Диод в цепи нагревателя переменного тока 220 v: 1n4007 Мостовой выпрямитель на 220 В переменного тока?

Устройство и работа выпрямительного диода. Диодный мост

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Продолжаем знакомиться с полупроводниковыми диодами. В предыдущей части статьи мы с Вами разобрались с принципом работы диода, рассмотрели его вольт-амперную характеристику и выяснили, что такое пробой p-n перехода.
В этой части мы рассмотрим устройство и работу выпрямительных диодов.

Выпрямительный диод – это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный. Однако, это далеко не полная область применения выпрямительных диодов: они широко используются в цепях управления и коммутации, в схемах умножения напряжения, во всех сильноточных цепях, где не предъявляется жестких требований к временным и частотным параметрам электрического сигнала.

Общие характеристики выпрямительных диодов.

В зависимости от значения максимально допустимого прямого тока выпрямительные диоды разделяются на диоды малой, средней и большой мощности:

малой мощности

рассчитаны для выпрямления прямого тока до 300mA;
средней мощности – от 300mA до 10А;
большой мощности — более 10А.

По типу применяемого материала они делятся на германиевые и кремниевые, но, на сегодняшний день наибольшее применение получили кремниевые выпрямительные диоды ввиду своих физических свойств.

Кремниевые диоды, по сравнению с германиевыми, имеют во много раз меньшие обратные токи при одинаковом напряжении, что позволяет получать диоды с очень высокой величиной допустимого обратного напряжения, которое может достигать 1000 – 1500В, тогда как у германиевых диодов оно находится в пределах 100 – 400В.

Работоспособность кремниевых диодов сохраняется при температурах от -60 до +(125 — 150)º С, а германиевых – лишь от -60 до +(70 – 85)º С. Это связано с тем, что при температурах выше 85º С образование электронно-дырочных пар становится столь значительным, что происходит резкое увеличение обратного тока и эффективность работы выпрямителя падает.

Технология изготовления и конструкция выпрямительных диодов.

Конструкция выпрямительных диодов представляет собой одну пластину кристалла полупроводника, в объеме которой созданы две области разной проводимости, поэтому такие диоды называют плоскостными.

Технология изготовления таких диодов заключается в следующем:
на поверхность кристалла полупроводника с электропроводностью n-типа расплавляют алюминий, индий или бор, а на поверхность кристалла с электропроводностью p-типа расплавляют фосфор.

Под действием высокой температуры эти вещества крепко сплавляются с кристаллом полупроводника. При этом атомы этих веществ проникают (диффундируют) в толщу кристалла, образуя в нем область с преобладанием электронной или дырочной электропроводностью. Таким образом получается полупроводниковый прибор с двумя областями различного типа электропроводности — а между ними

p-n переход. Большинство распространенных плоскостных кремниевых и германиевых диодов изготавливают именно таким способом.

Для защиты от внешних воздействий и обеспечения надежного теплоотвода кристалл с p-n переходом монтируют в корпусе.
Диоды малой мощности изготавливают в пластмассовом корпусе с гибкими внешними выводами, диоды средней мощности – в металлостеклянном корпусе с жесткими внешними выводами, а диоды большой мощности – в металлостеклянном или металлокерамическом корпусе, т.е. со стеклянным или керамическим изолятором. Пример выпрямительных диодов германиевого (малой мощности) и кремниевого (средней мощности) показан на рисунке ниже.

Кристаллы кремния или германия (3) с p-n переходом (4) припаиваются к кристаллодержателю (2), являющемуся одновременно основанием корпуса. К кристаллодержателю приваривается корпус (

7) со стеклянным изолятором (6), через который проходит вывод одного из электродов (5).

Маломощные диоды, обладающие относительно малыми габаритами и весом, имеют гибкие выводы (1) с помощью которых они монтируются в схемах.
У диодов средней мощности и мощных, рассчитанных на значительные токи, выводы (1) значительно мощнее. Нижняя часть таких диодов представляет собой массивное теплоотводящее основание с винтом и плоской внешней поверхностью, предназначенное для обеспечения надежного теплового контакта с внешним теплоотводом (радиатором).

Электрические параметры выпрямительных диодов.

У каждого типа диодов есть свои рабочие и предельно допустимые параметры, согласно которым их выбирают для работы в той или иной схеме:

Iобр – постоянный обратный ток, мкА;
Uпр – постоянное прямое напряжение, В;
Iпр max – максимально допустимый прямой ток, А;
Uобр max – максимально допустимое обратное напряжение, В;

Р max – максимально допустимая мощность, рассеиваемая на диоде;
Рабочая частота, кГц;
Рабочая температура, С.

Здесь приведены далеко не все параметры диодов, но, как правило, если надо найти замену, то этих параметров хватает.

Схема простого выпрямителя переменного тока на одном диоде.

Разберем схему работы простейшего выпрямителя, которая изображена на рисунке:

На вход выпрямителя подадим сетевое переменное напряжение, в котором положительные полупериоды выделены красным цветом, а отрицательные – синим. К выходу выпрямителя подключим нагрузку (Rн), а функцию выпрямляющего элемента будет выполнять диод (VD).

При положительных полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод открывается. В эти моменты времени через диод, а значит, и через нагрузку (Rн), питающуюся от выпрямителя, течет прямой ток диода Iпр (на правом графике волна полупериода показана красным цветом).

При отрицательных

полупериодах напряжения, поступающих на анод диода диод закрывается, и во всей цепи будет протекать незначительный обратный ток диода (Iобр). Здесь, диод как бы отсекает отрицательную полуволну переменного тока (на правом графике такая полуволна показана синей пунктирной линией).

В итоге получается, что через нагрузку (Rн), подключенную к сети через диод (VD), течет уже не переменный, поскольку этот ток протекает только в положительные полупериоды, а пульсирующий ток – ток одного направления. Это и есть выпрямление переменного тока.

Но таким напряжением можно питать лишь маломощную нагрузку, питающуюся от сети переменного тока и не предъявляющую к питанию особых требований, например, лампу накаливания.
Напряжение через лампу будет проходить только во время положительных полуволн (импульсов), поэтому лампа будет слабо мерцать с частотой 50 Гц. Однако, за счет тепловой инертности нить не будет успевать остывать в промежутках между импульсами, и поэтому мерцание будет слабо заметным.

Если же запитать таким напряжением приемник или усилитель мощности, то в громкоговорителе или колонках мы будем слышать гул низкого тона с частотой 50 Гц, называемый фоном переменного тока. Это будет происходить потому, что пульсирующий ток, проходя через нагрузку, создает в ней пульсирующее напряжение, которое и является источником фона.

Этот недостаток можно частично устранить, если параллельно нагрузке подключить фильтрующий электролитический конденсатор (Cф) большой емкости.

Заряжаясь импульсами тока во время положительных полупериодов, конденсатор (Cф) во время отрицательных полупериодов разряжается через нагрузку (Rн). Если конденсатор будет достаточно большой емкости, то за время между импульсами тока он не будет успевать полностью разряжаться, а значит, на нагрузке (Rн) будет непрерывно поддерживаться ток как во время положительных, так и во время отрицательных полупериодов. Ток, поддерживаемый за счет зарядки конденсатора, показан на правом графике сплошной волнистой красной линией.

Но и таким, несколько сглаженным током тоже нельзя питать приемник или усилитель потому, что они будут «фонить», так как уровень пульсаций (Uпульс) пока еще очень ощутим.
В выпрямителе, с работой которого мы познакомились, полезно используется энергия только половины волн переменного тока, поэтому на нем теряется больше половины входного напряжения и потому такое выпрямление переменного тока называют однополупериодным, а выпрямители – однополупериодными выпрямителями. Эти недостатки устранены в выпрямителях с использованием диодного моста.

Диодный мост.

Диодный мост – это небольшая схема, составленная из 4-х диодов и предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный. В отличие от однополупериодного выпрямителя, состоящего из одного диода и пропускающего ток только во время положительного полупериода, мостовая схема позволяет пропускать ток в течение каждого полупериода. Диодные мосты изготавливают в виде небольших сборок заключенных в пластмассовый корпус.

Из корпуса сборки выходят четыре вывода напротив которых расположены знаки «+», «—» или «~», указывающие, где у моста вход, а где выход. Но не обязательно диодные мосты можно встретить в виде такой сборки, их также собирают включением четырех диодов прямо на печатной плате, что очень удобно.

Например. Вышел из строя один из диодов моста, если будет стоять сборка, то ее смело выкидываем, а если мост будет собран из четырех диодов прямо на плате — меняем неисправный диод и все готово.

На принципиальных схемах диодный мост обозначают включением четырех диодов в мостовую схему, как показано в левой части нижнего рисунка: здесь, диоды являются как бы плечами выпрямительного моста.
Такое графическое обозначение моста можно встретить еще в старых журналах по радиотехнике. Однако, на сегодняшний день, в основном, диодный мост обозначают в виде ромба, внутри которого расположен значок диода, указывающий только на полярность выходного напряжения.

Теперь рассмотрим работу диодного моста на примере низковольтного выпрямителя. В таком выпрямителе, с использованием четырех диодов, во время каждой полуволны работают поочередно два диода противоположных плеч моста, включенных между собой последовательно, но встречно по отношению ко второй паре диодов.

Со вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение поступает на вход диодного моста. Когда на верхнем (по схеме) выводе вторичной обмотки возникает положительный полупериод напряжения, ток идет через диод VD3, нагрузку Rн, диод VD2 и к нижнему выводу вторичной обмотки (см. график а). Диоды VD1 и VD4 в этот момент закрыты и через них ток не идет.

В течение другого полупериода переменного напряжения, когда плюс на

нижнем (по схеме) выводе вторичной обмотки, ток идет через диод VD4, нагрузку Rн, диод VD1 и к верхнему выводу вторичной обмотки (см. график б). В этот момент диоды VD2 и VD3 закрыты и ток через себя не пропускают.

В результате мы видим, что меняются знаки напряжения на вторичной обмотке трансформатора, а через нагрузку выпрямителя идет ток одного направления (см. график в). В таком выпрямителе полезно используются оба полупериода переменного тока, поэтому подобные выпрямители называют двухполупериодными.

И в заключении отметим, что работа двухполупериодного выпрямителя по сравнению с однопериодным получается намного эффективней:

1. Удвоилась частота пульсаций выпрямленного тока;
2. Уменьшились провалы между импульсами, что облегчило задачу сглаживания пульсаций на выходе выпрямителя;
3. Среднее значение напряжения постоянного тока примерно равно переменному напряжению, действующему во вторичной обмотке трансформатора.

А если такой выпрямитель дополнить фильтрующим электролитическим конденсатором, то им уже смело можно запитывать радиолюбительскую конструкцию.

Ну вот, мы с Вами практически и закончили изучать диоды. Конечно, в этих статьях дано далеко не все, а только основные понятия, но этих знаний Вам уже будет достаточно, чтобы собрать свою радиолюбительскую конструкцию для дома, в которой используются полупроводниковые диоды.

А в качестве дополнительной информации посмотрите видеоролик, в котором рассказывается, как проверить диодный мост мультиметром.

Удачи!

Источник:

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Горюнов Н.Н., Носов Ю.Р — Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. 1968г.
3. Пасынков В.В., Чиркин Л.К — Полупроводниковые приборы: Учеб. для вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики» и «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы» — 4-е изд. перераб. и доп. 1987г.

Что будет, если подать в электросеть постоянный ток / Хабр

Война токов

завершилась, и Тесла с Вестингаузом, похоже, победили. Сети постоянного тока сейчас используются кое-где на железной дороге, а также в виде свервысоковольтных линий передачи.

Подавляющее большинство энергосетей работают на переменном токе. Но давайте представим, что вместо переменного напряжения с действующим значением 220 вольт в ваш дом внезапно стали поступать те же 220 В, но постоянного тока.

Театр начинается с вешалки, а наш электрический цирк — с вводного щитка.

И сразу хорошие новости: защитные автоматы будут работать как положено. Автомат имеет два расцепителя: тепловой и электромагнитный. Тепловой служит для защиты от длительной перегрузки. Ток нагревает биметаллическую пластинку, она изгибается и размыкает цепь. Электромагнитный элемент срабатывает от кратковременного импульса тока при коротком замыкании. Он представляет собой соленоид, который втягивает в себя сердечник и, опять же, разрывает цепь. Обе эти системы прекрасно работают на постоянном токе.

источник картинки: выключатель-автоматический.рф

Дополнения от Bronx и AndrewN:
Магнитный расцепитель срабатывает по амплитудному значению тока, то есть в 1,4 раза больше действующего. На постоянном токе его ток срабатывания будет в 1,4 раза выше.

Дугу постоянного тока сложнее погасить, так что при коротком замыкании увеличится время разрыва цепи и ускорится износ автомата. Существуют специальные автоматы, рассчитанные на работу с постоянным током.

Помимо автоматов, в щитке есть устройство защитного отключения (УЗО). Его цель — обнаруживать утечку тока из сети на землю, например при касании человеком токоведущих частей. УЗО измеряет силу тока в двух проводниках, проходящих через него. Если в нагрузку втекает такой же ток, что и вытекает — всё в порядке, утечки нет. Если же токи не равны, УЗО бьёт тревогу и разрывает цепь.

Чувствительный элемент УЗО — дифференциальный трансформатор. У такого трансформатора две первичные обмотки, включенные в противоположных направлениях. Если токи равны, их магнитные поля компенсируют друг друга и на выходе сигнала нет. Если токи не скомпенсированы, на выходе сигнальной обмотки появляется напряжение, на которое реагирует схема УЗО. На постоянном токе трансформатор работать не будет, и УЗО окажется бесполезным.

Неважно, какой у вас электросчетчик — старый механический или новый электронный — работать он не будет. Механический счетчик представляет собой электродвигатель, где ротором служит металлический диск, а статор содержит две обмотки. Одна обмотка включена последовательно с нагрузкой и измеряет ток, вторая включена параллельно и измеряет напряжение. Таким образом, чем больше потребляемая мощность, тем быстрее крутится диск. Работа такого счетчика основана на явлении электромагнитной индукции, и при постоянном токе в обмотках диск останется неподвижен.

Электронный счетчик устроен по-другому. Он напрямую измеряет напряжение (через резистивный делитель) и ток (при помощи шунта или датчика Холла), оцифровывает их, а затем микропроцессор пересчитывает полученные данные в киловатт-часы. В принципе, ничто не мешает такой схеме работать с постоянным током, но во всех бытовых счетчиках постоянная составляющая программно отфильтровывается и на показания не влияет. Счетчики постоянного тока существуют в природе, их ставят, например, на электровозы, но в квартирном щитке вы такой не найдёте.

Ну и ладно, не хватало ещё платить за всё это безобразие! Идём дальше по цепи и смотрим, какие электроприборы могут нам встретиться.

Тут всё прекрасно. Электронагреватель — это чисто резистивная нагрузка, а тепловое действие тока не зависит от его формы и направления. Электроплиты, чайники, кипятильники, утюги и паяльники будут работать на постоянном токе точно так же, как и на переменном. Биметаллические терморегуляторы (как, например, в утюге) тоже будут функционировать правильно.

Старая добрая лампочка Ильича на постоянном токе чувствует себя не хуже, чем на переменном. Даже лучше: не будет пульсаций света, лампа не будет гудеть. На переменном токе лампочка может гудеть из-за того, что спираль (особенно, если она провисла) работает как электромагнит, сжимаясь и растягиваясь дважды за период. При питании постоянным током этого неприятного явления не будет.

