Как уменьшить силу тока в цепи: как понизить ампераж?

Инструкция

Для уменьшения силы тока на участке цепи поменяйте величины, от которых она зависит. Чтобы определить эти величины, используйте , которое является из видов записи закона Ома I = U S /(ρ l). Соберите цепь, присоединив к исследуемому участку реостат. Подключите ее к источнику тока. После этого, меняя настройки реостата, уменьшайте напряжение на участке. Для того чтобы показатели напряжения, присоедините параллельно участку тестер и произведите измерение. Затем, присоединив тестер к участку последовательно и изменив настройки, измерьте силу тока в цепи. Уменьшите напряжение на участке цепи в n раз. Измерив силу тока, убедитесь, что она тоже уменьшилась в n раз.

Измените сопротивление участка цепи. Для этого определите удельное сопротивление материала проводников по специальной таблице. Для уменьшения силы тока подберите проводники таких же размеров, но с большим удельным сопротивлением. Во раз увеличится удельное сопротивление, во столько раз понизится сила тока.

Выключите напряжение, поданное на схему. Для этого переведите вводной автомат или выключатель в положение «выключено». Убедитесь с помощью индикатора или мультиметра в режиме измерения напряжения, в отсутствии напряжения в электрической цепи. Замерьте сопротивление электрической цепи с помощью мультиметра, переведя его в режим омметра. В случае невозможности данного действия величину сопротивления можно определить, просуммировав сопротивления элементов цепи.

Рассчитайте требуемое сопротивление электрической цепи по закону Ома. Для этого достаточно разделить приложенное напряжение на требуемую величину тока. Из полученного значения следует вычесть измеренное сопротивление электрической цепи. Результирующая величина есть сопротивление, которое следует добавить в цепь для снижения тока.

Подберите сопротивление с величиной, близкой к расчетной. При отсутствии готового резистора, вместо него можно воспользоваться одной или несколькими лампами накаливания. Выполните разрыв электрической цепи. Для этого можно разрезать один из питающих проводов с помощью ножа или кусачек. Ножом зачистите образовавшиеся концы проводов. Присоедините данные концы к выходным клеммам сопротивления или лампочки. Убедитесь в прочности соединения проводов и резистора или иного прибора, а также в отсутствии оголенных частей, могущих привести к поражению электрическим током. Подайте напряжение и проверьте работоспособность и параметры работы схемы.

Видео по теме

как сопротивлением уменьшить напряжение

Чтобы поднять напряжение на участке электрической цепи нужно уменьшить ее сопротивление во столько раз, во сколько нужно увеличить напряжение. Поднять значение напряжения в электрической цепи можно еще одним способом. Для этого увеличьте энергию электрического поля внутри проводника, и присоедините к цепи источник тока с большей электродвижущей силой (ЭДС).

Вам понадобится

вольтметр

Инструкция

Чтобы напряжение цепи, поменяйте проводники на другие, с меньшим сопротивлением. Во раз уменьшите сопротивление, во столько раз увеличится напряжение. Это можно , если заранее известно сопротивление проводников. Если нет, проделайте следующие шаги. Узнайте , из которого сделаны проводники на участке цепи. Затем, с помощью специальных таблиц узнайте его удельное сопротивление и подберите другой материал, удельное сопротивление которого меньше в нужное количество раз. Возьмите проводники из более проводимого материала и установите вместо старых – напряжение вырастет.

Если же нужного материала не найдется, изыщите возможность уменьшить длину проводников на участке цепи. Во сколько раз удастся уменьшить длину проводников, во столько раз увеличится напряжение. Если и этот вариант не подходит, увеличьте площадь внутреннего сечения проводников, подобрав соответствующие провода. Если подходящих проводов нет, возьмите проводники, какие есть в наличии, и параллельно смонтируйте их в цепь как один проводник. Проводов должно быть столько, во сколько раз нужно увеличить напряжение. В результате и поперечное сечение проводников, и напряжение увеличится в нужное число раз. Например, чтобы поднять напряжение в три раза используйте в цепи по три проводника вместо одного.

Для того чтобы увеличить энергию электрического поля внутри проводника увеличьте ЭДС источника тока, к которому присоединен проводник. Если в источнике тока она регулируется, поверните рычаг или нажмите соответствующую кнопку. Если ЭДС источника не регулируется, подключите цепь к более мощному источнику, с большей ЭДС. В случае с аккумуляторами или гальваническими элементами (батарейками) создайте батарею, соединив их последовательно разноименными полюсами. Во сколько раз увеличится ЭДС, по столько раз поднимется напряжение.

Полезный совет

При работе по поднятию напряжения на участке цепи к его концам обязательно присоедините вольтметр, который будет показывать текущее напряжение. Это поможет избежать короткого замыкания. Все указанные приемы можно комбинировать для усиления эффекта.

Многие электроприборы рассчитаны на определенное (максимальное) значение силы тока. Если ток превысит допустимое значение, то такая аппаратура может выйти из строя. Чтобы понизить ток имеется несколько несложных способов, заключающихся в последовательном подключении с нагрузкой активных или пассивных (балластных) сопротивлений.

Вам понадобится

автомобильная лампа накаливания, сварочный балластный резистор.

Инструкция

Для понижения зарядного тока во время зарядки автомобильного от простейшего зарядного выпрямителя подключите последовательно с цепью автомобильную лампу, будет исполнять роль балластного . Для этого припаяйте к выводам лампы два провода, затем отсоедините от аккумулятора любой провод, идущий к зарядному устройству. В разрыв цепи подключите лампу с помощью припаянных к ней проводов. Подключая в разрыв цепи по мощности лампы, изменяйте текущий в цепи зарядный ток аккумулятора.

Для понижения сварочного тока при электросварке с применением простейшего сварочного трансформатора, не имеющего в своем составе никаких регулирующих устройств, подключите последовательно в цепь низкого напряжения специальный сварочный балластный резистор, представляющий из себя металлическую спираль, изготовленную из материала с высоким удельным сопротивлением. Отсоедините от клеммы сварочного трансформатора сварочный провод с держателем электрода. Подключите один вывод балластного сопротивления к этому же выводу сварочного трансформатора.

Многих людей интересует, как уменьшить ток в электрической цепи. Для этого необходимо знать некоторые законы физики. Изначально необходимо определить точное изменение тока. Для этого с помощью закона Ома определяют параметры цепи, а также рассчитывают необходимое сопротивление.

Содержание

Предварительные работы
Расчет необходимого сопротивления
Что такое сила тока?
От чего зависит сила тока?
Как повысить силу тока в цепи?
Как повысить силу тока в блоке питания?
Как повысить силу тока в зарядном устройстве?
Как повысить силу тока в трансформаторе?
Как повысить силу тока в генераторе?

Предварительные работы

Прежде чем начать работу по уменьшению тока в электрической цепи, необходимо позаботиться о безопасности рабочего места. Для этого следует убедиться в том, что место полностью защищено от поражения электрическим током. Кроме того, важно запомнить, что перед началом работы необходимо обесточить все электрические цепи.

Так как сила тока зависит от двух параметров — сопротивления и напряжения, существует несколько простых способов уменьшить эту величину. Наиболее распространённым и простым методом является добавление дополнительного сопротивления в сеть или подключение какого-либо устройства в разрыв цепи, которое будет обеспечивать данную функцию.

Чтобы измерить необходимые показатели, будет нужен мультиметр. Напряжение, поданное на электрическую цепь, необходимо отключить. Для этого достаточно перевести выключатель в необходимый режим. После того как индикатор устройства или показатели мультиметра сообщат о том, что сеть обесточена, можно приступать к работе. Теперь следует определить сопротивление, которое обеспечивает вводное устройство. Переключив мультиметр в режим омметра, можно узнать данный параметр. Если нет необходимого оборудования, то узнать сопротивление можно с помощью сложения всех показателей сопротивления в данной цепи.

Расчет необходимого сопротивления

Чтобы узнать, какое сопротивление нужно добавить в электрическую цепь для уменьшения силы тока, следует воспользоваться законом Ома. Делим имеющееся напряжение в цепи на необходимую величину тока. Далее из полученного результата вычитаем то сопротивление, которое было измерено ранее. Полученное значение и будет являться тем необходимым сопротивлением, которое нужно добавить в цепь, чтобы уменьшить силу тока.

Теперь перед тем как уменьшить силу тока в цепи, необходимо подобрать специальный элемент с рассчитанным сопротивлением. Подойдет заранее подготовленный резистор либо несколько ламп накаливания. После этого следует разорвать электрическую цепь. Это можно сделать с помощью кусачек или острого ножа. Разрезаем один из проводов, который отвечает за питание, после чего зачищаем полученные концы провода. Зачищенные провода необходимо подсоединить к элементу с необходимым сопротивлением и убедиться в безопасности конструкции. После этого можно подавать напряжение и проверять работоспособность цепи.

В статье речь пойдет про то, как повысить силу тока в цепи зарядного устройства, в блоке питания, трансформатора, в генераторе, в USB портах компьютера не изменяя напряжения.

Что такое сила тока?

Электрический ток представляет собой упорядоченное перемещение заряженных частиц внутри проводника при обязательном наличии замкнутого контура.

Появление тока обусловлено движением электронов и свободных ионов, имеющих положительный заряд.

В процессе перемещения заряженные частицы могут нагревать проводник и оказывать химическое действие на его состав. Кроме того, ток может оказывать влияние на соседние токи и намагниченные тела.

Сила тока — электрический параметр, представляющий собой скалярную величину. Формула:

I=q/t, где I — сила тока, t — время, а q — заряд .

Стоит знать и закон Ома, по которому ток прямо пропорционален U (напряжению) и обратно пропорционален R (сопротивлению).

Сила тока бывает двух видов — положительной и отрицательной.

Ниже рассмотрим, от чего зависит этот параметр, как повысить силу тока в цепи, в генераторе, в блоке питания и в трансформаторе.

От чего зависит сила тока?

Чтобы повысить I в цепи, важно понимать, какие факторы могут влиять на этот параметр. Здесь можно выделить зависимость от:

Сопротивления. Чем меньше параметр R (Ом), тем выше сила тока в цепи.
Напряжения. По тому же закону Ома можно сделать вывод, что при росте U сила тока также растет.
Напряженности магнитного поля. Чем она больше, тем выше напряжение.
Числа витков катушки. Чем больше этот показатель, тем больше U и, соответственно, выше I.
Мощности усилия, которое передается на ротор.
Диаметра проводников. Чем он меньше, тем выше риск нагрева и перегорания питающего провода.
Конструкции источника питания.
Диаметра проводов статора и якоря, числа ампер-витков.
Параметров генератора — рабочего тока, напряжения, частоты и скорости.

Как повысить силу тока в цепи?

Бывают ситуации, когда требуется повысить I, который протекает в цепи, но при этом важно понимать, что нужно принять меры по , сделать это можно с помощью специальных устройств.

Рассмотрим, как повысить силу тока с помощью простых приборов.

Для выполнения работы потребуется амперметр.

Вариант 1.

По закону Ома ток равен напряжению (U), деленному на сопротивление (R). Простейший путь повышения силы I, который напрашивается сам собой — увеличение напряжения, которое подается на вход цепи, или же снижение сопротивления. При этом I будет увеличиваться прямо пропорционально U.

К примеру, при подключении цепи в 20 Ом к источнику питания c U = 3 Вольта, величина тока будет равна 0,15 А.

Если добавить к цепи еще один источник питания на 3В, общую величину U удается повысить до 6 Вольт. Соответственно, ток также вырастет в два раза и достигнет предела в 0,3 Ампера.

Подключение источников питания должно осуществляться последовательно, то есть плюс одного элемента подключается к минусу первого.

Для получения требуемого напряжения достаточно соединить в одну группу несколько источников питания.

В быту источники постоянного U, объединенные в одну группу, называются батарейками.

Несмотря на очевидность формулы, практические результаты могут отличаться от теоретических расчетов, что связано с дополнительными факторами — нагревом проводника, его сечением, применяемым материалом и так далее.

В итоге R меняется в сторону увеличения, что приводит и к снижению силы I.

Повышение нагрузки в электрической цепи может стать причиной перегрева проводников, перегорания или даже пожара.

Вот почему важно быть внимательным при эксплуатации приборов и учитывать их мощность при выборе сечения.

Величину I можно повысить и другим путем, уменьшив сопротивление. К примеру, если напряжение на входе равно 3 Вольта, а R 30 Ом, то по цепи проходит ток, равный 0,1 Ампер.

Если уменьшить сопротивление до 15 Ом, сила тока, наоборот, возрастет в два раза и достигнет 0,2 Ампер. Нагрузка снижается почти к нулю при КЗ возле источника питания, в этом случае I возрастают до максимально возможной величины (с учетом мощности изделия).

Дополнительное снизить сопротивление можно путем охлаждения провода. Такой эффект сверхпроводимости давно известен и активно применяется на практике.

Чтобы повысить силу тока в цепи часто применяются электронные приборы, например, трансформаторы тока (как в сварочниках). Сила переменного I в этом случае возрастает при снижении частоты.

Если в цепи переменного тока имеется активное сопротивление, I увеличивается при росте емкости конденсатора и снижении индуктивности катушки.

В ситуации, когда нагрузка имеет чисто емкостной характер, сила тока возрастает при повышении частоты. Если же в цепь входят катушки индуктивности, сила I будет увеличиваться одновременно со снижением частоты.

Вариант 2.

Чтобы повысить силу тока, можно ориентироваться на еще одну формулу, которая выглядит следующим образом:

I = U*S/(ρ*l). Здесь нам неизвестно только три параметра:

S — сечение провода;
l — его длина;
ρ — удельное электрическое сопротивление проводника.

Чтобы повысить ток, соберите цепочку, в которой будет источник тока, потребитель и провода.

Роль источника тока будет выполнять выпрямитель, позволяющий регулировать ЭДС.

Подключайте цепочку к источнику, а тестер к потребителю (предварительно настройте прибор на измерение силы тока). Повышайте ЭДС и контролируйте показатели на приборе.

Как отмечалось выше, при росте U удается повысить и ток. Аналогичный эксперимент можно сделать и для сопротивления.

Для этого выясните, из какого материала сделаны провода и установите изделия, имеющие меньшее удельное сопротивление. Если найти другие проводники не удается, укоротите те, что уже установлены.

Еще один путь — увеличение поперечного сечения, для чего параллельно установленным проводам стоит смонтировать аналогичные проводники. В этом случае возрастает площадь сечения провода и увеличивается ток.

Если же укоротить проводники, интересующий нас параметр (I) возрастет. При желании варианты увеличения силы тока разрешается комбинировать. Например, если на 50% укоротить проводники в цепи, а U поднять на 300%, то сила I возрастет в 9 раз.

Как повысить силу тока в блоке питания?

В интернете часто можно встретить вопрос, как повысить I в блоке питания, не изменяя напряжение. Рассмотрим основные варианты.

Ситуация №1.

Блок питания на 12 Вольт работает с током 0,5 Ампер. Как поднять I до предельной величины? Для этого параллельно БП ставится транзистор. Кроме того, на входе устанавливается резистор и стабилизатор.

При падении напряжения на сопротивлении до нужной величины открывается транзистор, и остальной ток протекает не через стабилизатор, а через транзистор.

Последний, к слову, необходимо выбирать по номинальному току и ставить радиатор.

Кроме того, возможны следующие варианты:

Увеличить мощность всех элементов устройства. Поставить стабилизатор, диодный мост и трансформатор большей мощности.
При наличии защиты по току снизить номинал резистора в цепочке управления.

Ситуация №2.

Имеется блок питания на U = 220-240 Вольт (на входе), а на выходе постоянное U = 12 Вольт и I = 5 Ампер. Задача — увеличить ток до 10 Ампер. При этом БП должен остаться приблизительно в тех же габаритах и не перегреваться.

Здесь для повышения мощности на выходе необходимо задействовать другой трансформатор, который пересчитан под 12 Вольт и 10 Ампер. В противном случае изделие придется перематывать самостоятельно.

При отсутствии необходимого опыта на риск лучше не идти, ведь высока вероятность короткого замыкания или перегорания дорогостоящих элементов цепи.

Трансформатор придется поменять на изделие большего размера, а также пересчитывать цепочку демпфера, находящегося на СТОКЕ ключа.

Следующий момент — замена электролитического конденсатора, ведь при выборе емкости нужно ориентироваться на мощность устройства. Так, на 1 Вт мощности приходится 1-2 мкФ.

После такой переделки устройство будет греться сильнее, поэтому без установки вентилятора не обойтись.

Как повысить силу тока в зарядном устройстве?

В процессе пользования зарядными устройствами можно заметить, что ЗУ для планшета, телефона или ноутбука имеют ряд отличий. Кроме того, может различаться и скорость, с которой происходит заряд девайсов.

Здесь многое зависит от того, используется оригинальное или неоригинальное устройство.

Чтобы измерить ток, который поступает к планшету или телефону от зарядного устройства, можно использовать не только амперметр, но и приложение Ampere.

С помощью софта удается выяснить скорость заряда и разрядки АКБ, а также его состояние. Приложением можно пользоваться бесплатно. Единственным недостатком является реклама (в платной версии ее нет).

Главной проблемой зарядки аккумуляторов является небольшой ток ЗУ, из-за чего время набора емкости слишком большое. На практике ток, протекающий в цепи, напрямую зависит от мощности зарядного устройства, а также других параметров — длины кабеля, его толщины и сопротивления.

С помощью приложения Ampere можно увидеть, при какой силе тока производится заряд девайса, а также проверить, может ли изделие заряжаться с большей скоростью.

Для использования возможностей приложения достаточно скачать его, установить и запустить.

После этого телефон, планшет или другое устройство подключается к зарядному устройству. Вот и все — остается обратить внимание на параметры тока и напряжения.

Кроме того, вам будет доступна информация о типе батареи, уровне U, состоянии АКБ, а также температурном режиме. Также можно увидеть максимальные и минимальные I, имеющие место в период цикла.

Если в распоряжении имеется несколько ЗУ, можно запустить программу и пробовать делать зарядку каждым из них. По результатам тестирования проще сделать выбор ЗУ, обеспечивающего максимальный ток. Чем выше будет этот параметр, тем быстрее зарядится девайс.

Измерение силы тока — не единственное, на что способно приложение Ampere. С его помощью можно проверить, сколько потребляется I в режиме ожидания или при включении различных игр (приложений).

Например, после отключения яркости дисплея, деактивации GPS или передачи данных легко заметить снижение нагрузки. На этом фоне проще сделать вывод, какие опции в большей степени разряжают аккумулятор.

Что еще стоит отметить? Все производители рекомендуют заряжать девайсы «родными» ЗУ, выдающими определенный ток.

Но в процессе эксплуатации бывают ситуации, когда приходится заряжать телефон или планшет другими зарядными, имеющими большую мощность. В итоге скорость зарядки может оказаться выше. Но не всегда.

Мало, кто знает, но некоторые производители ограничивают предельный ток, который может принимать АКБ устройства.

Например, устройство Самсунг Гэлекси Альфа поставляется вместе с зарядным на ток 1,35 Ампер.

При подключении 2-амперного ЗУ ничего не меняется — скорость зарядки осталась той же. Это объясняется ограничением, которое установлено производителем. Аналогичный тест был произведен и с рядом других телефонов, что только подтвердило догадку.

С учетом сказанного выше можно сделать вывод, что «неродные» ЗУ вряд ли причинят вред аккумулятору, но иногда могут помочь в более быстрой зарядке.

Рассмотрим еще одну ситуацию. При зарядке девайса через USB-разъем АКБ набирает емкость медленнее, чем если заряжать устройство от обычного ЗУ.

Это объясняется ограничением силы тока, которую способен отдавать USB порт (не больше 0,5 Ампер для USB 2.0). В случае применения USB3.0 сила тока возрастает до уровня 0,9 Ампер.

Кроме того, существует специальная утилита, позволяющая «тройке» пропускать через себя больший I.

Для устройств типа Apple программа называется ASUS Ai Charger, а для других устройств — ASUS USB Charger Plus.

Как повысить силу тока в трансформаторе?

Еще один вопрос, который тревожит любителей электроники — как повысить силу тока применительно к трансформатору.

Здесь можно выделить следующие варианты:

Установить второй трансформатор;
Увеличить диаметр проводника. Главное, чтобы позволило сечение «железа».
Поднять U;
Увеличить сечение сердечника;
Если трансформатор работает через выпрямительное устройство, стоит применить изделие с умножителем напряжения. В этом случае U увеличивается, а вместе с ним растет и ток нагрузки;
Купить новый трансформатор с подходящим током;
Заменить сердечник ферромагнитным вариантом изделия (если это возможно).

В трансформаторе работает пара обмоток (первичная и вторичная). Многие параметры на выходе зависят от сечения проволоки и числа витков. Например, на высокой стороне X витков, а на другой — 2X.

Это значит, что напряжение на вторичной обмотке будет ниже, как и мощность. Параметр на выходе зависит и от КПД трансформатора. Если он меньше 100%, снижается U и ток во вторичной цепи.

С учетом сказанного выше можно сделать следующие выводы:

Мощность трансформатора зависит от ширины постоянного магнита.
Для увеличения тока в трансформаторе требуется снижение R нагрузки.
Ток (А) зависит от диаметра обмотки и мощности устройства.
В случае перемотки рекомендуется использовать провод большей толщины. При этом отношение провода по массе на первичной и вторичной обмотке приблизительно идентично. Если на первичную обмотку намотать 0,2 кг железа, а на вторичную — 0,5 кг, первичка сгорит.

Как повысить силу тока в генераторе?

Ток в генераторе напрямую зависит от параметра сопротивления нагрузки. Чем ниже этот параметр, тем выше ток.

Если I выше номинального параметра, это свидетельствует о наличии аварийного режима — уменьшения частоты, перегрева генератора и прочих проблем.

Для таких случаев должна быть предусмотрена защита или отключение устройства (части нагрузки).

Кроме того, при повышенном сопротивлении напряжение снижается, происходит подсадка U на выходе генератора.

Чтобы поддерживать параметр на оптимальном уровне, обеспечивается регулирование тока возбуждения. При этом повышение тока возбуждения ведет к росту напряжения генератора.

Частота сети должна находиться на одном уровне (быть постоянной величиной).

Рассмотрим пример. В автомобильном генераторе необходимо повысить ток с 80 до 90 Ампер.

Для решения этой задачи требуется разобрать генератор, отделить обмотку и припаять к ней вывод с последующим подключением диодного моста.

Кроме того, сам диодный мост меняется на деталь большей производительности.

После этого требуется снять обмотку и кусок изоляции в месте, где должен припаиваться провод.

При наличии неисправного генератора с него откусывается вывод, после чего с помощью медной проволоки наращиваются ножки такой же толщины.

Здраствуйте, кто знает как уменьшить силу тока без увеличения напряжения? Хочу приобрести светодиодную ленту на 12 v 2A. Нашел блок питания на 12 v 4A И вот хочу узнать, как нибудь можно подключить блок к ленте? А может такой ток будет нормальным для ленты?

Сергей, точно?Не сгорит? Я читал что для светодиодов обязательно ограничение силы тока

Никита, в ленте для этого резисторы стоят. Но если уж так сильно сцышь втыкай через амперметр первый раз.

Да ты хоть на 100 ампер блок питания используй все равно лента будет потреблять 2а Потому, что ток это величина относящаяся к нагрузке. Короче можно и учи закон ома.

Сделай ограничение тока

Вася, закон ома знаю(для участка цепи)

Никита, знатокмля)))) если знал не задавал бы такой вопрос. Включай и не парься.

Сергей, ну I=U/R кажись,только в этом случае он не помогает

Никита, почему не помогает? Что такое R?

Никита, если возьмёшь метр ленты, то сопротивление r, если 2 метра то сопротивление уменьшится и стане 2/r. При постоянном напряжении U меняется будет только сила тока I. Следовательно сила тока зависит только от сопротивления. В твоем случае от количества метров в ленте. Значит на блок питания в 4а можно повесить до двух твоих лет, или вообще один светодиод. Главное не превышать заданых 4а.

Сергей, спасибо,все понял:))

Сергей, * будет r/2

Никита, если бы источник был стабилизатором тока 4 ампера, то да, лента довольно быстро сгорела бы.
Но ваш источник это стабилизатор напряжения 12 вольт максимальным выходным током 4 ампера. Т.е. в цепи будет всегда 12 вольт, а ток зависит от нагрузки.

Егор, ну да очепятался)
А самое прикольно что ТС все понял

Егор, а то что блок выдает 12.25 вольт это норма? (померил мультиметром) на корпусе указано 12 ровно

Никита, не обращать внимания. Тем более под нагрузкой просядет скорее всего.

Здесь Вячеслав ответил. В ленте стоят токо ограничивающие резисторы. Посмотри на каждые три светика идет один резистор.. Отсюда вывод больше это не менше. Т.е работать от твоего 4х амперного все будет. Главное что он стабилизирован.

Напряжение и сила тока – две основных величины в электричестве. Кроме них выделяют и ряд других величин: заряд, напряженность магнитного поля, напряженность электрического поля, магнитная индукция и другие. Практикующему электрику или электронщику в повседневной работе чаще всего приходится оперировать именно напряжением и током – Вольтами и Амперами. В этой статье мы расскажем именно о напряжении, о том, что это такое и как с ним работать.

Определение физической величины

Напряжение это разность потенциалов между двумя точками, характеризует выполненную работу электрического поля по переносу заряда из первой точки во вторую. Измеряется напряжение в Вольтах. Значит, напряжение может присутствовать только между двумя точками пространства. Следовательно, измерить напряжение в одной точке нельзя.

Потенциал обозначается буквой «Ф», а напряжение буквой «U». Если выразить через разность потенциалов, напряжение равно:

Если выразить через работу, тогда:

где A – работа, q – заряд.

Измерение напряжения

Напряжение измеряется с помощью вольтметра. Щупы вольтметра подключают на две точки напряжение, между которыми нас интересует, или на выводы детали, падение напряжения на которой мы хотим измерить. При этом любое подключение к схеме может влиять на её работу. Это значит, что при добавлении параллельно элементу какой-либо нагрузки ток в цепи изменить и напряжение на элементе измениться по закону Ома.

Вывод:

Вольтметр должен обладать максимально высоким входным сопротивлением, чтобы при его подключении итоговое сопротивление на измеряемом участке оставалось практически неизменным. Сопротивление вольтметра должно стремиться к бесконечности, и чем оно больше, тем большая достоверность показаний.

На точность измерений (класс точности) влияет целый ряд параметров. Для стрелочных приборов – это и точность градуировки измерительной шкалы, конструктивные особенности подвеса стрелки, качество и целостность электромагнитной катушки, состояние возвратных пружин, точность подбора шунта и прочее.

Для цифровых приборов – в основном точность подбора резисторов в измерительном делителе напряжения, разрядность АЦП (чем больше, тем точнее), качество измерительных щупов.

Для измерения постоянного напряжения с помощью цифрового прибора (например, мультиметра), как правило, не имеет значения правильность подключения щупов к измеряемой цепи. Если вы подключите положительный щуп к точке с более отрицательным потенциалом, чем у точки, к которой подключен отрицательный щуп – то на дисплее перед результатом измерения появится знак «–».

А вот если вы меряете стрелочным прибором нужно быть внимательным, При неправильном подсоединении щупов стрелка начнет отклоняться в сторону нуля, упрется в ограничитель. При измерении напряжений близких к пределу измерений или больше она может заклинить или погнуться, после чего о точности и дальнейшей работе этого прибора говорить не приходится.

Для большинства измерений в быту и в электронике на любительском уровне достаточно и вольтметра встроенного в мультиметры типа DT-830 и подобных.

Чем больше измеряемые значения – тем ниже требования к точности, ведь если вы измеряете доли вольта и у вас погрешность в 0.1В – это существенно исказит картину, а если вы измеряете сотни или тысяч вольт, то погрешность и в 5 вольт не сыграет существенной роли.

Что делать если напряжение не подходит для питания нагрузки

Для питания каждого конкретного устройства или аппарата нужно подать напряжение определенной величины, но случается, так что имеющийся у вас источник питания не подходит и выдает низкое или слишком высокое напряжение. Решается эта проблема разными способами, в зависимости от требуемой мощности, напряжения и силы тока.

Как понизить напряжение сопротивлением?

Сопротивление ограничивает ток и при его протекании падает напряжение на сопротивление (токоограничивающий резистор). Такой способ позволяет понизить напряжение для питания маломощных устройств с токами потребления в десятки, максимум сотни миллиампер.

Примером такого питания можно выделить включение светодиода в сеть постоянного тока 12 (например, бортовая сеть автомобиля до 14.7 Вольт). Тогда, если светодиод рассчитан на питание от 3.3 В, током в 20 мА, нужен резистор R:

R=(14.7-3.3)/0.02)= 570 Ом

Но резисторы отличаются по максимальной рассеиваемой мощности:

Ближайший по номиналу в большую сторону – резистор на 0.25 Вт.

Именно рассеиваемая мощность и накладывает ограничение на такой способ питания, обычно мощность резисторов не превышает 5-10 Вт. Получается, что если нужно погасить большое напряжение или запитать таким образом нагрузку мощнее, придется ставить несколько резисторов т.к. мощности одного не хватит и ее можно распределить между несколькими.

Способ снижения напряжения резистором работает и в цепях постоянного тока и в цепях переменного тока.

Недостаток – выходное напряжение ничем нестабилизировано и при увеличении и снижении тока оно изменяется пропорционально номиналу резистора.

Как понизить переменное напряжение дросселем или конденсатором?

Если речь вести только о переменном токе, то можно использовать реактивное сопротивление. Реактивное сопротивление есть только в цепях переменного тока, это связно с особенностями накопления энергии в конденсаторах и катушках индуктивности и законами коммутации.

Дроссель и конденсатор в переменном токе могут быть использованы в роли балластного сопротивления.

Реактивное сопротивление дросселя (и любого индуктивного элемента) зависит от частоты переменного тока (для бытовой электросети 50 Гц) и индуктивности, оно рассчитывается по формуле:

где ω – угловая частота в рад/с, L-индуктивность, 2пи – необходимо для перевода угловой частоты в обычную, f – частота напряжения в Гц.

Реактивное сопротивление конденсатора зависит от его емкости (чем меньше С, тем больше сопротивление) и частоты тока в цепи (чем больше частота, тем меньше сопротивление). Его можно рассчитать так:

Пример использования индуктивного сопротивление – это питание люминесцентных ламп освещения, ДРЛ ламп и ДНаТ. Дроссель ограничивает ток через лампу, в ЛЛ и ДНаТ лампах он используется в паре со стартером или импульсным зажигающем устройством (пусковое реле) для формирования всплеска высокого напряжения включающего лампу. Это связано с природой и принципом работы таких светильников.

А конденсатор используют для питания маломощных устройств, его устанавливают последовательно с питаемой цепью. Такой блок питания называется «бестрансфоматорный блок питания с балластным (гасящим) конденсатором».

Очень часто встречают в качестве ограничителя тока заряда аккумуляторов (например, свинцовых) в носимых фонарях и маломощных радиоприемниках. Недостатки такой схемы очевидны – нет контроля уровня заряда аккумулятора, их выкипание, недозаряд, нестабильность напряжения.

Как понизить и стабилизировать напряжение постоянного тока

Чтобы добиться стабильного выходного напряжения можно использовать параметрические и линейные стабилизаторы. Часто их делают на отечественных микросхемах типа КРЕН или зарубежных типа L78xx, L79xx.

Линейный преобразователь LM317 позволяет стабилизировать любое значение напряжения, он регулируемый до 37В, вы можете сделать простейший регулируемый блок питания на его основе.

Если нужно незначительно снизить напряжение и стабилизировать его описанные ИМС не подойдут. Чтобы они работали должна быть разница порядка 2В и более. Для этого созданы LDO(low dropout)-стабилизаторы. Их отличие заключается в том, что для стабилизации выходного напряжение нужно, чтобы входное его превышало на величину от 1В. Пример такого стабилизатора AMS1117, выпускается в версиях от 1.2 до 5В, чаще всего используют версии на 5 и 3.3В, например в платах Arduino и многом другом.

Конструкция всех вышеописанных линейных понижающих стабилизаторов последовательного типа имеет существенный недостаток – низкий КПД. Чем больше разница между входным и выходным напряжением – тем он ниже. Он просто «сжигает» лишнее напряжение, переводя его в тепло, а потери энергии равны:

Компания AMTECH выпускает ШИМ аналоги преобразователей типа L78xx, они работают по принципу широтно-импульсной модуляции и их КПД равен всегда более 90%.

Они просто включают и выключают напряжение с частотой до 300 кГц (пульсации минимальны). А действующее напряжение стабилизируется на нужном уровне. А схема включения аналогичная линейным аналогам.

Как повысить постоянное напряжение?

Для повышения напряжения производят импульсные преобразователи напряжения. Они могут быть включены и по схеме повышения (boost), и понижения (buck), и по повышающе-понижающей (buck-boost) схеме. Давайте рассмотрим несколько представителей:

1. Плата на базе микросхемы XL6009

2. Плата на базе LM2577, работает на повышение и понижение выходного напряжения.

3. Плата преобразователь на FP6291, подходит для сборки 5 V источника питания, например powerbank. С помощью корректировке номиналов резисторов может перестраиваться на другие напряжения, как и любые другие подобные преобразователь – нужно корректировать цепи обратной связи.

4. Плата на базе MT3608

Здесь всё подписано на плате – площадки для пайки входного – IN и выходного – OUT напряжения. Платы могут иметь регулировку выходного напряжения, а в некоторых случая и ограничения тока, что позволяет сделать простой и эффективный лабораторный блок питания. Большинство преобразователей, как линейных, так и импульсных имеют защиту от КЗ.

Как повысить переменное напряжение?

Для корректировки переменного напряжения используют два основных способа:

Автотрансформатор – это дроссель с одной обмоткой. Обмотка имеет отвод от определенного количества витков, так подключаясь между одним из концов обмотки и отводом, на концах обмотки вы получаете повышенное напряжение во столько раз, во сколько соотносится общее количество витков и количество витков до отвода.

Промышленностью выпускаются ЛАТРы – лабораторные автотрансформаторы, специальные электромеханические устройства для регулировки напряжения. Очень широко применение они нашли в разработке электронных устройств и ремонте источников питания. Регулировка достигается за счет скользящего щеточного контакта, к которому подключается питаемое устройство.

Недостатком таких устройств является отсутствие гальванической развязки. Это значит, что на выходных клеммах может запросто оказаться высокое напряжение, отсюда опасность поражения электрическим током.

Трансформатор – это классический способ изменения величины напряжения. Здесь есть гальваническая развязка от сети, что повышает безопасность таких установок. Величина напряжения на вторичной обмотке зависит от напряжений на первичной обмотки и коэффициента трансформации.

Отдельный вид – это импульсные трансформаторы. Они работают на высоких частотах в десятки и сотни кГц. Используются в подавляющем большинстве импульсных блоках питания, например:

Зарядное устройство вашего смартфона;

Блок питания ноутбука;

Блок питания компьютера.

За счет работы на большой частоте снижаются массогабаритные показатели, они в разы меньше чем у сетевых (50/60 Гц) трансформаторов, количество витков на обмотках и, как следствие, цена. Переход на импульсные блоки питания позволил уменьшить габариты и вес всей современной электроники, снизить её потребление за счет увеличения кпд (в импульсных схемах 70-98%).

В магазинах часто встречаются электронные траснформаторы, на их вход подаётся сетевое напряжение 220В, а на выходе например 12 В переменное высокочастотное, для использования в нагрузке которая питается от постоянного тока нужно дополнительно устанавливать на выход диодный мост из высокоскоростных диодов.

Внутри находится импульсный трансформатор, транзисторные ключи, драйвер, или автогенераторная схема, как изображена ниже.

Достоинства – простота схемы, гальваническая развязка и малые размеры.

Недостатки – большинство моделей, что встречаются в продаже, имеют обратную связь по току, это значит что без нагрузки с минимальной мощностью (указано в спецификациях конкретного прибора) он просто не включится. Отдельные экземпляры оборудованы уже ОС по напряжению и работают на холостом ходу без проблем.

Используются чаще всего для питания 12В галогенных ламп, например точечные светильники подвесного потолка.

Заключение

Мы рассмотрели базовые сведения о напряжении, его измерении, а также регулировки. Современная элементная база и ассортимент готовых блоков и преобразователей позволяет реализовывать любые источники питания с необходимыми выходными характеристиками. Подробнее о каждом из способов можно написать отдельную статью, в пределах этой я постарался уместить базовые сведения, необходимые для быстрого подбора удобного для вас решения.

Определение физической величины

Если выразить через работу, тогда:

где A – работа, q – заряд.

Измерение напряжения

Вывод:

Что делать если напряжение не подходит для питания нагрузки

Как понизить напряжение сопротивлением?

R=(14.7-3.3)/0.02)= 570 Ом

Но резисторы отличаются по максимальной рассеиваемой мощности:

Ближайший по номиналу в большую сторону – резистор на 0.25 Вт.

Способ снижения напряжения резистором работает и в цепях постоянного тока и в цепях переменного тока.

Как понизить переменное напряжение дросселем или конденсатором?

Дроссель и конденсатор в переменном токе могут быть использованы в роли балластного сопротивления.

Как понизить и стабилизировать напряжение постоянного тока

Как повысить постоянное напряжение?

1. Плата на базе микросхемы XL6009

2. Плата на базе LM2577, работает на повышение и понижение выходного напряжения.

4. Плата на базе MT3608

Как повысить переменное напряжение?

Для корректировки переменного напряжения используют два основных способа:

Зарядное устройство вашего смартфона;

Блок питания ноутбука;

Блок питания компьютера.

Достоинства – простота схемы, гальваническая развязка и малые размеры.

Используются чаще всего для питания 12В галогенных ламп, например точечные светильники подвесного потолка.

Заключение

Как уменьшить ток в цепи?

Предварительные работы

Расчет необходимого сопротивления

Что такое сила тока?

От чего зависит сила тока?

Как повысить силу тока в цепи?

Как повысить силу тока в блоке питания?

Как повысить силу тока в зарядном устройстве?

Как повысить силу тока в трансформаторе?

Как повысить силу тока в генераторе?

Оставьте комментарий Отменить ответ