Site Loader
Расчет электролитического конденсатора в сетевом выпрямителе



Расчет электролитического конденсатора в сетевом выпрямителе

Содержание

Расчет сглаживающего конденсатора в сетевом выпрямителе.

Входной выпрямитель является неотъемлемым элементом большинства преобразователей, питающихся от переменного сетевого напряжения. После диодного моста напряжение на конденсаторе будет иметь вид пилы, верхняя точка которой равна амплитудному напряжению сети (минус падение напряжения на диодах моста, что несущественно для устройств, питающихся от 220В), а нижняя зависит от емкости конденсатора и тока потребления нагрузки выпрямителя. В этой статье приведен пример расчета емкости сглаживающего конденсатора выпрямителя. Более полная информация приведена в статье А.И. Колпакова.

 

В качестве примера приведен расчет конденсатора для реального преобразователя, разработка которого была доведена до практического воплощения,  Pвых=1200Вт (выходное напряжение 60В, ток 20А, КПД около 90%)

 

Исходные данные для расчета:

Uвх = 220В       (напряжение сети)

f = 50Гц             (частота сетевого напряжения)

Задаваемые параметры:

Umin =260В     (минимальное напряжение — задается минимальное значение пилообразного напряжения на конденсаторе)

Iнагр = 5.13А           (ток потребления нагрузки выпрямителя, если известна мощность нагрузки, то ток можно вычислить как I=Pвх/Uмин, в моем случае Pвх=Pвых/КПД, т.е I=(1200/0.9)/260=5.13А )

  1. Вычисляется время заряда конденсатора (в течение которого ток потребляется от сети). Так как напряжение изменяется по синусоидальному закону, используем для расчета формулу тригонометрии:

    t(зар) = (arccos(Umin/Umax))/(2*pi*f)

    Для синусоиды Umax = Uвх*1.41=220*1.41= 310 В (амплитудное сетевое напряжение), т.е.

    t(зар) = (arccos(260/310))/(2*3.141*50) = 0.00183 c

  2. Вычисляется время разряда конденсатора:

    t(раз) = T-t(зар)

    в двухполупериодном выпрямителе T = (1/f)/2 = 1/50/2=0.01с (частота сети в двухполупериодном выпрямителе удваивается)

    t(раз) = 0.01-0.00183 = 0.0082 с

  3. Находится емкость конденсатора, на которой за время t(раз) при токе нагрузки Iнагр напряжение с Umax уменьшится до Umin:

      C = Iнагр*dt/dU,

     в нашем случае dt это  t(раз), а dU является разница (Umax-Umin)

    C = 5.13*0.0082/(310-260) = 0.00084Ф = 840 мкФ

  4. Находим пиковый зарядный ток:

    Ipic = C*dU/dt

    ,

    где dU = Umax-Umin, а dt — это время заряда конденсатора, т.е. t(зар)

    Ipic = 0.00084*(310-260)/0.00183 = 23А

  5. Находим среднеквадратичное значение импульсного тока через конденсатор по формуле:

    Irms = √(I(зар)²+I(разр)²),

    где  I(зар)-среднеквадратичный ток через конденсатор на цикле заряда, а I(разр) — среднеквадратичный ток через конденсатор на цикле разряда.

    Считаем, что ток заряда конденсатора имеет треугольную форму, тогда

    I(зар) = Ipic*√((t(зар)/T)/3) = 23*√((0.00183/0.01)/3) = 5.7A

    На интервале разряда через конденсатор течет ток нагрузки, поэтому

    I(разр) = Iнагр*t(раз)/T = 5.13*0.0082/0.01 = 4.2А

    Итак,  Irms = (5.7²+4.2²) = 7.1А

    Полученное  Irms используется при выборе конденсатора (для электролитических конденсаторов обычно указывается допустимое значение импульсного тока для частоты 100Гц). Если у выбранного конденсатора допустимое значение импульсного тока меньше, необходимо набирать конденсаторы с меньшей емкостью и соединять в параллель исходя из условия: суммарная емкость не меньше рассчитанной, а ток, приходящийся на каждый из конденсаторов (ток по конденсаторам с одинаковой емкостью разделится равномерно), не более допустимого.

     

Расхождение теоретического расчета с практикой.

В заключение скажу, насколько вышеизложенная теория разошлась с практикой, и решайте сами, стоит ли применять эту методику.

Суммарная реальная емкость конденсаторов в моем преобразователе составила 1020мкФ, при этом измеренные осциллографом параметры были следующие:

  • Umin   равнялось примерно 265-275В (близко к расчетному)

  • t(зар) составляло около 3мс (приличная погрешность — по расчету 1.8мс, а учитывая, что емкость выше расчетной, должно быть еще меньше)

  • Ipic составило 21А (близко к расчетному)

9. Блок питания. Расчет выпрямителя

        Поскольку в преобладающем большинстве конструкций блоков питания используется двухполупериодный выпрямитель, диоды которого включены по мостовой схеме (рис. 1), о выборе его элементов здесь и пойдет разговор. Рассчитать выпрямитель — значит правильно выбрать выпрямительные диоды и конденсатор фильтра, а также определить необходимое переменное напряжение, снимаемое для выпрямления с вторичной обмотки сетевого трансформатора. Исходными данными для расчета выпрямителя служат: требуемое напряжение на нагрузке

(Uн) и потребляемый ею максимальный ток (Iн).

1. Определяют переменное напряжение, которое должно быть на вторичной обмотке сетевого трансформатора:

U2 = B Uн,

где: Uн — постоянное напряжение на нагрузке, В;
В — коэффициент, зависящий от тока нагрузки, который определяют по табл. 1.

Коэффициент Ток нагрузки,А
0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
В 0,8 1,0 1,9 1,4 1,5 1,7
С 2,4 2,2 2,0 1,9 1,8 1,8

2. По току нагрузки определяют максимальный ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста:

Iд = 0,5 С Iн,

где: Iд — ток через диод, А;
Iн — максимальный ток нагрузки, А;

С — коэффициент, зависящий от тока нагрузки (определяют по табл. 1).

3. Подсчитывают обратное напряжение, которое будет приложено к каждому диоду выпрямителя:

Uобр = 1,5 Uн,

где: Uобр — обратное напряжение, В;
Uн — напряжение на нагрузке, В.

4. Выбирают диоды, у которых значения выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения равны или превышают расчетные.

5. Определяют емкость конденсатора фильтра:

Сф = 3200 Iн / Uн Kп,

где: Сф — емкость конденсатора фильтра, мкФ;
Iн — максимальный ток нагрузки. A;
Uн — напряжение на нагрузке, В;
Kп — коэффициент пульсации выпрямленного напряжения (отношение амплитудного значения переменной составляющей частотой 100 Гц на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения).

        Для различных нагрузок коэффициент пульсаций не должен превышать определенного значения, иначе в динамической головке или громкоговорителе будет прослушиваться фон переменного тока. Для питания портативных приемников и магнитофонов, например, допустим коэффициент пульсации выпрямленного напряжения в пределах 10-3…10-2, усилителей ВЧ и ПЧ — 10-4…10-3, предварительных каскадов усилителей НЧ и микрофонных усилителей — 10-5…10-4. Если выходное напряжение выпрямителя будет дополнительно стабилизироваться транзисторным стабилизатором напряжения, то расчетная емкость конденсатора фильтра может быть уменьшена в 5…10 раз.

 

Ликбез КО. Лекция №4 Сглаживающие фильтры питания.

Сглаживающие фильтры питания.
  Сглаживающие фильтры питания предназначены для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Принцип работы простой – во время действия полуволны напряжения происходит заряд реактивных элементов (конденсатора, дросселя) от источника – диодного выпрямителя, и их разряд на нагрузку во время отсутствия, либо малого по амплитуде напряжения.
Основные схемы сглаживающих фильтров питания.

Простейшим методом сглаживания пульсаций является применение фильтра в виде конденсатора достаточно большой ёмкости, шунтирующего нагрузку (сопротивление нагрузки). Конденсатор хорошо сглаживает пульсации, если его емкость такова, что выполняется условие:
1 / (ωС) << Rн
Во время действия синусоидального сигнала, когда напряжение на диоде выпрямителя прямое, через диод проходит ток, заряжающий конденсатор до напряжения, близкого к максимальному. Когда напряжение на выходе диодного выпрямителя оказывается меньше напряжения заряда конденсатора, конденсатор разряжается через нагрузку и создает на ней напряжение, которое постепенно снижается по мере разряда конденсатора через нагрузку. В каждый следующий полупериод конденсатор подзаряжается и его напряжение снова возрастает.

Чем больше емкость С и сопротивление нагрузки , тем медленнее разряжается конденсатор, тем меньше пульсации и тем ближе среднее значение выходного напряжения

Uср к максимальному значению синусоиды Umax. Если нагрузку вообще отключить, то в режиме холостого хода на конденсаторе получится постоянное напряжение равное Umax, без всяких пульсаций.

Работа простейшего сглаживающего фильтра на конденсаторе в цепи однополупериодного выпрямителя поясняется рисунком и эпюрами:

Красным цветом показано напряжение на выходе выпрямителя без сглаживающего конденсатора, а синим – при его наличии.

Если пульсации должны быть малыми, или сопротивление нагрузки мало, то необходима чрезмерно большая емкость конденсатора, т.е. сглаживание пульсаций одним конденсатором практически осуществить нельзя. Приходится использовать более сложный сглаживающий фильтр.

