Как правильно подключить источник постоянного тока

Подключение скважинного насоса без вспомогательного оборудования

Без блока управления, блока автоматики и прочего вспомогательного оборудования кабель электропитания насоса подключается в заранее установленную электрическую розетку с заземляющим контактом.

Заземление скважинного (погружного) насоса обязательно. Для непосредственного подключения заземления используется ГЗШ (главная заземляющая шина) дома, которая в свою очередь соединяется с существующим контуром заземления дома.  

Для подвода электропитания к розетке насоса используется электрический кабель с заземляющей жилой. Напряжение питания погружного насоса 220 вольт.

Для электропитания насоса нужно выделить отдельную электрическую группу и защитить эту группу автоматом защиты. Номинал автомата защиты рассчитывается по электрической мощности насоса. Так для насосов до 3 000 Вт нужен автомат защиты на 10 Ампер, для насосов большей мощности понадобится автомат защиты в 16 Ампер.

Важно! Данное подключение нельзя рассматривать, как правильное. Оно лишь показывает общий принцип подключения скважинного насоса. Отсутствие автоматики в управлении работой насоса приведет к его неисправностям при пропадании воды (сухом ходе) в системе подачи. 

Отсутствие автоматики в управлении работой насоса приведет к его неисправностям при пропадании воды (сухом ходе) в системе подачи. 

Обозначение источников тока

Чтобы при выборе не возникало вопроса относительно того, какой тип источника тока представлен, используются специальные обозначения. В физике существуют точные графические изображения, которые позволяют идентифицировать тип применяемого источника:

Обозначения

На каждой схеме условных обозначений можно увидеть следующие параметры:

• Общее обозначение источника тока и движущей силы ЭДС;
• Графическое изображение без ЭДС;
• Химический тип;
• Батарея;
• Постоянное напряжение;
• Переменное напряжение;
• Генератор.

Благодаря графическим идентификаторам на схеме электрической цепи всегда можно определить, какой именно тип используется в конкретной ситуации, и как правильно его обозначать. Существуют также международные обозначения, которые встречаются немного реже, обычно при реализации интернациональных проектов.

Важность маркировки полярности

В соответствии со схемой на рисунке 8 (выше) обозначения полярности (которые указывают на положение измерительного щупа вольтметра) указывают, что источники складываются друг с другом. Источники напряжения складываются друг с другом, чтобы сформировать общее напряжение, поэтому мы добавляем 24 вольта к -17 вольтам, чтобы получить 7 вольт: всё еще правильный ответ.

Если мы позволим маркировке полярности определять наше решение, складывать или вычитать значения напряжения (независимо от того, представляют ли эти маркировки полярности истинную полярность или только положение измерительного провода вольтметра), и включим математические знаки этих значений напряжений в наши расчеты, результат всегда будет правильным.

Опять же, маркировка полярности служит ориентиром для размещения математических знаков значений напряжений в правильном контексте.

То же самое верно и для переменного напряжения, за исключением того, что математический знак заменяется углом фазы. Чтобы связать друг с другом несколько переменных напряжений с разными углами фазы, нам нужна маркировка полярности, чтобы обеспечить систему отсчета для углов фаз этих напряжений.

Возьмем, к примеру, следующую схему:

Рисунок 9 – Угол фазы заменяет знак ±

Маркировка полярности показывает, что эти два источника напряжения складываются друг с другом, поэтому для определения общего напряжения на резисторе мы должны сложить значения напряжения 10 В 0° и 6 В ∠ 45° вместе, чтобы получить 14,861 В 16,59 °.

