Jak obliczyć i wybrać kondensator gaszenia

Na samym początku tematu dotyczącego wyboru kondensatora gaszenia rozważamy obwód składający się z rezystora i kondensatora połączonych szeregowo z siecią. Całkowita rezystancja takiego obwodu będzie równa:

Odpowiednio wartość skuteczną prądu określa się zgodnie z prawem Ohma, napięcie sieciowe podzielone przez impedancję obwodu:

W rezultacie dla prądu obciążenia i napięć wejściowych i wyjściowych otrzymujemy następujący stosunek:

A jeśli napięcie wyjściowe jest wystarczająco małe, mamy prawo do rozważenia efektywna wartość prądu w przybliżeniu równa:

Zastanówmy się jednak z praktycznego punktu widzenia nad wyborem kondensatora chłodzącego do włączenia do obciążenia sieci prądu przemiennego obliczonego dla napięcia niższego niż sieć standardowa.

Załóżmy, że mamy żarówkę o mocy 100 W, zaprojektowaną na napięcie 36 woltów, i z niewiarygodnego powodu musimy zasilić ją z sieci domowej o napięciu 220 woltów. Lampa potrzebuje skutecznego prądu równego:

Wówczas pojemność niezbędnego kondensatora gaszenia będzie równa:

Posiadanie takich kondensator, zyskujemy nadzieję na uzyskanie normalnego blasku lampy, mamy nadzieję, że przynajmniej się nie wypali. Takie podejście, gdy przechodzimy od wartości skutecznej prądu, jest akceptowalne dla obciążeń aktywnych, takich jak lampa lub grzejnik.

Ale co, jeśli obciążenie jest nieliniowe i włączone mostek diodowy? Załóżmy, że musisz naładować akumulator kwasowo-ołowiowy. Co wtedy Wtedy prąd ładowania będzie pulsować dla akumulatora, a jego wartość będzie mniejsza niż wartość skuteczna:

Czasami źródło radiowe może uznać za użyteczne źródło zasilania, w którym kondensator gaszenia jest połączony szeregowo z mostkiem diodowym, którego wyjściem jest z kolei kondensator filtrujący o znacznej pojemności, do którego podłączone jest obciążenie prądem stałym. Okazuje się, że jest to beztransformatorowe źródło zasilania z kondensatorem zamiast transformatora obniżającego napięcie:

Tutaj obciążenie jako całość będzie nieliniowe, a prąd stanie się daleki od sinusoidalnego i konieczne będzie przeprowadzenie obliczeń nieco inaczej. Faktem jest, że kondensator wygładzający z mostkiem diodowym i obciążeniem przejdzie zewnętrznie jako symetryczna dioda Zenera, ponieważ zmarszczki o znacznej pojemności filtra staną się nieistotne.

Kiedy napięcie na kondensatorze jest mniejsze niż pewna wartość, mostek zostanie zamknięty, a jeśli będzie wyższy, prąd pójdzie, ale napięcie na wyjściu mostka nie wzrośnie. Rozważ bardziej szczegółowo proces za pomocą wykresów:

W chwili t1 napięcie sieciowe osiągnęło amplitudę, kondensator C1 jest również w tym momencie ładowany do maksymalnej możliwej wartości minus spadek napięcia na mostku, który będzie w przybliżeniu równy napięciu wyjściowemu. Prąd przepływający przez kondensator C1 jest w tej chwili równy zeru. Ponadto napięcie w sieci zaczęło spadać, napięcie również na mostku, ale na kondensatorze C1 jeszcze się nie zmieniło, a prąd przez kondensator C1 jest nadal zerowy.

Ponadto napięcie na mostku zmienia znak, próbując zmniejszyć do minus Uin, i w tym momencie prąd przepływa przez kondensator C1 i przez mostek diodowy. Ponadto napięcie na wyjściu mostka nie zmienia się, a prąd w obwodzie szeregowym zależy od szybkości zmiany napięcia zasilania, tak jakby tylko kondensator C1 był podłączony do sieci.

Kiedy sinusoida sieci osiąga przeciwną amplitudę, prąd przez C1 ponownie staje się równy zero, a proces przebiega w kółko, powtarzając się co pół okresu. Oczywiście prąd przepływa przez mostek diodowy tylko w przedziale między t2 i t3, a średnią wartość prądu można obliczyć, określając obszar wypełnionej liczby pod sinusoidą, który będzie równy:

Jeśli napięcie wyjściowe obwodu jest wystarczająco małe, wówczas ten wzór zbliża się do wartości uzyskanej poprzednio. Jeśli prąd wyjściowy jest ustawiony na zero, otrzymujemy:

Oznacza to, że gdy ładunek się zepsuje, napięcie wyjściowe stanie się równe napięciu sieci !!! Dlatego takie elementy powinny być stosowane w obwodzie, aby każdy z nich wytrzymał amplitudę napięcia zasilania.

Nawiasem mówiąc, jeśli prąd obciążenia zostanie zmniejszony o 10%, wyrażenie w nawiasach zmniejszy się o 10%, to znaczy napięcie wyjściowe wzrośnie o około 30 woltów, jeśli początkowo mamy do czynienia, powiedzmy, 220 woltów na wejściu i 10 woltów na wyjściu. Dlatego użycie diody Zenera równoległej do obciążenia jest absolutnie konieczne !!!

Ale co jeśli prostownik jest w połowie fali? Następnie prąd należy obliczyć według następującego wzoru:

Przy małych wartościach napięcia wyjściowego prąd obciążenia będzie o połowę mniejszy niż w przypadku prostowania z pełnym mostkiem. Napięcie na wyjściu bez obciążenia będzie dwa razy większe, ponieważ tutaj mamy do czynienia z podwajaczem napięcia.

Tak więc zasilacz z kondensatorem chłodzącym oblicza się w następującej kolejności:

• Przede wszystkim wybierz napięcie wyjściowe.

• Następnie określ maksymalne i minimalne prądy obciążenia.

• Następnie określ maksymalne i minimalne napięcie zasilania.

• Jeżeli zakłada się, że prąd obciążenia jest niestabilny, wymagana jest dioda Zenera równoległa do obciążenia!

• Na koniec obliczana jest pojemność kondensatora gaszenia.

W przypadku obwodu z rektyfikacją półfalową dla częstotliwości sieci 50 Hz pojemność oblicza się według następującego wzoru:

Wynik uzyskany przez ten wzór zaokrągla się do boku o większej pojemności nominalnej (najlepiej nie więcej niż 10%).

Następnym krokiem jest znalezienie prądu stabilizacji diody Zenera dla maksymalnego napięcia zasilania i minimalnego zużycia prądu:

W przypadku obwodu prostowniczego półfalowego kondensator gaszenia i maksymalny prąd Zenera oblicza się według następujących wzorów:

Wybierając kondensator gaszenia, lepiej skupić się na kondensatorach foliowych i papierowych. Kondensatory foliowe o małej pojemności - do 2,2 mikrofaradów na napięcie robocze 250 woltów działają dobrze w tych schematach, gdy są zasilane z sieci 220 woltów. Jeśli potrzebujesz dużej pojemności (ponad 10 mikrofaradów) - lepiej wybrać kondensator na napięcie robocze 500 woltów.