Работа сглаживающего Г-образного фильтра на конденсаторе и дросселе в цепи двухполупериодного мостового выпрямителя поясняется рисунком и эпюрами:

Как и в примере с однополупериодным выпрямителем, красным цветом показано напряжение на выходе выпрямителя без сглаживающих элементов (конденсатора и дросселя), а синим – при их наличии.

Логично следует, что чем больше ёмкости и индуктивности фильтров, и чем больше в нём реактивных элементов (сложнее фильтр), тем меньше коэффициент пульсаций такого выпрямителя.

В качестве сглаживающих конденсаторов используются электролитические конденсаторы. Чем больше ёмкость, тем лучше. Кроме того, для надёжности, конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение в полтора-два раза превышающее выходное напряжение диодного моста.
Определение выходного напряжения выпрямителя и выбор сглаживающего фильтра для блока вторичного питания
К описанному в статье, следует добавить важную информацию, используемую для конструирования источников (блоков) питания постоянного тока:

1. Любой p-n переход, любого полупроводникового прибора, в том числе диода имеет характеристику – падение напряжения на переходе. Это напряжение обычно указывают в справочниках. Для германиевых диодов оно может быть от 0,3 вольт до 0,5 вольт, а для кремниевых диодов – от 0,6 вольт до 1,5 вольт.

Это значит, что если мы возьмём трансформатор с выходным напряжением 6,3 вольта, выпрямим его однофазным двухполярным мостовым выпрямителем (диодным мостом) у которого на каждом диоде по справочнику падает по 1 вольту (Uпр.= 1 В), то на выходе выпрямителя мы получим всего лишь 4,3 вольта. Напряжение в 2 вольта «потеряется» на 2-х диодах по пути прохождения тока. Начинающие радиолюбители обычно этого не учитывают, потому и недоумевают, почему на выходе маленькое напряжение.

2. Переменный электрический ток измеряется приборами, которые, как правило, показывают его среднее значение, а не максимальное. Максимальное значение переменного напряжения это – значение электрического напряжения соответствующее его максимальному значению синусоиды.

Среднее значение напряжения на выходе однополупериодного выпрямителя соответствует значению:
Uср = Umax / π = 0,318 * Umax

Среднее значение напряжения на выходе двухполупериодного выпрямителя соответствует значению:
Uср = 2 Umax / π = 0,636 * Umax

Значение среднего напряжения — 0,636 за счёт особенностей конструкции измерительных приборов округляется и принимается равной 0,7.

3. Исходя из изложенного выше, можно сделать вывод, который справедлив в том случае, когда нагрузка на блок питания маленькая. Обратите внимание на рисунки ниже.
Выходное напряжение выпрямителей с фильтром питания:
а) с большой нагрузкой :
 б) с маленькой нагрузкой :
Эти рисунки поясняют, что при малой нагрузке выходное напряжение выпрямителя с фильтром питания равно максимальной амплитуде синусоиды поступающей на выпрямитель, за вычетом падения напряжения на диодах.
Пример определения выходного напряжения, и подбора сглаживающего конденсатора для источника вторичного питания
Рассмотрим случай со средним переменным напряжением на выходе трансформатора, измеренным мультиметром равным 6,3 вольта, и нагрузкой (сопротивлением нагрузки) равной 200 Ом.

Выходное напряжение c мостового выпрямителя будет определено следующим образом:

— максимальное напряжение на выходе трансформатора:

Umax = Uизм / 0,7 = 6,3в / 0,7 = 9 вольт

— максимальное выходное напряжение на выходе выпрямителя:

Uвых. = Umax – UVD1 – UVD2 = 9 – 1 – 1 = 7 вольт

— емкость сглаживающего конденсатора выбираем из условия:

1 / (2*π*f*С) << Rн , откуда 1 / (2*π*f *Rн) << С

— подставим данные:

1/(2*3,14*50*200) = 1,59*10-5 (Фарад) = 15,9 мкФ

— учитывая условие, при котором емкость конденсатора должна быть намного больше полученному по приведенному условию, выбираем конденсатор ёмкостью более чем в пять раз больше расчётного значения — 100 мкФ*16 вольт.
Схема, состоящая из трансформатора, выпрямителя и сглаживающего фильтра является источником нестабилизированного питания. От таких источников можно питать любые устройства, потребляющие слабый ток, не критичные к наличию пульсаций и нестабильности питающего напряжения. Для максимального подавления пульсаций и стабилизации питающего напряжения применяют Стабилизаторы напряжения.
 

Простой расчет выпрямителя с сетевым трансформатором

Приведено описание упрощенного расчета источника питания на основе сетевого трансформатора и мостового выпрямителя. Простой блок питания состоит из силового трансформатора, выпрямителя и подавляющего пульсации конденсатора.

Схема выпрямителя

Выпрямители бывают разные, но в таких блоках питания чаще всего используются мостовые выпрямители, как в блоке питания, схема которого показана на рисунке 1. Здесь рассматривается упрощенный расчет именно такого блока питания.

Принципиальная схема блока сетевого понижающего выпрямителя

Рис. 1. Принципиальная схема блока сетевого понижающего выпрямителя.

Трансформатор

Самой сложной деталью этой схемы является именно силовой трансформатор. Конечно сейчас можно приобрести готовый трансформатор практически под любые ваши «нужды», но это не всегда возможно.

И зачастую трансформатор приходится делать самостоятельно или, что бывает чаще, перематывать готовый, но неисправный (с горелыми обмотками) либо неподходящий трансформатор под необходимые для конкретного случая параметры.

И так, для изготовления силового трансформатора необходим сердечник с каркасом для обмоток и провод для намотки обмоток. Обычно сердечники встречаются двух типов — «Ш»-образные и тороидальные.

Проще всего наматывать «Ш»-образный, такой как показан на рисунке 2, особенно при большом числе витков, так как его обмотки наматываются на каркас как нитки на катушку, а потом сердечник собирается из отдельных «Ш»-образных пластин «в перекрышку». О нем и будем говорить. Для начала необходимо разобраться с требуемыми параметрами трансформатора.

А именно, — входное переменное напряжение (U), выходное переменное напряжение (Uo), мощность, которую нужно получить на выходе (Р).

Ш-образный сердечник для трансформатора

Рис. 2. Ш-образный сердечник для трансформатора.

Если мы живем в РФ, то входное напряжение U = 220V. Выходное напряжение Uo — такое какое вам нужно. Мощность Р зависит от выходного напряжения и максимально необходимой величины выходного тока (Іо).

Мощность рассчитываем: Р = Uо * Іо (напряжение в V, ток в А, мощность в W).

Таким образом, нам нужны исходные данные, — Uo и Іо. И здесь придется оторваться от расчета трансформатора и начать расчет с выпрямителя, чтобы узнать какие должны быть эти значения. Точный расчет мостового выпрямителя довольно сложен, так как необходимо учитывать множество параметров.

Расчет параметров

Здесь приводится упрощенный расчет, пригодный для радиолюбительской практики.

Сначала определяемся с напряжением. Для вычисления необходимого напряжения на вторичной обмотке трансформатора Uо (рис.3) нужно знать необходимое напряжение на выходе выпрямителя без нагрузки (Uв). Uo = 0,75Uв.

Под нагрузкой выходное напряжение Uв будет снижаться. Практически выходное напряжение на выходе мостового выпрямителя со сглаживающим конденсатором лежит в пределах от Uo/0,75 при работе без нагрузки до Uo-2Uд при максимальной нагрузке (где Uд — прямое напряжение падения на одном диоде выпрямителя при максимальном токе нагрузки).

Для вычисления максимального тока через обмотку Іо нужно знать максимальный ток нагрузки /в. Іо = 1,41/в

Теперь мы знаем необходимые параметры трансформатора по напряжению и току вторичной обмотки. Этого достаточно для подбора или расчета и изготовления трансформатора. Далее переходим к определению необходимых размеров сердечника.

На рисунке 2 показан обычный «Ш»-образный сердечник. Мощность такого сердечника трансформатора зависит от площади поперечного сечения его центральной части (на которую надевается катушка). Площадь определяется:

S = L * Т,

при этом все берется в сантиметрах.

Необходимую площадь S для необходимой мощности можно рассчитать так:

расчетная формула

Теперь можно выбрать сердечник, зная какой площади должен быть его средний керн. Найти именно такой как нужно сердечник сложно, поэтому следует руководствоваться принципом, что площадь сечения его среднего керна должна быть не меньше расчетной (конечно, в разумных пределах).

Подобрав сердечник переходим к расчету числа витков на 1V напряжения :

N = 50 / S,

где N — число витков на 1V, a S — площадь в см2 сечения среднего керна того конкретного сердечника, который будете использовать (а не который получился при расчете). На следующем этапе займемся расчетом уже самих обмоток. Число витков первичной (сетевой) обмотки, с учетом того, что в сети номинальное напряжение 220V, рассчитывается так:

N1 = N * 220.

Затем необходимо определить диаметр намоточного провода для первичной обмотки :

расчетная формула

где D1 диаметр провода в мм, Р — рассчитанная ранее мощность в W, а 220 — это напряжение в электросети. Полученный диаметр намоточного провода может быть нестандартным, поэтому округляем в сторону увеличения до ближайшего стандартного диаметра.

Число витков вторичной (выходной) обмотки рассчитывается так:

N2 = N * Uo.