Однако если у вас установлены регуляторы яркости (диммеры), то они работать перестанут. Ключевым элементом диммера является тиристор — полупроводниковый прибор, который открывается и начинает пропускать ток в момент подачи управляющего импульса. Закрывается тиристор, когда ток через него прекращает течь. При питании тиристора переменным током он будет закрываться при каждом переходе тока через ноль. Подавая управляющий импульс в разное время относительно этого перехода, можно менять время, в течение которого тиристор будет открыт, а значит, и мощность в нагрузке. Именно так и работает диммер.

При питании постоянным током тиристор не сможет закрыться, и лампа всегда будет гореть на 100% мощности. А возможно, управляющая схема не сможет «поймать» переход сетевого напряжения через ноль и не подаст импульс для открытия тиристора. Тогда лампа не загорится совсем. В любом случае, диммер будет бесполезен.

Люминесцентную лампу нельзя включать напрямую в сеть, для нормальной работы ей нужен пуско-регулирующий аппарат (ПРА). В простейшем случае он состоит из трёх деталей: стартёра, дросселя и конденсатора. Последний нужен не самой лампе, а остальным потребителям в сети, так как он улучшает

коэффициент мощности

и фильтрует помехи, создаваемые лампой. Стартёр — это неоновая лампочка, один из электродов которой при нагреве изгибается и касается второго электрода. Дроссель — большая катушка индуктивности, включенная последовательно с лампой:

Штатно всё это работает так: при включении зажигается разряд в стартёре, его контакты нагреваются и замыкаются между собой. Ток течёт через нити накала лампы, отчего те разогреваются и начинают испускать электроны. В это время стартёр остывает и размыкает цепь. Ток резко падает, и за счет самоиндукции на дросселе появляется импульс высокого напряжения. Этот импульс зажигает разряд в лампе, и дальше он горит самостоятельно. Дроссель теперь ограничивает ток разряда, работая как добавочное сопротивление.

Что же будет на постоянном токе? Стартёр сработает, лампа зажжётся как положено, но вот дальше всё пойдёт наперекосяк. В цепи постоянного тока у дросселя не будет индуктивного сопротивления (только активное сопротивление проводов, а оно мало), а значит, он больше не сможет ограничивать ток. Чем выше ток разряда, тем сильнее ионизируется газ в лампе, сопротивление падает, и ток растёт ещё сильнее. Процесс будет развиваться лавинообразно и закончится взрывом лампы.

Электромагнитные ПРА просты, но не лишены недостатков. У них низкий КПД, дроссель громоздкий и тяжелый, гудит и нагревается, лампа загорается с диким миганием, а потом мерцает с частотой 100 Гц. Всех этих недостатков лишен электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА). Как он работает? Если посмотреть

схемы различных ЭПРА

, можно заметить общий принцип. Напряжение сети выпрямляется (преобразуется в постоянное), затем генератор на транзисторах или микросхеме вырабатывает переменное напряжение высокой частоты (десятки кГц), которое питает лампу. В дорогих ЭПРА есть схемы разогрева нитей и плавного запуска, которые продлевают срок службы лампы.

источник картинки: aliexpress.com

Схожую схемотехнику имеют как блоки для линейных ламп, так и компактные «энергосберегайки», которые вкручиваются в обычный патрон. Поскольку на входе ЭПРА стоит выпрямитель, можно питать всю схему постоянным напряжением.

Светодиод требует для работы небольшое постоянное напряжение (около 3.5 В, обычно соединяют несколько диодов последовательно) и ограничитель тока.

Схемы светодиодных ламп

весьма разнообразны, от простых до довольно сложных.

Самое простое — последовательно со светодиодами поставить гасящий резистор. На нём упадёт лишнее напряжение, он же будет ограничивать ток. Такая схема имеет чудовищно низкий КПД, поэтому на практике вместо резистора ставят гасящий конденсатор. Он также обладает сопротивлением (для переменного тока), но на нём не рассеивается тепловая мощность. По такой схеме собраны самые дешёвые лампы. Светодиоды в них мерцают с частотой 100 Гц. На постоянном токе такая лампа работать не будет, так как для постоянного тока конденсатор имеет бесконечное сопротивление.

источник картинки: bigclive.com

Более дорогие лампы устроены сложнее, очень похоже на ЭПРА для люминесцентных ламп. Источник питания в них содержит высокочастотный импульсный стабилизатор, который питается выпрямленным сетевым напряжением. Как и в случае с ЭПРА, схема будет нормально работать, если подать на неё постоянное напряжение.

источник картинки: powerelectronictips.com

Универсальный коллекторный двигатель (УКД) состоит из неподвижного статора и ротора, который вращается внутри. Статор имеет одну обмотку, а ротор сразу несколько. Роторные обмотки подключаются через коллектор — цилиндр с контактами, по которому скользят угольные щётки. Взаимодействие магнитных полей статора и ротора заставляет ротор поворачиваться. Коллектор устроен так, что всё время включает ту из обмоток, которая находится перпендикулярно обмотке статора — для неё вращающий момент будет максимальным.

Такой двигатель может работать при питании как переменным, так и постоянным током. Собственно, поэтому он и называется «универсальным». При смене полярности одновременно меняется направление магнитного поля и в статоре, и в роторе, в результате двигатель продолжает вращаться в ту же сторону. На постоянном токе УКД развивает даже больший момент, чем на переменном, за счет отсутствия индуктивного сопротивления обмоток. Универсальные коллекторные двигатели применяются там, где нужно получить большую мощность при малых габаритах. В бытовой технике УКД стоят в стиральных машинах, пылесосах, фенах, блендерах, миксерах, мясорубках, а также в электроинструментах. Все эти приборы продолжат работать, если напряжение в розетке внезапно «выпрямится».

У синхронного двигателя в статоре несколько обмоток, которые создают вращающееся магнитное поле. Ротор содержит постоянный магнит либо обмотку, питаемую постоянным током. Магнитное поле статора сцепляется с полем ротора и вращает его за собой. Особенностью такого двигателя является то, что частота его вращения зависит только от частоты питающего тока. На постоянном токе, очевидно, такой двигатель будет вращаться с нулевой частотой, то есть остановится.

В быту применяются маломощные синхронные двигатели там, где нужно поддерживать строго постоянную частоту вращения. В основном, это электромеханические часы и таймеры. Также синхронными являются двигатель вращения тарелки в СВЧ-печи и двигатель сливного насоса в стиральной машине.

Асинхронный двигатель похож своим устройством на синхронный. В нем также статор имеет несколько обмоток и создаёт вращающееся поле. Но обмотка ротора никуда не подключена и замкнута накоротко. Ток в ней создаётся за счет явления электромагнитной индукции в переменном поле статора. Этот ток создаёт своё магнитное поле, которое взаимодействует с вращающимся полем статора и заставляет ротор вращаться.

Асинхронные двигатели отличаются низким уровнем шума и большим ресурсом из-за отсутствия трущихся щёток. Их можно встретить в холодильниках, кондиционерах и вентиляторах. При питании постоянным током магнитное поле статора вращаться не будет. Также не возникнет ток в короткозамкнутом роторе. Двигатель останется неподвижен, а обмотка будет просто нагреваться, как обычный кусок провода.

Строго говоря, это не отдельный тип двигателя, а способ управления им. Сам двигатель может быть синхронным или асинхронным. Главная особенность в том, что напряжения на обмотках формируются управляющей схемой по сигналу с датчика положения ротора. Это позволяет регулировать скорость и крутящий момент в широких диапазонах, ограничивать пусковые токи и даёт кучу возможностей, вроде стабилизации частоты вращения. Вот пара хороших статей, объясняющих всю эту магию:

Раз
Два

Вентильные двигатели всё шире используются в бытовой технике: в стиральных машинах, холодильниках, кондиционерах, пылесосах. Обычно такую технику можно узнать по прилагательному «инверторный» в рекламе. Вентильный двигатель безразличен к форме питающего напряжения. Напряжение сети первым делом выпрямляется, а затем управляющий блок «лепит» из него несколько разных синусоид (обычно три) для питания обмоток мотора. Естественно, такая система будет спокойно работать на постоянном токе.

Трансформатор состоит из нескольких обмоток, связанных общим магнитопроводом. Переменный ток в одной обмотке (первичной) порождает индукционные токи во всех остальных обмотках (вторичных). Ключевая особенность трансформатора, ради которой его обычно и используют, в том, что напряжения на обмотках соотносятся так же, как количество витков в этих обмотках. Если в первичной обмотке намотать 1000 витков, а во вторичной — 100, такой трансформатор будет понижать напряжение в 10 раз. Если включить его наоборот — в 10 раз повышать. Очень просто и удобно.

В линейном блоке питания напряжение сети понижается (или повышается, если надо) до необходимого уровня при помощи трансформатора. Далее стоит выпрямитель, который преобразует переменное напряжение в постоянное, и фильтр, сглаживающий пульсации. Затем может идти стабилизатор, который поддерживает неизменным выходное напряжение.

Линейные блоки питания постепенно вытесняются импульсными, но первые работают ещё много где. В микроволновке, если она не «инверторная», есть мощный трансформатор, который повшает сетевые 220 В до нескольких киловольт, необходимых для работы магнетрона. От трансформаторов питается управляющая электроника в стиральных машинах, кухонных плитах и кондиционерах. Трансформаторные блоки питания используются в аудиоаппаратуре и дешёвых зарядных устройствах.

Что случится с трансформатором, если его включить в сеть постоянного тока? Во-первых, на вторичных обмотках напряжение не появится, так как электромагнитная индукция возникает лишь при изменении тока. Во-вторых, обмотка не будет обладать индуктивным сопротивлением, а значит, через неё потечёт гораздо больший ток, чем рассчитано. Трансформатор будет перегреваться и довольно быстро сгорит.

Чем выше частота переменного тока, тем эффективнее работает трансформатор (в разумных пределах, конечно). Если использовать частоту в несколько десятков килогерц вместо сетевых 50 Гц, можно прилично уменьшить габариты трансформаторов при той же передаваемой мощности. Эта идея лежит в основе импульсных блоков питания. Работает такой блок следующим образом: напряжение сети выпрямляется, полученное постоянное напряжение питает транзисторный генератор, который даёт снова переменное напряжение, но уже высокой частоты. Его теперь можно понижать или повышать трансформатором, выпрямлять и подавать в нагрузку.

По такой схеме сейчас питается подавляющее большинство электроники: компьютеры, мониторы, телевизоры, зарядные устройства для ноутбуков, телефонов и прочих гаджетов. Поскольку входное напряжение первым делом выпрямляется, импульсный блок питания должен без проблем работать на постоянном токе. Но есть пара моментов, которые могут всё испортить.

Во-первых, напряжение после выпрямителя равно почти амплитудному значению переменного напряжения. То есть для ~220 В на входе выпрямитель даст 311 B. Мы же по условию подаём постоянное напряжение 220 В, что на 30% ниже. Это скорее всего не вызовет проблем, потому что современные блоки питания могут работать в широком диапазоне напряжений, обычно от 100 до 250 В.

Во-вторых, выпрямитель состоит из четырёх диодов, которые работают парами: одна пара на положительной полуволне тока, другая — на отрицательной. Таким образом, каждый диод пропускает ток лишь половину времени. Если мы подадим на выпрямитель постоянное напряжение, одна пара диодов будет открыта всегда, и на них будет рессеиваться двойная мощность. Если диоды не имеют двойного запаса по току, они могут сгореть. Но это не слишком большая беда: можно просто выкинуть выпрямитель и подавать постоянное напряжение сразу после него.

После того, как вы потушили несколько возгораний и сгребли в кучу испорченные приборы, настало время подвести итоги. Переход на постоянный ток переживёт либо старая и простая техника (лампы накаливания, нагреватели, коллекторные моторы с механическим управлением) либо, наоборот, самая современная (с импульсными блоками питания и инверторными моторами).

К счастью, описанный сценарий вряд ли осуществится на практике, если не рассматривать возможность специально организованной диверсии. Ни при какой возможной аварии в энергосети переменное напряжение не станет вдруг постоянным. Правда, при возможных авариях случаются иные нехорошие вещи, но это уже совсем другая история. Берегите себя и делайте бэкапы.

Как получить 12 Вольт из 5, 24, 220 Вольт

Напряжение 12 Вольт используется для питания большого количества электроприборов: приемники и магнитолы, усилители, ноутбуки, шуруповерты, светодиодные ленты и прочее. Часто они работают от аккумуляторов или от блоков питания, но когда те или другие выходят из строя перед пользователем возникает вопрос: «Как получить 12 Вольт переменного тока»? Об этом мы расскажем далее, предоставив обзор наиболее рациональных способов.

Получаем 12 Вольт из 220

Наиболее часто стоит задача получить 12 вольт из бытовой электросети 220В. Это можно сделать несколькими способами:

1. Понизить напряжение без трансформатора.
2. Использовать сетевой трансформатор 50 Гц.
3. Использовать импульсный блок питания, возможно в паре с импульсным или линейным преобразователем.

Понижение напряжения без трансформатора

Преобразовать напряжение из 220 Вольт в 12 без трансформатора можно 3-мя способами:

1. Понизить напряжение с помощью балластного конденсатора. Универсальный способ используется для питания маломощной электроники, например светодиодных ламп, и для заряда небольших аккумуляторов, как в фонариках. Недостатком является низкий косинус Фи у схемы и невысокая надежность, но это не мешает её повсеместно использовать в дешевых электроприборах.
2. Понизить напряжение (ограничить ток) с помощью резистора. Способ не очень хороший, но имеет право на существование, подойдет, чтобы запитать какую-то очень слабую нагрузку, типа светодиода. Его основной недостаток – это выделение большого количества активной мощности в виде тепла на резисторе.
3. Использовать автотрансформатор или дроссель с подобной логикой намотки.

Гасящий конденсатор

Прежде чем приступить к рассмотрению этой схемы предварительно стоит сказать об условиях, которые вы должны соблюдать:

• Блок питания не универсальный, поэтому его рассчитывают и используют только для работы с одним заведомо известным прибором.
• Все внешние элементы блока питания, например регуляторы, если вы будете использовать дополнительные компоненты для схемы, должны быть изолированы, а на металлических ручках потенциометров надеты пластиковые колпачки. Не касайтесь платы блока питания и проводов для подключения выходного напряжения, если к ним не подключена нагрузка или если в схеме не установлен стабилитрон или стабилизатор для низкого постоянного напряжения.

Тем не менее, такая схема вряд ли вас убьёт, но удар электрическим током получить можно.

Схема изображена на рисунке ниже:

R1 – нужен для разрядки гасящего конденсатора, C1 – основной элемент, гасящий конденсатор, R2 – ограничивает токи при включении схемы, VD1 – диодный мост, VD2 – стабилитрон на нужное напряжение, для 12 вольт подойдут: Д814Д, КС207В, 1N4742A. Можно использовать и линейный преобразователь.

Или усиленный вариант первой схемы:

Номинал гасящего конденсатора рассчитывают по формуле:

С(мкФ) = 3200*I(нагрузки)/√(Uвход²-Uвыход²)

Или:

С(мкФ) = 3200*I(нагрузки)/√Uвход

Но можно и воспользоваться калькуляторами, они есть в онлайн или в виде программы для ПК, например как вариант от Гончарука Вадима, можете поискать в интернете.

