Přeskočit obsah

Proud, napětí a výkon zátěže

Před připojením topidla, ventilátoru, LED pásu, servopohonu nebo jiného modulu musíte pochopit tři věci:

  • napětí;
  • proud;
  • výkon.

Bez toho je snadné koupit nesprávný zdroj napětí, přehřát drát, rozpustit konektor, spálit modul MOSFET nebo připojit zátěž k řídícímu prvku tak, aby fungoval nestabilně.

Kde najít parametry

Napětí, proud a výkon se obvykle nacházejí:

  • na pouzdru součástky;
  • na štítku zdroje napětí;
  • na stránce produktu;
  • v technické specifikaci;
  • v manuálu;
  • ve schématu desky nebo pinoutu.

Pokud parametr není uveden, není to malý problém. Je to důvod pro zastavení a zjištění, co přesně připojujete.

Pro součástky z periferie 3D tiskárny vypadají typické parametry takto:

  • ventilátor: 24V 0.2A;
  • topidlo: 24V 100W;
  • LED pás: 24V 9.6W/m;
  • servopohon: 5V, proud závisí na zátěži;
  • řídící deska: maximální proud pro každý výstup je uveden zvlášť.

Napětí se musí shodovat

Zátěž je navržena pro specifické napětí.

Příklady:

  • ventilátor může být 5V, 12V nebo 24V;
  • LED pás může být 5V, 12V nebo 24V;
  • servopohon je často hodnocen na 5V nebo 6V;
  • topidlo může být 12V, 24V nebo 110-230V AC.

Pokud připojíte 24V ventilátor na 12V, nemusí se spustit nebo bude pracovat slabě. Pokud připojíte 12V ventilátor na 24V, může rychle selhat.

Hlavní pravidlo:

napětí zdroje napětí se musí shodovat s napětím zátěže.

Nepřipojujte zařízení k vyššímu napětí jen proto, že konektor pasuje fyzicky.

Výkon ukazuje velikost zátěže

Výkon ukazuje, kolik energie zátěž spotřebuje nebo převede na práci, teplo, světlo nebo pohyb.

Výkon se měří ve wattech: W.

Příklady:

  • 24V 5W - malá zátěž;
  • 24V 24W - přibližně 1A;
  • 24V 120W - už přibližně 5A;
  • 24V 240W - přibližně 10A.

Topidla obvykle spotřebují hodně energie. Ventilátory spotřebují méně, ale mohou mít vysoký startovní proud. LED pásy mohou být malá zátěž, pokud jsou krátké, nebo vážná zátěž, pokud jsou dlouhé a jasné.

Proud zatěžuje vodiče a prvky výkonu

Proud ukazuje, kolik elektrické energie protéká vodiči, svorkami, konektory a prvky výkonu.

Proud často vytváří praktické problémy:

  • vodiče se zahřívají;
  • svorky ztmavnou;
  • konektory se roztaví;
  • MOSFET se přehřeje;
  • zdroj napětí není dostatečný;
  • zařízení se restartuje, když se zátěž zapne;
  • pojistka se spálí, ne náhodou, ale kvůli skutečnému přetížení nebo chybě.

Proto není dost znát pouze napětí. Musíte vypočítat proud.

Vzorec pro výpočet

Pro většinu jednoduchých výpočtů potřebujete vzorec pro výkon:

P = U * I

Kde:

  • P - výkon ve wattech W;
  • U - napětí ve voltech V;
  • I - proud v ampérech A.

K zjištění proudu:

I = P / U

Ohmův zákon: obvod se zdrojem napětí, proudem a odporem

Zdroj: Wikimedia Commons, GorillaWarfare, CC0 Public Domain

Tento vzorec není pro zkoušku. Je potřebný k pochopení, zda to zdroj napětí, drát, svorka, modul MOSFET, relé, SSR nebo výstup desky zvládne.

Rychlá tabulka pro 24V

V 3D tiskárnách a periférii je 24V běžné. Pro rychlý odhad je užitečné si pamatovat:

Výkon Proud na 24V
12W 0.5A
24W 1A
48W 2A
96W 4A
120W 5A
240W 10A
300W 12.5A

Jedná se o přibližné hodnoty, ale pro první volbu zdroje napětí, drátu a výkonového spínače jsou velmi užitečné.

Příklad: topidlo 24V 100W

Máte topidlo:

24V 100W

Vypočítejte proud:

I = 100W / 24V = 4.17A

To znamená, že následující musí vydržet více než 4.17A:

  • zdroj napětí;
  • drát;
  • svorky;
  • konektor;
  • MOSFET nebo SSR;
  • pojistka a pouzdro pojistky;
  • cesty na desce, pokud je topidlo připojeno k desce.

Pokud je zdroj napětí hodnocen na 24V 5A, formálně se přibližuje k zátěži, ale téměř bez rezervy. Pro skutečné zařízení je lépe koupit větší.

Příklad: více zátěží

Předpokládejme, že 24V zařízení má:

  • topidlo 100W;
  • ventilátor 24V 0.2A;
  • LED pás 24V 1A;
  • další ventilátor 24V 0.15A.

Vypočítejte topidlo:

100W / 24V = 4.17A

Sečtěte je:

4.17A + 0.2A + 1A + 0.15A = 5.52A

Minimální zdroj napětí "těsné"] by byl kolem 24V 6A, ale to je špatná volba pro dlouhodobý provoz. S 50% rezervou:

5.52A * 1.5 = 8.28A

Prakticky byste měli hledat 24V 9A, 24V 10A nebo větší zdroj napětí, pokud to umožňuje pouzdro, chlazení a bezpečnost.