Затем необходимо определить диаметр намоточного провода для первичной обмотки :

расчетная формула

Полученный диаметр намоточного провода может быть нестандартным, поэтому округляем в сторону увеличения до ближайшего стандартного диаметра. Все. Можно наматывать трансформатор. Конечно, в идеале все обмотки должны быть намотаны плотно виток в витку.

Но для первичной обмотки, число витков которой может измеряться тысячами, это может быть слишком уж утомительно. Поэтому наматываем внавал, но осторожно, аккуратно, и плотно, как будто бы пытаемся намотать виток к витку, но не получается. Нельзя чтобы провода начала и конца первичной обмотки соприкасались или были слишком близко, — может пробить.

Сильно натягивать провод тоже нельзя, — разрушится тоненькая пр

Расчет сглаживающего конденсатора для выпрямителя

Классификация, свойства, схемы, онлайн калькулятор.
Расчёт ёмкости сглаживающего конденсатора.

«- Почему пульт не работает?
– Я, конечно, не электрик, но, по-моему, пульт не работает, потому что телевизора нет».

– А для чего нам ещё «нахрен не упал» профессиональный электрик?
– Для чего? Да много для чего! Например, для того, чтобы быть в курсе, что без источника питания, а точнее без преобразователя сетевого переменного напряжения в постоянное, не обходится ни одно электронное устройство.
– А электрик?
– Электрик, электрик. Что электрик. «Электрик Сидоров упал со столба и вежливо выругался. »

Итак, приступим.
Выпрямитель – это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное.
Выпрямитель содержит трансформатор,
необходимый для преобразования напряжения сети Uc до величины U2, определяемой требованиями нагрузки;
вентильную группу (в нашем случае диодную), которая обеспечивает одностороннее протекание тока в цепи нагрузки;
фильтр, передающий на выход схемы постоянную составляющую напряжения и сглаживающий пульсации напряжения.

Расчёт трансформатора – штука громоздкая, в рамках этой статьи рассматриваться не будет, поэтому сразу перейдём к основным и наиболее распространённым схемам выпрямителей блоков питания радиоэлектронной аппаратуры.
В процессе повествования давайте сделаем допущение, что под величинами переменных напряжений и токов в цепях выпрямителей мы будем подразумевать их действующие (эффективные) значения:
Uдейств = Uампл/√ 2 и Iдейств = Iампл/√ 2 .
Именно такие значения приводятся в паспортных характеристиках обмоток трансформаторов, да и большинство измерительных приборов отображают – не что иное, как аккурат эффективные значения сигналов переменного тока.

Однополупериодный выпрямитель.


Рис.1

На Рис.1 приведена однофазная однополупериодная схема выпрямления, а также осциллограммы напряжений в различных точках (чёрным цветом – напряжение на нагрузке при отсутствии сглаживающего конденсатора С1, красным – с конденсатором).
В данном типе выпрямителя напряжение с вторичной обмотки трансформатора поступает в нагрузку через диод только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды полупроводник закрыт, и напряжение в нагрузку подаётся только с заряженного в предыдущий полупериод конденсатора.
Однополупериодная схема выпрямителя применяется крайне редко и только для питания цепей с низким током потребления ввиду высокого уровня пульсаций выпрямленного напряжения, низкого КПД, и неэффективного использования габаритной мощности трансформатора.

Здесь обмотка трансформатора должна обеспечивать величину тока, равную удвоенному значению максимального тока в нагрузке Iобм = 2×Iнагр и напряжение холостого хода

U2 ≈ 0,75×Uн .
При выборе диода D1 для данного типа схем, следует придерживаться следующих его параметров:
Uобр > 3,14×Uн и Iмакс > 3,14×Iн .

Едем дальше.
Двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой.


Рис.2

Схема, приведённая на Рис.2, является объединением двух противофазных однополупериодных выпрямителей, подключённых к общей нагрузке. В одном полупериоде переменного напряжения ток в нагрузку поступает с верхней половины вторичной обмотки через открытый диод D1, в другом полупериоде – с нижней, через второй открытый диод D2.
Как и любая двухполупериодная, эта схема выпрямителя имеет в 2 раза меньший уровень пульсации по сравнению с однополупериодной схемой. К недостаткам следует отнести более сложную конструкцию трансформатора и такое же, как в однополупериодной схеме – нерациональное использование трансформаторной меди и стали.

Каждая из обмоток трансформатора должна обеспечивать величину тока, равную значению максимального тока в нагрузке Iобм = Iнагр и напряжение холостого хода

U2 ≈ 0,75×Uн .
Полупроводниковые диоды D1 и D2 должны обладать следующими параметрами:
Uобр > 3,14×Uн и Iмакс > 1,57×Iн .

И наконец, классика жанра –
Мостовые схемы двухполупериодных выпрямителей.


Рис.3

На Рис.3 слева изображена схема однополярного двухполупериодного мостового выпрямителя с использованием одной обмотки трансформатора. Графики напряжений на входе и выходе выпрямителя аналогичны осциллограммам, изображённым на Рис.2.
Во время положительного полупериода переменного напряжения ток протекает через цепь, образованную D2 и D3, во время отрицательного – через цепь D1 и D4. В обоих случаях направление тока, протекающего через нагрузку, одинаково.

Если сравнивать данную схему с предыдущей схемой выпрямителя с нулевой точкой, то мостовая имеет более простую конструкцию трансформатора при таком же уровне пульсаций, менее жёсткие требования к обратному напряжению диодов, а главное – более рациональное использование трансформатора и возможность уменьшения его габаритной мощности.
К недостаткам следует отнести необходимость увеличения числа диодов, что приводит к повышенным тепловым потерям за счёт большего падения напряжения в выпрямителе.

Обмотка трансформатора должна обеспечивать величину тока, равную Iобм = 1,41×Iнагр и напряжение холостого хода

U2 ≈ 0,75×Uн .
Полупроводниковые диоды следует выбирать исходя из следующих соображений:
Uобр > 1,57×Uн и Iмакс > 1,57×Iн .

При наличии у трансформатора двух одинаковых вторичных обмоток, или одной с отводом от середины выводом, однополярная схема преобразуется в схему двуполярного выпрямителя со средней точкой (Рис.3 справа).
Естественным образом, диоды в двуполярном исполнении должны выбираться исходя из двойных значений Uобр и Iмакс по отношению к однополярной схеме.

Значения Uобр и Iмакс приведены исходя из величин наибольшего (амплитудного) значения обратного напряжения, приложенного к одному диоду, и наибольшего (амплитудного) значения тока через один диод при отсутствии сглаживающих фильтров на выходе.

Конденсатор С1 во всех схемах – это простейший фильтр, выделяющий постоянную составляющую напряжения и сглаживающий пульсации напряжения в нагрузке.
Для выпрямителей, не содержащих стабилизатор, его ёмкость рассчитывается по формулам:
С1 = 6400×Iн/(Uн×Кп) для однополупериодных выпрямителей и
С1 = 3200×Iн/(Uн×Кп) – для двухполупериодных,
где Кп – это коэффициент пульсаций, численно равный отношению амплитудного значения пульсирующего напряжения к его постоянной составляющей.
Для стабилизированных источников питания ёмкость С1 можно уменьшить в 5-10 раз.

«Коэффициент пульсаций выбирают самостоятельно в зависимости от предполагаемой нагрузки, допускающей питание постоянным током вполне определённой «чистоты»:
10 -3 . 10 -2 (0,1-1%) – малогабаритные транзисторные радиоприёмники и магнитофоны,
10 -4 . 10 -3 (0,01-0,1%) – усилители радио и промежуточной частоты,
10 -5 . 10 -4 (0,001-0,01%) – предварительные каскады усилителей звуковой частоты и микрофонных усилителей.» – авторитетно учит нас печатное издание.

Ну и под занавес приведём незамысловатую онлайн таблицу.

КАЛЬКУЛЯТОР РАСЧЁТА ВЫПРЯМИТЕЛЯ ДЛЯ БЛОКА ПИТАНИЯ.

А на следующей странице рассмотрим сглаживающие фильтры силовых выпрямителей, не только ёмкостные, но и индуктивные, а также активные фильтры на биполярных транзисторах.

Классификация, свойства, схемы, онлайн калькулятор.
Расчёт ёмкости сглаживающего конденсатора.

«- Почему пульт не работает?
– Я, конечно, не электрик, но, по-моему, пульт не работает, потому что телевизора нет».

– А для чего нам ещё «нахрен не упал» профессиональный электрик?
– Для чего? Да много для чего! Например, для того, чтобы быть в курсе, что без источника питания, а точнее без преобразователя сетевого переменного напряжения в постоянное, не обходится ни одно электронное устройство.
– А электрик?
– Электрик, электрик. Что электрик. «Электрик Сидоров упал со столба и вежливо выругался. »

Итак, приступим.
Выпрямитель – это электротехническое устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное.
Выпрямитель содержит трансформатор,
необходимый для преобразования напряжения сети Uc до величины U2, определяемой требованиями нагрузки;
вентильную группу (в нашем случае диодную), которая обеспечивает одностороннее протекание тока в цепи нагрузки;
фильтр, передающий на выход схемы постоянную составляющую напряжения и сглаживающий пульсации напряжения.