Однако было бы вполне приемлемо представить 6-вольтовый источник как 6 В 225°, с обратной маркировкой полярности, и при этом получить такое же общее напряжение:

Рисунок 10 – Переключение проводов вольтметра на источнике 6 В изменяет угол фазы на 180°

6 В 45° с минусом слева и плюсом справа – это точно то же самое, что 6 В ∠ 225 ° с плюсом слева и минусом справа: изменение маркировки полярности идеально дополняет добавление 180° к значению угла фазы:

Рисунок 11 – Изменение полярности добавляет 180° к углу фазы

Примеры использования переменного и постоянного тока

Приблизительно постоянным считается ток разряда автомобильного аккумулятора. Напряжение здесь постепенно падает, а потому даже при одинаковой нагрузке эффект разнится хронометрически. В целом, происходит это плавно. Ток течёт в одном направлении и проявляет приблизительно постоянную плотность. Аналогично работают:

1. Аккумулятор сотового телефона.
2. Батарейка любого типа.
3. Аккумулятор питания ноутбуков.

В природе источников постоянного тока (генераторов), за исключением матушки-Земли, нет. Человеку гораздо удобнее создавать роторы, которые, вращаясь с конкретной частотой, создают условия для образования в катушках статора переменного электрического тока. Потом промышленная частота 50 Гц проходит по проводам и через подстанцию подаётся на потребителя.

Это касается и переменного, и постоянного тока. Теперь пришла пора сказать, что в промышленности преобразование постоянного тока в переменный и обратно не практикуется. Из соображений экономии двигатели работают от трёх фаз. Каждая считается переменным током частоты 50 Гц. Говорили выше, что у любой гармоники присутствует фаза. В рассматриваемом случае фаза равна 120 градусов. А круг образуется за счёт 360 градусов. Получается, что три фазы равно отстоят друг от друга. При подобном раскладе генераторам ГЭС легче производить энергию, поступающую в дома в неизменном виде. Но в квартиру заходит единственная фаза переменного тока.

Поэтому бытовые приборы по внутреннему устройству сильно отличаются от промышленных. Важными признаются параметры переменного тока. В любом государстве они стандартизированы и чётко выдерживаются. К параметрам переменного тока относят:

1. Действующее значение напряжения – вызывающее в обычном проводнике постоянное идентичного номинала. Действующее значение ниже амплитуды в корень из двух раз либо близко к указанному. Требования для РФ составляют 220-230 В плюс-минус 10% от номинала.
2. К частоте переменного тока предъявляются повышенные строгие требования. Предел отклонений от 50 Гц измеряется десятыми долями процента. Потому стабилизации движения вала на ГЭС уделяется столько внимания. От скорости его вращения зависит параметр.
3. Нелинейные искажения считаются отдельной темой. Требований множество, определиться непросто. Особенно строго нормируются гармоники основной частоты, к примеру: 100, 150, 200, 250 Гц.

Подобные требования предъявляются и к параметрам постоянного тока. Допустим, известные автомобильные аккумуляторы в действительности включают в арсенал не 12, а 14 В. По мере разряда вольтаж падает. Если на аккумуляторе зарегистрировано напряжение 11,9 В, банка считается вышедшей из строя. Предлагаем внимательно читать инструкции. Дополним: в отдельных ноутбуках присутствует заряд бережного расхода энергии аккумулятора. В этом случае уровень поддерживается в рамках двух третей от полного. Считается, что тогда батарея прослужит дольше.

Итак, требования направлены на поддержание долгого и правильного функционирования оборудования. Параметры постоянного и переменного тока считаются фактором, определяющим надёжность и работоспособность системы.

Лампа накаливания

Начнем с простого — кусок провода. Его вольт-амперная характеристика (ВАХ) описывается формулой I=U/R. Фактически, это закон Ома для участка цепи. Увеличили напряжение в 2 раза — сила тока увеличилась так же в 2 раза, и график функции будет выглядеть как прямая линия, наклоненная под некоторым углом к оси X. Рассеиваемая мощность на таком проводнике будет равна W=I*U=U^2/R. Увеличили напругу в 2 раза — рассеиваемая мощность увеличилась в 4-ре. Все предельно ясно.

Теперь посмотрим на ВАХ обычной ламы накаливания:

Рис. 1. ВАХ лампы накаливания.

