Separatore di tensione Potenza del condensatore

Quindi iniziamo con il motivo per cui abbiamo bisogno di un tale alimentatore. E ne ha bisogno, che consente di alimentare carichi a bassa corrente senza preoccuparsi dell'avvolgimento dei trasformatori e utilizzando un minimo di componenti. Il numero minimo di componenti (e in particolare l'assenza di componenti dimensionali come un trasformatore), a sua volta, rende un alimentatore con un divisore di condensatore (a volte indicato come "con un divisore capacitivo") semplice ed estremamente compatto.

Considera lo schema mostrato nella figura:

qui Z 1 = -j / wC 1 ; Z 2 = -j / wC 2 - resistenze reattive dei condensatori

Trova la corrente di carico: i n = i 1 -i 2 (1) - La prima legge di Kirchhoff per il nodo 1.

Considerando che, secondo la legge di Ohm, per un segmento di catena: io 1 = u 1 / Z 1 e u 1 = u c -u 2 ;

espressione (1) può essere riscritto come segue:

i n = (u c -u 2 ) / Z 1 -u 2 / Z 2 ;

o altrimenti: In = jwC 1 (Uc m -U 2m ) -jwC 2 U 2m, dove l'indice "m" è un'abbreviazione della parola massima, si dice che stiamo parlando di valori di ampiezza.

Aprendo le parentesi e raggruppando questa espressione, otteniamo:

In = jwC 1 (Uc m -U 2m (1+ C 2 / C 1 )) (2) - qui, infatti, abbiamo ottenuto un'espressione per la corrente attraverso il carico Zn, a seconda della tensione su questo carico e della tensione della rete di alimentazione. Dalla formula (2) segue che il valore di ampiezza della corrente è uguale a: Inm = wC 1 (Uc m -U 2m (1+ C 2 / C 1 )) (3)

Supponiamo che il nostro carico sia un ponte, che livella il condensatore e, di fatto, il carico utile (vedi la figura).

All'avvio iniziale, quando il condensatore C 3 viene scaricato, il valore di U 2 sarà uguale a zero e la corrente di carica iniziale scorrerà attraverso il ponte, il cui valore iniziale massimo può essere trovato sostituendo il valore di U 2m a zero in formula (3) (zero Inizio = wC 1 Uc m). Questo valore corrisponde al caso peggiore quando al momento dell'accensione il valore istantaneo della tensione nella rete era uguale al valore massimo.

Con ogni mezzo ciclo, il condensatore C 3 si caricherà e la nostra tensione U 2 m, uguale in grandezza alla tensione sul condensatore C 3 e alla tensione sul carico utile (indicata con Uoutput) crescerà anche fino a diventare un valore costante. In questo caso, la corrente attraverso il carico utile sarà uguale alla corrente media raddrizzata, vale a dire iofuori = ionm * 2 / "Pi" (per corrente di ingresso sinusoidale).

Considerando anche questo Uc m = Uc * 1,414 ( Uc è il valore effettivo della tensione di alimentazione), e w= 2 * Pi * fdove f-frequenza della tensione di alimentazione in hertz, otteniamo:

Iout =4fC 1 (1,414Uc-Uвых (1+ C 2 / C 1 )) , se, inoltre, per tenere conto della caduta sui diodi del ponte, allora alla fine si rivelerà:

Iout =4fC 1 (1,414Uc- (Uvyh +2Ud) (1+ C 2 / C 1 )) (4) dove Ud - caduta su un diodo

Da questa espressione, è possibile ottenere la relazione inversa Uout (Iout):

Uout = (1,414Uc-Iout /4fC 1 )/(1+ C 2 / C 1 )- 2Ud (5)

Cosa si può vedere dalle ultime due formule? Mostrano che con un aumento della corrente assorbita dal carico, la tensione attraverso il carico diminuisce, e con una diminuzione della corrente consumata, aumenta. Aprire il circuito di carico (ovvero, portando la corrente di carico a zero), troviamo la tensione al minimo: Uout xx =1,414Uc / (1+ C 2 / C 1 )- 2Ud (6). Ovviamente, il ponte e il condensatore C 2 devono avere una tensione nominale di almeno U 2m max = Uвых хх +2U d = 1,414Uc / (1+ C 2 / C 1 ) .