Расчёт трансформатора – штука громоздкая, в рамках этой статьи рассматриваться не будет, поэтому сразу перейдём к основным и наиболее распространённым схемам выпрямителей блоков питания радиоэлектронной аппаратуры.
В процессе повествования давайте сделаем допущение, что под величинами переменных напряжений и токов в цепях выпрямителей мы будем подразумевать их действующие (эффективные) значения:
Uдейств = Uампл/√ 2 и Iдейств = Iампл/√ 2 .
Именно такие значения приводятся в паспортных характеристиках обмоток трансформаторов, да и большинство измерительных приборов отображают – не что иное, как аккурат эффективные значения сигналов переменного тока.

Однополупериодный выпрямитель.


Рис.1

На Рис.1 приведена однофазная однополупериодная схема выпрямления, а также осциллограммы напряжений в различных точках (чёрным цветом – напряжение на нагрузке при отсутствии сглаживающего конденсатора С1, красным – с конденсатором).
В данном типе выпрямителя напряжение с вторичной обмотки трансформатора поступает в нагрузку через диод только в положительные полупериоды переменного напряжения. В отрицательные полупериоды полупроводник закрыт, и напряжение в нагрузку подаётся только с заряженного в предыдущий полупериод конденсатора.
Однополупериодная схема выпрямителя применяется крайне редко и только для питания цепей с низким током потребления ввиду высокого уровня пульсаций выпрямленного напряжения, низкого КПД, и неэффективного использования габаритной мощности трансформатора.

Здесь обмотка трансформатора должна обеспечивать величину тока, равную удвоенному значению максимального тока в нагрузке Iобм = 2×Iнагр и напряжение холостого хода

U2 ≈ 0,75×Uн .
При выборе диода D1 для данного типа схем, следует придерживаться следующих его параметров:
Uобр > 3,14×Uн и Iмакс > 3,14×Iн .

Едем дальше.
Двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой.


Рис.2

Схема, приведённая на Рис.2, является объединением двух противофазных однополупериодных выпрямителей, подключённых к общей нагрузке. В одном полупериоде переменного напряжения ток в нагрузку поступает с верхней половины вторичной обмотки через открытый диод D1, в другом полупериоде – с нижней, через второй открытый диод D2.
Как и любая двухполупериодная, эта схема выпрямителя имеет в 2 раза меньший уровень пульсации по сравнению с однополупериодной схемой. К недостаткам следует отнести более сложную конструкцию трансформатора и такое же, как в однополупериодной схеме – нерациональное использование трансформаторной меди и стали.

Каждая из обмоток трансформатора должна обеспечивать величину тока, равную значению максимального тока в нагрузке Iобм = Iнагр и напряжение холостого хода

U2 ≈ 0,75×Uн .
Полупроводниковые диоды D1 и D2 должны обладать следующими параметрами:
Uобр > 3,14×Uн и Iмакс > 1,57×Iн .

И наконец, классика жанра –
Мостовые схемы двухполупериодных выпрямителей.


Рис.3

На Рис.3 слева изображена схема однополярного двухполупериодного мостового выпрямителя с использованием одной обмотки трансформатора. Графики напряжений на входе и выходе выпрямителя аналогичны осциллограммам, изображённым на Рис.2.
Во время положительного полупериода переменного напряжения ток протекает через цепь, образованную D2 и D3, во время отрицательного – через цепь D1 и D4. В обоих случаях направление тока, протекающего через нагрузку, одинаково.

Если сравнивать данную схему с предыдущей схемой выпрямителя с нулевой точкой, то мостовая имеет более простую конструкцию трансформатора при таком же уровне пульсаций, менее жёсткие требования к обратному напряжению диодов, а главное – более рациональное использование трансформатора и возможность уменьшения его габаритной мощности.
К недостаткам следует отнести необходимость увеличения числа диодов, что приводит к повышенным тепловым потерям за счёт большего падения напряжения в выпрямителе.

Обмотка трансформатора должна обеспечивать величину тока, равную Iобм = 1,41×Iнагр и напряжение холостого хода

U2 ≈ 0,75×Uн .
Полупроводниковые диоды следует выбирать исходя из следующих соображений:
Uобр > 1,57×Uн и Iмакс > 1,57×Iн .

При наличии у трансформатора двух одинаковых вторичных обмоток, или одной с отводом от середины выводом, однополярная схема преобразуется в схему двуполярного выпрямителя со средней точкой (Рис.3 справа).
Естественным образом, диоды в двуполярном исполнении должны выбираться исходя из двойных значений Uобр и Iмакс по отношению к однополярной схеме.

Значения Uобр и Iмакс приведены исходя из величин наибольшего (амплитудного) значения обратного напряжения, приложенного к одному диоду, и наибольшего (амплитудного) значения тока через один диод при отсутствии сглаживающих фильтров на выходе.

Конденсатор С1 во всех схемах – это простейший фильтр, выделяющий постоянную составляющую напряжения и сглаживающий пульсации напряжения в нагрузке.
Для выпрямителей, не содержащих стабилизатор, его ёмкость рассчитывается по формулам:
С1 = 6400×Iн/(Uн×Кп) для однополупериодных выпрямителей и
С1 = 3200×Iн/(Uн×Кп) – для двухполупериодных,
где Кп – это коэффициент пульсаций, численно равный отношению амплитудного значения пульсирующего напряжения к его постоянной составляющей.
Для стабилизированных источников питания ёмкость С1 можно уменьшить в 5-10 раз.

«Коэффициент пульсаций выбирают самостоятельно в зависимости от предполагаемой нагрузки, допускающей питание постоянным током вполне определённой «чистоты»:
10 -3 . 10 -2 (0,1-1%) – малогабаритные транзисторные радиоприёмники и магнитофоны,
10 -4 . 10 -3 (0,01-0,1%) – усилители радио и промежуточной частоты,
10 -5 . 10 -4 (0,001-0,01%) – предварительные каскады усилителей звуковой частоты и микрофонных усилителей.» – авторитетно учит нас печатное издание.

Ну и под занавес приведём незамысловатую онлайн таблицу.

КАЛЬКУЛЯТОР РАСЧЁТА ВЫПРЯМИТЕЛЯ ДЛЯ БЛОКА ПИТАНИЯ.

А на следующей странице рассмотрим сглаживающие фильтры силовых выпрямителей, не только ёмкостные, но и индуктивные, а также активные фильтры на биполярных транзисторах.

Расчет выпрямителя

6 Комментарии

А напряжение конденсатора из стандартного ряда? Если нет, то почему?

Это амплитуда напряжения на конденсаторе, выбирать естественно надо из ряда с запасом.

Емкость завышена в 10 раз.При высоком так бабахнет – мало не покажется.

Здесь не учтено падение напряжение на диодах И поче му то получается слишком большое выпрямленное напряжение

Выбор схемы выпрямителя &nbsp
Переменное входное напряжение U2 (В)
Максимальный ток нагрузки Iн (А)
Пульсации выходного напряжения (%)
Выходное напряжение Uн на холостом ходу (В)
Выходное напряжение Uн при максимальном токе (В)
Параметр диодов – максимальный прямой ток (А)
Параметр диодов – максимальное обратное напряжение (В)
Ёмкость конденсатора С1 (МкФ)
Выбор схемы выпрямителя &nbsp
Переменное входное напряжение U2 (В)
Максимальный ток нагрузки Iн (А)
Пульсации выходного напряжения (%)
Выходное напряжение Uн на холостом ходу (В)
Выходное напряжение Uн при максимальном токе (В)
Параметр диодов – максимальный прямой ток (А)
Параметр диодов – максимальное обратное напряжение (В)
Ёмкость конденсатора С1 (МкФ)
Расчет выпрямителей с емкостным фильтром — Студопедия

Выпрямитель в современных маломощных источниках питания радиоэлектронной аппаратуры содержит емкостный фильтр для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. Магнитные потоки рассеяния в трансформаторе оказывают значительное влияние на характер электромагнитных процессов в выпрямителях, они учитываются индуктивным сопротивление обмоток ха. Другим важным параметром является активное сопротивление обмоток ra. Особенности расчета выпрямителя зависят от соотношения между параметрами ха и ra.

Схема однофазного мостового выпрямителя малой мощности, который рекомендуется применять в источнике питания, представлена на рисунке 12.

Рисунок 13 − Однофазный мостовой выпрямитель

Численные значения коэффициентов для расчета выпрямителя представлены в таблице 8.

Таблица 8 − Значения коэффициентов

Тип выпрямителя КR К1 К2 К3 M
Однополупериодный 2,3
Двухполупериодный 4,7 0,5
Мостовой 3,5 0,707
С удвоением 0,9 0,5 1,42

3.2.1 Сопротивление фазы выпрямителя R складывается из сопротивления обмотки трансформатора Ra и сопротивления диодов постоянному току

Ri [5]:

, (37)

где Ra − сопротивление обмотки трансформатора, Ом.

Сопротивление обмотки трансформатора описывается формулой [5]:

, (38)

где Id − среднее значение выпрямленного тока, А;

КR − вспомогательный коэффициент;

Bmax − максимальная индукция, принимается равной ≤ 1,5 Тл;


S − количество стержней трансформатора, несущих обмотки;

Ud − выпрямленное напряжение, В;

f − частота питающей сети, равная 50 Гц.

Сопротивление диода постоянному току описывается формулой [5]:

, (39)

где M − количество фаз выпрямления.

Подставляя численные значения в формулы (37), (38) и (39), получим:

Ом;

Ом;

Ом.

