V elektrotechnickom odvetví sa používa množstvo rôznych pojmov na opis parametrov a požiadaviek elektronických zariadení. Napríklad ste mohli vidieť štítok napájacieho zdroja s menovitým prúdom „20 A“, výstupným napätím „12 VDC“ a popisom uvádzajúcim „240 W“. Pochopenie významu takýchto parametrov je mimoriadne dôležité na zaistenie správnej prevádzky a splnenie požiadaviek elektrickej bezpečnosti pri integrácii aktuátorov s inými elektrickými komponentmi. V tomto článku si vysvetlíme rozdiel medzi ampérmi, voltmi a wattmi pri práci s elektrickými lineárnymi aktuátormi.
Pochopenie ampérov: meranie toku prúdu
V elektrotechnike prúd predstavuje objemový tok elektrónov a používa ampér (A) alebo „ampéry“ ako meraciu jednotku. Elektrický prúd vyjadrený v ampéroch udáva, koľko coulombov elektrónov pretekalo cestou obvodu za sekundu.
1 coulomb ≈ 6,241,509,074,460,762,607 elektrónov
1 coulomb ≈ 6,24 × 10^18 elektrónov
1 A ≈ 1 coulomb/ sekunda
Preto:
1 A ≈ 6,24 × 10^18 elektrónov/ s
Ďalšou analógiou na vizualizáciu toku elektriny cez vodiče je predstaviť si vodu, ktorá prúdi potrubím. Namiesto elektrónov za sekundu, ktoré nájdeme pri ampéroch (A), možno prietok vody v potrubiach merať jednotkami, ako sú litre za sekundu (l/s).
Definícia voltov: elektrický potenciálny rozdiel
Volty (V) sú jednotkou napätia, ktoré predstavuje elektrický potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi v obvode. Tento potenciálny rozdiel umožňuje vykonať prácu, napríklad rozsvietiť žiarovku alebo cyklovať lineárny aktuátor tam a späť. Podľa toho, či je aktuátor AC alebo DC, môžete nájsť jeho napätie uvedené ako „VAC“ alebo „VDC“.
J = jednotka energie známa ako „joule“
Napätie = potenciálna energia/ elektróny
Preto:
1 V = 1 J/ 1 coulomb
Ďalšou analógiou na vizualizáciu elektrického potenciálneho rozdielu medzi (+) kladným a (−) záporným pólom batérie je predstaviť si vodné čerpadlo, ktoré spôsobuje rozdiel v tlaku vody. Namiesto chemických procesov v batérii, ktoré vytvárajú potenciál na tok elektrónov z jedného pólu na druhý, má čerpadlo potenciál nasávať vodu na jednej strane a tlačiť ju cez výstupnú hadicu.
Význam ohmov: elektrický odpor
V elektrotechnike je ohm (Ω) jednotka používaná na meranie elektrického odporu záťaže v danom obvode. Každá súčiastka, ktorá v obvode bráni alebo spomaľuje tok elektrického prúdu, sa považuje za záťaž a spôsobuje určitý elektrický odpor.
Odpor (Ω) = ρ ℓ/ A
Kde:
ρ = elektrická rezistivita materiálu, meraná v ohm-metroch (Ω·m)
ℓ = dĺžka vodiča v metroch (m)
A = prierezová plocha vodiča (m^2)
Ďalšou analógiou na vizualizáciu elektrického odporu je predstaviť si vodu tečúcu potrubiami rôznych veľkostí. Nahradiť tenké vodiče hrubšími na zníženie elektrického odporu je ako vymeniť úzke potrubia za širšie, aby mohla voda tiecť s menším obmedzením. Dlhšie vodiče tiež spôsobujú väčší elektrický odpor, rovnako ako dlhšie potrubia vedú k obmedzenejšiemu prietoku vody v dôsledku väčších strát prenosu energie.
Watty: výpočet výkonu
Watt (W) je jednotka na meranie elektrického výkonu, ktorý možno vypočítať vynásobením napätia (V) a elektrického prúdu (I). Meranie napätia aj prúdu pomocou dvoch meracích prístrojov súčasne umožňuje získať potrebné parametre na výpočet spotreby energie, teda wattov, ktoré aktuátor v danom okamihu odoberá. Cieľom je určiť množstvo vykonanej práce v čase (joule za sekundu). Vzťahy medzi výkonom, prúdom a napätím nájdeme vo Wattovom zákone, ako je uvedené nižšie:
P = V × I
Výkon = Napätie × Prúd
1 W = (1 V) × (1 A)
1 W = (1 J/ 1 coulomb) × (1 coulomb/ sekunda)
1 W = 1 J/ sekunda
Ďalšou analógiou na vizualizáciu elektrického výkonu je predstaviť si prúdiacu vodu, ktorá generuje energiu pádom z určitej výšky na vodné koleso. Namiesto toho, aby prúd elektriny vykonával prácu pomocou DC motora, tok padajúcej vody spôsobuje rotačný pohyb vodného kolesa, ktoré možno použiť na mletie zrna na múku.
