Блок питания для мобильного телефона. Как переделать зарядное от сотового телефона на другое напряжение

Человек уже давно применяет для своих нужд электрическую, химическую, атомную энергию. Для технического описания любой из них имеется набор понятий, позволяющих характеризовать их суть. Например, такие признаки, как мощность, напряженность, плотность и др., широко применяются при изучении не только электрической, но и других известных видов энергии. Одним из таких универсальных понятий является широко применяемый в электричестве термин «сопротивление». В других областях имеются его аналоги - поглощение, рассеяние, отражение и т.д. «Сопротивление» - это, фактически, и есть характеристика потерь энергетического поля. Цель науки и техники в том и состоит, чтобы определить, в чем состоит причина сопротивления.

Сопротивление в электрических цепях имеет двоякую сущность - говорят, активное и реактивное сопротивление. Для проводника электрическое сопротивление является основной характеристикой и обусловлено противодействием материала проводника перемещению носителей тока. Причины этого противодействия могут быть разными, чем и объясняется его разное название. Сопротивление всегда сопровождается превращением одного вида энергии в другие за счет уменьшения энергии основного источника. Для случая электрической энергии этот переход означает превращение энергии источника эдс в тепловую, магнитную или электрическую энергию.

Исторически, первым в биографии сопротивления было изучение активного сопротивления, которое обусловлено превращением энергии источника в нагрев проводника. Происходит это по той причине, что заряды (а это электроны) под действием поля эдс источника перемещаются по проводнику, образно говоря, «расталкивая» кристаллы или молекулы вещества. При этом взаимные обмен-передача энергии приводят к повышению температуры проводника, т.е. налицо преобразование электрической энергии в тепловую. Если источник эдс не меняет своей величины U и направления, то ток в цепи I называется постоянным, а сопротивление R такой цепи рассчитывают, исходя из закона Ома: R = U / I .

Сопротивление цепи постоянного тока может быть только активным. Реактивное сопротивление «дает о себе знать» только в цепях которые содержат вполне конкретную или емкость (конденсатор). Строго говоря, любой проводник имеет некоторую индуктивность и емкость, но обычно они столь ничтожно малы, что ими пренебрегают. Индуктивность и емкость при протекании по ним преобразуют их энергию в магнитное поле катушки или электрическое поле диэлектрика. Запасенная таким образом энергия, при перемене знака источника эдс, возвращается обратно в виде энергии движения зарядов, откуда и название - «реактивное сопротивление».

Индуктивность в цепи переменного тока «оказывает сопротивление» протекающему току через изменение тока, порожденное изменением эдс источника, приводит к изменению электромагнитного поля так, что оно пытается поддерживать ток в цепи за счет запасенной энергии магнитного поля. Мера запасенной энергии является мерой индуктивности цепи L, которая зависит от частоты f переменного тока. Реактивное сопротивление катушки индуктивности определяют по следующей формуле:

XL = 2 * π * f * L.

Накапливает путем заряда диэлектрика. При изменении величины и/или направления эдс источника напряжение на обкладках конденсатора поддерживается спадающим током, причем тем дольше, чем больше емкость С конденсатора.

Реактивное также частотнозависимое, вычисляется по формуле:

Xc = 1 / (2 *π * f * С).

Из этого выражения видно, что с ростом частоты и/или емкости сопротивление уменьшается. Таким образом, для цепи переменного тока, где имеются резистор, катушка индуктивности и конденсатор, необходимо определять некое суммарное активное и реактивное сопротивление. В общем случае, формула для расчета полного сопротивления имеет «пифагоровский привкус»:

Zv2= Rv2 + (XL + Xc) v2

И окончательно формула полного сопротивления выглядит следующим образом:

Z =√(squarte) Rv2 + (XL + Xc) v2.

В электротехнике понятие сопротивления представляет собой величину, за счет которой определенная часть цепи может противодействовать электрическому току. Она образуется за счет изменения и перехода электроэнергии в другое энергетическое состояние. Данное явление присуще только переменному току, когда в сети образуется активное и реактивное сопротивление, выражающееся в необратимом изменении энергии или передаче этой энергии между отдельными компонентами электрической цепи.

В случае необратимых изменений электроэнергии сопротивление будет считаться активным, а при наличии обменных процессов - реактивным.