3.2.2 Постоянную составляющую тока для М-фазной схемы выпрямления можно определить[4]:

; (40)

,

где − амплитуда напряжения вторичной обмотки;

w = 2pf − угловая частота питающей сети.

После преобразований получим:

, (41)

где ;

или .

Решая совместно эти два уравнения в программе MathCAD, получим

;

;

;

.

Зная и q, можно рассчитать все основные параметры выпрямителя:

− амплитуда тока в диоде [4]

, (42)

где .

Подставляя численные значения в формулу (42), получим

;

А;

− среднее значение тока диода [4]

. (43)

Подставляя численные значения в формулу (43), получим


А;

− эффективный ток диода [4]

, (44)

где .

Подставляя численные значения в формулу (44), получим

;

А;

− ток вторичной обмотки трансформатора[4]

. (45)

Подставляя численные значения в формулу (45), получим

А;

− напряжение на вторичной обмотке трансформатора[4]

, (46)

где .

Подставляя численные значения в формулу (46), получим:

;

В.

3.2.3 Емкость конденсатора фильтра[5]

, (47)

где − коэффициент пульсаций, %.

Подставляя численные значения в формулу (47), получим:

мкФ.

3.2.4 По результатам расчетов выпрямителей выбираем тип применяемых

диодов и стандартные конденсаторы сглаживающих фильтров.

Диоды выбираем по допустимому среднему току , который должен быть больше получившегося в результате расчета среднего тока вентиля, с проверкой по допустимому импульсному току и обратному напряжению. Для мостовых выпрямителей выбираем блок типа КЦ402Ж (таблица 9).

Таблица 9 − Параметры полупроводникового диодного блока КЦ402Ж

Тип прибора , А , А , В , В
КЦ402Ж 0,6 1,2

Конденсаторы сглаживающих фильтров должны иметь емкость не менее получившейся по результатам расчета. Рабочее напряжение конденсаторов выбираем в 1,5…2 раза больше напряжения холостого хода выпрямителей, которое определяем из расчетов при токе нагрузки, равном нулю.

. (48)

Подставляя численные значения в формулу (48), получим

В.

Выбираем электролитический конденсатор типа K50-6 50мк 100В. Допустимая амплитуда напряжения переменной составляющей 5…20 %.


Конденсаторные сглаживающие схемы и расчеты »Electronics Notes

Резервные конденсаторы используются для сглаживания необработанного выпрямленного сигнала в источнике питания — важно выбрать правильный конденсатор с правильным значением и номинальным током пульсации.


Схемы блоков питания Учебник для начинающих и учебник Включает в себя:
Обзор электроники блока питания Линейный источник питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Спецификации блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания


В источнике питания, будь то линейный источник питания или импульсный источник питания, использующий источник питания переменного тока и диодные выпрямители, необработанный выпрямленный выходной сигнал обычно сглаживается с использованием накопительного конденсатора, прежде чем применяться к любым регуляторам или другим подобным электронным схемам. ,

Алюминиевые электролитические конденсаторы

идеально подходят для использования в качестве сглаживающих конденсаторов, поскольку многие электролитические системы способны обеспечивать достаточно высокую емкость и выдерживать уровень пульсаций тока, необходимый для сглаживания формы волны.

По сути, схема сглаживания заполняет основные провалы в необработанном выпрямленном сигнале, так что схема линейного стабилизатора или импульсного источника питания может работать правильно. Они изменяют форму волны с той, которая изменяется от нуля до пикового напряжения в течение цикла входной волны мощности, и изменяют его на форму, в которой изменения значительно меньше.По сути, они сглаживают форму волны, и это дает начало названию.

Поскольку сглаживающие конденсаторы используются как в линейных регулируемых источниках питания, так и в импульсных источниках питания, они составляют важную часть многих из этих электронных схем.

Full wave rectifier with smoothing capacitor Двухполупериодный выпрямитель с сглаживающим конденсатором

Конденсатор сглаживающий основы

Конденсаторное сглаживание используется для большинства типов источников питания, будь то линейный регулируемый источник питания, импульсный источник питания или даже просто сглаженный и нерегулируемый источник питания.

Aluminium electrolytic capacitor of the form used in power supply smoothing Типичный электролитический конденсатор, используемый для сглаживания

Необработанный постоянный ток, подаваемый самим диодным выпрямителем, будет состоять из серии полусинусоидальных волн с напряжением, варьирующимся от нуля до √2-кратного среднеквадратичного напряжения (без учета каких-либо диодов и других потерь).

Форма волны такого рода не будет полезна для питания цепей, потому что любые аналоговые схемы будут иметь огромный уровень пульсаций, наложенных на выход, и любые цифровые схемы не будут работать, потому что мощность будет отключаться через каждые пол цикла.

Сглаживание конденсатора обеспечивает правильную работу следующих ступеней линейного регулируемого источника питания или импульсного источника питания.

Для сглаживания выхода выпрямителя используется емкостный конденсатор — размещенный на выходе выпрямителя и параллельно нагрузке.

Сглаживание работает, потому что конденсатор заряжается, когда напряжение от выпрямителя поднимается выше, чем у конденсатора, а затем, когда напряжение выпрямителя падает, конденсатор выдает требуемый ток из накопленного заряда.

Таким образом, конденсатор способен обеспечивать заряд, когда он не доступен от выпрямителя, и, соответственно, напряжение изменяется значительно меньше, чем если бы конденсатор не присутствовал.

Сглаживание конденсатора не обеспечит полной стабильности напряжения, всегда будет некоторое изменение напряжения. Фактически, чем выше значение конденсатора, тем больше сглаживание, а также чем меньше потребляемый ток, тем лучше сглаживание.

Action of a smoothing capacitor on the rectified waveform in a power supply - either switch mode power supply or linear regulated power supply Сглаживающее действие резервуарного конденсатора

Следует помнить, что единственный путь разряда для конденсатора, кроме внутренней утечки, — через нагрузку на выпрямитель / систему сглаживания.Диоды предотвращают обратный поток через трансформатор и т. Д.

Еще один момент, о котором следует помнить, это то, что сглаживание конденсаторов не дает никакой формы регулирования, и напряжение будет меняться в зависимости от нагрузки и любых изменений на входе.

Регулирование напряжения может обеспечиваться линейным регулятором или импульсным источником питания.

Значение сглаживающего конденсатора

Выбор значения конденсатора должен соответствовать ряду требований. В первом случае значение должно быть выбрано так, чтобы его постоянная времени была намного длиннее интервала времени между последовательными пиками выпрямленной формы волны:

р L о d ⋅ С > > 1 е

Где:
R нагрузка = общее сопротивление нагрузки для источника питания
C = значение конденсатора в Фарадах
f = частота пульсаций — это будет в два раза больше частоты линии, используемой двухполупериодным выпрямителем.

Сглаживающее конденсаторное пульсационное напряжение

Поскольку на выходе выпрямителя, использующего схему сглаживающего конденсатора, всегда будет присутствовать некоторая пульсация, необходимо иметь возможность оценить приблизительное значение. Чрезмерное указание конденсатора приведет к дополнительным затратам, размеру и весу, а занижение приведет к снижению производительности.

Peak to peak ripple on smoothed power supply from rectifier Пиковая пульсация на выходе для сглаживающего конденсатора на источнике питания (полная волна)

На приведенной выше диаграмме показана пульсация для двухполупериодного выпрямителя с сглаживанием конденсаторов.Если использовать полуволновой выпрямитель, то половина пиков будет отсутствовать, и пульсация будет примерно вдвое больше напряжения.

Для случаев, когда пульсация мала по сравнению с напряжением питания — что почти всегда так — можно рассчитать пульсацию из знания условий цепи:

Двухполупериодный выпрямитель

В пульсация знак равно я нагрузка 2 е С

Половолновой выпрямитель

В пульсация знак равно я нагрузка е С

Эти уравнения обеспечивают более чем достаточную точность.Хотя разряд конденсатора для чисто резистивной нагрузки является экспоненциальным, неточность, вносимая линейным приближением, очень мала для низких значений пульсаций.

Также стоит помнить, что вход для регулятора напряжения — это не чисто резистивная нагрузка, а нагрузка постоянного тока. Наконец, допуски электролитических конденсаторов, используемых для сглаживающих цепей выпрямителей, велики — в лучшем случае ± 20%, и это замаскирует любые неточности, вносимые предположениями в уравнениях.

Пульсация тока

Двумя основными характеристиками конденсатора являются его емкость и рабочее напряжение. Однако для приложений, где могут протекать большие уровни тока, как в случае сглаживающего конденсатора выпрямителя, важен третий параметр — его максимальный пульсационный ток.

Ток пульсации не просто равен току питания. Есть два сценария:

  • Ток разряда в конденсаторе: В цикле разряда максимальный ток, подаваемый конденсатором, возникает, когда выходной сигнал из цепи выпрямителя падает до нуля.В этот момент весь ток из схемы подается конденсатором. Это равно полному току цепи.

    Peak current taken from capacitor in discharge Пиковый ток, подаваемый конденсатором в фазе разряда

  • Ток зарядки конденсатора: В цикле зарядки сглаживающего конденсатора конденсатору необходимо заменить весь потерянный заряд, но он может достичь этого только тогда, когда напряжение от выпрямителя превышает напряжение от сглаживающего конденсатора. Это происходит только в течение короткого периода цикла.Следовательно, ток в этот период намного выше. Чем больше конденсатор, тем лучше он уменьшает пульсации и короче период зарядки.