Конденсаторы должны быть такими – пленочными:

Или такие:

Остальные перечисленные способы рассматривать не имеет смысла, т.к. понижение напряжения с 220 до 12 Вольт с помощью резистора не эффективно ввиду большого тепловыделения (размеры и мощность резистора будут соответствующие), а мотать дроссель с отводом от определенного витка чтобы получить 12 вольт нецелесообразно ввиду трудозатрат и габаритов.

Блок питания на сетевом трансформаторе

Классическая и надежная схема, идеально подходит для питания усилителей звука, например колонок и магнитол. При условии установки нормального фильтрующего конденсатора, который обеспечит требуемый уровень пульсаций.

В дополнение можно установить стабилизатор на 12 вольт, типа КРЕН или L7812 или любой другой для нужного напряжения. Без него выходное напряжение будет изменяться соответственно скачкам напряжения в сети и будет равно:

Uвых=Uвх*Ктр

Ктр – коэффициент трансформации.

Здесь стоит отметить, что выходное напряжение после диодного моста должно быть на 2-3 вольта больше, чем выходное напряжение БП – 12В, но не более 30В, оно ограничено техническими характеристиками стабилизатора, и КПД зависит от разницы напряжений между входом и выходом.

Трансформатор должен выдавать 12-15В переменного тока. Стоит отметить, что выпрямленное и сглаженное напряжение будет в 1,41 раз больше входного. Оно будет близко к амплитудному значению входной синусоиды.

Также хочется добавить схему регулируемого БП на LM317. С его помощью вы можете получить любое напряжение от 1,1 В до величины выпрямленного напряжения с трансформатора.

12 Вольт из 24 Вольт или другого повышенного постоянного напряжения

Чтобы понизить напряжение постоянного тока из 24 Вольт в 12 Вольт можно использовать линейный или импульсный стабилизатор. Такая необходимость может возникнуть, если нужно запитать 12 В нагрузку от бортовой сети автобуса или грузовика напряжением в 24 В. Кроме того вы получите стабилизированное напряжение в сети автомобиля, которое часто изменяется. Даже в авто и мотоциклах с бортовой сетью в 12 В оно достигает 14,7 В при работающем двигателе. Поэтому эту схему можно использовать и для питания светодиодных лент и светодиодов на транспортных средствах.

Схема с линейным стабилизатором упоминалась в предыдущем пункте.

К ней можно подключить нагрузку током до 1-1,5А. Чтобы усилить ток, можно использовать проходной транзистор, но выходное напряжение может немного снизится – на 0,5В.

Подобным образом можно использовать LDO-стабилизаторы, это такие же линейные стабилизаторы напряжения, но с низким падением напряжения, типа AMS-1117-12v.

Или импульсные аналоги типа AMSR-7812Z, AMSR1-7812-NZ.

Схемы подключения аналогичны L7812 и КРЕНкам. Также эти варианты подойдут и для понижения напряжения от блока питания от ноутбука.

Эффективнее использовать импульсные понижающие преобразователи напряжения, например на базе ИМС LM2596. На плате подписаны контактные площадки In (вход +) и (- Out выход) соответственно. В продаже можно найти версию с фиксированным выходным напряжением и с регулируемым, как на фото сверху в правой части вы видите многооборотный потенциометр синего цвета.

12 Вольт из 5 Вольт или другого пониженного напряжения

Вы можете получить 12В из 5В, например, от USB-порта или зарядного устройства для мобильного телефона, также можно использовать и с популярными сейчас литиевыми аккумуляторами с напряжением 3,7-4,2В.

Если речь вести о блоках питания, можно и вмешаться во внутреннюю схему, править источник опорного напряжения, но для этого нужно иметь определенные знания в электронике. Но можно сделать проще и получить 12В с помощью повышающего преобразователя, например на базе ИМС XL6009. В продаже имеются варианты с фиксированным выходом 12В либо регулируемые с регулировкой в диапазоне от 3,2 до 30В. Выходной ток – 3А.

Он продаётся на готовой плате, и на ней есть пометки с назначением выводов – вход и выход. Еще вариант — использовать MT3608 LM2977, повышает до 24В и выдерживает выходной ток до 2А. Также на фото отчетливо видны подписи к контактным площадкам.

Как получить 12В из подручных средств

Самый простой способ получить напряжение 12В – это соединить последовательно 8 пальчиковых батареек по 1,5 В.

Или использовать готовую 12В батарейку с маркировкой 23АЕ или 27А, такие используются в пультах дистанционного управления. В ней внутри подборка из маленьких «таблеток», которые вы видите на фото.

Мы рассмотрели набор вариантов для получения 12В в домашних условиях. Каждый из них имеет свои плюсы и минусы, различную степень эффективности, надежности и КПД. Какой вариант лучше использовать, вы должны выбрать самостоятельно исходя из возможностей и потребностей.

Также стоит отметить, что мы не рассмотрели один из вариантов. Получить 12 вольт можно и от блока питания для компьютера формата ATX. Для его запуска без ПК нужно замкнуть зеленый провод на любой из черных. 12 вольт находятся на желтом проводе. Обычно мощность 12В линии несколько сотен Ватт и ток в десятки Ампер.

Теперь вы знаете, как получить 12 Вольт из 220 или других доступных значений. Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Наверняка вы не знаете:

Управление мощной нагрузкой переменного тока

Тиристор

Иногда нужно слабым сигналом с микроконтроллера включить мощную нагрузку, например лампу в комнате. Особенно эта проблема актуальна перед разработчиками умного дома. Первое что приходит на ум — реле. Но не спешите, есть способ лучше 🙂

В самом деле, реле это же сплошной гемор. Во первых они дорогие, во вторых, чтобы запитать обмотку реле нужен усиливающий транзистор, так как слабая ножка микроконтроллера не способна на такой подвиг. Ну, а в третьих, любое реле это весьма громоздкая конструкция, особенно если это силовое реле, расчитанное на большой ток.

Если речь идет о переменном токе, то лучше использовать симисторы или тиристоры. Что это такое? А сейчас расскажу.

Симистор BT139

Схема включения из даташита на MOC3041

Если на пальцах, то тиристор похож на диод, даже обозначение сходное. Пропускает ток в одну сторону и не пускает в другую. Но есть у него одна особенность, отличающая его от диода кардинально — управляющий вход.
Если на управляющий вход не подать ток открытия, то тиристор не пропустит ток даже в прямом направлении. Но стоит подать хоть краткий импульс, как он тотчас открывается и остается открытым до тех пор, пока есть прямое напряжение. Если напряжение снять или поменять полярность, то тиристор закроется. Полярность управляющего напряжения предпочтительно должна совпадать с полярностью напряжения на аноде.

Если соединить встречно параллельно два тиристора, то получится симистор — отличная штука для коммутации нагрузки на переменном токе.

На положительной полуволне синусоиды пропускает один, на отрицательной другой. Причем пропускают только при наличии управляющего сигнала. Если сигнал управления снять, то на следующем же периоде оба тиристора заткнутся и цепь оборвется. Крастота да и только. Вот ее и надо использовать для управления бытовой нагрузкой.

Но тут есть одна тонкость — коммутируем мы силовую высоковольтную цепь, 220 вольт. А контроллер у нас низковольтный, работает на пять вольт. Поэтому во избежание эксцессов нужно произвести потенциальную развязку. То есть сделать так, чтобы между высоковольтной и низковольтной частью не было прямого электрического соединения. Например, сделать оптическое разделение. Для этого существует специальная сборка — симисторный оптодрайвер MOC3041. Замечательная вещь!
Смотри на схему подключения — всего несколько дополнительных деталек и у тебя силовая и управляющая часть разделены между собой. Главное, чтобы напряжение на которое расчитан конденсатор было раза в полтора два выше напряжения в розетке. Можно не боятся помех по питанию при включении и выключении симистора. В самом оптодрайвере сигнал подается светодиодом, а значит можно смело зажигать его от ножки микроконтроллера без всяких дополнительных ухищрений.

Вообще, можно и без развязки и тоже будет работать, но за хороший тон считается всегда делать потенциальную развязку между силовой и управляющей частью. Это и надежность и безопасность всей системы. Промышленные решения так просто набиты оптопарами или всякими изолирующими усилителями.

Ну, а в качестве симистора рекомендую BT139 — с хорошим радиатором данная фиговина легко протащит через себя ток в 16А

Принцип работы, отличия постоянного от переменного электрического тока

Электрический ток— это направленное или упорядоченное движение заряженных частиц: электронов в металлах, в электролитах — ионов, а в газах — электронов и ионов. Электрический ток может быть как постоянным, так и переменным.

Определение постоянного электрического тока, его источники

Постоянный ток ( DC, по-английски Direct Current) — это электрический ток, у которого  свойства и направление не меняются с течением времени. Обозначается постоянный ток и напряжение в виде короткой горизонтальной черточки или двух параллельных, одна из которых штриховая.

Постоянный ток используется в автомобилях и в домах, в многочисленных электронных приборах: ноутбуки, компьютеры, телевизоры и т. д. Перемеренный электрический ток  из розетки преобразуется в постоянный при помощи блока питания или трансформатора напряжения с выпрямителем.

Любой электроинструмент, устройство или прибор, работающие от батареек так же являются потребителями постоянного тока , потому что батарея или аккумулятор- это исключительно источники постоянного тока, который при необходимости преобразуется  в переменный с использованием специальных преобразователей (инверторов).

Принцип работы переменного тока

Переменный ток  (AC по-английски Alternating Current)- это электрический ток, который изменяется по величине и направлению с течением времени. На электроприборах условно обозначается отрезком синусоиды « ~ ».
Иногда после синусоиды могут указываться характеристики переменного тока — частота, напряжение, число фаз.

Переменный ток может быть как одно- , так и  трёхфазным, для которого мгновенные значения тока и напряжения меняются по гармоническому закону.

Основные характеристики переменного тока — действующее значение напряжения и частота.

Обратите внимание, как на левом графике для однофазного тока меняется направление и величина напряжения с переходом в ноль за период времени Т, а на втором графике для трехфазного тока существует смещение трех синусоид на одну третью периода. На правом графике 1 фаза обозначена буквой «а», а вторая буквой «б». Хорошо известно, что в домашней розетке 220 Вольт. Но мало кто знает, что это действующие значение переменного напряжения, но амплитудное или максимальное значение будет больше на корень из двух, т.е будет равно 311 Вольт.

Таким образом, если у постоянного тока величина напряжения и направление не изменяются в течении времени, то у переменного тока- напряжение постоянно меняется по величине и направлению (график ниже нуля это обратное направление).

И так мы подошли к понятию частота— это отношение числа полных циклов  (периодов) к единице времени периодически меняющегося  электрического тока. Измеряется в Герцах. У нас и в Европе частота равна 50 Герцам, в США- 60 Гц.

Что означает частота 50 Герц? Она означает, что у нас переменный ток меняет свое направление на противоположное и обратно (отрезок Т- на графике) 50 раз за секунду!

Источниками переменного тока являются все розетки в доме и все то, что подключено напрямую проводами или кабелями  к электрощиту. У многих возникает вопрос: а почему  в розетке не постоянный ток? Ответ прост. В сетях переменного тока легко и с минимальными потерями преобразовывается величина напряжения до необходимого уровня при помощи трансформатора в любых объемах. Напряжение необходимо увеличивать для возможности передачи электроэнергии на большие расстояния с наименьшими потерями в промышленных масштабах.  С электростанции, где стоят мощные электрогенераторы, выходит напряжение величиной 330 000-220 000 Вольт, далее возле нашего дома на трансформаторной подстанции оно преобразуется с величины 10 000 Вольт в трехфазное напряжение 380 Вольт, которое и приходит в многоквартирный дом, а к нам в квартиру приходит однофазное напряжение, т. к. между фазой и нулем или землей напряжение равняется 220 В, а между разноименными фазами в электрощите 380 Вольт.

И еще одним из важных достоинств переменного напряжения является то, что асинхронные электродвигатели переменного тока конструктивно проще и работают значительно надежнее, чем двигатели постоянного тока.

Как переменный ток сделать постоянным

Для потребителей, работающих на постоянном токе- переменный преобразуется при помощи  выпрямителей.

1. Первоначальный этап преобразования— это подключение диодного моста, состоящего из 4 диодов достаточной мощности (на рисунке ниже), который срезает верхние границы переменных синусоид или делает ток однонаправленным.
2. Второй этап— это подключение параллельно на выход с диодного мостика конденсатора или сглаживающего фильтра, который исправляет провалы между пиками синусоид. Обратите внимание, как выглядит синусоида после прохождения через диодный мост (на рисунке выделена зеленным цветом).

   И как уменьшаются пульсации (изменения напряжения) после подключения конденсатора- на рисунке выделено синим цветом.

3. Далее при необходимости для уменьшения уровня пульсаций,  дополнительно могут применяются стабилизаторы тока или  напряжения.

Преобразователь постоянного тока в переменный

Если с преобразованием переменного тока в постоянный не возникает сложностей, то со обратным преобразованием все гораздо сложнее. В домашних условиях для этого используется инвертор — это генератор периодического напряжения из постоянного, по форме приближённого к синусоиде.

Инвертор технически сложное устройство, поэтому и цены на него не маленькие. Стоимость зависит напрямую от выходной максимальной мощности переменного тока.

Как правило, преобразование постоянного тока требуется в редких случаях. Например, для подключения от бортовой электросети автомобиля домашних электроприборов, инструмента и т. п. в походе, на даче и т. д.

Что такое фаза, ноль, заземление читайте в следующей нашей статье.

2500 W 220 V для электромагнитного нагревателя панель управления 2.5KW индукционная панель Управление обогревом

Описание

Панель управления 2500 Вт для электромагнитного нагревателя

Мы можем предложить высокотемпературную индукционную катушку,Высокая температура, хлопок,Высокая температура

Шелковая лента тоже, добро пожаловать, чтобы отправить запрос!

2.5KW нагреватель материнская плата технические параметры

1: Размеры: 220*136*60 (Д * Ш * В)

2: Рабочее напряжение 220 В
3: мощность (регулируемая): 2100 Вт-2500 Вт
4: индуктивность нагрузки: 120uH
5: эффективность преобразования> 90%
6: Рабочая частота: 20-25 кГц
7: Рабочая температура: от-10 до + 50 градусов
8: Режим работы: непрерывное нагревание
9: Langchong защита-+ 1500 В
10: анти-беспорядок: 4000 в
11: индукционная катушка для установки нагревательного элемента от 16-20 мм (хлопковая изоляция прессована с толщиной эпоксидных досок)
12: множество наборов катушек и намоток в одном нагревательном элементе, катушка на взаимном расстоянии более 10 см.

2,5 кВт для электромагнитного нагревателя инструкции панели и вопросы, требующие внимания

1. Требования к контрольному шкафу: из-за основной платы управления тепло алюминий с высоким давлением, плата использует большие токовые устройства, поэтому в использовании следует установить в контрольный шкаф, снова через изоляционный провод с нагревательной катушкой устройств, регулятором температуры и подключением источника питания. Для того, чтобы защитить тело человека, не коснитесь живой части, вызванной электрическим ударом. Сам контроллер будет производить тепло, поэтому блок управления, чтобы сделать воздушность, для того, чтобы облегчить тепловыделение.

