоких частотах. Сопротивление катушек для переменного тока высокой частоты носит преимущественно реактивный (индуктивный) характер, оно находится по формуле:

Формула свидетельствует о том, что чем больше индуктивность и чем выше частота — тем выше сопротивление катушки переменному току. Здесь важно понимать, что провод катушки имеет активное сопротивление, поэтому мощность, рассеиваемая в виде тепла, свойственная делителю на индуктивностях, значительно выше, чем у делителей на конденсаторах.

Андрей Повный (Google+ ,

Как снизить напряжение переменного тока

Напряжение электрической сети в России 220 вольт. Однако иногда возникают ситуации, когда для нормальной работы тех или иных электронных устройств требуется пониженное напряжение питания.

Как понизить переменное напряжение

Инструкции

Шаг 1

Большинство электроприборов, продаваемых в России, рассчитаны на напряжение питания 220 вольт. Те, что оснащены импульсными блоками питания — например, многие телевизоры и портативные компьютеры, работают при напряжении от 110 до 220 В.Однако иногда для питания устройства требуется более низкое напряжение.

Шаг 2

Используйте автотрансформатор для снижения напряжения. Можно приобрести как современные автотрансформаторы, так и поискать на рынках дешевые и достаточно надежные автотрансформаторы советского производства. Благодаря ручке регулировки можно изменять напряжение в довольно широких пределах. Помните, что мощность автотрансформатора не должна быть ниже мощности подключаемого электроприбора.

Шаг 3

Уменьшить напряжение питания ровно в два раза можно, включив в электрическую цепь мощный диод.Эта опция особенно полезна при использовании с лампочками с нитью накаливания. Установив диод, вы отсечете одну полуволну переменного тока, тем самым понизив напряжение до 110 вольт. При этом лампа будет гореть слабее, но срок ее службы значительно увеличится.

Шаг 4

Для плавного регулирования напряжения используйте тиристорный регулятор. Собрать его можно самостоятельно по одной из существующих схем. Например, вот этот:

Шаг 5

Понизить напряжение можно с помощью трансформатора, в том числе и самодельного.При уменьшении напряжения число витков вторичной обмотки должно быть меньше числа витков первичной обмотки. Для точного расчета трансформаторов используют достаточно сложные формулы, но для простого бытового трансформатора можно использовать упрощенную формулу: n = 50/S, где n — число витков на 1 вольт напряжения, S — крестовина -площадь сечения магнитопровода. При использовании для изготовления трансформатора Ш-образных пластин площадь магнитопровода определяется произведением толщины пакета пластин на ширину его среднего язычка, в сантиметрах.

Шаг 6

Можно понизить напряжение с помощью мощного гасящего резистора, но этот способ неэкономичен, так как значительная часть мощности будет рассеиваться на резисторе. Вместо демпфирующего резистора в некоторых ситуациях можно использовать лампочку накаливания, включенную последовательно в сеть. Изменяя мощность лампы накаливания, можно изменить выходное напряжение.

Линия электропередачи переменного тока при более низком напряжении

В=-N(dΦ/dt)

Электричество и магнетизм

Линия электропередачи переменного тока при более низком напряжении

Практическая деятельность для 14-16

Практический класс

Показывает основной принцип работы любого трансформатора: изменение тока в первичной обмотке вызывает э.м.ф. (напряжение) во вторичной обмотке.

Аппаратура и материалы

  • 2 В пер. источник питания (фиксированный выход) («Вестминстерский образец»)
  • Лампы 1,5 В 0,3 А в держателях, 2 шт.
  • Трансформаторы с соотношением витков 20:1 (каждый из катушек на 120 и 2400 витков, С-образных сердечников и зажима), 2
  • Мультиметр (используется как вольтметр переменного тока), 2 шт.
  • Резистор Eureka длиной 2,0 м, 28 шт., 2 шт.
  • Деревянный стержень с двумя контактами 4 мм, 2 шт.
  • соединительные провода со штекерами 4 мм, 10

Здоровье и безопасность и технические примечания

Использование источника питания с фиксированным низковольтным выходом и трансформаторов с малым коэффициентом трансформации гарантирует, что не будет создаваться опасно высокое напряжение.Убедитесь, что максимальное напряжение, которое может производить ваше оборудование, меньше примерно 40 В, умножив выходное напряжение источника питания на коэффициент трансформации трансформатора.

Убедитесь, что второй (понижающий) трансформатор правильно подключен, чтобы напряжение не повышалось дальше.

Ознакомьтесь с нашим стандартным руководством по охране труда и технике безопасности

Процедура

  1. В этом методе используются лампы низкого напряжения (1,5 В) и трансформаторы, изготовленные из стандартных лабораторных катушек.
  2. Покажите, что без трансформаторов «дальняя» лампа тусклая.
  3. Покажите, что при наличии повышающего и понижающего трансформаторов яркость двух ламп примерно одинакова.

Учебные заметки

  • В этом видеоролике показано, как установить и продемонстрировать модель линии электропередачи, напряжение в которой поддерживается на уровне ниже 40 В:

ДИОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ПАДЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

ЩЕЛКНИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПЕРЕЙТИ НА СТРАНИЦУ ИНДЕКСА
 
ДИОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ПАДЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ — ДИОДЫ ЗЕНЕРА И ВЫПРЯМИТЕЛЬ S
В.Райан © 2019
 
PDF-ФАЙЛ — НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПЕЧАТЬ РАБОЧИЙ ЛИСТ
 
ДИОДЫ В ЦЕПЯХ ПАДЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ.
 
