במאמר זה נלמד כיצד לבנות מעגל מד זרם AC פשוט שיכול לשמש לבדיקת צריכת הזרם של מכשירי חשמל ביתיים של 220 וולט או 120 וולט.
הסיבה העיקרית לחשבונות חשמל חודשיים גבוהים היא השימוש בציוד חשמלי גדול כמו מקררים, מכונות כביסה ומייבשי כביסה, מדיחי כלים וכו'. מכשירי חשמל אלו שהיו בעבר חדישים וחסכוניים באנרגיה מתחילים לצרוך יותר ויותר אנרגיה ככל שהם מתבגרים.
שיטה אחת לחסוך בהוצאות החשמל היא שימוש בתדירות נמוכה יותר של מכשירים גדולים. עם זאת, ייתכן ששימוש לסירוגין במכשירים כמו מקררים ומקפיאים לא יהיה מקובל פשוט.
כדי לגלות אילו מכשירי חשמל אחראים לחשבונות החשמל הגבוהים שלך, כמובן, אתה הולך על המודד המהימן שלך. אבל אתה מבין שטווח זרם ה-AC של המונה מוגבל לכמה מיליאמפר.
מכיוון שנדרשים נגדים בעלי הספק גבוה כדי ליישם מדידת מגבר AC, רב-מטרים קטנים יותר אינם מתוכננים לזהות כמויות גדולות של זרם.
אזהרה: המעגל המוסבר להלן אינו מבודד מרשת החשמל ולכן מסוכן ביותר למגע במצב לא מכוסה ובמצב ON. זהירות מתאימה מומלצת בהחלט בעת שימוש או בדיקה בציוד זה.
תיאור מעגל
האיור שלמעלה מתאר מעגל מד זרם בסיסי. נגד (R) מחובר בסדרה עם העומס במעגל זה. הנגד הסדרתי חייב להיות מחובר תמיד בסדרה עם העומס ולקבל את כל הזרם הנמסר אליו.
לפי חוק אוהם, נפילת מתח נוצרת כאשר זרם זורם דרך התנגדות. מפל המתח הזה שמתפתח על פני ההתנגדות הוא פרופורציונלי בדיוק לזרם הזורם דרכה. כעת, זכור שכל מדי המתח, כולל אלו AC, מציגים קריאות ב-DC בלבד.
פירוש הדבר, לפני שניתן יהיה להזין את אות ה-AC המבוא למד ה-DC, יש לתקן אותו ל-DC כדי שמד הזרם יוכל לקרוא אותו. כדי ליצור ייצוג הוגן של הזרם הזורם דרכו, הנגד הסדרתי צריך להוריד את המתח במידה מספקת.
כמו כן, דירוג ההספק של הנגד בסדרה צריך להיות קטן ככל האפשר. יתר על כן, ערך ההתנגדות צריך להיות קטן מספיק כדי שרוב המתח יזרוק על פני העומס בפועל.
חישוב ערך הנגד
כהמחשה, בואו נדמיין שלמעגל שלנו יש התנגדות סדרתית 'R' של 1 אוהם וזרם 'I' של 1 אמפר זורם דרך העומס. ירידת המתח (E) על הנגד תהיה כדלקמן לפי חוק אוהם:
- E = I x R = 1 (אמפר) x 1 (אוהם) = 1 (וולט)
- באמצעות חוק הכוח של אוהם (P = I x E), נקבל:
- P=1 x 1=1 וואט
- מהחישוב לעיל אנו יכולים להניח שאם נעשה שימוש במכשיר של 220 וולט, 1 אמפר, אז נגד מסדרת 1 אוהם יירד סביב 1 וולט על פניו.
עכשיו נניח שאם העומס הוא מקרר של 500 וואט, עם מתח אספקה של 220 וולט.
במצב זה, הזרם העובר דרך הנגד יהיה 500 / 200 = 2.27 אמפר
שוב, בפתרון חוק אוהם נוכל לחשב את ערך הנגד כדי לקבל ירידה אופטימלית של 1 V על פניו.
- E = I x R
- 1 = 2.27 x R
- R = 1 / 2.27 = 0.44 אוהם,
- הספק או הספק של הנגד יהיו P = 1 x 2.27 = 2.27 וואט או פשוט 3 וואט.
עם זאת יש בעיה אחת. מכיוון שהמעגל שלנו משתמש במיישר גשר להמרת מתח AC על פני הנגד לפוטנציאל DC, תמיד יש לנו שתי דיודות בסדרה עבור כל מחזור AC. כעת, מכיוון שכל דיודה תרד 0.6 וולט, סה'כ 0.6 + 0.6 = 1.2 וולט ייפול על פני הדיודות הללו.
לכן, כדי לקבל 1 V יעיל על פני המונה, הנגד חייב להיות מסוגל לפתח ירידה פוטנציאלית של 1 + 1.2 = 2.2 V.
אם נחזור לחישוב הקודם שלנו, ערך הנגדים בסדרה עבור מכשיר 500 וואט כעת יהיה:
- R = 2.2 / 2.27 = 0.96 אוהם.
- הספק = 2.2 x 2.27 = 4.99 וואט או פשוט 5 וואט.
זה מרמז שכדי למדוד את הזרם העובר דרך מכשיר של 500 וואט, הנגד הסדרתי במעגל מד זרם AC שלנו חייב להיות מדורג ב-0.96 אוהם ו-5 וואט.
רשימת חלקים
החלקים הנדרשים לבניית מעגל מד זרם AC פשוט מובאים להלן:
- נגד 1 אוהם 5 וואט = 1 לא
- דיודות 1N5408 = 4 לא
- תקע שני חיבורים = 1 לא
- 1 V FSD מד סליל נע = 1 לא
- שקע 3 פינים לעומס = ה-R(עומס) בתרשים ניתן להחלפה בשקע 3 פינים לתוסף בעומס הרצוי.
