Kustutuskondensaatori arvutamine trafo toiteallikas. Trafodeta toiteallikad, ilma trafota pingemuundurid. Arvutus. Arvutage võrgus, võrgus

Mõnikord kasutatakse elektrotehnikas toiteallikaid, mis ei sisalda trafot. See tõstatab sisendpinge alandamise probleemi. Näiteks alandamine Vahelduvpinge võrku (220 V) sagedusel 50 hertsi nõutava pinge väärtuseni. Trafo alternatiiviks on kondensaator, mis on ühendatud pingeallika ja koormusega järjestikku (kondensaatorite kasutamise kohta vt lisateavet jaotisest "). Sellist kondensaatorit nimetatakse summutuskondensaatoriks.
Kustutuskondensaatori arvutamine tähendab sellise kondensaatori mahtuvuse leidmist, mis ülalkirjeldatud ahelaga ühendamisel alandab sisendpinge koormuse juures vajaliku pingeni. Nüüd saame summutuskondensaatori mahtuvuse arvutamise valemi. Ahelas töötav kondensaator vahelduvvoolu, omab mahtuvust (), mis on seotud vahelduvvoolu sagedusega ja tema enda mahtuvusega () (pealegi, ), täpsemalt:

Tingimuste järgi lisasime vahelduvvooluahelasse takistuse (takistuslik koormus ()) ja kondensaatori. Selle süsteemi kogutakistuse () saab arvutada järgmiselt:

Kuna ühendus on jadaühendus, kirjutame kasutades :

kus on koormuse pingelang (seadme toitepinge); - võrgupinge, - kondensaatori pingelangus. Kasutades ülaltoodud valemeid, saame:

Kui koormus on väike, on võrgupinge vähendamiseks lihtsaim viis kondensaatori kasutamine, kaasates see ahelasse järjestikku. Juhul, kui pinge väljundvõimsusel on alla 10-20 volti, arvutatakse summutuskondensaatori mahtuvus ligikaudse valemi abil:

Sellises toiteallikas on vahelduvpingevõrku ühendatud järjestikku ühendatud kondensaator ja koormus. Vaatleme esmalt puhtalt takistusliku koormusega allika tööd (joonis 1a).

Elektrotehnika kursusest on teada, et jadamisi ühendatud kondensaatori C1 ja takisti Rn impedants on võrdne:

kus X c 1 \u003d 1 / 2n * f * C1 on kondensaatori mahtuvus sagedusel f. Luuletaja-

Joonis 1

mu efektiivne vahelduvvool ahelas Ieff \u003d Uс / Z (Uc on toitepinge). Koormusvool on seotud kondensaatori mahtuvuse, allika väljundpinge ja võrgupingega järgmiselt

Väikeste väljundpingete jaoks

Ieff \u003d 2l * f * C1 * Uc.

Praktikas kasuliku näitena arvutame välja karastuskondensaatori 127 V võimsusega 40 W jootekolbi ühendamiseks 220 V võrku. Koormusvoolu nõutav efektiivne väärtus Ieff \u003d 40/127 \u003d 0,315 A. Kustutuskondensaatori hinnanguline mahtuvus

Kütteseadmete tööks on oluline efektiivse voolu väärtus. Kui aga koormus on näiteks alaldisilla diagonaalis sisalduv aku (joon. 1, b), laetakse seda keskmise alaldi (pulseeriva) vooluga, mille arvväärtus on väiksem kui Ieff. :

Raadioamatöörpraktikas kasutatakse sageli allikat, milles dioodsillaga on võrku ühendatud jadamisi summutuskondensaator ja teise kondensaatoriga šunteeritud koormus saab toide silla väljunddiagonaalist (joonis 2). . Sel juhul muutub vooluahel järsult mittelineaarseks ja silda läbiva ja kondensaatorit summutava voolu kuju erineb sinusoidaalsest. Seetõttu on ülaltoodud arvutus vale.