    Более короткое время зарядки приводит к очень большим пиковым уровням тока, поскольку сглаживающий конденсатор должен поглощать достаточный заряд для периода разряда за очень короткое время.

    Period over which power supply capacitor charges Период, в течение которого заряжается конденсатор блока питания

Pi секция сглаживания сетей

В некоторых приложениях линейный регулятор напряжения не будет использоваться, может потребоваться улучшенная форма сглаживания.Это может быть обеспечено с помощью двух конденсаторов и последовательного индуктора или резистора.

Подход сглаженного источника питания используется в некоторых высоковольтных системах и в некоторых других специализированных областях, но он не так распространен, как источники питания с линейным регулированием и импульсные источники питания, которые обеспечивают намного лучшее регулирование и сглаживание.

Этот подход также можно увидеть во многих старинных беспроводных устройствах, где использование линейного регулируемого источника питания было невозможно.

Pi smoothing filter using two capacitors and an inductor or resistor Pi сглаживающий фильтр

Существует два варианта системы сглаживания π-сечения.С двумя конденсаторами между линией и землей последовательный элемент был либо индуктором, либо резистором. Индуктор стоил намного дороже и давал лучшую производительность, но резистор был намного дешевле, хотя и рассеивал больше энергии.

Сглаживающие конденсаторы

являются важными элементами как линейных, так и импульсных источников питания, и поэтому они широко используются.

При выборе емкостного конденсатора для сглаживающих применений в источнике питания не только значение с точки зрения емкости важно для обеспечения требуемого снижения пульсирующего напряжения, но также очень важно обеспечить, чтобы номинальный ток пульсации конденсатора не превышался.Если потребляется слишком большой ток, конденсатор нагревается и его ожидаемый срок службы уменьшается, а в крайних случаях он может выйти из строя, иногда катастрофически.

Больше схем и схемотехники:
Основы операционного усилителя Операционные усилители Цепи питания Транзисторная конструкция Транзистор Дарлингтон Транзисторные схемы Полевые схемы Схема символов
Возврат в меню схемы. , ,

.
Как найти размер конденсатора в кВАР & F для улучшения Pf

Привет! Очень важный урок … Надеюсь, вы найдете его очень полезным, потому что я уже потратил два дня на подготовку этой статьи. Я думаю, что все те, кто отправлял сообщения и письма на эту тему, никогда больше не будут спрашивать, следуют ли они этим простым методам расчета правильного размера конденсаторной батареи в кВАре и микрофарадах для коррекции и улучшения коэффициента мощности как в однофазной, так и в трехфазной схеме фазовые цепи.Я думаю, что это слишком много.

Теперь давайте начнем …

Рассмотрим следующие примеры.

Пример: 1

Трехфазный асинхронный двигатель мощностью 5 кВт имеет P.F (коэффициент мощности) с задержкой 0,75. Какой размер конденсатора в кВАР необходим для улучшения коэффициента мощности (коэффициент мощности) до 0,90?

Решение № 1 (с помощью простого табличного метода)

Вход двигателя = 5 кВт

Из таблицы, множитель для улучшения PF с 0.75–0,90 — это .398

Требуемый конденсатор кВАр для улучшения коэффициента мощности с 0,75 до 0,90

Требуемый конденсатор кВАР = кВт x Таблица 1 Множитель 0,75 и 0,90

= 5 кВт x .398

= 1,99 кВАр

Номинальная мощность конденсаторов, подключенных к каждой фазе

1,99 / 3 = 0,663 кВАР

Решение № 2 (Классический метод расчета)

Вход двигателя = P = 5 кВт

Оригинал P.F = Cosθ 1 = 0,75

Окончательный P.F = Cosθ 2 = 0,90

θ 1 = Cos -1 = (0,75) = 41 ° 0,41; Tan θ 1 = Tan (41 ° .41) = 0,8819

θ 2 = Cos -1 = (0,90) = 25 ° .84; Tan θ 2 = Tan (25 ° .50) = 0,4843

Требуемый конденсатор кВАр для улучшения PF с 0,75 до 0,90

Требуемый конденсатор kVAR = P (Tan θ 1 — Tan θ 2 )

= 5 кВт (0,8819 — 0.4843)

= 1,99 кВАр

и номинал конденсаторов, подключенных на каждой фазе

1,99 / 3 = 0,663 кВАр

Таблицы (калибровка конденсаторов в кВАр и Фарадс для коррекции PF)
Следующие таблицы были подготовлены для упрощения расчета kVAR для улучшения коэффициента мощности. Размер конденсатора в кВАр — это кВт, умноженный на коэффициент в таблице, для улучшения от существующего коэффициента мощности к предлагаемому коэффициенту мощности.Проверьте другие примеры ниже.

Пример 2:

Генератор подает нагрузку в 650 кВт при КП (коэффициент мощности) 0,65. Какой размер конденсатора в кВАР необходим для повышения коэффициента мощности (F) до единицы (1)? И сколько еще кВт может обеспечить генератор переменного тока для той же нагрузки в кВА, когда улучшается P.F.

Решение № 1 (с помощью простого табличного метода)

Обеспечение кВт = 650 кВт

Из таблицы 1, множитель для улучшения PF с 0.65 к единице (1) равно 1,169

Требуемый конденсатор кВАР для улучшения PF с 0,65 до единицы (1)

Требуемый конденсатор кВАР = кВт x Таблица 1 Множитель 65 и 100

= 650 кВт x 1,169

= 759,85 кВАр

Мы знаем, что PF = Cosθ = кВт / кВА. , или

кВА = кВт / Cosθ

= 650 / 0,65 = 1000 кВА

Когда коэффициент мощности повышается до единицы (1)

Нет кВт = кВА x Cosθ

= 1000 x 1 = 1000 кВт

Следовательно увеличенная мощность, подаваемая генератором

1000 кВт — 650 кВт = 350 кВт

Решение № 2 (Классический метод расчета)

Мощность кВт = 650 кВт

Оригинал P.F = Cosθ 1 = 0,65

Окончательный P.F = Cosθ 2 = 1

θ 1 = Cos -1 = (0,65) = 49 ° .45; Tan θ 1 = Tan (41 ° .24) = 1,169

θ 2 = Cos -1 = (1) = 0 °; Tan θ 2 = Tan (0 °) = 0

Требуемый конденсатор кВАр для улучшения PF с 0,75 до 0,90

Требуемый конденсатор kVAR = P (Tan θ 1 — Tan θ 2 )

= 650 кВт ( 1,169–0)

= 759.85 кВАр

Как рассчитать требуемую стоимость конденсаторной батареи в кВАР и Фарадах?

(Как преобразовать фарады в кВАР и наоборот)

Пример: 3

Однофазный 400 В, 50 Гц, двигатель потребляет ток питания 50 А на ПФ (Коэффициент мощности) 0,6. Коэффициент мощности двигателя должен быть увеличен до 0,9 путем подключения конденсатора параллельно с ним.Рассчитайте необходимую емкость конденсатора в кВАР и Фарадах.

Решение. Метод таблицы)

Вход двигателя = P = V x I x Cosθ

= 400 В x 50A x 0,6

= 12 кВт

Из таблицы, множитель для улучшения PF с 0.От 60 до 0,90 — 0,849

Требуемый конденсатор кВАР для улучшения PF с 0,60 до 0,90

Требуемый конденсатор кВАР = кВт x Множитель таблицы 0,60 и 0,90

= 12 кВт x 0,849

= 10,188 кВАР

# 2 (Классический метод расчета)

Вход двигателя = P = V x I x Cosθ

= 400 В x 50A x 0,6

= 12 кВт

Фактически P.F = Cosθ 1 = 0,6

Требуется P.F = Cosθ 2 = 0,90

θ 1 = Cos -1 = (0,60) = 53 ° .13; Tan θ 1 = Tan (53 ° .13) = 1,3333

θ 2 = Cos -1 = (0,90) = 25 ° .84; Tan θ 2 = Tan (25 ° .50) = 0,4843

Требуемый конденсатор кВАР для улучшения PF с 0,60 до 0,90

Требуемый конденсатор kVAR = P (Tan θ 1 — Tan θ 2 )

= 5 кВт (1,3333–0.4843)

= 10,188 кВАр

(2) Найти необходимую емкость Емкости в Фарадсто, чтобы улучшить PF с 0,6 до 0,9 (два метода)

Решение № 1 (с использованием простой формулы )

Мы уже рассчитали требуемую емкость конденсатора в кВАР, поэтому мы можем легко преобразовать ее в Фарады, используя эту простую формулу π f V 2 ) в микрофарадах

Установка значений в приведенной выше формуле

= (10.188kVAR) / (2 x π x 50 x 400 2 )

= 2,0268 x 10 -4

= 202,7 x 10 -6

= 202,7 мкФ

Решение № 2 (Простой метод расчета)

кВАР = 10.188… (i)

Мы знаем это;

I C = V / X C

, в то время как X C = 1/2 π FC

I C = V / (1/2 π FC)

I C = V 2 FC

= (400) x 2π x (50) x C

I C = 125663.7 x C

А,

кВАР = (V x I C ) / 1000… [кВАР = (V x I) / 1000]

= 400 x 125663,7 x C

I C = 50265,48 x C… (ii)

Уравнение Уравнение (i) и (ii) получаем

50265.48 x C = 10.188C

C = 10.188 / 50265.48

C = 2.0268 x 10 — 4

C = 202,7 x 10 -6

C = 202,7 мкФ

Пример 4

Какое значение емкости необходимо подключить параллельно с нагрузкой, потребляемой 1 кВт при 70% -ной задержке коэффициент мощности от источника 208 В, 60 Гц, чтобы поднять общий коэффициент мощности до 91%.