Výpočet a meranie elektrických parametrov
Vzťahy medzi napätím, prúdom a odporom vyjadruje Ohmov zákon, kde:
Napätie = Prúd × Odpor
V = I × R
I = V/ R
R = V/ I
Za určitých podmienok možno tieto vzorce použiť aj v kombinácii s tými z Wattovho zákona na analýzu obvodu, čo je veľmi užitočné pri výpočte chýbajúcej premennej alebo parametra. Niekedy je to spôsobené obmedzeniami v tom, ktoré veličiny možno bezpečne alebo pohodlne merať. Tieto vzorce sú užitočné aj v prípade, že merací prístroj dokáže niektoré veličiny zmerať s vyššou presnosťou než iné.
Multimetre sú azda najbežnejším meracím prístrojom v elektrotechnike vďaka svojej univerzálnosti a schopnosti merať väčšinu potrebných elektrických parametrov. Keďže multimetre môžu mať rôzne funkcie, rozsahy a požiadavky na zapojenie portov, pred meraním je dôležité správne nakonfigurovať svoj multimeter podľa návodu na použitie a odporúčaní výrobcu.
Mať DMM (digitálny multimeter) zapojený v sérii do obvodu umožňuje priamejší kontakt, čo prináša vyššiu presnosť a presné čítanie odberu prúdu. Kliešťové ampérmetre nie sú ideálne pri náhlych nárastoch alebo poklesoch prúdu a vo všeobecnosti sú menej presné než digitálny multimeter, avšak za určitých podmienok sú veľmi užitočné. Kliešťové ampérmetre sú pohodlnejšie, keďže sa jednoducho uchytia okolo vodičov, zatiaľ čo DMM vyžaduje prerušiť obvod a zaradiť ho do série na meranie prúdu. Ak je tok prúdu kontinuálny, kliešťové ampérmetre možno použiť aj na zistenie, či sa elektrický aktuátor nezadrháva alebo nie je chybný.
Použitie ampérov, voltov a wattov v praxi
Keď už máme základy, môžeme tieto znalosti uplatniť pri výbere komponentov, ktoré budeme používať s aktuátormi. Pri výbere napájacieho zdroja a/alebo riadiacej jednotky sa musíme uistiť, že tieto zariadenia budú mať rovnakú hodnotu výstupného napätia, ako je prevádzkové napätie nášho zvoleného aktuátora. Taktiež musíme overiť, že aktuátor, ktorý použijeme, má odber prúdu menší alebo rovný tomu, na čo je napájací zdroj a/alebo riadiaca jednotka dimenzovaná.
Ak chcete vymeniť napájací zdroj alebo ovládač pre DC aktuátor bez štítku (alebo informácií), zmerajte multimetrom úbytok napätia medzi jeho dvoma svorkami. Následne overte, koľko ampérov motor odoberá pri plnom zaťažení. To vám pomôže lepšie pochopiť elektrickú spotrebu energie aktuátora a aké hodnoty hľadať, ak potrebujete nahradiť ďalšie elektrické komponenty, ktoré budú s aktuátorom zapojené.
ZHRNUTIE
Znalosť rôznych elektrických pojmov používaných v odvetví je kľúčová na pochopenie, ktorý zdroj napájania, ovládač a/alebo aktuátor budú mať vhodné parametre, aby si navzájom vyhovovali z hľadiska elektrickej bezpečnosti. Je to užitočné aj na určenie všeobecných parametrov, obmedzení a kompatibility ďalších komponentov nachádzajúcich sa v elektrických systémoch a zariadeniach.
Dúfame, že to pre vás bolo rovnako poučné a zaujímavé ako pre nás, najmä ak ste chceli vedieť viac o rozdiele medzi ampérmi, voltmi a wattmi pri používaní aktuátorov! Ak máte otázky alebo chcete bližšie prebrať naše produkty, neváhajte nás kontaktovať! Sme odborníci vo svojom odbore a radi pomôžeme, ako budeme môcť.
sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123