A rigor di termini, i nostri calcoli non sono del tutto impeccabili, perché i processi reali qui saranno generalmente non lineari, ma le nostre piccole semplificazioni semplificano enormemente i calcoli e non influenzano molto il risultato finale.

E ora il più interessante. Spesso leggere su Internet che gli stabilizzatori lineari non funzionano in tali schemi, masterizzare e così via e così via. Bene, ridisegniamo il nostro schema ancora una volta aggiungendo uno stabilizzatore di tensione lineare ad esso (vedi la figura).

(Ust. , Ir - tensione e corrente di carico).

Qui il nostro Uout (la tensione sul condensatore C 3) è la tensione di ingresso dello stabilizzatore (Uin). Come ricordiamo, in assenza di carico, la tensione all'uscita sarà massima e uguale a Uout xx. Quindi è abbastanza ovvio che per il normale funzionamento il nostro stabilizzatore lineare deve sopportare una tensione di ingresso di almeno Uout х xx. Oppure si può dire in modo diverso: i condensatori devono essere scelti in modo che la tensione di uscita del minimo (ovvero la tensione di uscita del condensatore) non bruci lo stabilizzatore in caso di disconnessione accidentale del carico (non si sa mai, non c'è contatto).

La corrente di carico massima può essere determinata sostituendo la formula (4) anziché la tensione di ingresso minima dello stabilizzatore. Come puoi vedere, la cosa principale è calcolare tutto correttamente, quindi niente minaccia lo stabilizzatore.

Questo schema è già abbastanza funzionante, ma ha uno svantaggio principale. Nel caso in cui abbiamo bisogno di ottenere la tensione di ingresso dello stabilizzatore è significativamente inferiore alla tensione di alimentazione della rete (quando alimentato da 220 V, questo è esattamente quello che ci serve), la capacità del condensatore C 2 è piuttosto significativa. Un condensatore non polare di capacità considerevole è piuttosto costoso (e le dimensioni non sono incoraggianti). È possibile utilizzare, ad esempio, un condensatore elettrolitico ordinario anziché un condensatore non polare?

Si scopre che puoi. Per fare ciò, rifaremo il nostro schema ancora una volta, nel modo mostrato nella figura. In questo schema, invece di un condensatore C 2, vengono utilizzati due condensatori C 2 e C 2 конденс (la stessa capacità che nel caso in cui il condensatore C 2 è solo uno) disaccoppiati attraverso diodi a ponte. In questo caso, la tensione inversa su ciascuno di questi condensatori non supera la caduta di tensione attraverso il diodo.

Nonostante il fatto che in questo caso, invece di un condensatore non polare, si utilizzino due elettrolitici, questo schema è più economico sia in termini di denaro che di dimensioni.

La verità è che c'è una sfumatura. La bruciatura di uno dei diodi del ponte può causare la comparsa di una tensione inversa completa sui condensatori elettrolitici. Se ciò accade, è molto probabile che il condensatore esploda.

Vorrei anche notare che è necessario essere estremamente attenti quando si maneggiano unità di alimentazione senza trasformatore, poiché un tale circuito non viene liberato dalla rete di alimentazione e il contatto con le sue parti conduttive può causare gravi scosse elettriche.

Calcolatrice online per il calcolo di un alimentatore con un divisore di condensatore:

(per la correttezza dei calcoli, usa un punto come punto decimale, non una virgola)

1) Dati di base:

(se non si conosce la tensione di ingresso minima dello stabilizzatore e l'entità della caduta di tensione sui diodi del ponte, verrà eseguito il calcolo per: Uin = Ust e Ud = 0, come se la tensione di ingresso minima sia uguale alla tensione di uscita dello stabilizzatore ei diodi siano ideali).

