Цепи постоянного тока
Всем известно, что на постоянном токе трансформаторы не работают, тогда как в таких случаях повысить напряжение? В большинстве случаев постоянку повышают с помощью дросселя, полевого или биполярного транзистора и ШИМ-контроллера. Другими словами, это называется бестрансформаторный преобразователь напряжения. Если эти три основных элемента соединить как показано на рисунке ниже и на базу транзистора подавать ШИМ сигнал, то его выходное напряжение повысится в Ku раз.
Ku=1/(1-D)
Также рассмотрим типовые ситуации.
Допустим вы хотите сделать подсветку клавиатуры с помощью небольшого отрезка светодиодной ленты. Для этого вполне хватит мощности зарядного от смартфона (5-15 Вт), но проблема в том, что его выходное напряжение составляет 5 Вольт, а распространенные типы светодиодных лент работают от 12 В.
Тогда как повысить напряжение на зарядном устройстве? Проще всего повысить с помощью такого устройства как «dc-dc boost converter» или «импульсный повышающий преобразователь постоянного напряжения».
Такие устройства позволяют повысить напряжение с 5 до 12 Вольт, и продаются как с фиксированной величиной, так и регулируемые, что позволит в большинстве случаев поднять с 12 до 24 и даже до 36 Вольт. Но учтите, что выходной ток ограничен самым слабым элементом цепи, в обсуждаемой ситуации – током на зарядном устройстве.
При использовании указанной платы выходной ток будет меньше входного во столько раз, во сколько поднялось напряжение на выходе, без учета КПД преобразователя (он в районе 80-95%).
Подобные устройства строят на базе микросхем MT3608, LM2577, XL6009. С их помощью можно сделать устройство для проверки реле регулятора не на генераторе автомобиля, а на рабочем столе, регулируя значения с 12 до 14 Вольт. Ниже вы видите видео-тест такого устройства.
Интересно! Любители самоделок часто задают вопрос «как повысить напряжение с 3,7 В до 5 В, чтобы сделать Power bank на литиевых аккумуляторах своими руками?». Ответ прост – использовать плату-преобразователь FP6291.
На подобных платах с помощью шелкографии указано назначение контактных площадок для подключения, поэтому схема вам не понадобится.
Также часто возникающая ситуация — необходимость подключить к автомобильному аккумулятору 220В прибор, а бывает что за городом очень нужно получить 220В. Если бензинового генератора у вас нет – используйте автомобильный аккумулятор и инвертор, чтобы повысить напряжение с 12 до 220 Вольт. Модель мощностью в 1 кВт можно купить за 35 долларов – это недорогой и проверенный способ подключить 220В дрель, болгарку, котёл или холодильник к 12В аккумулятору.
Если вы водитель грузовика, вам не подойдёт именно указанный выше инвертор, из-за того, что в вашей бортовой сети скорее всего 24 Вольта
Если вам нужно поднять напряжение с 24В до 220В – то обратите на это внимание при покупке инвертора
Хотя стоит отметить, что есть универсальные преобразователи, которые могут работать и от 12, и от 24 вольт.
В случаях, когда нужно получить высокое напряжение, например, поднять с 220 до 1000В, можно использовать специальный умножитель. Его типовая схема изображена ниже. Он состоит из диодов и конденсаторов. Вы получите на выходе постоянный ток, учтите это. Это удвоитель Латура-Делона-Гренашера:
А так выглядит схема несимметричного умножителя (Кокрофта-Уолтона).
С его помощью вы можете повысить напряжение в нужное число раз. Это устройство строится каскадами, от числа которых зависит сколько вольт на выходе вы получите. В следующем видео описан принцип работы умножителя.
Кроме этих схем существует еще множество других, ниже изображены схемы учетвертителя, 6- и 8-кратных умножителей, которые используются для повышения напряжения:
Наверняка вы не знаете:
- Что такое линейное и фазное напряжение
- Как сделать 380В из 220
- Что такое ограничитель перенапряжения
Опубликовано:
03.10.2018
Обновлено: 03.10.2018
Как определить, какой ток в розетке
Какое напряжение в розетке и сила тока – постоянное или переменное, можно определить несколькими способами:
Амперметром. Это специализированный прибор для измерения силы показателя. Значения можно увидеть на шкале посредством соединения розетки, потребителя и амперметра.