Решение:

Вы можете использовать метод таблиц или метод простых расчетов, чтобы найти требуемое значение емкости в Фарадах или кВАР, чтобы повысить коэффициент мощности от 0,71 до 0,97. Таким образом, я использовал табличный метод в этом случае.

P = 1000 Вт

Фактический коэффициент мощности = Cosθ 1 = 0,71

Требуемый коэффициент мощности = Cosθ 2 = 0,97

Из таблицы, множитель для улучшения PF с 0,71 до 0.97 — 0,783

Требуемый конденсатор кВАР для улучшения коэффициента мощности с 0,71 до 0,97

Требуемый конденсатор кВАР = кВт x Множитель таблицы 0,71 и 0,97

= 1 кВт x 0,783

= 783 ВАР (необходимое значение емкости 9 кВАр)

Ток в конденсаторе =

I C = Q C / V

= 783/208

= 3.76A

и

X C = V / I C

= 208/3.76 = 55,25 Ом

C = 1 / (2 πf X C )

C = 1 (2 π x 60 x 55,25)

C = 48 мкФ (требуемое значение емкости в фарадах)

Полезная информация:

Важные формулы, которые используются для расчета улучшения коэффициента мощности, а также в приведенном выше расчете

Мощность в ваттах

кВт = кВА х Cosθ

кВт = л.с. x 0,746 или (HP x 0,746) / КПД… (HP = мощность двигателя)

кВт = √ (кВА 2 — кВАр 2 )

кВт = P = VI Cosθ… (однофазный)

кВт = P = √3x V x I Cosθ… (трехфазный)

Видимая мощность в ВА

кВА = √ (кВт 2 + кВАр 2 )

кВА = кВт / Cosθ

Реактивная мощность в ВА

кВАр = √ (кВА 2 — кВт 2 )

кВАр = C x (2 π f V 2 )

Коэффициент мощности (от 0.1 — 1)
Коэффициент мощности = Cosθ = P / VI… (однофазный)

Коэффициент мощности = Cosθ = P / (√3x V x I)… (Трехфазный)
Коэффициент мощности = Cosθ = кВт / кВА… (Как однофазные, так и трехфазные)
Коэффициент мощности = Cosθ = R / Z… (сопротивление / импеданс)

X C = 1 / (2 π f C)… (X C = емкостное сопротивление)

I C = V / X C … (I = V / R)

Требуемая емкость конденсатора в Фарадах / Микрофарадах

C = кВАр / (2 π f V 2 ) в микрофарад

Требуемая емкость конденсатора в кВАР

кВАР = C x (2 π f V 2 )

Вы можете читать больше:

Введите свой адрес электронной почты для получения последних обновлений, таких как выше одного!

.

% PDF-1.6 % 2005 0 объект > endobj Xref 2005 88 0000000016 00000 n 0000002774 00000 n 0000002915 00000 n 0000003101 00000 n 0000003153 00000 n 0000004122 00000 n 0000004288 00000 n 0000004459 00000 n 0000004634 00000 n 0000004687 00000 n 0000004740 00000 n 0000004964 00000 n 0000005434 00000 n 0000005663 00000 n 0000005923 00000 n 0000006164 00000 n 0000006188 00000 n 0000008457 00000 n 0000010241 00000 n 0000012051 00000 n 0000012179 00000 n 0000012486 00000 n 0000012515 00000 n 0000014050 00000 n 0000016077 00000 n 0000017937 00000 n 0000018076 00000 n 0000018105 00000 n 0000018836 00000 n 0000020574 00000 n 0000020789 00000 n 0000021002 00000 n 0000021219 00000 n 0000021434 00000 n 0000021649 00000 n 0000021860 00000 n 0000022075 00000 n 0000022291 00000 n 0000022539 00000 n 0000022749 00000 n 0000022993 00000 n 0000023208 00000 n 0000023451 00000 n 0000023664 00000 n 0000025591 00000 n 0000025663 00000 n 0000129650 00000 n 0000129893 00000 n 0000130279 00000 n 0000130437 00000 n 0000130509 00000 n 0000267236 00000 n 0000267480 00000 n 0000267649 00000 n 0000267853 00000 n 0000268076 00000 n 0000268283 00000 n 0000268506 00000 n 0000268712 00000 n 0000268918 00000 n 0000269124 00000 n 0000269779 00000 n 0000269983 00000 n 0000270205 00000 n 0000270411 00000 n 0000270615 00000 n 0000270818 00000 n 0000284712 00000 n 0000284916 00000 n 0000285121 00000 n 0000285367 00000 n 0000285685 00000 n 0000286036 00000 n 0000289898 00000 n 0000290103 00000 n 0000290318 00000 n 0000290525 00000 n 0000290741 00000 n 0000290944 00000 n 0000291154 00000 n 0000291357 00000 n 0000291568 00000 n 0000291774 00000 n 0000291990 00000 n 0000292190 00000 n 0000292393 00000 n 0000292597 00000 n 0000002106 00000 n прицеп ] / Пред. 696567 >> startxref 0 %% EOF 2092 0 объектов > поток WW.s \ .F! G | Fh *% gUgUIN4’Ws ~ WϽ $ Ĥ

.
Какова роль конденсатора в цепи переменного и постоянного тока? Электротехника

Какова роль конденсатора в цепи переменного и постоянного тока?

Роль конденсатора в цепях переменного тока:

В цепи переменного тока конденсатор меняет свои заряды по мере изменения тока и создает запаздывающее напряжение (другими словами, конденсатор обеспечивает опережающий ток в цепях и сетях переменного тока)

Роль конденсатора в цепях постоянного тока:

В цепях постоянного тока конденсатор, однажды заряженный от приложенного напряжения, действует как размыкающий переключатель.

What is the Role of Capacitor in AC and DC Circuits What is the Role of Capacitor in AC and DC Circuits Роль конденсатора в системах переменного и постоянного тока

Давайте объясним подробно, но сначала мы вернемся к основам конденсатора, чтобы обсудить этот вопрос.

Что такое конденсатор?

Конденсатор представляет собой двухполюсное электрическое устройство, используемое для хранения электрической энергии в виде электрического поля между двумя пластинами. Он также известен как конденсатор, и единицей измерения его емкости является Фарад «F», где Фарад — это большая единица емкости, поэтому в настоящее время они используют микрофарады (мкФ) или нанофарады (нФ).

Конденсатор похож на аккумулятор, так как оба хранят электрическую энергию. Конденсатор — намного более простое устройство, которое не может производить новые электроны, но сохраняет их. Внутри конденсатора клеммы соединены с двумя металлическими пластинами, разделенными диэлектрическим материалом (таким как вощеная бумага, слюда и керамика), которые разделяют пластины и позволяют им удерживать противоположные электрические заряды, поддерживая электрическое поле.

Конденсаторы могут быть полезны для хранения заряда и быстрого разряда в нагрузке.Проще говоря, конденсатор также работает как небольшая перезаряжаемая батарея. Электрический эквивалентный символ различных типов конденсаторов приведен ниже: symbol of different types of capacitor symbol of different types of capacitor

Теперь мы знаем концепцию зарядки конденсатора и его структуру, но, , знаете ли вы, что такое емкость? емкость — это способность конденсатора сохранять заряд в нем. Есть несколько факторов, которые влияют на емкость.

  • Площадь пластины
  • Зазор между пластинами
  • Проницаемость изоляционного материала

Похожие сообщения: Конденсаторы и типы конденсаторов | Фиксированный, переменный, полярный и неполярный

Конденсатор имеет широкий спектр применений в электронике , таких как накопление энергии, преобразование мощности, коррекция коэффициента мощности, генераторы и фильтрация.

В этом уроке мы объясним вам, как вы можете использовать конденсатор в электронной схеме. Существует три способа подключения конденсатора в электронную цепь:

  • Конденсатор серии
  • Конденсатор параллельно
  • Конденсатор в цепях переменного тока
  • Конденсатор в цепях постоянного тока

Похожие сообщения: Конденсаторы MCQ с пояснительными ответами

Как работает конденсатор?
Работа и сборка конденсатора

Всякий раз, когда на его клеммы подается напряжение (также известный как зарядка конденсатора), ток начинает течь и продолжать распространяться до тех пор, пока напряжение не станет отрицательным и положительным (Анод и Катодные) пластины становятся равными напряжению источника (Applied Voltage).Эти две пластины разделены диэлектрическим материалом (таким как слюда, бумага, стекло и т. Д., Которые являются изоляторами), который используется для увеличения емкости конденсатора.

Когда мы подключаем заряженный конденсатор через небольшую нагрузку, он начинает подавать напряжение (накопленная энергия) на эту нагрузку, пока конденсатор не разрядится полностью.

Конденсатор имеет различные формы, и его значение измеряется в Фарадах (F). Конденсаторы используются в системах переменного и постоянного тока (мы обсудим это ниже).

Емкость (C):

Емкость — это количество электрического заряда, перемещаемого в конденсаторе (конденсаторе), когда один источник напряжения вольт подключен к его клемме.