Il partitore di tensione è anche chiamato divisore di tensione capacitivo. A causa delle sue proprietà, che verranno discusse di seguito, i condensatori, al contrario, sono vantaggiosamente utilizzati come divisori di tensione CA.Poiché il flusso di corrente alternata manifesta le proprietà dell'induttanza, gli induttori possono essere utilizzati anche per i divisori di tensione, tuttavia la loro applicazione come divisori CA sarà più razionale.

Diamo un'occhiata più da vicino a un robot divisore capacitivo. Resistenza del condensatore X C dipende da come la sua capacità C e la frequenza della tensione alternata f ed è determinato dalla seguente formula:

Come si può vedere dalla formula, con l'aumentare della frequenza e l'aumento della resistenza capacitiva diminuisce. Questo suggerisce che se si prende un condensatore con un valore fisso di capacità e lo si collega a una fonte di tensione, la frequenza 50 Hze quindi aumentare la frequenza a 100 Hz, quindi la reattanza del condensatore sarà dimezzata e, di conseguenza, anche la corrente raddoppierà.

Cosa è buono usare i condensatori come divisori di tensione? Il fatto è che praticamente non consuma energia attiva, poiché, quindi, non viene quasi riscaldata. Il condensatore consuma principalmente energia reattiva, cioè è un consumatore di potenza reattiva, che, a differenza dell'energia attiva, non svolge alcun lavoro utile, e tra gli elementi reattivi (bobina di induttanza, condensatore) e la sorgente di energia alternata viene scambiata solo energia. La potenza reattiva si manifesta solo nei circuiti di tensione CA. A tensione costante, la potenza reattiva è zero e circola solo la potenza attiva.

Consideriamo perché un condensatore non consuma energia attiva. Senza andare in teoria, osserviamo solo che la tensione attraverso il condensatore è di 90º dietro la corrente ( fig. 1 ). Pertanto, quando la corrente raggiunge un massimo, la tensione è zero, e nel momento in cui la tensione raggiunge la sua ampiezza, la corrente è zero.

Fig. 1 - Grafico di corrente e tensione sul condensatore

La potenza attiva nei circuiti CA è determinata dalla seguente formula:

P a = UIcosφ ,

φ – angolo tra corrente e tensione.

Come abbiamo notato prima, l'angolo φ = 90º e il coseno di questo angolo è zero. Ora, se sostituiamo il valore dell'angolo nell'espressione sopra φ , quindi vediamo che la potenza attiva è zero.

Circuito di commutazione del condensatore ( fig. 2, 3 ) per la formazione di un partitore di tensione è uguale al cablaggio dei resistori, solo che, a differenza dei resistori, la caduta di tensione è inversamente proporzionale alla capacità.

Fig. 2 - Circuito divisore di tensione del condensatore

Fig. 3 - Schemi di divisori di tensione con diversi valori di condensatori

Va ricordato che i condensatori non polari dovrebbero essere usati nei circuiti AC, quindi la maggior parte dei condensatori elettrolitici non funzionerà qui.

Eppure, la tensione nominale del condensatore deve essere superiore a quella che verrà fornita ad esso, in √2 ≈ 1,41 orari:

E = √2U,

E — valore di ampiezza della tensione, V;

U — valore effettivo di tensione, V.

Molto meno spesso le bobine degli induttori vengono utilizzate per i divisori di tensione CA ( fig. 4, 5 ). La resistenza della bobina è direttamente proporzionale alla frequenza. f tensione applicata e induttanza L .

X L = 2πfL = ωL .

Fig. 4 - Circuito divisore di tensione sugli induttori

Fig. 5 - Schemi di divisori di tensione con diversi valori di induttori

In contrasto con il condensatore, la tensione sull'induttanza è anteriore alla corrente con un angolo di 90 ° ( fig. 6, 7 ), quindi l'induttore è anche un elemento reattivo e non consuma energia attiva. Solo una piccola parte della potenza attiva viene consumata a causa della presenza della resistenza attiva del filo bobina stesso.