Диоды позволяют электричеству течь только в одном направлении, но диод будет проводить электричество только тогда, когда подача достигает своего порога. Порог для обычных кремниевых диодов равен 0.6 вольт. Это хорошо видно на схеме сброса напряжения ниже.
Поскольку порог составляет 0,6 вольта, для каждого диода напряжение падает на одинаковую величину. Это свойство может быть очень полезным, если напряжение источника выше требуемого выходного напряжения.
 
На схеме ниже показано несколько цифровых мультиметров, каждый из которых подключен после диода. После каждого диода видно падение напряжения на 0,6 вольта. Таким образом, диоды можно использовать для снижения напряжения в цепи.
 
 
 
 
ДИОДЫ ЗЕНЕРА
 
Зенеровские диоды позволяют электричеству течь через них так же, как обычные диоды. Однако стабилитрон отличается тем, что он позволяет электричеству течь в противоположном направлении (обратном), когда напряжение превышает его «пороговое» значение.Это известно как «напряжение пробоя» ИЛИ «напряжение стабилитрона». Стабилитрон можно использовать как переключатель в цепи.
 
 
Схема ниже показывает работу стабилитрона. Схема светодиода слева не включает стабилитрон. При увеличении напряжения светодиод загорается как обычно, менее 3 вольт.
Однако схема справа включает стабилитрон.Диод устроен таким образом, чтобы предотвратить протекание электричества, пока напряжение не достигнет напряжения пробоя/напряжения стабилитрона диода. Затем он действует как «переключатель», позволяя электричеству течь через него, освещая светодиод.
 
 
Схема ниже имеет пять светодиодов и стабилитроны. Светодиоды загораются последовательно из-за разных номиналов резисторов.Когда каждый стабилитрон достигает своего напряжения пробоя / напряжения стабилитрона, он позволяет электричеству течь через него, освещая светодиод.
 
 
 
 
ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ
 
Двухполупериодная выпрямительная цепь — это цепь, которая преобразует входное напряжение переменного тока (переменного тока), электросети, в напряжение постоянного тока (постоянного тока).Электричество переменного тока может передаваться на большие расстояния от электростанций. Когда переменный ток преобразуется в постоянный, этот процесс называется выпрямлением. Переменный ток — это ток, который резервирует направление потока через равные промежутки времени. Процесс выпрямления гарантирует, что выходной постоянный ток течет только в одном направлении, и делает его пригодным для многих электронных устройств, которые мы используем в наших домах и с мобильными устройствами. Две схемы выпрямления, показанные ниже, ясно показывают важную роль диодов.
 
 
 
 
 
НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ УЗНАТЬ СТРАНИЦУ ЭЛЕКТРОНИКИ
 
 

Можно ли использовать резисторы для снижения напряжения?

Можно ли использовать резисторы для снижения напряжения?

Резистор обладает способностью снижать напряжение и ток при использовании в цепи.Основная функция резистора заключается в ограничении протекающего тока. Закон Ома говорит нам, что увеличение номинала резисторов приведет к уменьшению тока. Чтобы уменьшить напряжение, резисторы установлены в конфигурации, известной как «делитель напряжения ».

Можно ли использовать резистор для снижения напряжения переменного тока?

Конечно, вы можете использовать резистор с низким сопротивлением , катушку или конденсатор, включенные последовательно, в зависимости от нагрузки.

Резистор повышает напряжение?

Резистор, сам по себе , никогда не может увеличить напряжение .Он может иметь либо нулевое падение, либо некоторое падение напряжения. единственный способ увидеть более высокое напряжение на резисторе — это если на этом соединении присутствует другой источник тока с более высоким потенциалом.

Что резисторы делают с напряжением?

Резисторы гарантируют, что компоненты получают надлежащее напряжение, создавая падение напряжения , и они могут защитить компонент от скачков напряжения. … Если компонент в вашей схеме требует меньшего напряжения, чем остальная часть вашей схемы, резистор создаст падение напряжения, чтобы компонент не получал слишком много напряжения.

Насколько резистор снижает напряжение?

резистор, включенный последовательно с нагрузкой, уменьшит напряжение в зависимости от потребляемого тока . Если у вас есть 12 В и вы хотите упасть до 5 В, это означает падение на 7 В на последовательном резисторе, а если потреблять 0,5 А, то R = 7 / 0,5 или 14 Ом. Таким образом, если поставить резистор 14 Ом между 12 В и нагрузкой 0,5 А, на нагрузке будет 5 В.

Используется для снижения напряжения переменного тока?

Снижение напряжения переменного тока с помощью резисторов

Как уменьшить напряжение с 12 В до 5 В с помощью резистора?

Чтобы разделить напряжение пополам, все, что вам нужно сделать, это последовательно соединить 2 любых резистора одинакового номинала, а затем установить перемычку между резисторами . В этой точке, где установлена ​​перемычка, напряжение будет составлять половину значения напряжения, питающего цепь. 5В теперь 2,5В. VCC делится пополам.

Зачем нужен резистор для снижения напряжения?

Если источник питания подключен непосредственно к светодиоду без использования токоограничивающего резистора, вы рискуете пережечь светодиод.Токоограничивающий резистор должен быть подключен последовательно со светодиодом, чтобы уменьшить ток ниже 20 мА. Зачем использовать резистор для снижения напряжения?

Можно ли отключить резистор?

