Меню

Управление амплитудой переменным напряжением



Параметры переменного напряжения

Как вы помните из предыдущей статьи, переменное напряжение – это напряжение, которое меняется со временем. Оно может меняться с каким-то периодом, а может быть хаотичным. Но не стоит также забывать, что и переменное напряжение обладает своими особенными параметрами.

Среднее значение напряжения

Среднее значение переменного напряжения Uср – это, грубо говоря, площадь под осциллограммой относительно нуля за какой-то промежуток времени. Чтобы это понять, давайте рассмотрим вот такую осциллограмму.

среднее значение напряжения

среднее значение напряжения за период

Например,чему равняется среднее значение напряжения за эти два полупериода? В данном случае ноль вольт. Почему так? Площади S1 и S2 равны. Но все дело в том, что площадь S2 берется со знаком “минус”. А так как площади равны, то в сумме они дают ноль: S1+(-S2)=S1-S2=0. Для бесконечного по времени синусоидального сигнала среднее значение напряжения также равняется нулю.

То же самое касается и других сигналов, например, двухполярного меандра. Меандр – это прямоугольный сигнал, у которого длительности паузы и импульса равны. В этом случае его среднее напряжение также будет равняться нулю.

меандр

меандр

Средневыпрямленное значение напряжения

Чаще всего используют средневыпрямленное значение напряжения Uср. выпр. То есть площадь сигнала, которая “пробивает пол” берут не с отрицательным знаком, а с положительным.

площадь под кривой

средневыпрямленное значение напряжения будет уже равняться не нулю, а S1+S2=2S1=2S2. Здесь мы суммируем площади, независимо от того, с каким они знаком.

На практике средневыпрямленное значение напряжения получить легко, использовав диодный мост. После выпрямления синусоидального сигнала, график будет выглядеть вот так:

напряжение после диодного моста

выпрямленное переменное напряжение после диодного моста

Для того, чтобы примерно узнать, чему равняется средневыпрямленное напряжение, достаточно узнать максимальную амплитуду синусоидального сигнала Umax и сосчитать ее по формуле:

Среднеквадратичное значение напряжения

Чаще всего используют среднеквадратичное значение напряжения или его еще по-другому называют действующим. В литературе обозначается просто буквой U. Чтобы его вычислить, тут уже простым графиком не отделаешься. Среднеквадратичное значение – это значение постоянного напряжения, который, проходя через нагрузку (скажем, лампу накаливания), выделяет за тот же промежуток времени такое же количество мощности, какое выделит в этой нагрузке переменное напряжение. В английском языке среднеквадратичное напряжение обозначается так: RMS (rms) – root mean square.

Связь между амплитудным и среднеквадратическим значением устанавливается через коэффициент амплитуды Ka:

Вот некоторые значения коэффициента амплитуды Ka для некоторых сигналов переменного напряжения:

Более точные значения 1,41 и 1,73 – это √2 и √3 соответственно.

Как измерить среднеквадратичное значение напряжения

Для правильного замера среднеквадратического значения напряжения у нас должен быть мультиметр с логотипом T-RMS. RMS – как вы уже знаете – это среднеквадратическое значение. А что за буква “T” впереди? Думаю, вы помните, как раньше была мода на одно словечко: “тру”. “Она вся такая тру…”, “Ты тру или не тру?” и тд. Тру (true) – с англ. правильный, верный.

Так вот, T-RMS расшифровывается как True RMS – “правильное среднеквадратическое значение”. Мои токоизмерительные клещи могут замерять этот параметр без труда, так как на них есть логотип “T-RMS”.

Читайте также:  Предназначен для контроля трехфазного напряжения

true rms

мультиметр с True RMS

Проведем небольшой опыт. Давайте соберем вот такую схемку:

Выставим на моем китайском генераторе частоты треугольный сигнал с частотой, ну скажем, 100 Герц

А вот осциллограмма этого сигнала. Внизу, в красной рамке, можно посмотреть его параметры

И теперь вопрос: чему будет равно среднеквадратическое напряжение этого сигнала?

Так как один квадратик у нас равняется 1 Вольт (мы это видим внизу осциллограммы в красной рамке), то получается, что амплитуда Umax этого треугольного сигнала равняется 4 Вольта. Для того, чтобы рассчитать среднеквадратическое напряжение, мы воспользуемся формулой:

Итак, смотрим нашу табличку и находим интересующий нас сигнал:

Для нас не важно, пробивает ли сигнал “пол” или нет, главное, чтобы сохранялась форма сигнала. Видим, что наш коэффициент амплитуды Ka= 1,73.

Подставляем его в формулу и вычисляем среднеквадратическое значение нашего треугольного сигнала

Проверяем нашим прибором, так ли оно на самом деле?