2, требования к нагревательным катушкам: потому что компания в настоящее время только для обеспечения клиентов с основной контрольной доской, таким образом, эта контрольная плата должна также и другие аксессуары, такие как нагревательная катушка в сочетании. Контроллер в соответствии с различной мощностью использует различные соответствующие катушки, предлагаем 2 кВт принять четыре квадрата высокотемпературная теплоизоляция провода вокруг системы. Общие для круговой катушки, вокруг нагревательных объектов на индуктивности L для 140 + 20 uh (с BICTOR6243 + таблицей измерения индуктивности, вокруг измерения на муфтах пушки, Примечание: круглая спираль, как правило, около 30 кругов, в зависимости от различных кругов, диаметр пушек, чтобы понять в фактическом использовании. )

3, нагревательная катушка из меди: нагревательная катушка, В соответствии с особыми требованиями пользователей медно-плакированная медь-плакированная гарантирует, что одно ядро нагревательной катушки соответствует параметрам. Каждая группа между катушкой и катушкой удерживает расстояние более 50 мм.

4, нагревательная катушка и нагреваемые металлические предметы в соответствии с требованиями расстояния: поверхность нагревательной катушки на нагреваемом металле на поверхности объекта отличается в зависимости от ширины катушки для регулировки. 2 кВт контроллер катушки на расстояние от нагревательного металлического объекта в соответствии с разным диаметром диаметра трубы для регулировки, диаметр трубы, чем больше расстояние ближе. Чем меньше диаметр трубы, тем больше расстояние. Общее: от 17 до 22 мм. если расстояние после нескольких часов может привести к регулятору из-за особенностей работы и высокой температуры, и даже привести к жареной трубке питания; когда расстояние слишком большой мощности будет постепенно уменьшаться, и не может отрегулировать, это является причиной защиты давления цепи защиты.

5, 2 кВт для электромагнитного нагревателя панель проводки: Этот контроллер может подключаться к электричества в использовании, также может контролироваться термостатом, как правило, открытые контакты.

A, использование электрической загрузки: от источника питания 220 В через изоляционные провода для контроллера frontline и нулевой линии терминала; катушка проводов, подключенных к катушкам контроллера (должен связаться). Пластина для машины Заводской набор для электричества в использовании.

B, обычно открываются контакты управления термостатом: от источника питания 220 В через изоляционные провода к контроллеру фронтальной и нулевой линии терминала; катушка проводов, подключенных к катушкам контроллера (должен связаться). С ручкой аккуратно под «плавный переключатель управления» розетка короткая нить (черный), будет двумя ядрами онлайн линии разъем конец «Управление» с плавный переключатель гнездо, С другой стороны, два разъема получили нормально открытые контакты термостата, подключите к пробному использованию.

Примечание: контакт термостата не допускается или другой высоковольтный с системой общего назначения.

C, летучая мышь онлайн использование: когда необходимо контролировать термостатом контакты много частей платы одновременно работать, чтобы остановить в то же время, первое, что вы хотите, чтобы убедиться, что часть платы как материнская плата просто выбрать (), а затем использовать онлайн-линию (Два основных провода, две головки с 2 ядровыми штекерами) будет хост-борд «Управление тиском», а другой-Тисовой панелью «контроль напряжения», если вы хотите подключать больше тисков, пожалуйста, используйте онлайн-линию в соответствии с уровнем выше, может быть подключен, а именно тисковая доска» Тисненая плата управления «и другие тиски» контроль напряжения «, такой уровень 1 и уровень.

Как подключить двигатель 110в в сеть 220в

Subaru Forester › Бортжурнал › О 110 Вольтовых подогревателях и о схемах его подключения для сети 220 Вольт

Добрый день, уважаемый читатель.2/R
выходит что сопротивления неагревателя R=110*110/400=30,25 Ома
получается, что если этот подогреватель включить в сеть 220 Вольт, то на нем выделится мощность, равная
P=220*220/30,25=1600Ватт, а это превышения номинальной мощности в 4 раза, я думаю не нужно объяснять, что так мы подогреватель очень быстро в утиль отправим. на просторах интернета да и в головах людей встречаются много возможных решений этой проблемы, давайте рассмотрим основные и самые доступные из них
1. диод
диод -полупроводниковый прибор, который пропускает только в одну сторону ток, естаналвивая его мы срезаем одну из полуволн

до диода

после диода

как видим что не пропуская всего одну полуволну, мы получаем уменьшение мощности, но всего в 2 раза, а теперь давайте вспомним что на 220В наш нагреватель выдаст 1600Вт, то есть после диода у нас будет подводится энергия на нагреватель — 800 Вт, что тоже много и он у нас долго не проработает.
2.Делитель напряжения
самый логичный способ запитать нужную нагрузку от большего напряжения- это поставить делитель напряжения, полность резестивный делитель рассматривать не будем, так как на баластном сопротивлении(которое мы ставим чтобы рассеивались излишки) должно выделяться 1200Вт- это уж черезчур, греть улицу калорифером.
Поэтому рассмотрим емкостно-резистивный делитель.

схема делителя

Нам необходимо из напряжения 220 В получить напряжение 110 В. Указанные U2 = 110В должны падать на сопротивлении нагрузки R1. Это означает, что остальное напряжение U1 = 220 – 110 = 110 В должно падать на емкости С1.
Давайте найдем ток, который должен течь через наш подогреватель, который обозначен как R1
I=U2/R1=3,64A
зная ток и падения напряжения найдем сопротивление, которое необходимо поставить последовательно
R(C1)=U1/I=30,25 Ом
Мы знаем, что любой конденсатор в цепи переменного тока обладает таким параметром, как «реактивное сопротивление» — сопротивление радиоэлемента изменяющееся в зависимости от частоты переменного тока. Реактивное сопротивление конденсатора определяется по формуле:
где п – число ПИ = 3,14, f – частота (Гц), С – ёмкость конденсатора (фарад).
Реактивное сопротивление конденсатора С должно приблизительно равняться ранее рассчитанному значению R(C1) = Хс = 30,25 Ом.
Преобразовав формулу заменив местами величины С и Хс, мы определим значение ёмкости конденсатора:
C1=1/(2*3,14*50*30,25)=105 мкФ
Учитывая то что конденсатор должен быть минимум на 400В, то получается такая хорошая батарея емкостей, котору нужно будет подшунтировать резистором, чтобы не получить поражение электрическим током
3.Тиристорный и симисторный регуляторы
из википедии
Тиристорный регулятор мощности — электронная схема позволяющая изменять подводимую к нагрузке мощность путём задержки включения тиристора на полупериоде переменного тока.
тиристорный регулятор видит и регулируют только один полупериод, соответсвенно второй он просто обрезает, как диод.
то есть для нащей задачи он вполне подходит, если выставить значение t1= 0.25t, где t- период сети(1/50=0,02с)

схема симисторного регулятора

Симисторный регулятор мощности тоже использует принцип фазового управления. Принцип работы регулятора основан на изменении момента включения симистора относительно перехода сетевого напряжения через ноль (начала положительной или отрицательной полуволны питающего напряжения).

В начале действия положительного полупериода симистор закрыт. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается через делитель R1, VR1. Нарастающее напряжения на конденсаторе С1 отстает (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов R1, VR1 и емкости С1. Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет порога «пробоя» динистора (около 32 В). Как только динистор откроется (следовательно, откроется и симистор), через нагрузку потечет ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого симистора и нагрузки. Симистор остается открытым до конца полупериода. Резистором VR1 устанавливается напряжение открывания динистора и симистора. Т.е. этим резистором производится регулировка мощности. Во время действия отрицательной полуволны принцип работы схемы аналогичен. Светодиод LED индицирует рабочий режим регулятора мощности.

регулировка мощности

как видим для нашего подогревателя нужно выставить будет 25% мощности.
если кого то заинтирисуют более подробно регуляторы тиристорные и симисторный, то могу дополнить статью уже конкретными примерами.да и сеть они портят офигенно, так что не совыетую с ними на линию сажать что либо оз электронники
4. шим регулятор мощности
кто знает как строятся источники с обратной связью и сам сделает, для остальных только запутаю.
это имеет смысл в местах где постоянно гуляет напряжение сети(просаженно или наоборот повыщенно)
5. старый добрый трансформатор
и самое главное это во всех случаях ставить предохранитель
как появятся силы и желание может что нить еще подробней напишу. а так же жду ващих вопросов и конструктивной критики, вдруг про что то забыл или не так описал

Как создать схему преобразователя 220В в 110В

В этом посте мы рассмотрим несколько вариантов самодельных сырых преобразователей 220В в 110В, которые позволят пользователю использовать его для работы с небольшими гаджетами с различными характеристиками напряжения.

ОБНОВЛЕНИЕ:

Схема SMPS является рекомендуемой опцией для построения этого преобразователя, поэтому для конструкции преобразователя SMPS 220 В на 110 В вы можете изучить эту концепцию.

Однако, если вас интересуют более простые, хотя и грубые версии преобразователя 110 В, вы, безусловно, можете ознакомиться с различными конструкциями, описанными ниже:

Почему нам нужен преобразователь 220 В в 110 В

Прежде всего, указаны два уровня сетевого напряжения переменного тока, которые указаны по странам по всему миру.Это 110В и 220В. США работают с внутренней сетью 110 В переменного тока, в то время как европейские страны и многие азиатские страны поставляют 220 В переменного тока в свои города. Людям, которые закупают импортные гаджеты из другого региона с другими характеристиками сетевого напряжения, трудно работать с оборудованием с их розетками переменного тока из-за огромной разницы в требуемых уровнях входного сигнала.

Несмотря на наличие преобразователей 220 В в 110 В для решения вышеуказанной проблемы, они большие, громоздкие и чрезвычайно дорогостоящие.

В данной статье объясняется несколько интересных концепций, которые могут быть реализованы для создания компактных безтрансформаторных цепей преобразователя 220В / 110В.

Предлагаемые самодельные конвертеры могут быть настроены и рассчитаны в соответствии с размером гаджета, чтобы их можно было вставлять и размещать прямо внутри конкретного гаджета. Эта функция помогает избавиться от больших и громоздких преобразователей и помогает избежать ненужного беспорядка.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. ВСЕ ЦЕПИ, ОБСУЖДЕННЫЕ ЗДЕСЬ, ИМЕЮТ ПОТЕНЦИАЛЫ ПРИЧИНЕНИЯ ТЯЖЕЛОЙ ЖИЗНИ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ, ЧРЕЗВЫЧАЙНО ПРЕДУПРЕЖДАЮТ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ЭТИХ ЦЕПЕЙ.

Все эти принципиальные схемы были разработаны мной, давайте узнаем, как они могут быть сконструированы дома и как функционирует схема:

Использование только серийных диодов

Первая схема преобразует вход 220 В переменного тока в любой желаемый выходной уровень из От 100 В до 220 В, однако выходной сигнал будет постоянным током, поэтому эта схема может использоваться для работы с чужим оборудованием, которое может использовать ступень питания переменного / постоянного тока SMPS. Преобразователь не будет работать с оборудованием, имеющим трансформатор на его входе.

ВНИМАНИЕ: Диоды рассеивают много тепла, поэтому убедитесь, что они установлены на подходящем радиаторе .

Как все мы знаем, что нормальный диод, такой как 1N4007, падает через него от 0,6 до 0,7 вольт, когда применяется постоянный ток, означает, что многие последовательно подключенные диоды будут падать на них соответствующее количество напряжения.

В предложенной конструкции все 190 диодов 1N4007 были использованы и соединены последовательно для получения желаемого уровня преобразования напряжения.

Если умножить 190 на 0.6, он дает около 114, так что это довольно близко к требуемой отметке 110В.

Однако, поскольку эти диоды требуют входного постоянного тока, еще четыре диода подключены как мостовая сеть для первоначально требуемого 220 В постоянного тока к цепи.

Максимальный ток, который может потребляться этим преобразователем, составляет не более 300 мА или около 30 Вт.

Использование цепи Triac / Diac

Следующая представленная здесь опция не была проверена мной, но выглядит хорошо для меня, однако многие сочтут эту концепцию опасной и очень нежелательной.

Я спроектировал следующую схему преобразователя только после тщательного исследования соответствующих проблем и подтвердил ее безопасность.

Цепь основана на принципе схемы с обычным диммером, когда входная фаза прерывается на определенных отметках напряжения восходящей синусоидальной волны переменного тока. Таким образом, цепь может использоваться для установки входного напряжения на требуемом уровне 100 В.

Гнездо, показанное в цепи, должно быть отрегулировано для получения требуемого напряжения 110 В на выходных клеммах.

Конденсатор 100 мкФ / 400 В может быть представлен последовательно с нагрузкой для дополнительной безопасности.

В качестве альтернативы можно сделать более простую версию схемы, в которой основной высокий триак управляется с помощью дешевого диммерного выключателя для получения ожидаемых результатов.

Использование емкостного источника питания

На следующем рисунке показано, как можно использовать простой конденсатор высокого значения для достижения требуемого выхода 220 В — 110 В. Это в основном схема симистического лома, в которой симистор шунтирует дополнительные 110 В на землю, позволяя только 110 В выходить через выходную сторону:

Использование концепции автотрансформатора

Последняя цепь в заказе, пожалуй, самая безопасная из перечисленных выше, поскольку он использует традиционную концепцию передачи энергии с помощью магнитной индукции, или, другими словами, здесь мы используем старую концепцию автотрансформатора для изготовления желаемого преобразователя 110В.

Однако здесь у нас есть свобода конструировать сердечник трансформатора таким образом, чтобы он мог быть встроен в конкретный корпус гаджета, которым необходимо управлять от этого преобразователя. В гаджетах, таких как усилитель или другие системы симлара, всегда будет место, что позволит нам измерить свободное пространство внутри гаджета и настроить дизайн ядра.

Я показал здесь использование обычных стальных пластин в качестве основного материала, которые сложены вместе и скреплены болтами через два комплекта.

Закрепление болтами двух комплектов ламинирования обеспечивает своего рода эффект петли, обычно необходимый для эффективной магнитной индукции через сердечник. Намотка одиночная длинная намотка от начала до конца, как показано на рисунке. Центральный ответвитель от обмотки обеспечит требуемую приблизительную мощность 110 В переменного тока.

Использование симистора с транзисторами

Следующая схема была взята из старого электронного журнала elektor, в котором описана небольшая аккуратная схема для преобразования сетевого напряжения 220 В в 110 В переменного тока.Давайте узнаем больше о деталях схемы.

Работа схемы

Показанная принципиальная схема безтрансформаторного преобразователя 220В в 110В использует схему симистора и тиристора для успешной работы схемы в качестве преобразователя 220В в 110В.

Правый конец цепи состоит из конфигурации переключения симистора, где триак становится основным переключающим элементом.

Резисторы и конденсаторы вокруг симистора сохраняются для представления идеальных параметров управления симистору.

В левой части диаграммы показана другая схема переключения, которая используется для управления переключением симистора с правой стороны и, следовательно, нагрузки.

Транзисторы в крайней правой части диаграммы просто предназначены для запуска SCR Th3 в нужный момент.

Питание на всю цепь подается через клеммы K1 через нагрузку RL1, которая фактически является указанной нагрузкой 110 В.