Fig. 6 - Grafico di corrente e tensione sull'induttanza

Fig. 7 - Grafico di corrente e tensione su vari elementi hm

Qualcosa iniziava spesso a chiedermi come collegare un microcontrollore o quale circuito a bassa tensione direttamente a 220 senza usare un trasformatore. Il desiderio è abbastanza ovvio: il trasformatore, anche se pulsato, è molto ingombrante. E per spingerlo, per esempio, nel circuito di controllo di un lampadario posto direttamente nell'interruttore, non funzionerà per una buona ragione. È una nicchia nel muro scavare, ma questo non è il nostro metodo!

Tuttavia, esiste una soluzione semplice e molto compatta: è un divisore sul condensatore.

È vero, gli alimentatori di condensatori non hanno un disaccoppiamento dalla rete, quindi se improvvisamente qualcosa si brucia in esso, o va male, allora può facilmente soffiare con l'elettricità, o bruciare il tuo appartamento, beh, il computer può rovinarlo per un buon affare, in generale la sicurezza qui deve essere onorato come sempre - è dipinto alla fine dell'articolo. In generale, se non ti convincessi che le unità di alimentazione senza trasformatore sono malvagie, Buratino è egli stesso malvagio, non ho nulla a che fare con esso. Bene, più vicino all'argomento.

Ricorda il solito divisore resistivo?

Sembrerebbe che il problema sia, scelto i giusti valori e ottenuto la tensione desiderata. Poi si raddrizzò e Profitto. Ma non tutto è così semplice - un tale divisore può e sarà in grado di fornire la tensione desiderata, ma non darà affatto la corrente giusta. perché la resistenza è molto alta. E se la resistenza viene ridotta proporzionalmente, passerà attraverso di essi una grande corrente, che a una tensione di 220 volt produrrà perdite di calore molto grandi - i resistori si scalderanno come una stufa e alla fine falliranno o inizieranno un incendio.

Tutto cambia se uno dei resistori viene sostituito da un condensatore. Il punto è che, come ricorderete dall'articolo sui condensatori, la tensione e la corrente sul condensatore non coincidono in fase. ie quando la tensione è al massimo, la corrente è minima e viceversa.

Dato che abbiamo una tensione alternata, il condensatore sarà costantemente scaricato e carico, e la caratteristica della carica di scarica del condensatore è quella in cui ha la corrente massima (al momento della carica), quindi la tensione e la frequenza minima. Quando è già stato caricato e il massimo è su di esso, la corrente è zero. Di conseguenza, in questa situazione, la potenza della perdita di calore allocata al condensatore (P = U * I) sarà minima. ie non suderà nemmeno. E la resistenza del raddrizzatore del condensatore è Xc = -1 / (2pi * f * C).

Ritiro teorico

Esistono tre tipi di resistenza in un circuito:

Attivo - Resistore (R)
Reattivo - condensatore (X с) e bobina (X L)
La resistenza totale del circuito (impedenza) Z = (R 2 + (X L + X s) 2) 1/2

La resistenza è sempre costante e il reattivo dipende dalla frequenza.
X L = 2pi * f * L
Xc = -1 / (2pi * f * C)
Il segno della reattanza di un elemento indica il suo carattere. ie se è maggiore di zero, allora queste sono proprietà induttive, se inferiori a zero, quindi capacitive. Da ciò ne consegue che l'induttanza può essere compensata dalla capacità e viceversa.

f - frequenza corrente.

Di conseguenza, a cc a f = 0 e X L la bobina diventa uguale a 0 e la bobina si trasforma in un normale pezzo di filo con una sola resistenza, e il condensatore Xc va all'infinito, trasformandolo in una pausa.

Si scopre che abbiamo un tale schema:

Tutto, in una direzione, la corrente scorre attraverso un diodo, nell'altra attraverso il secondo. Di conseguenza, sul lato destro del circuito, non abbiamo più un'interruzione e la corrente pulsante è una mezza onda di una sinusoide.

Aggiungi un condensatore di livellamento per rendere la tensione più silenziosa, microfarad a 100 e volt a 25, elettrolito:

In linea di principio, è già pronto, l'unica cosa necessaria è mettere un diodo Zener su una tale corrente in modo che non muoia quando non c'è alcun carico, perché poi dovrà prendere il rap per tutti, trascinando tutta la corrente che l'alimentazione può dare.

E tu puoi aiutarlo a slegonet. Metti un resistore limitatore di corrente. È vero, questo ridurrà notevolmente la capacità di carico dell'alimentatore, ma questo è abbastanza per noi.

La corrente che può dare questo circuito può essere, EMNIP, calcolata approssimativamente dalla formula:

I = 2F * C (1.41U - Uout / 2).

F è la frequenza di rete. Abbiamo 50Hz.
C - capacità
U - tensione nella presa
Uout - tensione di uscita

La formula stessa è derivata da integratori raccapriccianti della forma di corrente e tensione. In linea di principio, puoi google sulla parola chiave "calcolo condensatore di spegnimento", un sacco di materiale.

Nel nostro caso, risulta che I = 100 * 0.46E-6 (1.41 * U - Uout / 2) = 15mA

Non una stravaganza, ma lavorare MK + TSOP + optointerface più che a sufficienza. E più di solito non è richiesto.

Puoi anche aggiungere un paio di Conders per filtraggio aggiuntivo e puoi utilizzare:

Dopodiché, come al solito, tutto è stato corroso e saldato:

Lo schema è ripetutamente testato e funziona. Una volta l'ho inserito nel sistema di controllo del riscaldamento a vetro termico. C'era un posto con una scatola di fiammiferi e la sicurezza era garantita dalla totale vetrificazione dell'intera unità.

TECNOLOGIA DI SICUREZZA

In questo schema non c'è isolamento di tensione dal circuito di alimentazione, che significa il circuito MOLTO PERICOLOSO in termini di sicurezza elettrica.

Pertanto, dobbiamo essere estremamente responsabili nell'approccio alla sua installazione e selezione dei componenti. E anche con cura e con molta attenzione gestirlo durante l'installazione.

Innanzitutto, nota che una delle conclusioni va a GND direttamente dall'outlet. Ciò significa che potrebbe esserci una fase, a seconda di come hai inserito la spina nella presa.

Pertanto, seguire rigorosamente un certo numero di regole:

1. Le valutazioni dovrebbero essere impostate con un margine della massima tensione possibile. Questo è particolarmente vero per il condensatore. Ho 400 volt, ma questo è quello che era disponibile. Sarebbe meglio se il volt fosse 600, perché Nella rete elettrica, a volte i picchi di tensione sono molto più alti del nominale. Alimentatori standard a causa della sua inerzia, sopravviverà facilmente, ma il condensatore può sfondare - immagina le conseguenze per te stesso. Bene, se non c'è il fuoco.

2. Questo circuito deve essere accuratamente isolato dall'ambiente. Caso affidabile in modo che nulla rimanga impressionato. Se il circuito è montato su una parete, non dovrebbe toccare le pareti. In generale, imballiamo il tutto saldamente in plastica, vetrificare e seppellire a una profondità di 20 metri. :)))))

3. Quando si installa in ogni caso, non toccare nessuno degli elementi della catena. Non essere rassicurato che c'è un'uscita a 5 volt. Poiché cinque volt ci sono solo relativi a se stesso. Ma in relazione all'ambiente ci sono ancora gli stessi 220.

4. Dopo lo spegnimento, è altamente desiderabile scaricare il condensatore di spegnimento. perché rimane una carica di volt nel 100-200 e se spinge incautamente dove qualcosa non c'è, fa male a schioccare un dito. Non è quasi fatale, ma è abbastanza piacevole, ma di sorpresa, puoi rovinare tutto.

5. Se viene utilizzato un microcontrollore, il firmware deve essere eseguito SOLO quando completamente scollegato dalla rete. E devi spegnere tirando fuori dalla presa. Se ciò non avviene, con una probabilità prossima al 100% il computer verrà ucciso. E molto probabilmente tutto.

6. Lo stesso vale per la comunicazione con il computer. Con questo potere è vietato connettersi tramite USART, è vietato unire il terreno.

Se si desidera comunque comunicare con il computer, utilizzare interfacce potenzialmente separate. Ad esempio, un canale radio, una trasmissione a infrarossi, almeno alla separazione dei fotoaccoppiatori RS232 in due parti indipendenti.