Супер! И в правду Тrue RMS.

Замеряем это же самое напряжение с помощью моего китайского мультиметра

Он меня обманул :-(. Он умеет измерять только среднеквадратическое значение синусоидального сигнала, а у нас сигнал треугольный.

Самый интересный сигнал в плане расчетов – это двуполярный меандр, ну тот есть тот, который “пробивает пол”.

Параметры переменного напряжения

Его амплитудное Umax, средневыпрямленное Uср.выпр. и среднеквадратичное напряжение U равняется одному и тому же значению. В данном случае это 1 Вольт.

Вот вам небольшая картинка, чтобы не путаться

среднее, среднеквадратичное и пиковое значения напряжения

среднее, среднеквадратичное и пиковое значения напряжения

  • Сред. – средневыпрямленное значение сигнала. Это и есть площадь под кривой
  • СКЗ – среднеквадратичное напряжение. Как мы видим, для синусоидальных сигналов, оно будет больше, чем средневыпрямленное.
  • Пик. – амплитудное значение сигнала
  • Пик-пик. – размах или двойная амплитаду. Или иначе, амплитуда от пика до пика.

Так что же все-таки показывает мультиметр при измерении переменного напряжения? Показывает он НЕ амплитудное, НЕ среднее и НЕ среднее выпрямленное напряжение, а среднее квадратическое, то есть действующее напряжение! Об этом всегда помним.

Источник

Диммер — управление переменным током

Диммер.Подавляющее большинство приборов освещения работают в одном режиме. Возможность настройки или регулирования яркости свечения для них не предусмотрена, что нередко доставляет неудобство для пользователя. Эта проблема общая для любого типа источника света, будь то обычные лампы накаливания, светодиодные, галогеновые или энергосберегающие светильники. Идея создания устройства для управления освещением путем плавного включения и выключения светильников появилась давно, в эпоху господства ламп накаливания, поэтому первые образцы были предназначены для них.

Как устроен диммер

Диммер — это регулятор освещения, обеспечивающий плавное повышение или понижение напряжения питания ламп накаливания. Изначально прибор являлся обычным реостатом, но его работа не удовлетворяла пользователей — сильный нагрев и низкий КПД устройства требовали разработок новых конструкций. На смену реостатам пришли автотрансформаторы, единственным недостатком которых стали большие размеры. Современные полупроводниковые приборы позволили добиться нужной компактности. Основными элементами схем ныгнешних приборов являются симистор и динистор. Диммер, используемый для ламп накаливания в настоящее время имеет размеры, сопоставимые с габаритами обычного выключателя.

Читайте также:  Выключатель напряжения 3 фазный

Существуют разные виды:

  • Модульные. Устанавливаются в распределительные щиты, служат преимущественно для регулировки режима работы лестничных приборов освещения.
  • Встраиваемые в монтажную коробку. Вставляются под выключатель, способны регулировать разные осветительные приборы — лампы накаливания или галогенные лампы, оборудованные понижающими или электронными трансформаторами. Кнопка управления является отдельным узлом и устанавливается поверх основного блока.
  • Моноблочные. Есть встраиваемые и накладные образцы. Предназначены для монтажа в стандартную коробку вместо выключателей. Подключаются в разрыв фазы (двухпроводное подключение).

В свою очередь, моноблочные приборы имеют несколько вариантов действия:

  • Поворотный. Регулировка выполняется вращением ручки (до недавнего времени это — наиболее распространенный вариант).
  • Поворотно-нажимной диммер действует подобным образом, но для вращения надо сначала нажать на кнопку.
  • Клавишные устройства внешне похожи на обычные выключатели, имеют стандартную клавишу, осуществляющую включение или выключение света в стандартном режиме. Для регулировки надо нажать и удерживать клавишу более 3 секунд.
  • Сенсорные выключатели — диммеры, представляющие собой наиболее современный тип приборов. Управление производится прикосновением к специальной панели.

Внимание! Следует учитывать, что диммер — это регулятор яркости для ламп накаливания. Другие осветительные приборы, лампы дневного света или светодиодные конструкции к нему подключать нельзя. В лучшем случае никакого результата не будет достигнуто, а в худшем срок службы светильников уменьшится, или из строя выйдут и диммер, и лампы. Для того, чтобы регулировать освещенность для светодиодных ламп, существуют специализированные устройства. Приобретая регулятор в магазине, надо уточнять, для каких именно категорий осветительных приборов он предназначен.

Как работает

Рассмотрим, как работает диммер на практике. Наиболее распространенный тип приборов устанавливается вместо обычного выключателя, но вместо клавиши на 2 положения имеет поворотную ручку. Вращая ее в ту или иную сторону, производят изменение яркости свечения ламп, изменяя уровень освещенности в помещении в доступных пределах — от максимального до полной темноты. Другие конструкции, в основном, отличаются способом управления, но основное действие — изменение яркости свечения — у всех типов одно и то же. Более продвинутые модели могут быть снабжены дополнительными функциями — отключение по сигналу таймера, голосовое или дистанционное управление, создание эффекта присутствия (включение-отключение света в помещениях во время отсутствия хозяев). Имеется возможность присоединения к системе «умный дом».

chema-dimmer

Особенностями устройства являются:

  • Чувствительность к нагреву.
  • Необходимость обеспечения минимальной нагрузки.
  • Обязательное использование только с теми типами светильников, для которых их предназначили производители.

Важно! Постоянное использование светорегулятора для создания более тусклого, мягкого освещения, нерационально, иногда проще прибегнуть к снижению мощности лампы.

Подключение диммера

Перед подключением устройства необходимо убедиться, что его мощность соответствует нагрузке. Для этого надо подсчитать суммарную мощность ламп и сравнить полученный результат с паспортными данными регулятора. Если мощность нагрузки превышает возможности устройства, придется либо использовать более мощную модель, либо уменьшить число ламп, подключенных через диммер.

Читайте также:  С напряжением сгибается голова

Рассмотрим, как выполняется монтаж диммера. Простейший вариант подключения прибора — установка в разрыв фазного провода. На практике никакого разрыва в буквальном смысле не производится, устройство устанавливается вместо стандартного выключателя, а провод фазы подключается на вход. С выхода провод идет к лампе, а нулевой провод проходит напрямую, не присоединяясь к диммеру.

Для создания дополнительных вариантов регулировки понадобятся более сложные способы подключения. Многие пользователи желают иметь возможность отключать освещение обычным способом. Для этого перед диммером надо установить стандартный выключатель. Нередко применяются схемы подключения двух диммеров, соединенных между собой. С помощью этого способа можно регулировать режим освещения из разных точек помещения, что удобно в больших комнатах или спальнях. Установка второго стандартного выключателя позволяет создать схему с проходным выключателем, при которой появляется возможность погасить свет любым из них.

Технически монтаж диммера практически аналогичен установке выключателя или розетки. Устройство расклинивается в монтажной коробке специальными лапками, провода присоединяются к нужным контактам. Работа выполняется быстро и просто.

Диммеры на симисторах

Этот вариант конструкции предназначен для светодиодных ламп, нуждающихся в участии электронных пускорегулирующих компонентов. Они работают на принципе широтно-импульсного модулирования синусоиды переменного тока (ШИМ). В некоторых моделях ламп используется встроенный ШИМ-балласт, такие образцы не поддаются регулировке. Модуляция преобразует амплитуду напряжения, генерируя импульсы разной продолжительности. Чем больше длительность, тем ярче горит лампа.

Как работает диммер на тиристоре

Тиристор — это управляемый диод. Схема светорегуляторов на тиристорах выполняет прерывание подачи питания на очень короткие промежутки времени, в течение которых лампа не работает. Мерцание не заметно простым глазом, поскольку срабатывает эффект инерции зрения. Кроме того, промежутки времени настолько малы, что полностью погаснуть лампа просто не успевает.

Конденсаторный диммер и принцип его действия

Конденсаторные приборы встречаются реже, чем другие типы конструкции. Они компактны и надежны, работают на принципе изменения напряжения с изменением емкости. Работа прибора позволяет получить три варианта свечения — полная яркость, приглушенный, ночной свет, полная темнота. Для этого используется конденсатор гашения, отсекающий части синусоиды и сглаживающий провалы амплитуды за счет собственной емкости. Для создания устройства нужны неполярные конденсаторы, которые на нынешнем рынке отыскать непросто. Обычно используют детали, извлеченные из старых электротехнических устройств.

Светорегуляторы на микросхемах

Регуляторы на микросхемах способны эффективно и плавно изменять режим освещения для ламп, работающих на низком напряжении питания — 12 В. Защиту микросхемы от перегрева обеспечивает радиатор. Стабилизатор позволяет получить тонкую и устойчивую настройку яркости ламп, одновременно обеспечивая их защиту от скачков амплитуды. Схема проста и доступна для самостоятельной сборки.

Вариант с цифровой микросхемой

Микросхема NE555.Оптимальный способ создания регулятора для светодиодных ламп — конструкция на основе микросхемы NE555. Она работает со световыми приборами, нуждающимися в напряжении 9 В. При этом, лампы на 12 В могут быть подключены, если нужна плавная и мягкая регулировка.

Источник