Первоначально полуволна постоянного тока, полученная через мостовую сеть, вынуждает триак провести полное напряжение 220 В через нагрузку.

Тем не менее, в процессе, мост начинает активироваться, в результате чего соответствующий уровень напряжения достигает правой части конфигурации.

DC, сгенерированный таким образом, мгновенно активирует транзисторы, которые, в свою очередь, активируют SCR Th3.

Это вызывает короткое замыкание на выходе моста, блокируя все триггерное напряжение на триаке, который, в конце концов, перестает проводить, отключая себя и всю цепь.

Вышеуказанная ситуация восстанавливает и восстанавливает исходное состояние цепи и инициирует новый цикл, и система повторяется, что приводит к контролируемому напряжению на нагрузке и на самом себе.

Компоненты конфигурации транзисторов выбраны таким образом, что триаку никогда не разрешается достигать отметки выше 110 В, таким образом поддерживая напряжение нагрузки в допустимых пределах.

Показанные точки «REMOTE» должны быть соединены в обычном режиме.

Цепь рекомендуется только для работы с резистивными нагрузками, номинальная мощность 110 В, ниже 200 Вт.

Принципиальная электрическая схема

О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель.Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и учебными пособиями.
Если у вас есть запрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать через комментарии, я буду рад помочь!

Зачем использовать диод с нагревателем?

Вот почему:

Иногда, когда все работы по проектированию выполнены, нагревательный элемент оказывается слишком хрупким для процесса сборки или эксплуатации в полевых условиях. Это может произойти при создании нагревателя малой мощности, который использует высокое напряжение. В этих случаях элемент должен быть более прочным, но конструкция этого не позволяет. Одно из решений — использовать диод последовательно с нагревательным элементом. Диод снизит энергию, подаваемую на нагреватель при любом заданном напряжении, и позволит использовать нагревательный элемент с более низким сопротивлением.Естественно, это не относится к нагревателям с питанием от постоянного тока.

Как это работает:

Диод блокирует половину каждого цикла входящей волны переменного напряжения. Это означает, что в течение этих полупериодов мощность не рассеивается или не подается. Таким образом, хотя приложенное напряжение остается таким же, как требования приложения, мощность, достигающая нагревательного элемента, уменьшается вдвое. В результате теперь можно использовать более прочный элемент большего размера с половинным сопротивлением, чтобы обеспечить требуемую мощность.

Технические данные:

Vrms — это напряжение питания приложения — (Vpk = Vrms * 1.414)

Vrms ’- среднеквадратичное значение напряжения, подаваемое на диод

.

Вт — мощность приложения

Вт ’- мощность с диодом

R — первоначально рассчитанное сопротивление

R ’- сопротивление, необходимое для получения такой же мощности с диодом

.

Пренебрегая падением напряжения на диодном переходе 0,7 В для простоты, мы получаем следующее изменение напряжения, приложенного к нагревательному элементу:

Vrms ’= Vrms * .707 или эквивалентно Vrms’ = Vpk / 2

Учитывая, что W = V ^ 2 / R, результат W ’= ½ W

Итак, R ’должно быть половиной R’ оригинальной конструкции, чтобы получить такую ​​же мощность с диодом.

Замечания по дизайну:

Диод должен выдерживать пиковое обратное напряжение в течение всего срока службы нагревателя. Любой выбранный диод, вероятно, должен иметь напряжение обратного пробоя (Vbr), по крайней мере, в два раза превышающее (не среднеквадратичное значение) напряжения приложения. Диод должен выдерживать пиковый ток нагревателя для диода с номинальным прямым током или If. Следовательно, If должно быть больше, чем Ipk, где Ipk = Vpk / R ’.

Вот и улов:

Во-первых, после сборки нагревателя вы не можете проверить сопротивление катушки через диод.Если вам нужно проверить это, вы должны найти способ проверки, который не включает диод в цепь. Во-вторых, приведенные выше расчеты кажутся достаточно простыми, но вы не можете подтвердить их с помощью портативного глюкометра. После обращения к производителю измерителей True RMS они подтвердили, что ни один портативный измеритель не даст точных показаний с отсутствующей половиной формы сигнала, поскольку они не могут выполнить фактическую интеграцию формы волны. Таким образом, вы должны доверять расчетам или полагаться на осциллограф для измерения результатов.

Пример:

На фотографиях ниже показано использование осциллографа и проблемы с портативным измерителем:

Параметр Variac показывает 30 В переменного тока

Выпрямленная форма волны:

Пиковое напряжение показано в правом верхнем углу (30 В переменного тока * 1,414 = 42,4 В переменного тока).

Прицел может интегрировать форму волны для получения точного среднеквадратичного результата:

Действующее значение напряжения показано в правом верхнем углу

((42,4 — 0,7) / 2) = 20.85

Истинные показания измерителя среднеквадратичного значения переменного и постоянного тока

Показания неточные.

Заключение:

Хотя при использовании диода, безусловно, возникают некоторые трудности при тестировании, это простой способ сделать хрупкий нагревательный элемент более прочным.

2 Простые схемы индукционного нагревателя — плиты-плиты

В этом посте мы узнаем о двух простых в сборке схемах индукционного нагревателя, которые работают с принципами высокочастотной магнитной индукции для генерирования значительного количества тепла на небольшом заданном радиусе.

Обсуждаемые схемы индукционной плиты действительно просты и используют всего несколько активных и пассивных обычных компонентов для требуемых действий.

---

Обновление: Вы также можете узнать, как разработать свою собственную варочную панель индукционного нагревателя:
Проектирование цепи индукционного нагревателя — Учебное пособие

---

Принцип работы индукционного нагревателя

Индукционный нагреватель — это устройство, которое использует высокочастотное магнитное поле для нагрева железного груза или любого ферромагнитного металла посредством вихревого тока.

Во время этого процесса электроны внутри железа не могут двигаться со скоростью, равной частоте, и это приводит к возникновению в металле обратного тока, называемого вихревым током. Это развитие сильного вихревого тока в конечном итоге вызывает нагрев железа.

Вырабатываемое тепло пропорционально току ² x сопротивлению металла. Поскольку предполагается, что металл нагрузки состоит из железа, мы рассматриваем сопротивление R для металлического железа.

Тепло = I ² x R (Железо)

Удельное сопротивление железа составляет: 97 нОм · м

Вышеупомянутое тепло также прямо пропорционально наведенной частоте, поэтому обычные трансформаторы с штамповкой из железа не используются в В приложениях с высокочастотным переключением вместо сердечников используются ферритовые материалы.

Однако здесь вышеупомянутый недостаток используется для получения тепла от высокочастотной магнитной индукции.

Обращаясь к предлагаемым ниже схемам индукционного нагревателя, мы находим концепцию, использующую ZVS или технологию переключения нулевого напряжения для требуемого запуска полевых МОП-транзисторов.

Технология обеспечивает минимальный нагрев устройств, что делает работу очень эффективной и действенной.

Кроме того, цепь, являющаяся саморезонансной по своей природе, автоматически настраивается на резонансную частоту присоединенной катушки и конденсатора, вполне идентичных цепи с резервуаром.

Использование генератора Ройера

В схеме в основном используется генератор Ройера, который отличается простотой и саморезонансным принципом работы.

Функционирование схемы можно понять по следующим пунктам:

1. При включении питания положительный ток начинает течь от двух половин рабочей катушки к стокам МОП-транзисторов.
2. В то же время напряжение питания также достигает ворот МОП-транзисторов, включая их.
3. Однако из-за того, что никакие два МОП-транзистора или какие-либо электронные устройства не могут иметь точно одинаковые характеристики электропроводности, оба МОП-транзистора не включаются вместе, скорее, один из них включается первым.
4. Давайте представим, что T1 включается первым. Когда это происходит, из-за сильного тока, протекающего через T1, его напряжение стока имеет тенденцию падать до нуля, что, в свою очередь, высасывает напряжение затвора другого МОП-транзистора T2 через присоединенный диод Шоттки.
5. Здесь может показаться, что T1 может продолжать вести себя и уничтожать себя.
6. Однако именно в этот момент включается контур резервуара L1C1, который играет решающую роль. Внезапное проведение T1 вызывает скачок и коллапс синусоидального импульса на стоке T2. Когда синусоидальный импульс схлопывается, он снижает напряжение затвора T1 и отключает его. Это приводит к повышению напряжения на стоке T1, что позволяет восстановить напряжение затвора для T2. Теперь настала очередь Т2 проводить, Т2 теперь проводит, вызывая повторение, аналогичное тому, которое имело место для Т1.
7. Этот цикл теперь продолжается быстро, заставляя контур колебаться на резонансной частоте контура резервуара LC. Резонанс автоматически настраивается на оптимальную точку в зависимости от того, насколько хорошо совпадают значения LC.

Однако основным недостатком конструкции является то, что в ней используется центральная катушка с ответвлениями в качестве трансформатора, что немного усложняет реализацию обмотки. Однако центральный отвод обеспечивает эффективный двухтактный эффект через катушку всего за пару активных устройств, таких как МОП-транзисторы.

Как видно, через затвор / исток каждого МОП-транзистора подключены диоды с быстрым восстановлением или высокоскоростным переключением.

Эти диоды выполняют важную функцию разряда емкости затвора соответствующих МОП-транзисторов во время их непроводящих состояний, тем самым делая операцию переключения быстрой и быстрой.

Как работает ZVS

Как мы обсуждали ранее, эта схема индукционного нагревателя работает по технологии ZVS.

ZVS означает переключение при нулевом напряжении, то есть МОП-транзисторы в цепи включаются, когда на их стоках присутствует минимальная или величина тока, или нулевой ток, мы уже узнали это из объяснения выше.

Это на самом деле помогает МОП-транзисторам безопасно включаться, и, таким образом, эта функция становится очень полезной для устройств.

Эту функцию можно сравнить с проводимостью при переходе через нуль для симисторов в цепях переменного тока.

Из-за этого свойства МОП-транзисторы в таких саморезонансных цепях ZVS требуют гораздо меньших радиаторов и могут работать даже с массивными нагрузками до 1 кВА.

Поскольку частота цепи является резонансной, она напрямую зависит от индуктивности рабочей катушки L1 и конденсатора C1.

Частота может быть рассчитана по следующей формуле:

f = 1 / (2π * √ [ L * C] )

Где f — частота, рассчитанная в Hertz
L — индуктивность основной нагревательной катушки L1, представленная в Henries
, а C — емкость конденсатора C1 в фарадах

МОП-транзисторы

Вы можете использовать IRF540 в качестве МОП-транзисторов, которые рассчитаны на хорошие 110 В, 33 ампера.Для них можно использовать радиаторы, хотя выделяемое тепло не вызывает опасений, но все же лучше укрепить их на теплопоглощающих металлах. Однако можно использовать любые другие N-канальные полевые МОП-транзисторы с соответствующим номиналом, для этого нет никаких особых ограничений.

Индуктор или катушки индуктивности, связанные с катушкой главного нагревателя (рабочей катушкой), представляют собой своего рода дроссель, который помогает исключить любое возможное попадание высокочастотной составляющей в источник питания, а также для ограничения тока до безопасных пределов.

Значение этого индуктора должно быть намного выше по сравнению с рабочей катушкой. Обычно для этой цели вполне достаточно 2 мГн. Однако он должен быть построен с использованием проводов большого сечения, чтобы обеспечить безопасное прохождение через него большого диапазона тока.

Контур резервуара

C1 и L1 составляют контур резервуара для предполагаемой фиксации высокой резонансной частоты. Опять же, они тоже должны быть рассчитаны на то, чтобы выдерживать высокие значения тока и тепла.

Здесь мы видим использование металлизированных полипропиленовых конденсаторов 330 нФ / 400 В.

1) Мощный индукционный нагреватель с использованием драйвера Mazzilli. Concept

Первая конструкция, описанная ниже, представляет собой высокоэффективную индукционную концепцию ZVS, основанную на популярной теории драйверов Mazilli.

Он использует одну рабочую катушку и две катушки ограничителя тока. Такая конфигурация исключает необходимость в центральном отводе от основной рабочей катушки, что делает систему чрезвычайно эффективной и обеспечивает быстрый нагрев нагрузки огромных размеров. Нагревательный змеевик нагревает нагрузку посредством двухтактного механизма полного моста.

Модуль фактически доступен в Интернете и может быть легко куплен по очень разумной цене.

Принципиальная схема этой конструкции представлена ​​ниже:

Исходная схема видна на следующем изображении:

Принцип работы — та же технология ZVS с использованием двух полевых МОП-транзисторов высокой мощности. Вход питания может быть от 5 В до 12 В, а сила тока от 5 до 20 А в зависимости от используемой нагрузки.

Выходная мощность

Выходная мощность вышеупомянутой конструкции может достигать 1200 Вт при повышении входного напряжения до 48 В и тока до 25 ампер.

На этом уровне тепло, выделяемое рабочим змеевиком, может быть достаточно высоким, чтобы за минуту расплавить болт толщиной 1 см.

Размеры рабочей катушки

Видео-демонстрация

2) Индукционный нагреватель с использованием рабочей катушки с центральным отводом

Эта вторая концепция также является индукционным нагревателем ZVS, но для работы используется центральное разветвление катушка, которая может быть немного менее эффективной по сравнению с предыдущей конструкцией.L1, который является наиболее важным элементом всей схемы. Он должен быть построен с использованием очень толстых медных проводов, чтобы выдерживать высокие температуры во время индукционных операций.

Конденсатор, описанный выше, в идеале должен быть подключен как можно ближе к клеммам L1. Это важно для поддержания резонансной частоты на указанной частоте 200 кГц.

Характеристики первичной рабочей катушки

Для катушки индукционного нагревателя L1 можно намотать несколько медных проводов диаметром 1 мм параллельно или бифилярно, чтобы более эффективно рассеивать ток, вызывая меньшее тепловыделение в катушке.

Даже после этого катушка может подвергнуться сильному нагреву и деформироваться из-за этого, поэтому можно попробовать альтернативный метод намотки.

В этом методе мы наматываем его в виде двух отдельных катушек, соединенных в центре для получения требуемого центрального отвода.

В этом методе можно попробовать использовать меньшие витки для уменьшения импеданса катушки и, в свою очередь, увеличения ее способности выдерживать ток.

Емкость для этой схемы, напротив, может быть увеличена, чтобы пропорционально понизить резонансную частоту.

Резервуарные конденсаторы:

Всего 330 нФ x 6 можно использовать для получения чистой емкости приблизительно 2 мкФ.

Как прикрепить конденсатор к индукционной катушке

На следующем изображении показан точный метод подключения конденсаторов параллельно концевым выводам медной катушки, предпочтительно через печатную плату хорошего размера.

Список деталей для указанной выше цепи индукционного нагревателя или индукционной нагревательной плиты

• R1, R2 = 330 Ом 1/2 Вт
• D1, D2 = FR107 или BA159

• T1, T2 = IRF540
• C1 = 10,000 мкФ / 25 В
• C2 = 2 мкФ / 400 В, получено путем параллельного подсоединения указанных ниже конденсаторов на 6 нОс 330 нФ / 400 В

• D3 —- D6 = 25-амперные диоды
• IC1 = 7812
• L1 = латунная трубка 2 мм намотанный, как показано на следующих рисунках, диаметр может быть где-то около 30 мм (внутренний диаметр катушек)
• L2 = 2 мГн дроссель, полученный путем наматывания магнитного провода 2 мм на любой подходящий ферритовый стержень
• TR1 = 0-15 В / 20 ампер
• ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ: Используйте регулируемый источник питания постоянного тока 15 В, 20 А.