Основные различия между активным и реактивным сопротивлением

Когда электрический ток проходит через элементы с активным сопротивлением, происходят необратимые потери выделяемой мощности. Типичным примером служит электрическая плита, где в процессе работы происходят необратимые превращения электричества в . То же самое происходит с резистором, в котором тепло выделяется, но обратно в электроэнергию не превращается.

Помимо резисторов, свойствами активного сопротивления обладают приборы освещения, электродвигатели, трансформаторные обмотки, провода и кабели и т.д.

Характерной особенностью элементов с активным сопротивлением являются напряжение и ток, совпадающие по фазе. Рассчитать этот параметр можно по формуле: r = U/I. На показатели активного сопротивления оказывают влияние физические свойства проводника - сечение, длина, материал, температура. Эти качества позволяют различать реактивное и активное сопротивление и применять их на практике.

Реактивное сопротивление возникает в тех случаях, когда переменный ток проходит через так называемые реактивные элементы, обладающие индуктивностью и емкостью. Первое свойство характерно для катушки индуктивности без учета активного сопротивления ее обмотки. В данном случае причиной появления реактивного сопротивления считается ЭДС самоиндукции. В зависимости от частоты тока, при ее возрастании, наблюдается и одновременный рост сопротивления, что отражается в формуле xl = wL.

Реактивное сопротивление конденсатора зависит от емкости. Оно будет уменьшаться при увеличении частоты тока, поэтому данное свойство широко используется в электронике для выполнения регулировочных функций. В этом случае для расчетов используется формула xc = 1/wC.

В электронике существует не только активное и реактивное, но и полное сопротивление цепи, представляющее собой сумму квадратов обоих сопротивлений. Этот параметр обозначается символом Z и отображается в виде формулы:

В графике это выражение выглядит в виде треугольника сопротивлений, где реактивное и активное сопротивление соответствуют катетам, а полное сопротивление или импеданс - гипотенузе.

Индуктивное сопротивление

Реактивное сопротивление подразделяется на два основных вида - индуктивное и емкостное.

При рассмотрении первого варианта следует отметить возникновение в индуктивной обмотке магнитного поля под действием переменного тока. В результате, в ней образуется ЭДС самоиндукции, направленной против движения тока при его росте, и по ходу движения при его уменьшении. Таким образом, при всех изменениях тока и наличии взаимосвязей, ЭДС оказывает на него противоположное действие и приводит к созданию индуктивного сопротивления катушки.

Под влиянием ЭДС самоиндукции энергия магнитного поля обмотки возвращается в электрическую цепь. То есть, между источником питания и обмоткой происходит своеобразный обмен энергией. Это дает основание полагать, что обладает реактивным сопротивлением.

В качестве типичного примера можно рассмотреть действие реактивного сопротивления в трансформаторе. Данное устройство имеет общий магнитопровод, с расположенными на нем двумя обмотками или более, имеющими общую зависимость. На одну из них поступает электроэнергия из внешнего источника, а из другой выходит уже трансформированный ток.

Под действием первичного тока, проходящего по катушке, в магнитопроводе и вокруг него происходит наведение магнитного потока. В результате пересечения витков вторичной обмотки, в ней формируется вторичный ток. При невозможности создания идеальной конструкции трансформатора, магнитный поток будет частично уходить в окружающую среду, что приведет к возникновению потерь. От них зависит величина реактивного сопротивления рассеяния, которая совместно с активной составляющей образуют комплексное сопротивление, называемое электрическим импедансом трансформатора.

Емкостное сопротивление

В цепи, содержащей емкость и источник переменного тока происходят изменения заряда. Такой емкостью обладают конденсаторы, обладающие максимальной энергией при полном заряде. Напряжение емкости создает сопротивление, противодействующее течению переменного тока, которое считается реактивным. В результате взаимодействия, конденсатор и источник тока постоянно обмениваются энергией.

В конструкцию конденсатора входят токопроводящие пластины в количестве двух и более штук, разделенных слоями диэлектрика. Такое разделение не позволяет постоянному току проходить через конденсатор. Переменный ток может проходить через емкостное устройство, отклоняясь при этом от своей первоначальной величины.

Изменения переменного тока происходят под влиянием емкостного сопротивления. Чтобы лучше понять схему работы, найдем и рассмотрим принцип действия данного явления. Переменное напряжение, приложенное к конденсатору, изменяется в форме синусоиды. Под его воздействием на обкладках наблюдается всплеск, одновременно здесь накапливаются заряды электроэнергии с противоположными знаками. Их общее количество ограничено емкостью устройства и его габаритами. Чем выше емкость устройства, тем больше времени требуется на зарядку.

