Czy urządzenia elektryczne „biorą to, czego potrzebują”

Jedną z koncepcji elektroniki, którą trudno mi zrozumieć, jest to, że takie rzeczy jak silniki, siłowniki, elektrozawory itp. Zużywają tyle mocy, ile potrzebują lub co im dajesz.

Jeśli silnik potrzebuje 12 woltów i 500ma, a ja dostarczę mu 12 woltów i 3000ma, czy zużyje tylko 500ma? Ponadto, jeśli dostarczę 15 woltów i 500ma, co się stanie?

Wydaje się logiczne, że dioda LED i silnik prądu stałego różnią się znacznie, jeśli chodzi o wymaganie / stosowanie prądu elektrycznego, gdzie jako dioda LED musi być całkowicie regulowana, a (zakładam) silnik prądu stałego nie.

Czy moje rozumienie jest błędne?

Jeśli potrzebuje 500 mA to zajmie 500 mA, nawet jeśli dostarczyć 3000 mA zdolności . Jeśli stoisz na dnie wodospadu Niagara z 10-litrowym wiadrem, możesz napełnić go, aż będzie zawierał 10 litrów, nawet jeśli wodospad ma zdolność do zapewnienia znacznie więcej.

Jest to ogólnie prawdziwe w przypadku żarówek, silników, innych rzeczy wykonanych z cewek i większości elektroniki sprzed półprzewodników. Odnosi się to również ogólnie do wielu układów scalonych, które w razie potrzeby czerpią z szyn zasilających.

Jest to szczególnie fałszywe w przypadku diod LED i tranzystorów bipolarnych, z których oba mogą łatwo pobierać wystarczającą ilość prądu do samozniszczenia, o ile nie zostaną utrzymane przy bardzo określonym napięciu.

Przepięcie jest prawie zawsze złe dla prawie wszystkiego. Prosta elektronika może działać przy niskim napięciu (silniki, lampy). Półprzewodniki nie będą.

Wyobraź sobie połączenie elektryczne jako wałek, który może się obracać i może połączyć maszynę, która byłaby napędzana przez wałek, z urządzeniem, które go skręci. Jeśli urządzenie napędowe obraca wał, maszyna w świecie rzeczywistym, która nie ma źródła energii, zastosuje co najmniej pewien moment obrotowy w kierunku przeciwnym do obrotu (skutecznie próbując go spowolnić) - nastąpi pewien moment obrotowy w tym kierunku od tarcia łożyska wejściowego, jeśli nic więcej. Ilość energii przenoszonej przez wał będzie iloczynem momentu obrotowego i prędkości obrotowej w radianach na sekundę [jednostki są radianami na sekundę, ponieważ przy tej prędkości koniec ramienia reakcyjnego l jednostki odległości będą się przemieszczać l odległość -jednostki na sekundę].

Niektóre typy urządzeń napędowych będą „próbowały” zapewnić pewien moment obrotowy przy prawie dowolnej prędkości. Inne typy aparatury napędowej będą „próbowały” obracać wał z określoną prędkością, dostarczając tyle momentu obrotowego (do pewnego limitu), ile jest to konieczne. Większość rodzajów urządzeń napędowych obraca się z pewną prędkością bez obciążenia, ale obraca się wolniej w warunkach rosnącego momentu obciążenia.

I odwrotnie, niektóre rodzaje napędzanych urządzeń będą przykładały prawie stały poziom momentu obciążenia, niezależnie od tego, jak szybko są napędzane, niektóre nie przykładają prawie żadnego momentu obrotowego, gdy są napędzane poniżej określonej prędkości, ale „starają się”, aby wejście nie obracało się szybciej, opór przy takim momencie obrotowym, jaki jest konieczny (do pewnego momentu). Wiele rodzajów napędzanych urządzeń będzie odpornych na pewien moment obrotowy prawie niezależnie od prędkości, ale moment obrotowy będzie większy przy wyższych prędkościach niż przy małych prędkościach.

Za każdym razem, gdy moment obrotowy dostawcy jest wyższy niż konsumenta, prędkość wału wzrośnie; gdy będzie niższy, zmniejszy się. Ponieważ zwiększenie prędkości powoduje spadek momentu obrotowego większości kierowców, ale spowoduje zwiększenie momentu obrotowego większości konsumentów, prędkość będzie rosła, aż osiągnie poziom, w którym dwa poziomy momentu obrotowego są równe.

W niektórych przypadkach można myśleć o prędkości obrotowej ustalonej przez dostawcę; w niektórych przypadkach jest ustawiane przez konsumenta. W wielu przypadkach jest to ustalane przez interakcję między nimi.

W świecie elektrycznym prąd jest w dużej mierze analogiczny do prędkości obrotowej, a napięcie jest analogiczne do momentu obrotowego. Tak jak możliwe jest przyłożenie momentu obrotowego bez ruchu, ale (przy braku łożysk beztarciowych) nie można mieć ciągłego ruchu bez momentu obrotowego, tak samo można przyłożyć napięcie bez przepływu prądu, ale przepływ prądu (z wyjątkiem nadprzewodników) wymaga napięcia. Jedną z dziwnych rzeczy w tej analogii jest to, że większość silników pobiera prąd proporcjonalny do momentu mechanicznego, a jednocześnie spada napięcie proporcjonalne do sumy ich prędkości obrotowej (upuszczają również pewne dodatkowe napięcie, które jest proporcjonalne do przyłożonego prądu).

Rozważ prawo Ohma :

Tutaj mamy trzy zmienne: napięcie, prąd, rezystancja. Dla każdego obciążenia rezystancyjnego trzy będą zawsze powiązane tym równaniem.

Jeśli to trudne do zrozumienia, rozważ bardziej obserwowalne, znane równanie z trzema zmiennymi, drugie prawo Newtona :

Siła jest iloczynem masy i przyspieszenia. W środowisku pozbawionym tarcia coś, co nie przyspiesza, nie może mieć żadnej siły. Uwzględniając tarcie, coś, co nie przyspiesza, musi mieć przyłożone siły, które dokładnie anulują tarcie, tak aby nie było siły netto. Kiedy pojawia się siła, masa przyspieszy; i przyspieszy mniej, jeśli będzie bardziej masywny.

Powiedz, że chcesz holować przyczepę ze stałą prędkością. Twoja przyczepa będzie miała tarcie z powietrza i opon, a maszyna holująca będzie musiała zrównoważyć tę siłę, aby utrzymać pożądaną prędkość. Jeśli przyczepa jeszcze się nie porusza, maszyna holująca będzie musiała zastosować większą siłę, aby przyspieszyć przyczepę. Jeśli holujesz pod górę, jeszcze większa siła będzie potrzebna do pokonania grawitacji. Przy zjeździe może być konieczne zastosowanie siły skierowanej do tyłu.

Nie ma znaczenia, czy używasz roweru lub lokomotywy jako maszyny holowniczej, pod warunkiem, że przyłożysz wystarczającą siłę, aby utrzymać pożądaną prędkość. W obu przypadkach siła jest taka sama, chociaż zakres sił, które mogą być dostarczone przez rower i lokomotywę, są oczywiście bardzo różne.

$F=ma$

$E$$R$$I$$E = IR$

Prąd jest pobierany, napięcie jest popychane.

(Uproszczone wyjaśnienie) Silnik jest zasadniczo dużym rezystorem, ograniczającym przepływający przez niego prąd. Jest to długa cewka z drutu. Kiedy podano napięcie V i rezystancję cewki R, przy normalnym wzorze prawa Ohma I = V / R otrzymujesz prąd, którego potrzebuje.

LED jest zasadniczo bardzo małym rezystorem, takim jak bezpiecznik, ponieważ przepuszcza przez niego bardzo dużą ilość prądu, nagrzewając się po drodze. Zasadniczo jest to zwarcie. Dla użytecznego celu emitowania światła prąd ten musi być sterowany zewnętrznie. Gdyby ciepło nie było problemem (ciepło na złączu ledowym, co go zabija), po prostu działałoby jak bardzo mały rezystor.

Pomyśl o silniku jak o rezystorze LED. To wszystko tak naprawdę w najprostszych słowach. A gdy zmienia się napięcie, zmienia się prąd przez to połączenie led + rezystor lub silnik.

wiemy, że siłowniki, takie jak silniki prądu stałego, silniki krokowe, przekaźniki, elektromagnesy są wytwarzane przez cewki (cewki); po dostarczeniu zasilania służy do pobierania dużego prądu ze źródła niż jego wartość znamionowa; ponieważ emf tylny cewki wynosi zero w stan rozruchu (jeśli użyjemy szybko reagujących bezpieczników, może się przepalić), więc tylko one są podane z wyższym prądem znamionowym.

innym przykładem jest różnica między akumulatorami stosowanymi w samochodach i falowniku. kiedy pojazd jest uruchamiany, akumulator musi dostarczać duży prąd (bardzo wysoki prąd rozruchowy) przez kilka sekund, wówczas prąd obciążenia byłby bardzo mniejszy (lekkie obciążenia, audio systemów); akumulator stosowany w falowniku musi zawsze dawać prąd ustalony (prąd rozruchowy będzie mniejszy niż w samochodach).

ale obciążenia takie jak diody LED są czysto niereaktywne, więc prąd pobierany przez nie może się różnić, więc może być zasilany przez źródło o dokładnej wartości prądu.