Можно заметить, что прямую она напоминает только в самом-самом своем начале. Далее сила тока выходит на некоторое значение, которое слабо зависит от изменения силы тока. Почету так? Тут не работает закон Ома? Все просто. Как известно, сопротивление металла увеличивается при увеличении его температуры, а спираль лампы накаливания как-никак нагревательный прибор. И при увеличении напряжения, сила тока так же увеличивается, увеличивается рассеиваемая на спирали мощность и она сильнее разогревается, ее сопротивление начинает увеличиваться, ток начинает падать устаканивается на каком-то определенном значении. Можно сказать, что сопротивление лампы накаливания зависит от напряжения, приложенного к ней, поэтому ВАХ лампы накаливания будет иметь вид, не похожий на ВАХ простого проводника (при условии, что мы не будем пропускать через проводник такой ток, что он превратится в печку).

Из графика видно, что при увеличении напряжения в 2 раза, а именно с 2-х вольт до 4-х, ток возрастет с 0,2А до

0,225А, а рассеиваемая мощность увеличится в W2/W1=(4*0.225)/(2*0.2)=2.25 раз, а не в 4, как с простым куском провода. Поэтому лампа накаливания может с легкостью пережить серьезные перегрузки без повреждений (по крайней мере качественные экземпляры, а не тот шлак, который сейчас продается повсеместно).

Но это справедливо только для плавного изменения напряжения на лампочке, то есть когда все переходные процессы, связанные с изменением температуры спирали намного быстрее скорости изменения напряжения на ней. Если же это условие не соблюдается, например, в момент включения, когда спираль еще холодная, сила тока через лампу накаливания при данном напряжении может превышать значение из графика в несколько раз. Поэтому лампы накаливания чаще дохнут в момент включения. Раз уже взялись за лампочки, то давайте разберемся, почему это так.

В идеальном случае нить накаливания однородна на всей своей длине. Но ни чего идеального в мире нет, в том числе и спиралей у лампочек. Всегда найдутся участки, которые чуть-чуть тоньше, чем средняя толщина спирали по всей длине. А если участок тоньше, то его сопротивление больше (следует из формулы сопротивления проводника, R=/S).

Разобьем спираль лампы накаливания на небольшие и равные участки, и обозначим их как резисторы. При этом, у нас есть участок, сопротивление которого в 10 раз больше остальных. Вычислим рассеиваемую мощность на каждом резисторе. При этом не забываем, что при последовательном соединении сила тока во всех резисторах одинакова.

Рис. 2. Эквивалентная схема участка нити накала лампочки

Получаем, что на участках с сопротивлением 1R, рассеивается мощность W=1RI², а для участка с сопротивлением 10R W=10RI². Вот и получаем, что мааааленький участок спирали будет иметь локальный перегрев. А если учесть то, что пусковой ток лампочки довольно большой, этот участок будет деградировать быстрее, рассеиваемая мощность будет расти еще больше, и в один прекрасный момент, спираль перегорит. Вот так.

Для того, чтобы продлить срок службы ламп накаливания одни советуют вообще их не выключать, другие снижать действующее напряжение питания лампы путем последовательного включения полупроводникового диода. Так же есть специальные схемы плавного пуска, которые ограничивают пусковой ток и плавно разогревают спираль.

Примеры симисторов

Примеры симисторов приведены в таблице ниже. Здесь \(I_H\) — ток удержания,
\(\max\ I_{T(RMS)}\) — максимальный ток, \(\max\ V_{DRM}\) — максимальное напряжение,
\(I_{GT}\) — отпирающий ток.

Модель	\(I_H\)	\(\max\ I_{T(RMS)}\)	\(\max\ V_{DRM}\)	\(I_{GT}\)
BT134-600D	10 мА	4 А	600 В	5 мА
MAC97A8	10 мА	0,6 А	600 В	5 мА
Z0607	5 мА	0,8 А	600 В	5 мА
BTA06-600C	25 мА	6 А	600 В	50 мА

Реле

С точки зрения микроконтроллера, реле само является мощной нагрузкой,
причём индуктивной. Поэтому для включения или выключения реле нужно
использовать, например, транзисторный ключ. Схема подключения и также
улучшение этой схемы было рассмотрено ранее.