Амперметр
- Мультиметр. Это комбинированное устройство, объединяющее в своей цепи омметр, вольтметр и амперметр.
- Расчетным способом. Для того, чтобы определить, какой ток в розетке, необходимо знать показатель мощности прибора. В сеть подается ток с напряжением в 220В, поэтому расчет силы прост: значение мощности разделить на напряжение. Так несложно вычислить ток при включении утюга, мощностью 2,0 кВт, получается, 9.09 Ампер. Таким образом, если напряжение в сети 220 В, то какой по показателю ток протекает в сети, зависит от мощности.
Стоит отметить! Погрешность при измерениях зависит от класса точности устройств, перечисленных в пунктах 1 и 2.
Переменный
Почти 98% электроэнергии вырабатываемой домашней электросетью – переменный ток. Этот ток изменяет как направление, так и величину. При передаче электроэнергии внутри сети, напряжение либо увеличивается, либо уменьшается, в связи чем розетки выпускаются для переменного показателя. Существуют электроприборы, питающиеся от источника постоянного показателя, поэтому их следует привести к одному типу с использованием преобразователей.
Закон Ома
Основные преимущества переменного тока:
- Передача на длинные расстояния.
- Позволяет использовать стандартное генераторное оборудование.
- Отсутствует полярность при подключении.
Однако у данного тока также имеется ряд недостатков:
- Потери в цепи обязывают подбирать розетки с учётом понижающего коэффициента 0,7.
- Возникает электромагнитная индукция, в связи, с чем электричество не всегда распределяется равномерно.
- Проверка и измерение значений осуществляются по сложной схеме.
- Увеличение показателя сопротивления, так как кабель не задействован в полном объеме.
Переменное значение
Постоянный
При упорядоченном движении заряженных частиц в едином направлении, ток называется постоянным, и возникает он в сети с неизменным напряжением при стабильной полярности зарядов. Используется в промышленных автономных установках, что исключает необходимость передачи электроэнергии на большие расстояния.
Использование постоянного показателя предусматривается в автономных системах, к примеру, в автотранспорте, летательных средствах, морской технике и электропоездах. Широкое использование он получил при организации питания микросхем электроники, средств связи и иной техники, где количество помех максимально сводится к минимуму, вплоть до их полной ликвидации.
В некоторых случаях он нашел применение в сварочных агрегатах, а также в железнодорожных локомотивах, медицине при введении в организм лекарственных препаратов посредством электрофореза.
Постоянный ток
3 Просадка напряжения – частное решение проблемы
Если вы убеждены, что напряжение домашней сети падает из-за проблем ответвления от ЛЭП к дому, то предпринимаем некоторые действия. Осматриваем соединение ответвления с магистральной линией электропередач. Очень часто оно выполнено обычной скруткой, что приводит к неуклонному росту сопротивления. Только хорошее охлаждение под открытым небом уберегает провода от перегорания. Соединение выполняем, используя сертифицированные зажимы.
Если соединение выполнено зажимами, обращаем внимание на их корпус. Оплавленная поверхность указывает на плохой контакт
Если включаем предельную нагрузку, то появление дыма, искрение внутри говорит, что просадка напряжения происходит в зажиме, его меняем на новый. Подобная проблема встречается на верхних зажимах входного автомата. Прибор с подгоревшими контактами, оплавленным корпусом меняем, а контакты надежно затягиваем.
Проблему может решить стабилизатор напряжения
Если энергокомпания оставляет без внимания заявления жильцов, не меняет трансформатор на более мощный, а магистральные провода на большее сечение, придется искать выход самостоятельно. Поставщики электроэнергии, устраняя проблемы, с увеличением напряжения сталкиваются с необходимостью миллионных капиталовложений, идут на такой шаг неохотно. Одним из способов частного решения проблемы является подвод к дому трех фаз, на что требуется разрешение энергосбыта. Если оно получено, на вводе ставим переключатель фаз и при необходимости используем наименее загруженную.
Существуют и другие пути решения проблемы в частном порядке:
- 1. Устанавливаем на своем вводе стабилизатор напряжения, но при значительной просадке до 160 В, прибор может оказаться неэффективным. Хороший стабилизатор подходящей мощности стоит дорого. Если по улице подключат десяток подобных приборов, сеть упадет до предела, стабилизатор окажется бесполезным.
- 2. Устанавливаем повышающий трансформатор, подобрав соответствующие параметры. Но дело в том, что просадка нестабильная и, когда напряжение придет в норму, трансформатор поднимает его до такого значения, что сгорят все подключенные приборы. Чтобы избежать этого, ставим реле, которое разорвет цепь при достижении предельного порога.
- 3. Устанавливаем на вводе дополнительное заземление нулевого провода. Таким образом, понижается сопротивление нуля и всей проводки в целом. Но способ опасный, есть вероятность, что при ремонте могут перепутать местами фазный и нулевой провод, получится короткое замыкание. Еще хуже, когда происходит обрыв нуля на ЛЭП, ток пойдет через заземление, возможны очень серьезные последствия.
- 4. Для частного дома при достаточных средствах приобретаем преобразователь напряжения, имеющий накопитель энергии. Это самый радикальный способ поднять напряжение, избавиться от проблем, но стоит такое оборудование весьма дорого: от 3 до 20 тыс. долларов.
Такое устройство обеспечивает идеальные параметры тока в сети, питание потребителей электроэнергией при ее отключении. Оно действует по тому же принципу, что и бесперебойник для компьютера, но имеет гораздо большую мощность от 3 до 10 кВт. Прибор имеет электронную связь с дизельным генератором, который автоматически запускается при пропадании электричества. Но запуск происходит через некоторое время, сначала используются аккумуляторы устройства.
Еще один, на первый взгляд парадоксальный способ добиться нормального напряжения – используем понижающий трансформатор. Он должен уменьшать напряжение в пределах 12–36 В, мощность 100 Ватт выдержит нагрузку 0,5 кВт, а 1 кВТ мощности потянет 5-киловаттную нагрузку. Понижающую обмотку подключаем к сети, в зависимости от параметров трансформатора получим добавочных 12–36 Вольт. Чтобы избежать риска перенапряжение, оптимальным окажется трансформатор на 24 В, а еще лучше поставить на входе реле напряжения.
Самостоятельно решить вопрос с повышением напряжения в сети, если слабый трансформатор или недостаточное сечение проводов, практически невозможно. Следует действовать всем жителям сообща, обращаться в энергопоставляющую компанию. Возможно, придется взять долю расходов на себя, иначе ситуация может длиться годами.
Разногласия в ГОСТах
Как же так, есть нормы, в стандарте приведены новые требования, а практическая реализация не наступила и почти что через тридцать лет. Причиной этому послужило постоянное наращивание мощности бытовыми приборами, их количеством и растущее потребление. Поэтому энергоснабжающие организации не могли достигнуть даже допустимых отклонений предыдущего стандартного номинального напряжения.
Первый из рассматриваемых нормативов – это ГОСТ 3244-2013, предназначенный для определения основных параметров качества электрической энергии. Как один из этих показателей, в стандарте установлены допустимые диапазоны для разности потенциалов.
Разумеется, рассматривать все пункты и их расчетную часть смысла не имеет, поэтому оговорим наиболее важные моменты:
- согласно п.4.2.2 номинальное напряжение считается 220 В между фазой и нулем, и 380 В для линейной нормы.
- провалы напряжения, которые, как правило, обуславливаются введением мощных потребителей, длительность провала не должна превышать 1 минуты;
- в соответствии с п.4.3.3 импульсные перенапряжения, которые могут обуславливаться атмосферными разрядами, составляют норму от 1 микросекунды до нескольких миллисекунд;
- несимметрия трехфазной сети согласно п.4.2.5 должна составлять не более 2 – 4% коэффициента несимметрии в десятиминутном интервале по недельной характеристике.
Для сравнения с предыдущими нормами, в действии находится ГОСТ 29322-2014, который относится к международным стандартам и устанавливает номинальные характеристики рядов напряжения. Был разработан в соответствии с другими нормами — IEC 60038:2009 и аннулировал действие стандарта 1992 года. Но в нем, согласно п.3.1 номинал сетей бытовой энергии устанавливается на отметку 230 В и 400 В для электрических сетей с переменным током частотой 50 Гц. Стоит сказать, что для зарубежных сетей с частотой 60 Гц имеются некоторые отличия, но допустимое отклонение частоты всего 2%, поэтому для отечественных потребителей эти поправки неактуальны.
Последовательное подключение токоприемников
Схема последовательного подключения несет в себе уже существенные изменения. Здесь питающий проводник (это может быть фаза или ноль), сначала приходит на первую лампочку, а далее от нее уходит на следующую.
Только после этого он возвращается на вводной автомат или в общую сеть.
Не важно количество токоприемников, их может быть 2,3,4 и более. Главное, чтобы они были строго подключены один после другого
Что же изменится, если вы включите последовательно две лампы по 100Вт? А случится то, что напряжение на них упадет примерно в два раза.
При этом общее вводное напряжение будет складываться из суммы падений напряжений на лампе №1 и лампе №2. То есть, 110в на одной и 110в на другой. Кстати, такой казалось бы недостаток, можно очень хитро использовать несколькими способами.
Напомню, что в параллельной схеме, U везде было одинаковым, не важно в какой точке. Здесь же одинаковым будет ток, при том в любой части электрической цепи I=I1=I2
Однако такая ситуация с равномерным падением напряжения, будет наблюдаться только в том случае, если все эл.приемники будут одинаковой мощности. Стоит вместо одной 100Вт лампы вкрутить 200 ваттную, и вы сразу же увидите разницу.
На лампочке 100Вт будет напряжение 146В и она будет гореть довольно ярко. В то же время более мощная 200 ваттная будет еле светиться.
Связано это с тем, что падение напряжения напрямую зависит от сопротивления потребителя. На более мощных приборах сопротивление маленькое.
Вот примерные данные по стандартным лампочкам, предназначенным для работы в сети 220В:
40Вт — 1210 Ом
60Вт — 806 Ом
100Вт — 485 Ом
200Вт — 242 Ом
Преподаватели физики очень часто задают вопрос: если две лампочки разной мощности включить последовательно в одну цепь, какая из них будет светить ярче?
Ответ здесь представлен выше. Менее мощная лампа в этом случае, будет всегда светиться ярче.
Если взять еще более мощный прибор, например 2-х киловаттный чайник или фен, то разница в напряжении будет еще существеннее. Почти все оно будет отдаваться менее мощной лампе, чайник же при этом даже не запустится.
Он будет восприниматься сетью как обычный провод, через который просто течет общий ток. Фактически сеть его замечать не будет, отдавая все напряжение на маломощный объект.
Для наглядности это можно сравнить с потоком воды, проходящего последовательно через трубы разного диаметра. Сначала у него на пути попадается труба малого диаметра (эл.приемник малой мощности), и чтобы прогнать через нее воду, придется приложить существенное усилие=напряжение.
Далее идет труба с гораздо большим диаметром (эл.приемник большей мощности). При прохождении через нее, никакого усилия=напряжения, вода практически не прикладывает.
Поток как бы и не замечает этого несущественного сужения. То же самое и с электричеством при последовательной схеме.
Защита при помощи реле напряжения
Данный способ подходит как для частных домов, так и для квартир в многоэтажках. Все что нужно, чтобы защититься от перепадов напряжения и 380в в розетках — это установить внутри вводного щитка модульное реле напряжения.
При этом оно будет защищать приборы и холодильник как от повышенных, так и от пониженных значений. Есть модели, которые дополнительно снабжены встроенной защитой от сверхтоков.
Подробнее ознакомиться с их разновидностями и выбрать для себя подходящую модель, поможет статья ниже.
Если же у вас щиток уже полностью укомплектован, и туда невозможно поместить дополнительные модульные устройства — в этом случае воспользуйтесь небольшими реле напряжения, которые просто втыкаются в розетку.
Хотя функциональность у модульных и розеточных вариантов могут отличаться, свою главную задачу — защиту электро-приборов, они выполняют одинаково хорошо.
На сегодняшний день именно реле напряжения являются наиболее экономичным и эффективным способом борьбы с перепадами напряжения. Стабилизаторы могут подойти далеко не каждому.
Более того, некоторые девайсы даже и не спасут от мгновенного скачка. Так или иначе вызвав пожар, и выход из строя дорогой техники.
Поэтому всегда устанавливайте в своих домах и квартирах именно реле напряжения. Эти устройства средней стоимостью 3000 рублей, помогут вам сэкономить впоследствии сотни тысяч.
Низкое напряжение в сети: ищем причину
В том, что в доме зафиксировано низкое напряжение, чаще всего виноват кто-то один: поставщик или потребитель энергии. Как определиться, кто именно, и как увеличить? Самый простой способ – провести измерения с помощью мультиметра.
Приборы доступны для рядового пользователя. Средняя цена – порядка 1000 рублей.
Для бытового использования подойдет самый простой мультиметр, стоимостью около 1 тысячи рублей. с его помощью легко проверить – падает ли напряжение в сети или нет
Среди пользователей особой популярностью пользуется продукция фирм-, «Мастер», Gembird.
Мультиметр покажет, сколько вольт выдает домашняя сеть. Если с показаниями все в порядке, цифра соответствует 220, то беда кроется в высоковольтных магистралях.
Чтобы понять, правильно и точно ли работают высоковольтные линии, придется вызвать специалистов из ресурсоснабжающей организации. Они произведут замеры и вынесут заключение. Обследование должно быть проведено бесплатно по заявке потребителя. Если вы нанимаете сторонних независимых экспертов, то их услуги придется оплачивать из своего кармана.
Если для того, чтобы проверить – падает ли напряжение в сети, вы нанимаете независимых экспертов, будьте готовы оплачивать их услуги из собственного кармана
Как найти виноватых в низком напряжении без мультиметра и специалистов? Пообщайтесь с соседями: замечали ли они пониженное (низкое) напряжение в сети, пытались ли увеличить его сами? Может, зафиксирован обрыв? Если нет – то проблема конкретно в вашем здании, если да – то в высоковольтной линии.
Другие способы повышения напряжения
Для того, чтобы увеличить низкое напряжение, существует много разных способов, которыми пользуются многие жильцы квартир и загородных домов.
- Применение автотрансформаторов. Их устройство дает возможность увеличить напряжение на 50 вольт. Они применяются чаще всего в электрических сетях с низким напряжением, в деревне, где напряжение падает часто, и считается обычным явлением. Используя автотрансформатор можно также и уменьшать напряжение. При их выборе следует учитывать мощность, в противном случае они будут сильно нагреваться.
- Низкое напряжение можно привести в норму путем использования умножителя, который является особым устройством, собранным из конденсаторов и диодов. Такие умножители используются для питания кинескопов, увеличивая напряжение до 27 тысяч вольт.
- С помощью электродвижущей силы. Если в источнике энергии можно настраивать ЭДС специальным регулятором, то можно увеличить значение ЭДС этого источника. Повышение напряжения произойдет на столько, на сколько повысится ЭДС.
- Низкое напряжение можно повысить, изменяя сопротивление. Зависимость напряжения от сопротивления, следующая: во сколько уменьшится сопротивление, во столько и увеличится напряжение.
- Если нельзя повысить напряжение одним из этих способов, то можно использовать их совместно. Например, для увеличения напряжения в цепи в 12 раз, нужно повысить ЭДС источника в два раза, снизить длину проводов в два раза, и повысить площадь их сечения в три раза.
Что делать, если низкое напряжение в электрической сети.