Математически,

Уравнение емкости:

C = Q / V

Где,

  • C = Емкость в Фарадах (F)
  • Q = Электрические заряды в Coul V = напряжение в вольтах

Мы не будем вдаваться в подробности, потому что наша основная цель этого обсуждения — объяснить роль и применение / использование конденсаторов в системах переменного и постоянного тока.Чтобы понять эту базовую концепцию, мы должны понять основные типы конденсаторов, относящиеся к нашей теме (поскольку существует много типов конденсаторов, и мы обсудим последние типы конденсаторов в другом посте, поскольку он не связан с вопросом).

Похожие сообщения:

Конденсаторы в серии

Как подключить конденсаторы в серии?

Последовательно, ни один конденсатор не подключен напрямую к источнику. Чтобы соединить их последовательно, необходимо соединить их последовательно, как показано на рисунке ниже, Capacitors in Series Capacitors in Series

При последовательном подключении конденсаторов общая емкость уменьшается.Следовательно, соединение последовательно, поэтому ток через конденсаторы будет одинаковым. Кроме того, заряд, накопленный пластиной конденсатора, будет таким же, потому что он исходит от пластины соседнего конденсатора.

Следовательно,

I T = I 1 + I 2 + I 3 +… + I n

и

Q T 901 = + Q 2 + Q 3 +… + Q n

Теперь, чтобы найти значение емкости вышеуказанной цепи, мы применим закон напряжения Кирхгофа (KVL), тогда у нас будет

V T = V C1 + V C2 + V C3

Как мы знаем, Q = CV

И V = Q / C

Итак,

(Q / C T ) = (Q / C 1 ) + (Q / C 2 ) + (Q / C 3 )

Следовательно,

1 / C T = (1 / C 1 ) + (1 / C 2 ) + (1 / C 3 )

Для n th нет.конденсатора, соединенного последовательно,

Capacitance in Series - Capacitors in Series Capacitance in Series - Capacitors in Series

Для двух последовательно соединенных конденсаторов формула будет

C T = (C1 x C2) / (C1 + C2)

Теперь вы можете найти Емкость вышеуказанной цепи, используя формулу,

Здесь, C1 = 10 мкФ и C2 = 4,7 мкФ

Итак, C T = (10 x 4,7) / (10 + 4,7)

C T = 47 / 14,7

C T = 3.19 мкФ

Параллельно конденсаторы

Как подключить конденсаторы параллельно?

Параллельно каждый конденсатор напрямую подключен к источнику, как вы можете видеть на рисунке ниже, Capacitors in Parallel Capacitors in Parallel

При параллельном подключении конденсаторов общая емкость равна сумме всех емкостей конденсатора.Поскольку верхняя и нижняя пластины всех конденсаторов соединены вместе, благодаря этому площадь пластины также увеличивается.

Общий ток в параллельной цепи будет равен току на каждом конденсаторе.

Применяя закон Кирхгофа,

I T = I 1 + I 2 + I 3

Теперь ток через конденсатор выражается как

I = C (dV / dt)

Итак, Capacitors in Parallel Capacitors in Parallel

Решая вышеприведенное уравнение

C T = C 1 + C 2 + C 3

А, для n th нет.конденсатора, соединенного последовательно,

C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + C n

Теперь вы можете найти емкость цепи по: используя приведенную выше формулу,

Здесь C 1 = 10 мкФ и C 2 = 1 мкФ

Итак, C T = 10 мкФ + 1 мкФ

C T = 11 мкФ

Похожие сообщения:

Полярный и неполярный конденсатор

Неполярный конденсатор: (Используется как в системах переменного, так и постоянного тока)

Конденсаторы неполярного типа могут использоваться как в системах переменного, так и постоянного тока.Они могут быть подключены к источнику питания в любом направлении, и их емкость не влияет на изменение полярности.

Polar Capacitor: (Используется только в цепях и системах постоянного тока)

Этот тип конденсаторов чувствителен к их полярности и может использоваться только в системах и сетях постоянного тока. Полярные конденсаторы не работают в системе переменного тока из-за изменения полярности после каждого полупериода питания переменного тока.

Types of Capacitors: Polar and Non Polar Capacitors with Symbols Types of Capacitors: Polar and Non Polar Capacitors with Symbols Типы конденсаторов: полярные и неполярные конденсаторы с символами

Роль конденсаторов в цепях переменного тока

Конденсатор имеет множество применений в системах переменного тока, и мы обсудим несколько вариантов использования конденсаторов в сетях переменного тока ниже.

Бестрансформаторный источник питания:

Конденсаторы используются в бестрансформаторных источниках питания. В таких цепях конденсатор соединен последовательно с нагрузкой, потому что мы знаем, что конденсатор и катушка индуктивности в чистом виде не потребляют энергию. Они просто принимают мощность в одном цикле и передают ее в другом цикле нагрузке. В этом случае он используется для снижения напряжения с меньшими потерями энергии.

Асинхронные двигатели с разделенной фазой:

Конденсаторы также используются в асинхронном двигателе для разделения однофазного питания на двухфазное питание для создания вращающегося магнитного поля в роторе для захвата этого поля.Этот тип конденсатора в основном используется в бытовых водяных насосах, вентиляторах, кондиционерах и многих устройствах, для работы которых требуется как минимум две фазы.

Коррекция и улучшение коэффициента мощности:

Существует множество преимуществ улучшения коэффициента мощности. В трехфазных энергосистемах конденсаторная батарея используется для подачи реактивной мощности на нагрузку и, следовательно, для повышения коэффициента мощности системы. Конденсаторная батарея устанавливается после точного расчета. По сути, он выдает реактивную мощность, которая ранее поступала от энергосистемы, следовательно, он уменьшает потери и повышает эффективность системы.

Конденсаторы в цепях переменного тока

Как подключить конденсаторы в цепях переменного тока?

В цепи постоянного тока конденсатор заряжается медленно, пока зарядное напряжение конденсатора не станет равным напряжению питания. Кроме того, в этом состоянии конденсатор не позволяет току проходить через него после того, как он полностью зарядится. How to Connect a Capacitor in AC Circuit? How to Connect a Capacitor in AC Circuit?

И, когда вы подключаете конденсатор через источник переменного тока, он заряжается и разряжается непрерывно из-за постоянного изменения уровней напряжения.Емкость в цепях переменного тока зависит от частоты подаваемого входного напряжения. Кроме того, если вы видите фазовую диаграмму идеальной конденсаторной цепи переменного тока, вы можете заметить, что ток опережает напряжение на 90⁰. Capacitors in AC Circuits Capacitors in AC Circuits

В конденсаторной цепи переменного тока ток прямо пропорционален скорости изменения подаваемого входного напряжения, которая может быть выражена как

I = dQ / dt

I = C (dV / dt)

Теперь мы рассчитаем емкостное сопротивление в цепи переменного тока .

Поскольку мы знаем, что I = dQ / dt и Q = CV

А, входное напряжение переменного тока в вышеуказанной цепи будет выражаться как,

В = V м Sin вес

Итак, I m = d (CV m Sin wt ) / dt

I m = C * V m Cos wt * w (после дифференциации)

I m = wC V m Sin (wt + π / 2)

At, w = 0, Sin (wt + π / 2) = 1

Следовательно,

I m = wCV m

V m / I м = 1 / wC (где w = 2πf и V м / I м = X c )

Емкостная реактивность (X c ) = Capacitive Reactance (Xc) Capacitive Reactance (Xc)

Сейчас, до рассчитать емкостное реактивное сопротивление вышеуказанной цепи,

Xc = 1 / 2π (50) (10)

Xc = 3183.09 Ω

Похожие сообщения: В чем разница между аккумулятором и конденсатором?

Роль конденсаторов в цепях постоянного тока

Кондиционирование питания:

В системах постоянного тока конденсатор используется в качестве фильтра (в основном). Его наиболее распространенное использование — преобразование переменного тока в постоянный источник питания при выпрямлении (например, мостовой выпрямитель). Когда мощность переменного тока преобразуется в флуктуирующую (с пульсациями, т.е. не в устойчивом состоянии с помощью выпрямительных цепей), мощность постоянного тока (пульсирующий постоянный ток), чтобы сгладить и отфильтровать эти пульсации и флуктуации, используется полярный конденсатор постоянного тока.Его значение рассчитывается точно и зависит от напряжения системы и требуемого тока нагрузки.

Разъединяющий конденсатор:

Разъединяющий конденсатор используется, где мы должны разъединить две электронные схемы. Другими словами, шум, создаваемый одной цепью, основан на развязывающем конденсаторе, и это не влияет на работу другой цепи.

Соединительный конденсатор:

Как мы знаем, конденсатор блокирует постоянный ток и пропускает через него переменный ток (мы обсудим это на следующем занятии, как это происходит).Таким образом, он используется для разделения сигналов переменного и постоянного тока (также используется в цепях фильтра для той же цели). Его значение рассчитывается таким образом, что его реактивное сопротивление минимизируется на основе частоты, которую мы хотим пройти через него. Соединительный конденсатор также используется в фильтрах (схемах удаления пульсаций, таких как RC-фильтры) для разделения сигнала переменного и постоянного тока и удаляет пульсации из пульсирующего напряжения питания постоянного тока для преобразования его в чистое напряжение переменного тока после выпрямления.

Вы также можете прочитать:

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *