變壓器功率的算法_測量篇

變壓器的本質就是一個電感

因此在通入交流電之後除了導線本身的電阻

還會因為交流電頻率產生一個感抗

這個感抗的大小為XL=2πfL

我們實際測量這個線圈的感值和電阻大小如下

0V-110V

電阻R=150.1歐

感值L=5.14H

感抗XL=2*π*60*5.14=1937.8歐

0V-220V

電阻R=310.9歐

感值L=24.8H

感抗XL=2*π*60*24.8=9349.4歐

所以0V-110V的線圈在通入110V交流電之後

實際產生的阻抗大小為2087.9歐

功率P=110*110/2087.9=5.80W

0V-220V的線圈在通入220V交流電之後

實際產生的阻抗大小為9660.3歐

功率P=220*220/9660.3=5.01W

這兩個數字計算出來都很接近廠商給的5VA

那...為什麼不用5W，而是5VA？

這就和功率因數有關了

VA是視在功率(Apparent Power)的單位

這樣才能和實功率(Real Power 或 Active Power)的W有所區別

有關功率因數之前說過很多了

可以參考這幾篇喔

變壓器功率的算法_電阻與電抗

在家電醫生實作延伸班中我們介紹了線性變壓器的原理與相關的應用

有老師問到，我明明量到的線圈阻抗就只有150歐

P=110*110/150=80.7W

為什麼標示只有5VA(W)？

這就是很多人不了解交流電特性的原因了

首先三用電表量到的不是阻抗(impedance)，而是電阻(resistance)

阻抗其實包含了電抗(reactance)和電阻

電抗又包含了感抗(Inductive Reactance，XL)和容抗(Capacitive Reactance，XC)

感抗是因為電流變化使得電感產生感應電動勢所產生的「阻力」

而容抗是因為電壓變化使得電容蓄電，電位上升所產生的「阻力」

電感會在電流變小的情況下產生同向的感應電動勢，將原本儲存的能量釋放出來

而電容會在電壓變小的情況下將儲存的電量釋放出來

因此電容和電感不像電阻是將電能消耗掉

而是將能量以磁場和電場的方式暫時儲存

在電流或電壓下降時將能量釋放

電壓(或電流)變化的頻率較大時

電感產生的感應電動勢相對也較大，對電路產生的「阻力」也會變大

這個「阻力」會和頻率和產生的感應電動勢大小(感值)成正比

XL=2πfL，單位：歐姆

所以通常我們會給電感一個簡單的稱呼：通直隔交

而電容剛好相反

在電壓(或電流)變化的頻率較大時

電容蓄電後會在電壓方向改變的瞬間就將電量釋放出來

因此對電路產生的「阻力」反而較小

這個「阻力」和頻率還有容值成反比(容值越大，達到最高電壓的時間越長，電壓越高阻力越大)

XC=1/2πfC，單位：歐姆

所以電容就變成通交隔直

因此我們用三用電表量的不能稱為阻抗，而是電阻

電阻是原本就存在於導體(電器)內消耗電壓的所有因素的總和

原則上和外加電壓無關(符合歐姆定律)

但電抗卻是通電後才會產生的「阻力」，和電壓(電流)頻率、感值、容值

有絕對的關係

而且通電後我們是不能再用三用電表直接量電阻的

了解這些關鍵知識之後

變壓器的功率算法就迎刃而解了

待續...

自製非接觸型驗電筆_PNP型

這也是未來可能放入「家電醫生實作延伸班」的系列課程之一

驗電筆是很重要的工具

基本上是三用電表無法完全取代的

接觸型和非接觸型各有優缺點，沒有誰取代誰的問題

之前曾經做過4017型的非接觸型驗電筆

但我不喜歡一開始就從IC開始說

因此用PNP再做了一個簡易型的

為甚麼不用NPN？

細節我也不是很清楚，但實作結果告訴我

PNP比NPN效果要更好

可以參考之前用NPN做的這個

經過幾年的經驗

改成如下的電路

偵測器的部分變成一個0.22微法的電容

可以將交流電場變成直流電

這樣進去PNP的電子流會更穩定

改變不同的容值也可以偵測不同的頻率和調整靈敏度

不過LN若靠太近會無法分辨

只能偵測電線(電器)此時是否帶電

若偵測到較大的電場(離電線較近或頻率較高的電源)

蜂鳴器也會叫

做好像這樣

影片如下

自保持開關_NPN+PNP型(改良版)

之前做過一版NPN+PNP型的自保持開關

簡化了一下電路

再加上一個電晶體放大才能加上relay

電路圖如下

集成後像這樣

可以當作家電醫生實作延伸班的練習模組了

自保持開關_光電二極體型

家電醫生自從要開啟「實作延伸班」之後

又要開始開發可以讓大家方便理解又能自製的家電小模組

其中一定要會的就是輕觸開關的電路(自保持電路)

這個電路之前已經說過很多模式了

包含最簡單的光敏電阻型，或npn + pnp組合電路

進階一點的雙穩態電路

到利用555和主流的40xx

或也可以直接用TRIAC，但沒有隔離的情況下不建議初學者使用

但這次想要順便講光耦的概念

才能順便過渡到SSR

因此又重新設計了一個新的電路

基本上就是從LDR型的概念衍伸出來的

在B極連接一個光電二極體

C極串接IR

IR和光電二極體利用熱縮套包在一起

當IR亮的時候光電二極體就能持續對B極供電

就是光耦的基本模組

這個教具就可以將兩個模組串在一起

電路圖如下

繼電器的部分再用一個npn放大

同時加上一個指示燈

這樣我們的教具就完成了

影片如下

集成好像這樣

會考後的實作課

當然就是做電磁學實驗啊~~

電磁學和熱效應放在三下的結果就是很多實驗只能輕輕帶過

會考後學生又處於一片無腦狀態

因此帶一些DIY可能還能喚醒部分青春的靈魂

基本上材料儘量簡單(因為老師要自己出錢)

不要用太多工具，一節課可完成，成功率也要高

不能太無聊，最好還能滿足一下老師有教學成分

磁效應的部分就選擇紙杯喇叭和簡易馬達

電磁感應的部分就是搖搖發電

這幾個實驗很多材料都可以共用

喇叭用0.15mm的漆包線繞20-30圈

捲在食指上就差不多符合給大家的磁鐵大小

再直接用膠帶貼在紙杯底部

利用連接器和音源線對接，可以增加成功率

製作速度也比較快

當然撥放器的部分就我來準備

聽到聲音的瞬間其實就會有滿滿的成就感~~

第二節做簡易馬達

當然要先簡單說一下原理

還有和原本課本設計的雙集電環差異

用0.5mm漆包線繞10圈左右即可

磁鐵當然就是上一節課紙杯喇叭的磁鐵繼續用

漆包線約60-80公分就夠

上課前老師先裁好比較方便

0.5mm比較不容易打結，可以預先準備沒關係

0.15mm就不這麼建議了

基座請他們準備橡皮擦就好

電池也請學生自備(學生家裡一定有，就不要再買了)

微調一下，成功率也很高

最後再將剩餘的漆包線圈和大吸管組合

中間剛好就可以放入原先準備的磁鐵

一樣用之前的連接器和LED串接

再用萬用黏土固定在吸管上

兩端用衛生紙塞緊

搖搖發電機也就搞定了

留下最後一個理化課的美好回憶

值得的~~

維修吊扇

房間吊扇忽然轉很慢

拆開看看吧

這時候就知道個子矮有多可憐...

裡面的電路基本上並聯成電燈和風扇

先把電燈的部分拆下

吊扇的電容是四線式的

基本上就是兩個電容合在一起而已

因為吊扇的功率較大

因此在調整功率的時候阻抗變化也比較大

這時就需要改變容值，才能調出最適合的相位差

因此不像普通電扇只有一個啟動電容

吊扇通常都會有兩組

拆下測試，8微法是正常的

但5微法那組測不到電容

試試看電阻值，正常來說應該測到一個極大的電阻

如8微法這組

但5微法的電容卻只有92歐

這很明顯有短路了

但我手邊沒有這樣的四線電容

不過我只要換掉5微法的就可以

8微法就沿用原先這組

內部空間夠塞入兩個啟動電容的

線不是很長

所以選擇用連接器來做

接好之後先測試再裝機

搞定了~~