Rezerva je povinná

Zdroj napětí, vedení, svorky a výkonové moduly nelze vybrat přesně podle vypočteného proudu.

Pro tento průvodce je jednoduché pravidlo pro hrubý první odhad:

plánujte alespoň 50% rezervu, pokud dokumentace konkrétní součástky nevyžaduje více. Toto není univerzální záruka, ale počáteční odhad. Finální výběr je proveden podle technických specifikací, teploty uvnitř pouzdra, chlazení, deratingu a skutečného topení svorek/vodičů.

Rezerva je potřebná, protože:

  • zdroj napětí se zahřívá;
  • teplota uvnitř pouzdra může být vyšší než pokojová teplota;
  • ventilátory a motory mají startovní proud;
  • kontakty stárnou a uvolňují se;
  • svorky mají omezení proudu a teploty;
  • SSR a MOSFET generují teplo;
  • zdroj napětí může mít deration - snížení maximálního výkonu při vysoké teplotě nebo špatné ventilaci.

Průmyslové zdroje napětí mají v technické specifikaci často deratovací křivku — křivku sníženého maximálního výkonu při zvýšení teploty. Deration znamená, že při vysoké teplotě nebo špatné ventilaci výrobce snižuje maximální přípustný výkon. Proto štítek 240W na zdroji napětí vždy neznamená, že bude bezpečně dodávat 240W v uzavřeném horkém pouzdru.

Slabé místo nemusí být zdroj napětí

I když je zdroj napětí výkonný, obvod může být slabý jinde.

Musíte zkontrolovat celý obvod:

  • výstup zdroje napětí;
  • drát;
  • svazkový blok;
  • konektor;
  • pojistka;
  • modul MOSFET;
  • relé nebo SSR;
  • cesty na desce;
  • samotná zátěž.

Například zdroj napětí může vydržet 10A, ale malý konektor nebo špatná šroubová svorka se mohou zahřát již při nižším proudu. To je obzvláště důležité pro topidla a LED pásy.

Co je výkonový spínač

Výkonový spínač je řízený spínač.

Řídící prvek nepřipojuje těžkou zátěž přímo. Dává slabý řídicí signál a výkonový spínač zapíná nebo vypíná proud zátěže.

Příklady:

  • modul MOSFET pro 12V/24V stejnosměrné zátěže;
  • relé;
  • SSR;
  • hotový ovladač zátěže;
  • standardní výstup výkonu desky, pokud je hodnocen pro potřebnou zátěž.

Pro topidla, ventilátory, LED pásy a motory se pravidlo téměř vždy použije:

GPIO řídícího prvku nepřipojuje zátěž. GPIO pouze řídí.

Trochu o Ohmově zákonu

Ohmův zákon souvisí s napětím, proudem a odporem:

U = I * R

Pro tento článek je důležitá jednoduchá myšlenka: pokud aplikujete napětí na zátěž, proud přes ni bude procházet. Kolik proudu prochází, závisí na samotné zátěži.

Ale ne všechny zátěže se chovají stejně:

  • topidlo je blízko odporové zátěži;
  • ventilátor a motor mají startovní proud;
  • servopohon prudce zvýší proud, když je zablokován;
  • LED pás spotřebuje proud podle délky a jasnosti;
  • elektronický modul může mít přechodný proud při zapnutí.

Proto je pro skutečné zařízení lépe brát data z technických specifikací nebo měřit proud multimetrem / laboratorním zdrojem napětí, pokud je to bezpečné.

Co zkontrolovat před připojením

Před připojením zátěže odpovězte:

  1. Na jaké napětí je zátěž hodnocena?
  2. Je to stejnosměrná nebo střídavá zátěž?
  3. Jaký výkon nebo proud je uveden?
  4. Jaký proud dostanete ze vzorce I = P / U?
  5. Jaké další zátěže jsou na stejném zdroji napětí?
  6. Je zde alespoň 50% rezerva?
  7. Vydržují to vodiče, svorky, konektory a deska?
  8. Co bude ovládat zátěž: MOSFET, relé, SSR nebo standardní výstup?
  9. Je potřebná pojistka?
  10. Co se stane, pokud dojde ke zkratu, zaseknutí motoru nebo selhání ventilátoru?

Pokud se jedná o topidlo nebo síťové napětí 110-230V AC, jsou bezpečnostní požadavky vyšší. Síťová část nemůže být sestavena hádam: potřebujete vhodné pouzdro, pojistku, izolaci, ochranné uzemňování PE, nárazník pro vodiče a ověření kvalifikovanou osobou.

Hlavní bod

  • Napětí zdroje napětí se musí shodovat s napětím zátěže.
  • Výkon ukazuje velikost zátěže.
  • Proud ukazuje zatížení vodičů, svorek, konektorů a prvků výkonu.
  • Základní vzorec: I = P / U.
  • V systému 24V je 24W přibližně 1A, 120W je přibližně 5A, 240W je přibližně 10A.
  • Proudy všech zátěží na jednom zdroji napětí se sčítají.
  • Pro hrubý první odhad potřebujete alespoň 50% rezervu; přesný výběr se provádí podle technických specifikací, teploty, chlazení a deratingu.
  • Slabé místo nemusí být zdroj napětí, ale svorka, konektor, drát, MOSFET nebo cesta na desce.
  • GPIO řídícího prvku nepřipojuje těžkou zátěž, pouze řídí výkonový spínač.

Referenční materiály