В момент изменения полупериода колебания, напряжение на обкладках конденсатора меняет свою полярность на противоположное значение, потенциалы также изменяются, а заряды пластин перезаряжаются. За счет этого удается создать течение первичного тока и находить способ противодействовать его прохождению, при уменьшении величины и сдвиге угла. Зарядка обкладок позволяет току, проходящему через конденсатор, опережать напряжение на 90 0 .

Компенсация реактивной мощности

С помощью электрических сетей осуществляется передача электроэнергии на значительные расстояния. В большинстве случаев она используется для питания электродвигателей, имеющих высокое индуктивное сопротивление и большое количество резистивных элементов. К потребителям поступает полная мощность, которая делится на активную и реактивную. В первом случае с помощью активной мощности совершается полезная работа, а во втором - происходит нагрев трансформаторных обмоток и электродвигателей.

Под действием реактивной составляющей, возникающей на индуктивных сопротивлениях, существенно понижается . Противостоять ее вредному воздействию помогает комплекс мероприятий по компенсации с использованием конденсаторных батарей. За счет емкостного сопротивления удается понизить косинус угла φ.

Компенсирующие устройства применяются на подстанциях, от которых электричество поступает к проблемным потребителям. Этот способ дает положительные результаты не только в промышленности, но и на бытовых объектах, снижая нагрузку на оборудование.

Для расчетов напряжений и токов через элементы электрической цепи нужно знать их общее сопротивление. Источники энергии делятся на два типа:

• постоянного тока (батарейки, выпрямители, аккумуляторы), электродвижущая сила (ЭДС) которых не изменяется во времени;
• переменного тока (бытовые и промышленные сети), ЭДС которых изменяется по синусоидальному закону с определенной частотой.

Активные и реактивные сопротивления

Сопротивление нагрузки бывает активным и реактивным. Активное сопротивление (R) не зависит от частоты сети. Это означает, что ток в нем изменяется синхронно с напряжением. Это то сопротивление, которое мы измеряем мультиметром или тестером.

Реактивное сопротивление делится на два вида:

— индуктивное (трансформаторы, дроссели);

— емкостное (конденсаторы).

Отличительная черта реактивной нагрузки – наличие опережения или отставания тока от напряжения. В емкостной нагрузке ток опережает напряжение, а в индуктивной – отстает от него. Физически это выглядит так: если разряженный конденсатор подключить к источнику постоянного тока, то в момент включения ток через него максимальный, а напряжение – минимальное. Со временем ток уменьшается, а напряжение — возрастает, пока конденсатор не зарядится. Если подключить конденсатор к источнику переменного тока, то он будет постоянно перезаряжаться с частотой сети, а ток — увеличиваться раньше, чем напряжение.

Подключив к источнику постоянного тока индуктивность, получим обратный результат: ток через нее будет нарастать некоторое время после подключения напряжения.

Величина реактивного сопротивления зависит от частоты. Емкостное сопротивление:

Угловая частота, связанна с частотой сети f формулой:

Как видно из формулы, при повышении частоты емкость уменьшается.

Полное сопротивление электрической цепи переменного тока

В сети переменного тока нет нагрузки только активной или только реактивной. Нагревательный элемент помимо активного содержит индуктивное сопротивление, в электродвигателе индуктивное сопротивление преобладает над активным.

Величину полного сопротивления, учитывающего все активные и реактивные составляющие электрической цепи, подсчитывают по формуле:

Расчет эквивалентного сопротивления элементов цепи

К одному источнику питания может быть подключено несколько сопротивлений. Для вычисления тока нагрузки источника подсчитывают эквивалентное сопротивление нагрузки. В зависимости от соединения элементов между собой, используются два способа.

Последовательное соединение сопротивлений.

В этом случае их величины складываются:

Чем больше сопротивлений соединено последовательно, тем больше эквивалентное сопротивление этой цепи. Бытовой пример: если контакт в штепсельной вилке ухудшится, это равносильно подключению последовательно с нагрузкой дополнительного сопротивления. Эквивалентное сопротивление нагрузки вырастет, а ток через нее – уменьшится.

Параллельное соединение сопротивлений.

Формула расчета выглядит намного сложнее:

Случай применения этой формулы для двух параллельно соединенных сопротивлений:

Случай для соединения n одинаковых сопротивлений R :

Чем больше сопротивлений соединить параллельно, тем итоговое сопротивление цепи меньше. Это мы наблюдаем и в повседневной жизни: чем больше к сети подключить потребителей, тем меньше эквивалентное сопротивление и больше ток нагрузки.

Таким образом, расчет полного сопротивления электрической цепи происходит поэтапно:

1. Рисуется схема замещения цепи, содержащая активные и реактивные сопротивления.
2. Рассчитываются эквивалентные сопротивления отдельно для активной, индуктивной и емкостной составляющих нагрузки.
3. Рассчитывается полное сопротивление электрической цепи
4. Рассчитываются токи и напряжения в цепи источника питания.

Активное сопротивление препятствует портеканию тока, в результате чего энергия протекающих через него частиц падает и идёт на совершение работы, обычно это нагрев проводника. Иными словами энергия, выделяемая на активном сопротивлении, безвозвратно покидает систему, затрачивая энергию источника тока. С реактивным сложнее-энергия, выделяемая на реактивном сопротивлении, запасается в электрическом или магнитном поле вокруг проводника, а потом возвращается в сеть, не совершая никакой работы. Оно проявляется ТОЛЬКО при изменении протекающего тока или приложенного напряжения, и зависит от скорости этого изменения. Суть в том, что напряжение на ёмкости и ток, протекающий через катушку, не может меняется мгновенно, из-за запасения энергии происходит задержка, ток и напряжение работают не синфазно, а со сдвигом. Фактически, идеальный реактивный элемент не тратит энергии от источника, всё,что он запасёт, он отдаст обратно в сеть, но из-за сдвига создаёт некоторое сопротивление протекающему току, если тот меняется, не тратя его энергию.

На активном сопротивлении происходит преобразование энергии электрического тока в тепловую энергию и разогрев проводника.
На реактивном - преобразование энергии тока в энергию магнитного поля и обратно. Разогрева не происходит.

Электрического сопротивле­ние - величина, характеризующая противодействие элемента электрической цепи электрическому току. Сопро­тивление обусловлено преобразованием электрической энергии в другие виды энергии. В цепях переменного тока различают необратимое преобразование энергии и обмен энергией

между элементами электрической цепи. При необратимо преобразовании электрической энер­гии в другие виды энергии сопротивление элемента, на котором эти преобразования происходят, называется активным, а в случае обмена энергией между источ­ником и элементом цепи - реактивным сопротив­лением.

В электрической цепи переменного токасуществует два вида сопротивлений:активное и реактивное . Это является существенным отличием от цепей постоянного тока.

Активное сопротивление

При прохождении тока через элементы, имеющие активное сопротивление, потери выделяющейся мощности необратимы. Примером может служить резистор, выделяющееся на нем тепло, обратно в электрическую энергию не превращается. Кроме резистора активным сопротивлением может обладать линии электропередач, соединительные провода, обмотки трансформатора или электродвигателя.

Отличительной чертой элементов имеющих чисто активное сопротивление – это совпадение по фазе тока и напряжения, поэтому вычислить его можно по формуле

Активное сопротивление зависит от физических параметров проводника, таких как материал, площадь сечения, длина, температура.

Реактивное сопротивление

При прохождении переменного тока через реактивные элементы возникает реактивное сопротивление. Оно обусловлено в первую очередь ёмкостями и индуктивностями.

Индуктивностью в цепи переменного тока обладает катушка индуктивности, причём в идеальном случае, активным сопротивлением её обмотки пренебрегают. Реактивное сопротивление катушки переменному току создаётся благодаря её ЭДС самоиндукции. Причем с ростом частоты тока, сопротивление также растёт.

Реактивное сопротивление катушки зависит от частоты тока и индуктивности катушки

Конденсатор обладает реактивным сопротивлением благодаря своей ёмкости. Его сопротивление с увеличением частоты тока уменьшается, что позволяет его активно использовать в электронике в качестве шунта переменной составляющей тока.

Треугольник сопротивлений

Цепи переменного тока обладают полным сопротивлением. Полное сопротивление цепи определяется как сумма квадратов активного и реактивного сопротивлений

Графическим изображением этого выражения служит треугольник сопротивлений , который можно получить в результате расчёта последовательной RLC-цепи. Выглядит он следующим образом:

На треугольнике видно, что катетами являются активное и реактивное сопротивление, а полной сопротивление гипотенуза.