Реле подкупают своей простотой и эффективностью. Например, реле
HLS8-22F-5VDC — управляется напряжением 5 В и способно коммутировать
нагрузку, потребляющую ток до 15 А.

Главное преимущество реле — простота использования — омрачается
несколькими недостатками:

• это механический прибор и контакты могу загрязниться или даже привариться друг к другу,
• меньшая скорость переключения,
• сравнительно большие токи для переключения,
• контакты щёлкают.

Часть этих недостатков устранена в так называемых твердотельных
реле. Это,
фактически, полупроводниковые приборы с гальванической развязкой,
содержащие внутри полноценную схему мощного ключа.

Заключение

Таким образом, в арсенале у нас достаточно способов управления
нагрузкой, чтобы решить практически любую задачу, которая может
возникнуть перед радиолюбителем.

Полезные источники

1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Том 1. — М.: Мир, 1993.
2. Управление мощной нагрузкой переменного тока
3. Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 1
4. Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 2
5. Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 3
6. Щелкаем реле правильно: коммутация мощных нагрузок
7. Управление мощной нагрузкой переменного тока
8. Управление MOSFET-ами #1
9. Современные высоковольтные драйверы MOSFET- и IGBT-транзисторов
10. Ключ на плечо! – особенности применения высоковольтных драйверов производства IR

Включение в сеть переменного тока

Подключать светодиоды от БП не всегда целесообразно. Особенно, если речь идёт о необходимости сделать подсветку выключателя или индикатор наличия напряжения в сетевом удлинителе. Для подобных целей достаточно будет собрать одну из простых схем подключения светодиода к сети 220 В. Например, схема с токоограничительным резистором и выпрямительным диодом, защищающим светодиод от обратного напряжения.

Из-за большой мощности рассеивания (2–5 Вт), резистор часто заменяют неполярным конденсатором. Работая на переменном токе, он как бы «гасит» лишнее напряжение и почти не нагревается.

Регулирование источника

Для обеспечения постоянного значения уровня выходного напряжения, не зависящего от потребляемого нагрузкой тока и колебаний входного переменного напряжения, все современные источники питания постоянного тока имеют ступень стабилизации и регулирования.

В ней выходное напряжение сравнивается с эталонным (опорным) значением.

При появлении различия между ними вырабатывается управляющий сигнал, который по цепи управления изменяет величину выходного напряжения. Величину значения опорного напряжения можно изменять в широких пределах, имея на выходе регулированного источника питания постоянного тока необходимое для работы напряжение.

Классическая тиристорная схема регулятора

Классическая тиристорная схема регулятора мощности паяльника не соответствовала одному из главных моих требований, отсутствию излучающих помех в питающую сеть и эфир. А для радиолюбителя такие помехи делают невозможным полноценно заниматься любимым делом. Если схему дополнить фильтром, то конструкция получится громоздкой. Но для многих случаев использования такая схема тиристорного регулятора может с успехом применяться, например, для регулировки яркости свечения ламп накаливания и нагревательных приборов мощностью 20-60вт. Поэтому я и решил представить эту схему.

Для того, чтобы понять, как работает схема, остановлюсь подробнее на принципе работы тиристора. Тиристор, это полупроводниковый прибор, который либо открыт, либо закрыт. чтобы его открыть, нужно на управляющий электрод подать положительное напряжение 2-5 В в зависимости от типа тиристора, относительно катода (на схеме обозначен k). После того, как тиристор открылся (сопротивление между анодом и катодом станет равно 0), закрыть его через управляющий электрод не возможно. Тиристор будет открыт до тех пор, пока напряжение между его анодом и катодом (на схеме обозначены a и k) не станет близким к нулевому значению. Вот так все просто.

Работает схема классического регулятора следующим образом. Сетевое напряжение переменного тока подается через нагрузку (лампочку накаливания или обмотку паяльника), на мостовую схему выпрямителя, выполненную на диодах VD1-VD4. Диодный мост преобразует переменное напряжение в постоянное, изменяющееся по синусоидальному закону (диаграмма 1). При нахождении среднего вывода резистора R1 в крайнем левом положении, его сопротивление равно 0 и когда напряжение в сети начинает увеличиваться, конденсатор С1 начинает заряжаться. Когда С1 зарядится до напряжения 2-5 В, через R2 ток пойдет на управляющий электрод VS1. Тиристор откроется, закоротит диодный мост и через нагрузку пойдет максимальный ток (верхняя диаграмма).

При повороте ручки переменного резистора R1, его сопротивление увеличится, ток заряда конденсатора С1 уменьшится и надо будет больше времени, чтобы напряжение на нем достигло 2-5 В, по этому тиристор уже откроется не сразу, а спустя некоторое время. Чем больше будет величина R1, тем больше будет время заряда С1, тиристор будет открываться позднее и получаемая мощность нагрузкой будет пропорционально меньше. Таким образом, вращением ручки переменного резистора, осуществляется управление температурой нагрева паяльника или яркостью свечения лампочки накаливания.

Выше приведена классическая схема тиристорного регулятора выполненная на тиристоре КУ202Н. Так как для управления этим тиристором нужен больший ток (по паспорту 100 мА, реальный около 20 мА), то уменьшены номиналы резисторов R1 и R2, а R3 исключен, а величина электролитического конденсатора увеличена. При повторении схемы может возникнуть необходимость увеличения номинала конденсатора С1 до 20 мкФ.

Подключение телефонной розетки

Подключение розеток RJ-11 и RJ-12 производится абсолютно одинаково, за исключением числа подсоединяемых проводников. Наиболее часто используются двухжильные провода, с коммутацией которых проблем не возникает. Сложнее обстоит дело с четырехжильными изделиями, соединение которых должно производиться согласно цветовой схеме.

Перед началом работы розетка разбирается (снимается верхняя панель). С телефонного кабеля снимается внешняя оболочка на нужную длину. В зависимости от типа контактов, проводники зачищаются или оставляются в изоляции. Дальнейшие мероприятия производятся в соответствии с инструкцией.

Коммутация двухжильным проводом (RJ-11)

Пошаговая инструкция поможет провести подключение быстро:

1. На внутренней части устройства расположены четыре клеммы или контакта. При наличии болтовых контактов, нужно определиться с цветом подводимых к ним проводников. По международным стандартам красный проводник должен являться отрицательным, а зеленый – положительным. К ним и подключаются концы подведенного телефонного провода

Схема соединения 2-х жильного кабеля с контактами телефонной розетки

1. Если конструкция устройства предусматривает клеммы, то концы провода зачищать не нужно. Они вставляются в основание клемм и продавливаются до упора тонкой плоской отверткой. Миниатюрные ножи, предусмотренные в каждом контакте, прорежут изоляцию и обеспечат надежный контакт. При этом задействуют средние клеммы 2 и 3

Схема подключения провода к средним клеммам 2 и 3 в телефонной розетке

1. Закрепить устройство на стене, проверить работоспособность
2. Закрыть лицевую панель. Монтаж окончен.

Подключение розетки 4-х жильным проводом (RJ-12)

В ходе монтажа будут полезными следующие советы:

1. При коммутации четырех проводников, их соединяют соответственно цвету внутренних проводков в розетке. Обычно красный и зеленый – 1 пара, черный и желтый – 2 пара. Вместо желтого проводника может быть белый или синий цвет, также и на сетевом проводе. Суть от этого не меняется
2. На фото можно увидеть распределение проводов по цвету соответствующих парЕсли провод имеет расцветку жил синий – бело-синий, оранжевый – бело-оранжевый, то следует принимать синий и бело-синий за первую пару и коммутировать соответственно с красным и зеленым, а оранжевый и бело-оранжевый – за вторую пару и соединять с черным и желтым цветом (или другим оставшимся)
3. Если розетка имеет систему контактов в виде клемм, то первая пара (красный – зеленый или синий – бело-синий) «сажается» на средние клеммы 2 и 3, а вторая пара (черный – желтый или оранжевый – бело-оранжевый) – на крайние жилы 1 и 4.

