Como calcular e selecionar um capacitor de têmpera

No início do tópico, em relação à seleção de um capacitor de resfriamento, consideramos um circuito que consiste em um resistor e um capacitor conectado em série a uma rede. A resistência total desse circuito será igual a:

O valor efetivo da corrente, respectivamente, é encontrado de acordo com a lei de Ohm, a tensão da rede dividida pela impedância do circuito:

Como resultado, para a corrente de carga e as tensões de entrada e saída, obtemos a seguinte relação:

E se a tensão de saída for suficientemente pequena, temos o direito de considerar valor efetivo da corrente aproximadamente igual a:

No entanto, vamos considerar, do ponto de vista prático, a questão da seleção de um capacitor de resfriamento para inclusão na rede CA de uma carga projetada para uma tensão mais baixa que a tensão padrão da rede elétrica.

Suponha que tenhamos uma lâmpada incandescente de 100 W projetada para uma voltagem de 36 volts e, por algum motivo incrível, precisamos alimentá-la de uma rede doméstica de 220 volts. A lâmpada precisa de uma corrente efetiva igual a:

Então a capacidade do capacitor de resfriamento necessário será igual a:

Tendo tal capacitor, ganhamos a esperança de obter um brilho normal da lâmpada, esperamos que pelo menos ela não queime. Essa abordagem, quando procedemos do valor atual efetivo, é aceitável para cargas ativas, como uma lâmpada ou aquecedor.

Mas e se a carga for não linear e ativada através ponte de diodo? Suponha que você precise carregar uma bateria de chumbo-ácido. O que então? Em seguida, a corrente de carregamento estará pulsando para a bateria e seu valor será menor que o valor efetivo:

Às vezes, uma fonte de rádio pode achar útil uma fonte de energia na qual o capacitor de resfriamento está conectado em série à ponte de diodos, cuja saída é, por sua vez, um capacitor de filtro de capacidade significativa, ao qual uma carga CC está conectada. Acontece um tipo de fonte de energia sem transformador com um capacitor, em vez de um transformador abaixador:

Aqui, a carga como um todo será não linear e a corrente ficará longe de ser sinusoidal, e será necessário realizar cálculos de uma maneira ligeiramente diferente. O fato é que um capacitor de suavização com uma ponte de diodos e uma carga se manifestará externamente como um diodo zener simétrico, porque as ondulações com uma capacidade de filtro significativa se tornarão insignificantes.

Quando a tensão no capacitor for menor que algum valor, a ponte será fechada e, se maior, a corrente aumentará, mas a tensão na saída da ponte não aumentará. Considere o processo com mais detalhes com gráficos:

No momento t1, a tensão da rede atingiu a amplitude, o capacitor C1 também é carregado neste momento até o valor máximo possível menos a queda de tensão na ponte, que será aproximadamente igual à tensão de saída. A corrente no capacitor C1 é igual a zero neste momento. Além disso, a tensão na rede começou a diminuir, a tensão na ponte também, mas no capacitor C1 ele ainda não mudou, e a corrente no capacitor C1 ainda é zero.

Além disso, a tensão na ponte muda de sinal, tentando diminuir para menos Uin, e nesse momento a corrente passa pelo capacitor C1 e pela ponte de diodos. Além disso, a tensão na saída da ponte não muda e a corrente no circuito em série depende da taxa de variação da tensão de alimentação, como se apenas o capacitor C1 estivesse conectado à rede.

Quando o sinusóide da rede atinge a amplitude oposta, a corrente através de C1 novamente se torna igual a zero e o processo segue um círculo, repetindo a cada meio período. Obviamente, a corrente flui através da ponte de diodos apenas no intervalo entre t2 e t3, e o valor médio da corrente pode ser calculado determinando a área da figura preenchida sob o sinusóide, que será igual a:

Se a tensão de saída do circuito for suficientemente pequena, essa fórmula se aproxima do valor obtido anteriormente. Se a corrente de saída estiver definida como zero, obtemos:

Ou seja, quando a carga quebra, a tensão de saída se torna igual à tensão da rede !!! Portanto, esses componentes devem ser utilizados no circuito para que cada um deles suporte a amplitude da tensão de alimentação.

A propósito, se a corrente de carga for reduzida em 10%, a expressão entre parênteses diminuirá em 10%, ou seja, a tensão de saída aumentará cerca de 30 volts, se estivermos lidando inicialmente com, digamos, 220 volts na entrada e 10 volts na saída. Assim, o uso de um diodo zener paralelo à carga é estritamente necessário !!!

Mas e se o retificador estiver em meia onda? A corrente deve ser calculada pela seguinte fórmula:

Em valores pequenos da tensão de saída, a corrente de carga se tornará metade da retificação com uma ponte cheia. E a tensão na saída sem carga será duas vezes maior, pois aqui estamos lidando com um dobrador de tensão.

Portanto, a fonte de alimentação com um capacitor de têmpera é calculada na seguinte ordem:

• Primeiro, escolha qual será a tensão de saída.

• Em seguida, determine as correntes de carga máxima e mínima.

• Em seguida, determine a tensão de alimentação máxima e mínima.

• Se a corrente de carga é considerada instável, é necessário um diodo zener paralelo à carga!

• Finalmente, a capacidade do capacitor de resfriamento é calculada.

Para um circuito com retificação de meia onda, para uma frequência de rede de 50 Hz, a capacitância é encontrada pela seguinte fórmula:

O resultado obtido pela fórmula é arredondado para o lado de uma capacidade nominal maior (de preferência não superior a 10%).

O próximo passo é encontrar a corrente de estabilização do diodo zener para a tensão máxima de alimentação e o consumo mínimo de corrente:

Para um circuito de retificação de meia onda, o capacitor de resfriamento e a corrente zener máxima são calculados pelas seguintes fórmulas:

Ao escolher um capacitor de têmpera, é melhor focar nos capacitores de filme e papel. Capacitores de filme de pequena capacidade - até 2,2 microfarads por voltagem operacional de 250 volts funcionam bem nesses esquemas quando alimentados a partir de uma rede de 220 volts. Se você precisar de uma grande capacidade (mais de 10 microfarads) - é melhor escolher um capacitor para uma tensão operacional de 500 volts.