Если вы хотите попробовать запустить что-то с более высоким рекомендуемым напряжением, есть несколько способов сделать это. Самый простой — это падающий резистор. Это полезно для простых устройств, а не для более сложной электроники, которая должна использовать соответствующий регулируемый адаптер питания, чтобы получить правильное напряжение.

Есть ли способ уменьшить напряжение вдвое?

Чтобы уменьшить напряжение в два раза, мы просто формируем схему делителя напряжения между 2-мя резисторами одинакового номинала (например, 2 резистора по 10 КОм). Чтобы разделить напряжение пополам, все, что вам нужно сделать, это последовательно соединить любые 2 резистора одинакового номинала, а затем поместить перемычку между резисторами. В этой точке, где находится перемычка, напряжение …

Какой резистор мне нужен для работы светодиода на 12 вольт?

Таким образом, чтобы запустить небольшой светодиод от 12 вольт, нам нужно использовать резистор 500 Ом 1/2 Вт.Введите любое начальное напряжение, а затем необходимое напряжение и, наконец, потребляемый ток (в AMPS) в поля выше, затем нажмите РАСЧЕТ, чтобы найти другие значения.

⇐ Почему он называется Jordan 1 Banned? Якобиан и градиент — это одно и то же? ⇒
Похожие сообщения:
Генератор напряжения переменного тока

— что это такое и как он работает?

Невероятно, как электричество сделало нашу жизнь проще и удобнее.Теперь, если вы когда-нибудь задавались вопросом, как электричество может попасть в ваш дом, у нас есть регулятор напряжения переменного тока. Читайте дальше, чтобы узнать больше о генераторах переменного тока, принципах их работы и их преимуществах.

Что такое генератор переменного напряжения?

Генераторы переменного тока или генераторы переменного тока представляют собой электрические генераторы, отвечающие за преобразование механической энергии в электрическую. Генераторы переменного тока также называют генераторами переменного тока, и они работают на основе закона электромагнитной индукции Майкла Фарадея.Закон гласит, что всякий раз, когда проводник помещается в переменное магнитное поле, индуцируется электродвижущая сила или ЭДС. Эта индукционная ЭДС равна скорости изменения магнитных потокосцеплений.

ЭДС возникает, когда существует относительное изменение во времени или относительное расстояние между проводником и магнитным полем. Следовательно, и магнитное поле, и движение проводника в магнитном поле являются критическими элементами генератора.

Как работает генератор переменного напряжения?

Большинство домашних хозяйств сегодня используют переменный ток (AC) для питания.В отличие от постоянного тока (постоянный ток), переменное напряжение может быть легко преобразовано или преобразовано в более низкое или более высокое напряжение и эффективно для передачи на большие расстояния.

Генераторы переменного тока

обеспечивают важное средство для производства напряжения переменного тока. С помощью другого устройства, называемого трансформаторами, напряжение переменного тока можно легко понизить до более низкого напряжения, чтобы сделать их безопасными для домашнего или коммерческого использования с минимальными потерями мощности в процессе передачи.

Генераторы переменного тока

состоят из двух полюсов — северного и южного полюса, создающих однородное магнитное поле.Также имеется якорь, представляющий собой катушку прямоугольной формы. Катушки соединены с металлическими контактными кольцами, которые изолированы друг от друга. Между тем, эти кольца прикреплены к угольным щеткам, а другой конец щетки подключается к цепи. Прямоугольные катушки вращаются между двумя полюсами вокруг оси, перпендикулярной магнитному полю. Магнитный поток, который соединяется с якорем, постоянно изменяется, индуцируя ЭДС, которая, в свою очередь, производит электричество.

Типы генераторов переменного напряжения

Существует два основных типа генераторов переменного напряжения:

  1. Индукционный генератор

Индукционные генераторы, также известные как асинхронные генераторы, представляют собой электрические генераторы переменного тока, не требующие отдельного управления регулятором, регулятором частоты, системой возбуждения постоянного тока или регулирующим устройством.Эта концепция возникает, когда катушки проводника вращаются в магнитном поле, инициализируя как ток, так и напряжение. Асинхронные генераторы должны работать с постоянной скоростью, чтобы передавать стабильное напряжение переменного тока даже без доступной нагрузки.

  1. Генераторы синхронные

Синхронные генераторы, используемые в основном на электростанциях, обычно представляют собой генераторы переменного тока большого размера. Они бывают двух типов: вращающееся поле и вращающийся якорь. Во вращающемся якоре якорь находится на роторе, а поле — на статоре.Генератор с вращающимся полем известен своей превосходной способностью генерировать энергию и отсутствием контактных колец и щеток в его компонентах.

Преимущества генератора переменного напряжения

Генераторы напряжения переменного тока

предлагают ряд преимуществ в электротехнической промышленности, а именно:

  • Благодаря отсутствию щеток эти генераторы переменного тока, как правило, не требуют технического обслуживания.
  • Напряжение переменного тока, создаваемое генераторами переменного тока, можно легко повышать и понижать с помощью трансформаторов.
  • Из-за его впечатляющей функции повышения размер канала передачи относительно тоньше.
  • Размер генератора переменного тока относительно меньше по сравнению с генератором постоянного тока.
  • По сравнению с генераторами постоянного тока потери мощности в генераторах переменного тока относительно меньше.
  • Прерыватели генератора переменного тока
  • значительно меньше, чем генераторы постоянного тока.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ | Gigavac

Ниже приводится превосходный документ по испытаниям диэлектриков с использованием постоянного и переменного тока, предоставленный Джеффри Греем, бывшим президентом Compliance West.

Повышение безопасности и производительности с помощью испытаний изоляции на постоянном токе

Джеффри Грей

 

Испытания на постоянном и переменном токе обеспечивают эквивалентный уровень обнаружения пробоя, но повышенная точность обнаружения постоянного тока утечки может выявить системы с маргинальной изоляцией.

Испытание на диэлектрическую стойкость

используется для оценки изоляции проводки. При испытании изоляции, установленной в передвижных домах, важно, чтобы изоляция была испытана при гораздо более высоком напряжении, чем обычно, чтобы гарантировать, что изоляция не является предельной.Если напряжения установлены правильно, испытание диэлектрической стойкости с использованием постоянного напряжения обеспечивает тот же результат, что и испытание диэлектрической прочности на переменном токе. Кроме того, тестирование на постоянном токе предлагает значительные улучшения безопасности и производительности по сравнению с тестированием на переменном токе.

Диэлектрические испытания — это простой неразрушающий метод проверки достаточности электрической изоляции, чтобы выдерживать переходные процессы (броски напряжения). Всплески переходного напряжения на линиях электропередач обычно являются результатом ударов молнии поблизости, но могут возникать и по другим причинам.Как правило, такие переходные всплески имеют очень короткую продолжительность — всплеск длится менее 20 микросекунд.

Диэлектрическое испытание позволяет проверить запас прочности изоляции, гарантируя, что изоляция не выйдет из строя из-за ухудшения изоляции в результате старения, влаги, износа из-за вибрации или других причин.

Уровень напряжения диэлектрического испытания обычно регулируется в зависимости от условий окружающей среды, которым будет подвергаться конечный продукт. Более высокое испытательное напряжение изоляции используется для оборудования, расположенного в более суровых условиях окружающей среды.Прохождение этого более жесткого испытания на диэлектрическую прочность, когда конечный продукт является новым, указывает на то, что изоляция, подвергающаяся нагрузке, имеет достаточный запас прочности, чтобы обеспечить адекватную защиту после того, как конечный продукт подвергся воздействию окружающей среды.

Метод испытания. При диэлектрических испытаниях высокое напряжение (обычно ≥1000 В) прикладывается между двумя проводниками, которые должны быть электрически изолированы друг от друга. Если два проводника (например, изолированный провод под напряжением и металлический корпус) полностью изолированы друг от друга, то приложение большой разности напряжений между двумя проводниками не позволит току течь между проводниками.В этом случае говорят, что изоляция выдерживает приложение высокого потенциала напряжения между двумя проводниками, отсюда и термин испытание на диэлектрическую стойкость.

Как правило, два результата диэлектрических испытаний указывают на нарушение изоляции. Во-первых, это чрезмерное протекание тока во время испытания из-за низкого сопротивления изоляции изоляционного материала, разделяющего два проводника. Во-вторых, внезапный пробой диэлектрика из-за возникновения электрической дуги или разряда либо через изоляционный материал, либо через поверхность изоляционного материала, либо через воздух.

Испытательное напряжение. Если испытательное напряжение слишком низкое, изоляционный материал не будет подвергаться надлежащему напряжению во время испытания, что позволит несоответствующей изоляции пройти испытание. С другой стороны, если испытательное напряжение слишком высокое, испытание может привести к необратимому повреждению изоляционного материала, который в остальном подходит для применения. Общее эмпирическое правило, используемое для проверки сетевой проводки, работающей при напряжении 120–240 В переменного тока, составляет 1000 В плюс удвоенное рабочее напряжение.Используя это правило, проводка на 120 В будет проверена при напряжении 1000 В + (2 x 120 В) = 1240 В переменного тока.

Продолжительность теста. Для адекватной нагрузки на изоляцию испытательное напряжение обычно прикладывается в течение 1 минуты. Однако многие стандарты позволяют сократить продолжительность теста до 1 секунды для тестирования на производственной линии, чтобы справиться с большим объемом. Для испытаний с уменьшенной продолжительностью стандарты часто требуют увеличения испытательного напряжения на 20 %, чтобы гарантировать, что 1 секунды достаточно для надлежащего испытания изоляции.
 

Переменный ток в сравнении с постоянным током

Форма тестового сигнала. Номинальное напряжение сети в США составляет 120 В переменного тока. Форма волны напряжения является синусоидальной, а частота этого напряжения составляет 60 Гц (циклов в секунду). Напряжение 120 В относится к среднеквадратичному (среднеквадратичному) значению переменного напряжения. Среднеквадратичное значение переменного напряжения обеспечивает математический эквивалент теплотворной способности постоянного напряжения. Другими словами, переменное напряжение 120 В (среднеквадратичное значение), приложенное к резистору (или нагревателю из нихромовой проволоки), будет генерировать такое же тепловыделение, как и при постоянном напряжении 120 В (т.г., от батареи).

Мгновенное напряжение 120 В переменного тока при частоте 60 Гц изменяется со временем. В одном цикле, который повторяется 60 раз в секунду, напряжение будет начинаться с 0 В, увеличиваться до пика около 170 В, снова падать до 0 В, продолжать падать до отрицательного пика -170 В, а затем увеличиваться. снова до 0 В (см. рис. 1). Взяв простое среднее значение напряжения за один цикл, мы получим значение 0 В. При вычислении среднеквадратичного значения получим значение 120 В. По определению пик синусоидального сигнала равен среднеквадратичному значению, умноженному на квадратный корень из 2 ( я.е., Vpeak = Vrms x 1,414). На рис. 2 показан сигнал переменного тока со среднеквадратичным значением напряжения примерно 1000 В. Обратите внимание, что положительные и отрицательные пики сигнала превышают +1400 В и –1400 В соответственно.

Рис. 1. Среднеквадратичная форма сигнала 120 В переменного тока при частоте 60 Гц.

Рис. 2. Форма сигнала переменного тока со среднеквадратичным значением напряжения
около 1000 В.

Испытательные напряжения. Целью диэлектрического испытания является воздействие на изоляцию в течение короткого периода времени и проверка ее целостности.Испытания с использованием переменного напряжения 60 Гц проводятся только для удобства — трансформатор с высоковольтной вторичной обмоткой (например, трансформатор с неоновой вывеской) может использоваться для создания высокого напряжения, необходимого для проведения испытания изоляции. . Испытательное напряжение переменного тока 60 Гц не может имитировать реальные события лучше, чем испытательное напряжение постоянного тока. Даже высоковольтные переходные процессы (скачки), возникающие в сети переменного тока 120 В, не являются переменными; это мгновенные всплески напряжения с типичной продолжительностью, которая измеряется в микросекундах (миллионных долях секунды) или миллисекундах (тысячных долях секунды).

Любые решения относительно использования напряжения переменного тока по сравнению с постоянным для испытаний должны учитывать цель испытания, которая состоит в том, чтобы подвергнуть тестируемую изоляцию нагрузке. Чем выше напряжение, тем больше нагрузка на изоляцию. Когда используется испытательное напряжение переменного тока, наибольшая нагрузка на изоляцию оказывается в моменты, когда испытательное напряжение имеет положительный или отрицательный пик. В других точках синусоидальной формы волны переменного тока электрическое напряжение ниже.

Испытательное напряжение переменного тока 1000 В (среднеквадратичное значение) будет иметь пики напряжения 1414 В.Поэтому, если используется испытательное напряжение постоянного тока, испытательное напряжение должно быть увеличено до 1414 В постоянного тока, чтобы создать такой же уровень нагрузки на изоляцию, как при 1000 В переменного тока (среднеквадратичное значение). Испытательное напряжение постоянного тока показано на рис. 3. Обратите внимание, что пиковые испытательные напряжения на обоих рисунках 2 и 3 одинаковы.

Рис. 3. Испытательное напряжение постоянного тока 1414 В.

Разница в испытательном напряжении для постоянного тока по сравнению с переменным поддерживается национальными организациями по тестированию и разработке стандартов, такими как Underwriters Laboratories, Factory Mutual Corp., Институт инженеров по электротехнике и электронике и Американский национальный институт стандартов, а также международные организации, такие как Международная электротехническая комиссия.

Оценка пробоя диэлектрика. Поскольку электрическая нагрузка на изоляцию самая высокая на пике формы волны переменного тока, пробой диэлектрика происходит на пике испытательного напряжения переменного тока. Рис. 4 представляет собой осциллограмму пробоя диэлектрика при переменном напряжении. Обратите внимание, что форма волны плавная, когда напряжение увеличивается до пиков, а затем резко ломается при пиковом напряжении.На рис. 5 показано возникновение аналогичного пробоя при постоянном напряжении.

Рис. 4. Пробой диэлектрика при переменном напряжении.

Рис. 5. Пробой диэлектрика постоянным напряжением.

Важно отметить, насколько резко происходит пробой диэлектрика. На рис. 6 пробой по переменному току на рис. 4 был увеличен в 50 000 раз — временная развертка на осциллографе была изменена с 5 миллисекунд до 100 наносекунд, чтобы увеличить масштаб события пробоя.Время, необходимое для снижения напряжения от пикового значения до 0 В, составляет 10 наносекунд, что примерно в миллион раз быстрее, чем период испытательного напряжения переменного тока с частотой 60 Гц.

Рис. 6. Увеличенная схема переменного тока.

Поскольку пробой происходит очень быстро и происходит при пиковом напряжении сигнала переменного тока, напряжения переменного и постоянного тока кажутся точно такими же до момента пробоя; то есть оно проявляется как пиковое напряжение очень большой продолжительности.Другими словами, пиковое напряжение формы волны переменного тока длится намного дольше, чем сам пробой.

На рис. 7 показан пробой, аналогичный показанному на рис. 6, за исключением того, что испытание проводилось с использованием напряжения постоянного тока, в 1,414 раза превышающего среднеквадратичное значение сигнала переменного тока. Сравнение рисунков 6 и 7 показывает, что поведение пробоя как при переменном, так и при постоянном токе соответственно идентично.

Рис. 7. Увеличенное изображение разбивки по постоянному току.

Преимущества и недостатки. Исторически сложилось так, что испытательные напряжения постоянного тока труднее генерировать, что приводит к необходимости в более дорогом и сложном испытательном оборудовании. Этот недостаток компенсируется преимуществами производительности и безопасности, полученными при использовании испытательных напряжений постоянного тока. Чтобы объяснить эти преимущества, необходима дополнительная справочная информация.

Электрический заряд возникает всякий раз, когда возникает разность потенциалов между двумя проводниками, разделенными изолятором. Количество создаваемого заряда пропорционально приложенному напряжению и емкости между двумя проводниками.Если заряд представлен Ом, напряжение В, и емкость Кл, , то математическое соотношение между этими тремя величинами может быть представлено как Ом = Кл x В.

В практических приложениях емкость может существовать из-за дискретных конденсаторов, но емкость также может создаваться непреднамеренно, когда два проводника с разностью напряжений расположены близко друг к другу. Примеры этого типа емкости можно найти в электродвигателях, трансформаторах, многожильных электрических проводах и одножильных проводах, проложенных рядом с металлом.Если напряжение меняется, заряд меняется. Если напряжение колеблется как в положительном, так и в отрицательном направлении, то заряд будет делать то же самое.

Вторая фундаментальная концепция заключается в том, что электрический ток будет течь через конденсатор при каждом изменении напряжения. Это связано с тем, что при увеличении напряжения на конденсаторе увеличивается количество заряда. Электрический ток — это просто измерение того, насколько сильно изменяется заряд в течение определенного периода времени. Ток часто представлен I, , который измеряется в амперах или амперах.Количество заряда Q измеряется в кулонах. Один ампер тока определяется как поток заряда в 1 кулон в секунду.

Объединение концепции емкости с концепцией тока дает следующее. Изменяющееся напряжение порождает изменяющийся заряд. По определению, этот изменяющийся заряд является потоком электрического тока. Следовательно, изменение напряжения вызывает протекание тока между двумя проводниками. Из-за емкости между двумя проводниками этот ток может протекать между ними, даже если они физически изолированы друг от друга.Чем больше емкость между проводниками, тем больше будет протекать ток.

При выполнении диэлектрических испытаний с использованием испытательного напряжения переменного тока между двумя проверяемыми точками будет протекать электрический ток (из-за емкости между двумя проводниками). Этот ток не является неудовлетворительным результатом испытания из-за низкого сопротивления изоляции. Следовательно, диэлектрический тестер переменного тока должен компенсировать этот допустимый поток тока. Самый распространенный способ добиться этого — позволить тестеру обнаружить значительную величину тока (обычно ≥ 20 мА) без индикации выхода из строя из-за избыточного тока.Если с помощью одного и того же диэлектрического тестера тестируется несколько продуктов, может потребоваться еще более высокая уставка предела тока для соответствия оборудованию с наибольшей емкостью между проверяемыми проводниками. Другими словами, диэлектрический тестер должен быть десенсибилизирован, чтобы он мог игнорировать уровни тока <20 мА (например). Эта ситуация создает две очень опасные проблемы.

Десенсибилизированный диэлектрический тестер переменного тока не может определить разницу между 5 и 15 мА. Рассмотрим, что произойдет, если проверяемая цепь имеет емкость между проводниками, которая вызывает протекание 5 мА в нормальных условиях во время испытания.Тестируемое устройство (ИУ) с неисправной изоляцией, пропускающее 300 % нормального значения тока (15 мА), по-прежнему будет считаться приемлемым результатом испытания десенсибилизированным диэлектрическим тестером переменного тока.

Десенсибилизированный диэлектрический тестер переменного тока может подавать смертельное количество тока в человеческое тело и при этом не отключаться из-за избыточного тока. Например, если ИУ потребляет 5 мА, а оператор-испытатель вступает в контакт с испытательным напряжением, так что через оператора проходит 10 мА, в общей сложности тестер будет получать 15 мА.Поскольку 15 мА меньше уставки ограничения тока 20 мА, тестер не выключается, что может привести к серьезным травмам или гибели оператора.

При проведении диэлектрических испытаний с испытательным напряжением постоянного тока электрический ток течет только тогда, когда напряжение увеличивается от 0 В до конечного испытательного напряжения. В этом случае протекающий ток очень мал, потому что напряжение обычно увеличивается в течение 1-2 секунд по сравнению с испытательным напряжением переменного тока, которое изменяется от положительного пика к отрицательному пику и обратно 60 раз в секунду. помните, что сила тока пропорциональна изменению напряжения во времени).Фактически, испытательное напряжение постоянного тока, которое увеличивается в течение 2 секунд, вызывает только 1/120 (<1%) протекания тока при испытательном напряжении переменного тока. Как только постоянное напряжение достигает конечного испытательного уровня, ток практически полностью прекращается. В большинстве случаев величина тока, протекающего во время испытания изоляции на постоянном токе, незначительна, независимо от величины емкости, имеющейся в ИУ.

По сравнению с испытанием диэлектрика на переменном токе, испытание на постоянном токе имеет много преимуществ. Максимально допустимый испытательный ток может быть установлен на гораздо более низком уровне (обычно 1 мА).Тестер постоянного тока отключается, когда во время теста протекает ток более 1 мА. Этот высокочувствительный тест позволяет оператору идентифицировать маргинальные конструкции, которые были бы упущены тестером переменного тока.

Более низкие уровни испытательного тока значительно безопаснее для оператора. При 1 мА тока достаточно, чтобы ударить оператора током, но испытательный ток будет автоматически отключен, когда ток превысит 1 мА.

Заключение

Вопрос о том, следует ли использовать испытание диэлектрика на переменном или постоянном токе, не имеет ничего общего с тем фактом, что испытуемая изоляция обычно подвергается воздействию напряжения 120 В переменного тока.Пробой диэлектрика происходит за наносекунды. Все эти события происходят так быстро, что переменное напряжение переменного тока частотой 60 Гц фактически становится неизменным постоянным напряжением. Если пиковые напряжения при испытании диэлектрической стойкости на переменном и постоянном токе одинаковы, то оба типа испытаний могут проверить пригодность изоляции, используемой между проводниками. Чтобы пиковые напряжения были равными, постоянное напряжение, используемое при испытании на электрическую стойкость, должно в 1,414 раза превышать используемое среднеквадратичное значение переменного напряжения.

Испытания

постоянным током обладают значительными преимуществами по сравнению с испытаниями переменным током.Испытания на постоянном и переменном токе обеспечивают эквивалентный уровень обнаружения пробоя из-за полного повреждения изоляции. Однако повышенная точность обнаружения постоянного тока утечки позволяет обнаруживать системы с маргинальной изоляцией. Испытание диэлектрика на постоянном токе лучше всего подходит для обеспечения безопасности оператора. Пренебрежение рассмотрением испытаний на постоянном токе в качестве альтернативы испытаниям на переменном токе потенциально подвергает опасности как оператора испытаний (с опасностью поражения электрическим током во время испытаний), так и потребителя (с минимальной изоляцией).

Напряжение и частота переменного тока по всему миру Рон Куртус

SfC Главная > Физика > Электричество >

Рона Куртуса (обновлено 11 июня 2019 г.)

Стандартное напряжение и частота переменного тока (AC), используемого в домах, варьируется от страны к стране по всему миру.Обычно используется либо 120-вольтовый, либо 240-вольтовый переменный ток. Кроме того, в большинстве стран в качестве частоты переменного тока используется 50 Гц (50 Гц или 50 циклов в секунду). Лишь немногие используют 60 Гц.

Стандартом в Соединенных Штатах является электричество переменного тока 120 В и 60 Гц. Однако из-за колебаний среднее измеренное напряжение составляет 117 В переменного тока.

(Список для различных стран см. в Списке мировых напряжений и частот переменного тока.)

Существуют разногласия по поводу того, какая система частот лучше.Кроме того, во многих странах наблюдается тенденция к использованию более высоких напряжений.

Вам необходимо проверить технические характеристики вашего оборудования при использовании электрических устройств в стране с системой напряжения и частоты, отличной от вашей.

Возможные вопросы:

  • Как были выбраны значения напряжения и частоты?
  • Как сравниваются значения?
  • Что происходит, когда вы посещаете другую страну?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Преобразование единиц измерения



Как были выбраны значения

Электричество, подаваемое в дома и на предприятия, изначально было постоянным током (DC), но затем было изменено на электричество переменного тока (AC). Частоты переменного тока значительно различались в зависимости от используемого оборудования. Например, электрические генераторы на Ниагарском водопаде выдают мощность 25 Гц.

Тесла запускает переменный ток

В начале истории электричества компания General Electric Томаса Эдисона распространяла электричество постоянного тока напряжением 110 вольт в Соединенных Штатах.

Затем Никола Тесла изобрел систему трехфазного переменного тока на 240 вольт. Трехфазный означал, что три переменного тока, сдвинутые по фазе на 120°, были объединены, чтобы выровнять большие колебания напряжения, возникающие в электричестве переменного тока. Он подсчитал, что 60 циклов в секунду или 60 Гц были наиболее эффективной частотой. Позже Tesla пошла на снижение напряжения до 120 вольт из соображений безопасности.

(Более подробную информацию см. в биографии Николы Теслы.)

При поддержке компании Westinghouse система переменного тока Теслы стала стандартом в Соединенных Штатах. Компания Westinghouse выбрала частоту 60 Гц, потому что популярные в то время электродуговые лампы работали лучше при 60 Гц, чем при 50 Гц.

Европа переходит на 50 Гц и 230 В

Тем временем немецкая компания AEG начала производить электроэнергию и стала практически монополистом в Европе. Они решили использовать 50 Гц вместо 60 Гц, чтобы лучше соответствовать своим метрическим стандартам, но остановились на 120 В.

Европа оставалась на 120 В переменного тока до 1950-х годов, сразу после Второй мировой войны. Затем они перешли на 230 В для повышения эффективности электрической трансмиссии.

США остается на 120 В, 60 Гц

Соединенные Штаты также рассматривали возможность перехода на 220 В для домашнего использования, но посчитали, что это будет слишком дорого из-за наличия у людей всех электроприборов на 120 В. В США был достигнут компромисс в том, что 240 В будет поступать в дом, где оно будет разделено на 120 В для питания большинства приборов.

Некоторые бытовые приборы, такие как электрическая плита и электрическая сушилка для белья, будут питаться от сети 240 В.То же самое и в Канаде.

Исключения

По разным причинам в Бразилии и Японии существует несколько стандартов.

Бразилия

В Бразилии в большинстве штатов используется электричество от 110 до 127 В переменного тока. Но многие отели используют 220В. В столице Бразилиа и на северо-востоке страны в основном используют 220-240В. Все работают на частоте 60 Гц.

Япония

В Японии везде используют одинаковое напряжение, но частота отличается от региона к региону.

Восточная Япония, включая Токио, использует частоту 50 Гц.В 1895 году Япония закупила для Токио электрогенераторы на 50 Гц у немецкой компании AEG. Это было то же самое, что было сделано в Европе. В 1896 году американская компания General Electric поставила генераторы на 60 Гц в города западной Японии, включая Осаку и Киото.

Очень жаль, что они не скоординировали свои усилия. Наличие разных напряжений и частот в стране не только должно сбивать с толку людей, но и может привести к дополнительным расходам на электроприборы и адаптеры.

Сравнение

Вы можете сравнить различные частоты и напряжения.

Частота

Как 50 Гц, так и 60 Гц имеют свои преимущества и недостатки.

60 Гц

Для 60 Гц трансформаторы могут быть меньше и дешевле, чем для 50 Гц. Хотя разница невелика, она может складываться в системе с большим количеством трансформаторов. Использование частоты 60 Гц приводит к меньшему мерцанию ламп, но в наши дни это не имеет большого значения.

Гул и частотный шум лучше слышны при частоте 60 Гц и ее гармониках, чем при частоте 50 Гц.

50 Гц

При частоте 50 Гц передача электроэнергии по длинным линиям лучше, чем 60 Гц. Влияние распределенной емкости и индуктивности линии также меньше на более низкой частоте.

Хотя для трансформаторов на 50 Гц требуется больше меди и железа, для трансформаторов на 60 Гц требуются более дорогие пластины для предотвращения потерь на вихревые токи.

Напряжение

На протяжении многих лет наблюдается тенденция к более высоким напряжениям. Хотя более низкие напряжения безопаснее, в наши дни это меньше беспокоит со строгими нормами и правилами.

В Соединенных Штатах 2-проводная сеть на 120 В была заменена 3-проводной сетью на 120/240 В или трехфазной сетью на 120/208 В. В Европе многие источники питания были заменены с 3-фазных 4-проводных на 127/220 вольт на 3-фазные 4-проводные на 220/380 вольт. В Великобритании самыми ранними поставками были 3-проводные сети постоянного тока на 120 вольт, но позже они были заменены на 240 вольт.

При посещении другой страны

Для перевозки электроприбора из одной страны в другую могут потребоваться специальные преобразователи, трансформаторы и адаптеры, обеспечивающие правильную работу электроприбора или устройства.

Преобразователи

Преобразователи

обычно используются для снижения напряжения переменного тока с 220 В до уровня 110 В, необходимого для устройства.

Они используются только для простых электрических устройств, таких как фены, паровые утюги, бритвы или небольшие вентиляторы. Они используются только в течение коротких периодов времени, могут использоваться только для незаземленных приборов и должны быть отключены от стены, когда они не используются.

Преобразователи

нельзя использовать с электронными устройствами, такими как радиоприемники или компьютеры.Для этих устройств используется трансформатор. Причина в том, что преобразователь просто разрезает синусоиду переменного тока пополам, уменьшая напряжение. Для правильной работы электронных устройств требуется полная синусоида.

Некоторые преобразователи также преобразуют переменный ток в постоянный. Например, преобразование 120 В переменного тока в 12 В постоянного тока.

Трансформаторы

Трансформаторы используются для увеличения или уменьшения напряжения и должны использоваться с электронными устройствами, такими как радиоприемники, телевизоры, компьютеры и другие устройства, имеющие электронные схемы.

Трансформаторы дороже преобразователей. Они также могут использоваться с электрическими приборами и могут работать непрерывно в течение многих дней. Такое устройство, как фен, не имеет электронных схем. Он просто имеет нагревательный элемент и электрический вентилятор, поэтому может использовать либо преобразователь, либо трансформатор.

Устройства с двойным напряжением

Некоторые устройства имеют встроенный преобразователь или трансформатор, поэтому их называют устройствами с двойным напряжением. Большинство зарядных устройств для ноутбуков и адаптеров переменного тока рассчитаны на двойное напряжение, поэтому их можно использовать только с адаптером для вилки для страны, которую вы посещаете.

Штепсельные адаптеры

Вилки розеток в разных странах разные. Адаптер штепсельной вилки необходимо часто использовать при посещении другой страны. Эти адаптеры не преобразуют электричество. Скорее, они просто позволяют подключать устройство двойного напряжения, трансформатор или преобразователь из одной страны к настенной розетке другой страны.

Разность частот

Преобразователи и трансформаторы изменяют только напряжение, но не частоту. В результате двигатель в устройстве с частотой 50 Гц будет работать немного быстрее на электричестве с частотой 60 Гц.Точно так же часы с частотой 60 Гц будут работать медленнее в стране, использующей частоту 50 Гц.

Большинство современного электронного оборудования, такого как компьютеры, принтеры, DVD-плееры и стереосистемы, обычно не подвержены влиянию разницы частот.

Резюме

Напряжение и частота переменного тока варьируются от страны к стране по всему миру. Большинство используют 230 В и 50 Гц. Около 20% стран используют 110-120 В и 60 Гц для питания своих домов. 240 В и 60 Гц являются наиболее эффективными значениями, но только несколько стран используют эту комбинацию.В Соединенных Штатах используется электричество переменного тока 120 В и 60 Гц.


Электричество удивительно


Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

веб-сайтов

Служебная частота — Википедия

Электричество — Википедия

Справочник по международным поездкам с электроприборами — Полезная информация от Льюиса Н. Кларка

Источники электроэнергии постоянного и переменного тока

Ресурсы по физике

Книги

(Примечание: Школа чемпионов может получать комиссионные от покупки книг)

Лучшие книги по электроэнергетическим системам

Лучшие книги по электрическим трансформаторам


Поделиться этой страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:


Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
ac_world_volt_freq.htm

Разместите его в качестве ссылки на своем веб-сайте или в качестве ссылки в своем отчете, документе или диссертации.

Copyright © Ограничения


Где ты сейчас?

Школа Чемпионов

Темы физики

Общие сведения о напряжениях и частотах переменного тока во всем мире

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.