Такой способ коммутации является стандартным общепринятым, обеспечивающим удобство при обслуживании и ремонте телефонных линий.

Как правильно подключать светодиоды

• определение технических характеристик;
• составление схемы;
• вычисление вольтажа всей цепочки;
• подбор блока питания (драйвера);
• расчет резистора (если питание от напряжения);
• определение полярности диодов;
• пайка схемы;
• подключение блока (драйвера);
• подключение к электросети.

Если схема работает, нужно измерить электроток и потребление энергии. При слишком большом значении тока требуется коррекция.

Чтобы не подключать систему охлаждения, лучше покупать лампочки с мощностью 1-3 В на подложке.

Параллельное подключение

Если подключить LED-лампочки параллельно, напряжение на всех равное, общая сила тока – сумма токов лед-ламп. Их характеристики отличаются даже если они принадлежат к одной партии.

Если подключить к схеме одно сопротивление, на каждый чип будет подаваться ток с различным номиналом, один будет светиться слишком ярко, другой на 60-70% от номинального значения. Это значит, что при параллельном подключении каждому диоду требуется отдельное сопротивление.

Подобные схемы используются редко из-за двух недостатков: большого количества элементов и роста нагрузки при выгорании одной лампочки.

Последовательное подключение

Ток на все лампочки подается одинаковый, напряжение состоит из суммы падения на каждом диоде. То есть, количество лампочек, которые возможно подключить, ограничено показателями падения напряжения (падение – напряжение, которое использовано для свечения).

У последовательного подключения 2 недостатка:

• если диодов много, у блока питания должен быть большой вольтаж;
• при перегорании одной лампочки перестают светиться все.

От недостатков можно избавиться, если применять смешанное подключение. Диоды делятся на последовательно соединенные группы, которые соединяются параллельно.

При помощи комбинированного подключения производятся светодиодные ленты.

Как включить светодиод в сеть переменного тока

Резистор будет греться при снижении вольтажа, поэтому важно знать его мощность. Для расчетов используется формула: Р=I2R=U2/R, где:

Для расчетов используется формула: Р=I2R=U2/R, где:

U – разность между напряжением сети и падением напряжения на источнике света.

В результате вычислений получается 2 Вт.

В схему включения светодиода обязательно включение дополнительного диода, защищающего от пробоев в ситуациях, когда на выходах светильника возникнет амплитудное напряжение. Недостаток подобной схемы – большие потери энергии из-за выделения тепла.

Более эффективно другое соединение, в которое кроме диода включается конденсатор. Он обеспечивает падение напряжение до требуемого уровня.

Обе схемы упрощенные. Чаще всего они не нужны, так как в большинство светодиодов встроен драйвер, преобразующий 220 В в постоянный вольтаж в пределах 5-24 В.

Без драйвера к электросети возможно подключить светодиодные ленты 220 В, состоящие из 60-и элементов, укомплектованных выпрямителем. То же самое относится к большим СОВ-диодам, в которых 60 лед-кристаллов соединены последовательно. Китайцы начали выпускать модули, укомплектованные стабилизатором (устанавливается на подложку).

Импульсные источники

Схемы с использованием входных трансформаторов напряжения сети получили название линейных. В импульсных источниках питания производится двойное преобразование – сначала переменное напряжение выпрямителем преобразуется в постоянное, затем вырабатывается переменное импульсное напряжение более высокой частоты, которое в выходном каскаде снова преобразуется в постоянное напряжение необходимого значения.

Генераторы импульсов вырабатывают непрерывную импульсную последовательность с частотой (15-60) кГц

Регулирование выходного напряжения осуществляется посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ), при которой уровень сигнала на выходе блока питания определяется шириной импульсов, вырабатываемых генератором и значением их скважности. Регулированные источники питания постоянного тока импульсного типа все чаще используются при создании аппаратуры различного назначения