Использование транзисторов BC547 вместо высокоскоростных диодов

На приведенной выше схеме индукционного нагревателя мы видим затворы полевых МОП-транзисторов, состоящих из диодов с быстрым восстановлением, которые могут быть труднодоступными в некоторых частях страны.

Простая альтернатива этому может заключаться в транзисторах BC547, подключенных вместо диодов, как показано на следующей схеме.

Транзисторы будут выполнять ту же функцию, что и диоды, поскольку BC547 может хорошо работать на частотах около 1 МГц.

Еще одна простая конструкция «сделай сам»

На следующей схеме показана еще одна простая конструкция, аналогичная приведенной выше, которую можно быстро сконструировать дома для реализации индивидуальной системы индукционного нагрева.

Список деталей

• R1, R4 = 1K 1/4 Вт MFR 1%
• R2, R3 = 10K 1/4 Вт MFR 1%
• D1, D2 = BA159 или FR107
• Z1, Z2 = 12 В, Стабилитрон 1/2 Вт
• Q1, Q2 = МОП-транзистор IRFZ44n на радиаторе
• C1 = 0,33 мкФ / 400 В или 3 н.1 мкФ / 400 В параллельно
• L1, L2, как показано на следующих изображениях:
• L2 восстановлен от любого старого блока питания компьютера ATX.

Как построен L2

Преобразование в горячую плиту Кухонная утварь

Вышеупомянутые разделы помогли нам изучить простую схему индукционного нагревателя, использующую пружину, подобную катушке, однако эту катушку нельзя использовать для приготовления пищи, и она требует некоторых серьезные модификации.

В следующем разделе статьи объясняется, как описанную выше идею можно изменить и использовать в качестве простой небольшой индукционной цепи нагревателя посуды или индукционной цепи кадай.

Конструкция является низкотехнологичной, маломощной и может не соответствовать традиционным устройствам. Схема была запрошена г-ном Дипешом Гуптой

Технические характеристики

Сэр,

Я прочитал вашу статью Простая схема индукционного нагревателя — Схема плиты горячей плиты и был очень рад обнаружить, что есть люди, готовые помочь таким молодым людям, как мы, в сделай что-нибудь ….

Сэр, я пытаюсь понять принцип работы и пытаюсь разработать для себя индукционный кадай… Сэр, пожалуйста, помогите мне разобраться в дизайне, так как я так хорош в электронике

Я хочу разработать индукцию для нагрева кадай диаметром 20 дюймов с частотой 10 кГц по очень низкой цене !!!

Я видел ваши схемы и статью, но немного запутался насчет

• 1. Используемый трансформатор
• 2. Как сделать L2
• 3. И любые другие изменения в схеме для частоты 10-20 кГц при токе 25А

Пожалуйста, помогите мне, сэр, как можно скорее..Это будет полезно, если вы можете предоставить точную информацию о необходимых компонентах. PlzzИ, наконец, вы упомянули об использовании ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ: Используйте регулируемый источник питания постоянного тока 15 В, 20 А. Где это используется ….

Спасибо

Dipesh gupta

Конструкция

Предлагаемая конструкция индукционной кадайной цепи, представленная здесь, предназначена только для экспериментальных целей и может не работать как обычные устройства. Его можно использовать для быстрого приготовления чашки чая или омлета, и ничего большего ожидать не стоит.

Указанная схема была первоначально разработана для нагрева таких предметов, как железный стержень, например, головки болта. отвертка металлическая и т. д., однако с некоторыми модификациями можно применить ту же схему для нагрева металлических кастрюль или сосудов с выпуклым дном, например «кадай».

Для реализации вышеизложенного исходная схема не нуждается в каких-либо изменениях, за исключением основной рабочей катушки, которую нужно будет немного подправить, чтобы сформировать плоскую спираль вместо пружинной конструкции.

В качестве примера, чтобы преобразовать конструкцию в индукционную посуду так, чтобы она поддерживала сосуды с выпуклым дном, такие как кадай, змеевик должен иметь сферически-спиральную форму, как показано на рисунке ниже:

Схема будет такой же, как объяснено в моем предыдущем разделе, который в основном основан на конструкции Ройера, как показано здесь:

Проектирование спиральной рабочей катушки

L1 изготавливается путем использования 5-6 витков 8-миллиметровой медной трубки в сферическую форму. -спиральная форма, как показано выше, для размещения небольшой стальной чаши посередине.

Катушка также может быть плоско сжата в спиральную форму, если небольшая стальная сковорода предназначена для использования в качестве посуды, как показано ниже:

Конструирование ограничителя тока Катушка

L2 может быть изготовлена ​​путем наматывания суперэмалированной пленки толщиной 3 мм. медный провод над толстым ферритовым стержнем, количество витков необходимо экспериментировать, пока на его выводах не будет достигнуто значение 2 мГн.

TR1 может быть трансформатором 20 В 30 ампер или источником питания SMPS.

Фактическая схема индукционного нагревателя довольно проста по своей конструкции и не требует особых объяснений, необходимо позаботиться о следующих вещах:

Резонансный конденсатор должен располагаться относительно ближе к основной рабочей катушке. L1 и должен быть получен путем подключения примерно 10 ноль 0.22 мкФ / 400 В параллельно. Конденсаторы должны быть строго неполярного и металлизированного полиэфирного типа.

Хотя конструкция может выглядеть довольно простой, обнаружение центрального отвода в спирально намотанной конструкции может вызвать некоторую головную боль, потому что спиральная катушка будет иметь несимметричную компоновку, что затруднит определение точного центрального отвода для схемы.

Это можно сделать методом проб и ошибок или с помощью LC-метра.

Неправильно расположенный центральный ответвитель может заставить схему работать ненормально или производить неравномерный нагрев МОП-транзисторов, или вся схема может просто не колебаться в худшей ситуации.

Ссылка: Википедия

Усилитель

— Усиление моего сигнала ЦАП 3,3 В до 220 В

ЦАП и усилитель были бы дорогим и сложным способом управления нагревателем.

У вас под рукой 230 В переменного тока — вы должны, потому что от этого работает обогреватель.

Используйте этот источник 230 В переменного тока, несколько SSR (твердотельных реле) и пару диодов.

Управляющий сигнал не управляет нагревательным элементом напрямую. Команды кажутся такими: команды контроллеру в обогревателе.Это означает, что вам не нужно переключать большую мощность, и вы можете использовать небольшие SSR и диоды для создания управляющих сигналов.

Сначала рассмотрим простые случаи:

1. Комфорт

2. Комфорт -1

3. Комфорт -2

4. Эко или редуктор

Все четыре могут управляться одним реле:

1. Реле разомкнуто

2. Цикл реле 4 мин 57 секунд выключено, 3 секунды включено

3. Цикл реле 4 мин 53 секунды выключено, 7 секунд включено

4. Реле на

Для каждого из двух других случаев требуется по одному диоду и реле.Поместите диод последовательно с каждым реле, каждый диод указывает в разном направлении.

Теперь вы выключаете главное реле и включаете одно из двух реле с помощью диода. Каждый отправляет свою команду

1. Используйте SSR с пересечением нуля. Они переключаются, когда напряжение переменного тока пересекает нулевое значение.

2. Используйте твердотельные реле с номиналом 230 В переменного тока.

3. Используйте диоды с пиковым обратным напряжением более 300 В.

4. Используйте диоды, рассчитанные на больший ток, чем требуется для цепи управления.

При этом вы можете использовать три цифровых выхода микропроцессора для отправки всех команд.

---

Будьте очень осторожны при работе с 230 В переменного тока. Вы должны соблюдать множество правил техники безопасности: поищите их, изучите, примените. Несоблюдение этого правила может убить вас.

При проектировании и компоновке цепей, использующих 230 В переменного тока, необходимо следовать многим методам проектирования. Посмотрите их. Узнай их. Следуйте за ними. В противном случае можно сжечь дом или ударить электрическим током вас или кого-то, кто использует это устройство.

переключателей — Добавить светодиод в линию низкого напряжения (переключатель термостата нагревателя)

Может сработать?

Да, если вы используете компоненты с соответствующими значениями.

Может ли это вызвать импедансную нагрузку на линию переменного тока или как-то нарушить ее?

Да, но если вы не используете излишне большой сердечник трансформатора, нагрузка будет очень небольшой.

На схеме показано больше витков первичной обмотки, чем вторичной.Почти наверняка вы захотите сделать наоборот. То есть вы хотите, чтобы трансформатор повышал напряжение. Кроме того, я бы поставил два светодиода (или один светодиод и один ванильный диод) в схему в антипараллельной конфигурации. Параллельно, но с противоположной полярностью. Это поможет сохранить вторичную проводку при включенном питании. При использовании только одного светодиода, когда вторичная обмотка перестает проводить ток, обычно возникает скачок напряжения. Если у вашего трансформатора достаточно большой сердечник, этот выброс может повредить светодиод.

Соотношение витков и размер сердечника будут зависеть от тока, протекающего по вашей линии электропередачи, тока, который вы хотите управлять светодиодом, и от того, хотите ли вы запустить свой трансформатор в линейном режиме (избегая насыщения сердечника) или в режиме насыщения. Для большинства приложений выбирают сердечник трансформатора, который достаточно большой, чтобы избежать насыщения. Насыщение вносит нелинейность, и в случае трансформатора, который приводится в действие источником синусоидального напряжения , это может привести к чрезмерным токам.

Однако в вашей схеме насыщение сердечника может быть вашим другом. В трансформаторе, управляемом источником синусоидального тока , насыщение может служить для ограничения вторичного напряжения (и, следовательно, тока). Кроме того, если ваша задача — просто обнаруживать ток в линии электропередач, а не измерять его , нелинейность может позволить вторичный выход, который является относительно постоянным в широком диапазоне уровней первичного тока.

Во-первых, как определить, перейдет ли ядро ​​в насыщение.Если у вас есть трансформатор тока с однооборотной первичной обмоткой, магнитодвижущая сила \ $ F_m \ $ — это просто ток.

\ $ F_m = NI = I \

$

H равно

\ $ H = \ frac {\ displaystyle F_m} {L_m} \

$

где \ $ L_m \ $ — эффективная длина магнитопровода.

Тогда мы будем отрицать реальность и предположим, что существует константа \ $ \ mu \ $, которая связывает \ $ B \ $ и \ $ H \ $ так:

\ $ B = \ mu H \

$

Собирая все вместе, ядро ​​насыщается, если

\ $ \ гидроразрыва {\ displaystyle \ mu I_ {max}} {\ displaystyle L_m} \ gt B_ {sat} \ $

Теперь, если вы работаете в линейном режиме (без насыщения сердечника), то соотношение между током через вашу линию электропередачи и током на вторичной стороне — это просто отношение витков.

Если, например, ток через ваш коммутатор составляет 10 А, и вы хотите, чтобы ваш светодиод работал на 20 мА, то соотношение поворотов должно быть примерно 1: 500. (Конечно, если вы не используете мостовой выпрямитель, светодиод будет проводить только половину цикла, поэтому ваш средний ток светодиода будет 10 мА). Если ток через ваш переключатель составляет всего 50 мА, потому что, скажем, он управляет только реле, и вы хотите, чтобы ваш светодиод работал с током 20 мА, вы должны использовать соотношение 2: 5.

Нет, предположим, вы хотите пропитать сердечник трансформатора.В этом случае на каждом полупериоде \ $ B \ $ колеблется между \ $ B_ {sat} \ $ и \ $ — B_ {sat} \ $, а в остальное время \ $ B \ $ остается постоянным. Когда \ $ B \ $ колеблется между своими крайними значениями, в обмотках генерируется импульс ЭДС (т. Е. Напряжения), значение которого составляет

вольт-секунд.

\ $ ET = 2NB_ {sat} A_ {cross} \

$

где \ $ A_ {cross} \ $ — эффективное сечение жилы. В каждом цикле будет один положительный импульс и один отрицательный импульс. Если частота сети равна f (вероятно, 50 Гц или 60 Гц), то среднее напряжение, скажем, только положительных импульсов будет

.

\ $ V_ {avg} = 2NfB_ {sat} A_ {cross} \ $

Обратите внимание, что уравнение не зависит от тока в линии электропередачи.По достижении насыщения сердечника \ $ ET \ $ (вольт-секунды) импульса не зависит от дальнейшего увеличения тока. Это может быть преимуществом в вашем приложении. Однако ширина импульса будет сужаться по мере увеличения тока линии электропередачи. То есть более высокие токи будут генерировать более короткие импульсы более высокого напряжения. Это может потребовать использования RC- или LC-фильтра для сглаживания импульса.

Итак, с заданным эффективным сечением сердечника, эффективной длиной сердечника, \ $ \ mu \ $, \ $ B_ {sat} \ $ и зная, что сердечник насыщен, мы можем выбрать резистор (возможно, со сглаживающим конденсатором). и / или индуктор), который будет управлять светодиодом с сердечником меньшего размера и без точного знания тока в линии питания.

Диодные приложения (блоки питания, регуляторы и ограничители напряжения) [Analog Devices Wiki]

6.1 Выпрямитель

Выпрямитель — это электрическое устройство, которое преобразует переменный ток (AC) в постоянный (DC), процесс, известный как выпрямление. Выпрямители находят множество применений, в том числе в качестве компонентов источников питания и в качестве детекторов амплитудной модуляции (детекторов огибающей) радиосигналов.В выпрямителях чаще всего используются твердотельные диоды, но при очень высоких напряжениях или токах могут использоваться и другие типы компонентов. Когда для выпрямления переменного тока используется только один диод (блокируя отрицательную или положительную часть формы волны), разница между термином «диод» и термином «выпрямитель» заключается просто в использовании. Термин выпрямитель описывает диод, который используется для преобразования переменного тока в постоянный. Большинство выпрямительных схем содержат несколько диодов в определенной конфигурации для более эффективного преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока, чем это возможно с одним диодом.

6.1.1 Полуволновое выпрямление

При полуволновом выпрямлении либо положительная, либо отрицательная половина волны переменного тока проходит, а другая половина блокируется. Поскольку только половина входного сигнала достигает выходного сигнала, его эффективность составляет только 50%, если используется для передачи энергии. Полупериодное выпрямление может быть достигнуто с помощью одного диода в однофазном питании, как показано на рисунке 6.1, или с помощью трех диодов в трехфазном питании.

Рисунок 6.1 однополупериодный выпрямитель с одним диодом

Выходное постоянное напряжение полуволнового выпрямителя при синусоидальном входе можно рассчитать по следующим идеальным уравнениям:

6.1.2 Двухполупериодное выпрямление

Двухполупериодный выпрямитель преобразует как положительную, так и отрицательную половины входного сигнала в одну полярность (положительную или отрицательную) на своем выходе. При использовании обеих половин формы волны переменного тока двухполупериодное выпрямление более эффективно, чем полуволновое.

При использовании простого трансформатора без вторичной обмотки с отводом по центру требуются четыре диода вместо одного, необходимого для полуволнового выпрямления. Четыре расположенных таким образом диода называются диодным мостом или мостовым выпрямителем, как показано на рисунке 6.2. Мостовой выпрямитель также может использоваться для преобразования входа постоянного тока неизвестной или произвольной полярности в выход известной полярности. Обычно это требуется в электронных телефонах или других телефонных устройствах, где полярность постоянного тока на двух телефонных проводах неизвестна.Также существуют приложения для защиты от случайного переключения батарей в цепях с батарейным питанием.

Рисунок 6.2 Мостовой выпрямитель: двухполупериодный выпрямитель с 4 диодами.

Для однофазного переменного тока, если трансформатор с центральным ответвлением, то два диода, соединенные спина к спине (, т.е. анод-анод или катод-катод) могут образовать двухполупериодный выпрямитель. На вторичной обмотке трансформатора требуется вдвое больше обмоток, чтобы получить такое же выходное напряжение, чем у мостового выпрямителя, описанного выше.Это не так эффективно с точки зрения трансформатора, потому что ток течет только в одной половине вторичной обмотки в течение каждого положительного и отрицательного полупериода входа переменного тока.

Рисунок 6.3 Двухполупериодный выпрямитель с центральным трансформатором с ответвлениями и 2 диодами.

Если включить вторую пару диодов, как показано на рисунке 6.4, то могут генерироваться напряжения как положительной, так и отрицательной полярности относительно центрального отвода трансформатора. Можно также рассматривать эту схему как такую ​​же, как добавление центрального ответвления ко вторичной обмотке в двухполупериодном мостовом выпрямителе, показанном на рисунке 6.2.

Рисунок 6.4 Двухполюсный двухполупериодный выпрямитель с центральным отводным трансформатором и 4 диодами.

ALM1000 Лабораторные диодные выпрямители

6.1.3 Сглаживание выхода выпрямителя

Полупериодное или двухполупериодное выпрямление не создает постоянного напряжения постоянного тока, как мы видели на предыдущих рисунках. Чтобы обеспечить стабильное постоянное напряжение от источника выпрямленного переменного тока, необходим фильтр или сглаживающая схема. В простейшей форме это может быть просто конденсатор, подключенный к выходу постоянного тока выпрямителя.По-прежнему останется некоторое количество пульсаций переменного тока, при котором напряжение не будет полностью сглажено. Амплитуда оставшейся пульсации зависит от того, насколько нагрузка разряжает конденсатор между пиками формы волны.

Рисунок 6.5 (a) RC-фильтр однополупериодного выпрямителя

Рисунок 6.5 (b) RC-фильтр двухполупериодного выпрямителя

Выбор конденсатора фильтра C ₁ представляет собой компромисс. Для данной нагрузки, R _L , конденсатор большего размера уменьшит пульсации, но будет стоить дороже и создаст более высокие пиковые токи во вторичной обмотке трансформатора и в источнике питания, питающем его.В крайних случаях, когда много выпрямителей загружено в цепь распределения мощности, для распределительной сети может оказаться затруднительным поддерживать правильно сформированную синусоидальную форму волны напряжения.

Для данной допустимой пульсации требуемый размер конденсатора пропорционален току нагрузки и обратно пропорционален частоте питания и количеству выходных пиков выпрямителя за цикл входа. Ток нагрузки и частота питания обычно находятся вне контроля разработчика выпрямительной системы, но на количество пиков на входной цикл может повлиять выбор конструкции выпрямителя.Максимальное пульсирующее напряжение, присутствующее в схеме полноволнового выпрямителя, определяется не только величиной сглаживающего конденсатора, но и частотой и током нагрузки, и рассчитывается как:

Где:
В _{пульсация} — максимальное напряжение пульсации на выходе постоянного тока
I _{Нагрузка} — постоянный ток нагрузки
F — частота пульсаций (обычно в 2 раза больше частоты переменного тока)
C — сглаживающий конденсатор

Однополупериодный выпрямитель, рисунок 6.5 (а) будет давать только один пик за цикл, и по этой и другим причинам используется только в очень небольших источниках питания и там, где важны стоимость и сложность. Двухполупериодный выпрямитель, рис. 6.5 (b), дает два пика за цикл, и это лучшее, что можно сделать с однофазным входом. Для трехфазных входов трехфазный мост будет давать шесть пиков за цикл, и даже большее количество пиков может быть достигнуто за счет использования трансформаторных цепей, размещенных перед выпрямителем, для преобразования в фазу более высокого порядка.

Чтобы еще больше уменьшить эту пульсацию, можно использовать π-фильтр LC (пи-фильтр), такой как показано на рисунке 6.6. Это дополняет накопительный конденсатор C ₁ последовательной катушкой индуктивности L ₁ и вторым фильтрующим конденсатором C ₂ , так что на выводах конечного фильтрующего конденсатора может быть получен более стабильный выходной сигнал постоянного тока. Последовательный индуктор имеет высокий импеданс на частоте пульсаций тока.

Рисунок 6.6 LC π-фильтр (пи-фильтр)

Более обычная альтернатива фильтру, необходимая, если для нагрузки постоянного тока требуется очень плавное напряжение питания, — это установка конденсатора фильтра с регулятором напряжения, который мы обсудим в разделе 6.3. Конденсатор фильтра должен быть достаточно большим, чтобы избежать падения пульсаций ниже напряжения падения используемого регулятора. Регулятор служит как для устранения последней пульсации, так и для устранения отклонений в характеристиках питания и нагрузки. Можно было бы использовать конденсатор фильтра меньшего размера (который может быть большим для сильноточных источников питания), а затем применить некоторую фильтрацию, а также регулятор, но это не обычная стратегия проектирования. Крайний вариант этого подхода — полностью отказаться от конденсатора фильтра и направить выпрямленный сигнал прямо во входной фильтр катушки индуктивности.Преимущество этой схемы состоит в том, что форма волны тока более плавная, и, следовательно, выпрямителю больше не приходится иметь дело с током в виде большого импульса тока только на пиках входной синусоидальной волны, а вместо этого подача тока распространяется на большую часть цикл. Обратной стороной является то, что выходное напряжение намного ниже — приблизительно среднее значение полупериода переменного тока, а не пиковое.

6.2 Выпрямители с удвоением напряжения

Простой однополупериодный выпрямитель может быть построен в двух версиях с диодом, направленным в противоположных направлениях: одна версия подключает отрицательную клемму выхода непосредственно к источнику переменного тока, а другая подключает положительную клемму выхода непосредственно к источнику переменного тока.Комбинируя оба из них с отдельными выходными сглаживающими конденсаторами, можно получить выходное напряжение, почти вдвое превышающее пиковое входное напряжение переменного тока, рисунок 6.7. Это также обеспечивает отвод посередине, что позволяет использовать такую ​​схему в качестве источника питания с разделенной шиной (положительной и отрицательной).

Рисунок 6.7 Простой удвоитель напряжения.

Вариант этого состоит в том, чтобы использовать два последовательно соединенных конденсатора для сглаживания выходного сигнала на мостовом выпрямителе, а затем установить переключатель между средней точкой этих конденсаторов и одной из входных клемм переменного тока.При разомкнутом переключателе эта схема будет действовать как обычный мостовой выпрямитель, а при замкнутом — как выпрямитель с удвоением напряжения. Другими словами, это позволяет легко получить напряжение примерно 320 В (+/- около 15%) постоянного тока из любой сети в мире, которое затем можно подать в относительно простой импульсный источник питания.

Обзор раздела:

• Выпрямление — это преобразование переменного тока (AC) в постоянный (DC).
  

• Полупериодный выпрямитель — это схема, которая позволяет приложить к нагрузке только один полупериод формы волны переменного напряжения, в результате чего на ней будет одна неизменяющаяся полярность.Результирующий постоянный ток, подаваемый на нагрузку, значительно «пульсирует».
  

• Двухполупериодный выпрямитель — это схема, которая преобразует оба полупериода формы волны переменного напряжения в непрерывную серию импульсов напряжения одинаковой полярности. Результирующий постоянный ток, подаваемый на нагрузку, не так сильно «пульсирует».
  

• Конденсаторы используются для сглаживания или фильтрации пульсаций, присутствующих в выпрямленном постоянном токе, а иногда используются более сложные фильтры с катушками индуктивности и конденсаторами.

6.3 Стабилитрон как регулятор напряжения

Стабилитроны широко используются в качестве источников опорного напряжения и шунтирующих стабилизаторов для регулирования напряжения в небольших цепях. При параллельном подключении к источнику переменного напряжения, например, к диодному выпрямителю, который мы только что обсудили, так что он имеет обратное смещение, стабилитрон проводит ток, когда напряжение достигает обратного напряжения пробоя диода. С этого момента относительно низкий импеданс диода поддерживает напряжение на диоде на этом значении.

Рисунок 6.8 Опорное напряжение на стабилитроне

В схеме, показанной на рисунке 6.8, типичный шунтирующий стабилизатор, входное напряжение В _IN стабилизируется до стабильного выходного напряжения В _OUT . Напряжение пробоя обратного смещения диода D _Z стабильно в широком диапазоне токов и поддерживает относительно постоянное значение V _OUT , даже если входное напряжение может колебаться в довольно широком диапазоне.Из-за низкого импеданса диода при такой работе используется последовательный резистор R _S для ограничения тока в цепи.

В случае этой простой ссылки ток, протекающий в диоде, определяется с использованием закона Ома и известного падения напряжения на резисторе R _S .

Стоимость R _S должна удовлетворять двум условиям:

• R _S должен быть достаточно малым, чтобы ток через D _Z удерживал D _Z в обратном пробое.Значение этого тока указано в паспорте производителя для D _Z . Например, обычное устройство BZX79C5V6, 5,6 V 0,5? стабилитрон, имеет рекомендуемый обратный ток 5 мА . Если через D _Z существует недостаточный ток, то выход V _OUT будет нерегулируемым и будет меньше номинального напряжения пробоя. При расчете R _S необходимо сделать поправку на любой ток через любую внешнюю нагрузку, которая может быть подключена к V _OUT , не показанным на этой диаграмме.
  

• R _S должен быть достаточно большим, чтобы ток через D _Z не превысил номинальный максимум и не разрушил устройство. Если ток через D _Z равен I _D , его напряжение пробоя В _B и максимальная рассеиваемая мощность P _MAX , тогда:

Нагрузка может быть помещена поперек диода в этой опорной цепи, и пока стабилитрон остается в обратном пробое, диод будет обеспечивать стабильный источник напряжения для нагрузки.Стабилитроны в этой конфигурации часто используются в качестве стабильных эталонов для более сложных схем регулятора напряжения, включающих каскады буферного усилителя для подачи больших токов на нагрузку.

Шунтирующие регуляторы просты, но требования, чтобы балластный резистор R _S был достаточно малым, чтобы избежать чрезмерного падения напряжения в худшем случае (низкое входное напряжение одновременно с большим током нагрузки), как правило, оставляет много тока, протекающего в диод, что делает стабилизатор довольно неэффективным с высокой рассеиваемой мощностью в режиме покоя, подходящим только для небольших нагрузок.

Эти устройства также встречаются, обычно последовательно с переходом база-эмиттер, в транзисторных каскадах, где можно использовать выборочный выбор устройства, сосредоточенного вокруг точки лавины или стабилитрона, для введения компенсационного температурного коэффициента балансировки PN перехода транзистора. Примером такого использования может быть усилитель ошибки постоянного тока, используемый в системе обратной связи цепи регулируемого источника питания.

В качестве примечания: стабилитроны также используются в устройствах защиты от перенапряжения для ограничения скачков напряжения при переходных процессах.Еще одно примечательное применение стабилитрона — использование шума, вызванного его лавинным пробоем, в генераторе случайных чисел, который никогда не повторяется.

Пример конструкции регулятора:

Требуется выходное напряжение 5 В и требуемый выходной ток 60 мА.

Сначала мы должны выбрать стабилитрон, В _Z = 4,7 В, что является ближайшим доступным значением.

Нам нужно определить номинальное входное напряжение, и оно должно быть на несколько вольт больше, чем В _Z .В этом примере мы будем использовать V _IN = 8V.

Как правило, мы выбираем номинальный ток через стабилитрон равным 10% от требуемого выходного тока нагрузки или 6 мА. Затем определяется ток I _max = 66 мА, который будет протекать через R _S (выходной ток плюс 10%).

Последовательный резистор R _S = (8 В — 4,7 В) / 66 мА = 50 Ом, мы бы выбрали R _S = 47 Ом, что является ближайшим стандартным значением.

Номинальная мощность резистора P _RS > (8В — 4.7 В) × 66 мА = 218 мВт, поэтому мы выбираем P _RS = 0,5 Вт

Максимальную мощность, которая может рассеиваться в стабилитроне при нулевом токе в выходной нагрузке, можно рассчитать как P _Z > 4,7 В × 66 мА = 310 мВт, поэтому мы бы выбрали P _Z = 400 мВт.

Лабораторная работа ADALM2000: стабилизатор стабилитрона

Упражнение 6.3.1

Для показанной схемы, если напряжение источника питания В _IN увеличивается, напряжение на нагрузочном резисторе R _L будет:

1. прибавка
   

2. уменьшение
   

3. без изменений

Для показанной схемы, если напряжение источника питания В _IN уменьшается, напряжение на нагрузочном резисторе R _L будет:

1. прибавка
   

2. уменьшение
   

3. без изменений

Для показанной схемы, если напряжение источника питания В _IN увеличивается, напряжение на последовательном резисторе R _S будет:

1. прибавка
   

2. уменьшение
   

3. без изменений

Для показанной схемы, если напряжение источника питания В _IN увеличивается, ток через нагрузочный резистор R _L будет:

1. прибавка
   

2. уменьшение
   

3. без изменений

Для показанной схемы, если напряжение источника питания В _IN уменьшается, ток через стабилитрон D _Z будет:

1. прибавка
   

2. уменьшение
   

3. без изменений

Для показанной схемы, если напряжение источника питания В _IN увеличивается, ток через последовательный резистор R _L будет:

1. прибавка
   

2. уменьшение
   

3. без изменений

Вернуться к предыдущей главе

Перейти к следующей главе

Вернуться к содержанию

Как устранить неполадки диодного моста выпрямителя

В этой статье будут рассмотрены различные неисправности выпрямителя с диодным мостом, чтобы дать некоторое представление об устранении неисправностей источника питания переменного / постоянного тока.

Источники питания переменного / постоянного тока широко используются в различных типах электронного оборудования. Когда кто-то терпит неудачу, как мы можем определить причину?

В этой статье мы рассмотрим пример блока питания и расскажем о некоторых возможных причинах его выхода из строя.

Пример источника переменного / постоянного тока

Для эффективного поиска и устранения неисправностей вам необходимо разбираться в своей схеме. Мы будем работать с примером источника переменного / постоянного тока, который преобразует 230 В переменного тока в 5 В постоянного тока.Его блок-схема показана на рисунке 1 ниже.

Рис. 1. Изображение любезно предоставлено NUS.

Во-первых, давайте сначала кратко рассмотрим каждый из этих блоков.

Трансформатор

Трансформатор преобразует электрическую сеть высокого напряжения в более низкое переменное напряжение. Например, если мы хотим генерировать 12 В постоянного тока, трансформатор может быть спроектирован так, чтобы генерировать переменное напряжение с амплитудой 22 В, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2

Выпрямитель

Выпрямитель преобразует переменное напряжение в постоянное, как показано на рисунке 3. Это делается путем инвертирования отрицательной части переменного напряжения для генерации положительного напряжения. Результатом является постоянное напряжение, потому что теперь ток может течь только в одном направлении через гипотетическую нагрузку (не показано на рисунке). Однако по-прежнему существуют большие колебания напряжения и тока, и его нельзя использовать в качестве источника постоянного тока для питания электронных схем.На рисунке 3 показано очень важное свойство выхода выпрямителя: поскольку отрицательная часть перевернута на положительные значения, выход выпрямителя представляет собой периодический сигнал с периодом, который составляет половину периода входа. Следовательно, если на входе сигнал 50 Гц, выходная частота будет 100 Гц. Это наблюдение может быть полезно при поиске и устранении неисправностей источника питания переменного / постоянного тока.

Рисунок 3

Фильтр

Чтобы избавиться от больших колебаний, мы применяем фильтр нижних частот к выходу выпрямителя.Фильтр будет давать формы сигналов, похожие на красные кривые на рисунке 4.

Рис. 4

Регулятор

Поскольку все еще есть некоторые пульсации, мы можем применить выходной сигнал фильтра к регулятору, который использует концепции обратной связи для дальнейшего подавления колебаний и генерирования желаемого напряжения постоянного тока.

Давайте рассмотрим неисправности, связанные с диодным мостом выпрямителя и фильтром нижних частот, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5

Теперь, когда мы знакомы с нашим примером, мы можем начать обсуждение некоторых общих проблем, которые могут потребоваться для устранения неполадок.

Проблема: отказал открытый диод

В каждом полупериоде входа $$ V_ {AC1} $$ горят два из четырех диодов. Например, когда $$ V_ {AC1} $$ положительный, D1 и D2 будут проводить ток, в то время как D3 и D4 блокируют (обратный) ток. В следующем полупериоде D3 и D4 будут проводить.Если какой-либо из этих четырех диодов имеет разрыв цепи, соответствующий полупериод будет пропущен, и схема будет действовать как полуволновой выпрямитель. На рисунке 6 показано влияние неисправного открытого диода на выходное напряжение.

Рисунок 6

Как видите, величина ряби увеличилась примерно в два раза. Кроме того, кривая, относящаяся к вышедшему из строя диоду, имеет период, в два раза превышающий период синей кривой, поскольку вышедшая из строя схема действует как полуволновой выпрямитель.Следовательно, при отказе открытого диода частота $$ V_ {DC1} $$ будет такой же, как VAC1. В исправной цепи пульсации возникают с частотой, вдвое превышающей входную частоту. С помощью осциллографа легко проверить работу выпрямителя на диодном мосту. Если частота электросети 50 Гц, частота колебаний должна быть 100 Гц. Это пример случаев, когда осциллограф намного полезнее мультиметра.

Проблема: закороченный диод

В предыдущем разделе мы предположили, что диод имеет разрыв цепи.Однако неисправный диод тоже может закоротить. В этом случае диод будет иметь небольшое сопротивление в обоих направлениях. Распространенными причинами выхода из строя диода являются чрезмерный прямой ток и большое обратное напряжение. Обычно большое обратное напряжение приводит к короткому замыканию диода, в то время как перегрузка по току приводит к его размыканию при отказе.

Давайте посмотрим, как закороченный диод повлияет на двухполупериодный выпрямитель. Предположим, что D1 на рисунке 5 закорочен, и теперь схема имеет вид, показанный на рисунке 7.

Рисунок 7

Предположим, что $$ V_ {AC1} $$ положительный.В этом случае D2 будет включен, а D3 и D4 будут иметь обратное смещение. Ток будет течь через нагрузку и диод D2 обратно во вторичную обмотку трансформатора, как это было на рисунке 5. Следовательно, если предположить, что диоды идеальны и имеют нулевое прямое падение напряжения, положительный полупериод не будет влияет закороченный диод. Но как насчет отрицательного полупериода? Когда значение $$ V_ {AC1} $$ становится отрицательным, включается D3. Ток будет течь обратно к трансформатору через закороченный диод, а не через нагрузку.Следовательно, $$ V_ {DC1} $$ будет равен нулю, и большое напряжение будет непосредственно приложено к D3. Чрезмерный прямой ток может привести к отказу D3 при открытии. Трансформатор и закороченный диод (D1) — два других компонента, которые могут перегореть.

Проблема: Старение конденсатора фильтра

В источниках питания переменного / постоянного тока обычно используются электролитические конденсаторы для подавления пульсаций. Эти конденсаторы обладают высокой емкостью для данного рабочего напряжения (у них почти самая высокая доступная емкость, умноженная на напряжение или CV).Кроме того, такое высокое резюме достигается за доступную цену.

Несмотря на эти преимущества, у электролитических конденсаторов есть свои ограничения. Одним из основных недостатков является то, что они имеют гораздо более короткий срок службы, чем другие конденсаторы. Это связано с тем, что электролит внутри конденсатора со временем испаряется, и емкость уменьшается. К концу срока службы конденсатора емкость уменьшится примерно на 20%.

Также стоит отметить, что эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора (ESR) увеличивается по мере использования.Чем больше ESR, тем больше тепла выделяется, и тепло является основным фактором, который может ускорить испарение электролита. Это приведет к ситуации теплового разгона.

Дело в том, что электролитические конденсаторы, вероятно, являются первыми компонентами, которые выйдут из строя в правильно спроектированной электронной системе. Разработчик игнорирует эту проблему надежности, чтобы просто снизить затраты. По мере старения емкость будет уменьшаться, и на $$ V_ {DC1} $$ будут появляться более сильные колебания. Мы использовали $$ C_L = 220 мкФ $$ и $$ R_L = 1 k \ Omega $$ для создания графики этой статьи.Давайте уменьшим $$ C_L $$ на 20%, чтобы визуализировать эффект старения конденсатора (мы игнорируем увеличение ESR, чтобы упростить задачу). При $$ C_L = 176 мкФ $$ получаем красную кривую на рисунке 8.

Рисунок 8

Как и ожидалось, меньший конденсатор приводит к большим колебаниям. Следовательно, когда пульсации больше, чем ожидалось, мы должны проверить частоту пульсаций: если частота вдвое превышает входную частоту, диоды работают правильно и, вероятно, что-то не так с конденсатором.

Проблема: Закороченный конденсатор фильтра

Электролитические конденсаторы обычно выходят из строя. Фактически, слой оксида алюминия, который образует диэлектрик конденсатора, обладает свойством самовосстановления и обычно может немедленно исправить крошечное короткое замыкание. Тем не менее, все еще есть вероятность появления дырявого конденсатора, когда относительно небольшой резистор появляется параллельно конденсатору. Если это сопротивление утечки настолько мало, конденсатор будет казаться закороченным. Приложение обратного напряжения к конденсатору может привести к утечке компонента.Что-то, что может случиться при первом производстве платы. В этом случае схему можно смоделировать, как показано на рисунке 9.

Рисунок 9

Резистор утечки ускорит разрядку конденсатора, поэтому у нас будет более крупная пульсация, похожая на красные кривые на рисунке 8. Если резистор утечки настолько мал, выход будет закорочен на землю. Следовательно, закороченный конденсатор может привести к отказу диодов или трансформатора.

Заключение

В этой статье мы рассмотрели различные неисправности выпрямителя с диодным мостом, чтобы дать некоторое представление об устранении неисправностей источника питания переменного / постоянного тока. Мы увидели, что частоту пульсаций на выходе можно проверить, чтобы проверить, правильно ли работает диодный мост. Кроме того, величина пульсаций может дать нам некоторое представление о проблемах конденсатора фильтра.

Какие еще темы по устранению неполадок вы бы хотели обсудить? Дайте нам знать в комментариях ниже.

Как переключить электрический водонагреватель между 120 В и 240 В?

Как переключить цепь водонагревателя с 240 В на 120 В с помощью переключателей?

В серии проводов электрического водонагревателя мы покажем, как изменить входное напряжение водонагревателя со 120 В на 240 В и наоборот, используя 3-позиционный переключатель, переключатели DPDT и таймер T106.

Этот метод используется для уменьшения счета за электроэнергию. Другими словами, вы можете запускать электрический водонагреватель на 240 В переменного тока, когда цены ниже или те же, в часы пик и при нормальной работе, или когда требуется более быстрое восстановление горячей воды.

Вы можете переключиться обратно и запустить электрический водонагреватель на 120 В в часы пик, чтобы снизить счет за электроэнергию или требуется меньше горячей воды.

Имейте в виду, что водонагреватель с одинаковой номинальной мощностью может работать как от 120 В, так и от 240 В переменного тока

Как известно, один и тот же водонагреватель с номинальной мощностью 240 В может работать от 120 В. Имейте в виду, что вы не можете использовать водонагреватель на 120 В при 240 В переменного тока. В этом случае нагревательный элемент может повредиться или перегореть, что может привести к возгоранию. См. Следующие рекомендации.

• ❌ Вы не можете подключить водонагреватель с номиналом 120 В к 240 В или 277 В
• ❌ Нельзя подключить водонагреватель с номиналом 240 В к 277 В или 480 В
• ✔️ Вы можете подключить водонагреватель 240 В к 208 или 120 В переменного тока поставка. (Медленный нагрев)

В последнем случае режим нагрева будет медленнее на 1/4, и это подходящий вариант для работы в непиковые нагрузки.

Когда мы работаем с электрическим водонагревателем на 240 В переменного тока при напряжении питания 120 В переменного тока, это снижает количество рассеиваемого тепла в баке водонагревателя.Другими словами, водонагреватель мощностью 4500 Вт будет нагреваться медленнее при 120 В переменного тока вместо 240 В переменного тока, потому что общая мощность падает при снижении напряжения. Это тот же самый случай, когда мы поставляем лампу с номинальным напряжением от 120 до 240 В, она будет светиться тусклее по сравнению с номинальным напряжением 240 В.

Формула преобразования 240 В переменного тока в 120 В переменного тока

В случае нагревательных элементов мощностью 4500 Вт,

(120 В / 240 В) ²

0,5 x 0,5 = 0,25

Таким образом, водонагреватель мощностью 4500 Вт потребляет

4500 Вт при работе от 240 В и

4500 Вт x 0.25 = 1125 Вт

1125 Вт при работе от 120 В.

Рассмотрим ниже различные методы, демонстрирующие преобразование цепей переменного тока 120 В и 240 В для водонагревателя.

Переключение водонагревателя между 120 В и 240 В с помощью 3-ходового переключателя

Чтобы переключить цепь между 120 В и 240 В для водонагревателя с помощью 3-ходового переключателя на 30 ампер, просто подключите линию (L ₁ ) от главный распределительный щит через автоматический выключатель на 30А к водонагревателю.Подключите вторую линию (L ₂ ) от CB и нейтраль от DB к верхней клемме и нижней клемме трехпозиционного переключателя соответственно. Общая клемма слева должна быть подключена к водонагревателю. Не забудьте подключить трехпозиционный переключатель и водонагреватель к заземляющему проводу.

Работа контура:

• Верхнее положение 3-ходового переключателя = L ₁ и L ₂ подключены к водонагревателю = 240 В переменного тока
• Нижнее положение 3-ходового переключателя = L ₁ и нейтраль подключены к водонагревателю = 120 В переменного тока.

Переключайте водонагреватель между 120 В и 240 В с помощью двухполюсного двухходового переключателя

То же самое можно сделать с помощью двухполюсного DPDT (двухполюсного двухпозиционного переключателя), как указано выше. Для этого просто подключите L ₁ напрямую к водонагревателю через 30A CB. L2 от CB и нейтраль от главного распределительного щита должны быть подключены к клеммам A2 и B2 на правой стороне 2-полюсного переключателя DPDT. Клемма L2 переключателя DPDT должна быть подключена непосредственно к водонагревателю.Выполните надлежащее заземление двухполюсного двухпозиционного переключателя и водонагревателя, как показано ниже.

Работа контура:

• Верхнее положение переключателя DPDT = L ₁ и нейтраль подключены (через клеммы B ₂ и L ₂ ) к водонагревателю = 120 В переменного тока
• Нижнее положение DPDT-переключателя = L ₁ и L ₂ подключены (через клеммы A ₂ и L ₂ ) к водонагревателю = 240 В переменного тока.

Переключайте водонагреватель между 120 В и 240 В с помощью переключателя DPDT с выключенным центром

Два вышеуказанных метода включают только переключение цепи между 120 и 240 В. Чтобы добавить дополнительную операцию, то есть 120 В, выключение и 240 В, мы можем использовать двухполюсный переключатель DPDT.

Для этого просто следуйте схеме подключения, указанной на схеме ниже. Используйте автоматический выключатель на 30 А для 240 В и автоматический выключатель на 20 А для 120 В.

Работа контура:

• Верхнее положение переключателя DPDT = L и нейтраль подключены (через клеммы B ₁ , L ₁ и B ₂ , L ₂ ) к водонагревателю = 120 В переменного тока
• Центральное положение переключателя DPDT = Выключено — Нет подачи на водонагреватель.
• Нижнее положение переключателя DPDT = L ₁ и L ₂ подключены (через клеммы A _1, , A ₂ и L ₂ ) к водонагревателю = 240 В переменного тока.

Переключите водонагреватель между 120 В и 240 В с помощью таймера T106

Для этого просто переместите провод двигателя часов с COM на нормально открытый контакт. Эта конфигурация будет работать как для 120 В, так и для 240 В, тогда как 120 В будет потреблять 25% от общей номинальной мощности 4500 Вт, что составляет 1125 Вт в случае 120 В.

Дополнительные методы для водонагревателя от 120 В до 240 В и наоборот: использование автоматического или ручного переключателя (переключатель), таймера (T106, T1906, T1975 и т. Д.) Или таймера SPDT с сухим нормально разомкнутым реле, устанавливающим DIP-переключатель на 120 В .

Примечание: Перед подключением и установкой проверьте целостность клеммы переключателя. Используйте провод 10 калибра для 240 В и 12 калибра для 120 В в приведенных выше руководствах по подключению. Следуйте руководству пользователя или обратитесь к лицензированному электрику для правильной установки.Все приведенные выше электрические схемы предназначены для неодновременной (не вызывающей споров) работы нагревательных элементов и термостата.

Примечание. Красный цвет иллюстрирует провод Line или Phase , а Черный цвет показывает нейтральный провод на приведенных выше рисунках. Вы можете следовать своим региональным цветовым кодам проводки, например, IEC или NEC.

Цветовые коды проводов

— 120 В и 240 В

Мы использовали красный для Live или фазы , черный для нейтрали и зеленый для заземляющего провода.Вы можете использовать коды конкретных регионов, например IEC — Международная электротехническая комиссия ( UK , EU и т. Д.) Или NEC (National Electrical Code [ US & Canada ], где:

NEC:

Черный = Фаза или Линия , Белый = Нейтраль и Зеленый / Желтый = Заземляющий провод

• Однофазный 240-208 AC:

Черный = Фаза 1 или Линия 1 , Красный = Линия 2, Синий = Линия 3, Белый / Серый = Нейтральный и Зеленый / Желтый = Провод заземления

IEC:

Коричневый = Фаза или Линия , Синий 9 0085 = Нейтраль и Зеленый = Заземляющий провод

Предупреждение:

• Отключите питание перед заменой, ремонтом, поиском и устранением неисправностей, техническим обслуживанием и установкой электрических приборов и оборудования.