Millised protsessid toimuvad allikas, mille silumiskondensaator C2 on piisav, et pidada väljundpinge pulsatsiooni tühiseks? Kustutuskondensaatori C1 jaoks on dioodisild (koos C2 ja Rн-ga) püsiolekus omamoodi sümmeetrilise zeneri dioodi ekvivalent. Kui pinge sellel ekvivalendil on väiksem kui teatud väärtus (see on praktiliselt võrdne kondensaatori C2 pingega Uout), on sild suletud ega juhi voolu, kõrgema pinge korral voolab vool läbi avatud silla, takistades pinge silla sisendis suurenemast.

Arvestamine algab hetkest ti, mil võrgupinge on maksimaalne (joonis 3). Kondensaator C1 laetakse võrgu amplituudpingele Uc.amp miinus dioodisilla pinge um, mis on ligikaudu võrdne Uout. Kondensaatorit C1 ja suletud silda läbiv vool on null. Pinge võrgus väheneb vastavalt koosinusseadusele (graafik 1), väheneb ka sillal (graafik 2) ja pinge kondensaatoril C1 ei muutu.

Kondensaatori vool jääb nulliks, kuni dioodsilla pinge, muutes märki vastupidiseks, jõuab väärtuseni -Uout (moment t2). Sel hetkel ilmub kondensaatori C1 ja silla kaudu järsult vool lei. Alates hetkest t2 silla pinge ei muutu ja voolu määrab võrgupinge muutumise kiirus ja seetõttu on see täpselt sama, kui võrku oleks ühendatud ainult kondensaator C1 (graafik 3).

Kui võrgupinge jõuab negatiivse amplituudi väärtuseni (moment t 3), muutub kondensaatorit C1 läbiv vool uuesti nulliks. Seejärel korratakse protsessi iga poole tsükli järel.

Silla läbiv vool liigub ainult ajavahemikus t 2 kuni t 3, selle keskmise väärtuse saab arvutada siinuse varjutatud osa pindalana graafikul 3. Lihtsad arvutused, mis aga nõuavad diferentsiaal- ja integraalarvutuse tundmine, andke selline valem keskmise voolu Iav jaoks läbi koormuse Rн:

(2)

Väljundpinge madalate väärtuste korral annavad see valem ja eelnevalt saadud (1) sama tulemuse. Kui punktis (2) on väljundvool võrdsustatud nulliga, saame Uvyx=Uc*2 ^1/2, st koormusvooluga, mis on võrdne nulliga (juhul kui koormuse juhuslik lahtiühendamine, näiteks ebausaldusväärse tõttu kontakt), allika väljundpinge võrdub võrgu amplituudpingega. See tähendab, et kõik allika elemendid peavad sellisele pingele vastu pidama. Kui koormusvool väheneb näiteks 10%, siis väljundpinge suureneb nii, et sulgudes olev avaldis väheneb samuti 10%, st umbes 30 V (Uout = 10 V juures). Järeldus - Zener-dioodi kaasamine paralleelselt koormusega Rn (nagu on näidatud katkendjoontega joonisel 2) on peaaegu kohustuslik.

Poollaine alaldi (joonis 4) puhul arvutatakse vool järgmise valemi abil:

Loomulikult on väljundpinge madalate väärtuste korral koormusvool poole suurem kui täislaine alaldi puhul ja nullkoormuse voolu korral on väljundpinge kaks korda suurem - lõppude lõpuks on see pinge- kahekordistav alaldi!

Allikate arvutamise protseduur vastavalt joonisel fig. 2 järgmine. Algselt määratakse need väljundpinge Uout, koormusvoolu maksimaalse In max ja minimaalse I n min väärtusega, võrgupinge maksimaalse Uc max ja minimaalse Uc min väärtusega. Eespool on juba märgitud, et muutuva koormusvoolu korral on vaja Zeneri dioodi, mis on ühendatud paralleelselt koormusega Rn. Kuidas seda valida? Minimaalse võrgupinge ja maksimaalse koormusvoolu korral peab Zener-dioodi läbima vool, mille suurus on vähemalt lubatud minimaalse stabiliseerimisvoolu 1. min. Saate määrata väärtuse vahemikus 3...5 mA. Nüüd määrake täislaine alaldi summutuskondensaatori C1 mahtuvus:

C1 \u003d 3,5 (Ist min + ln max) / (Uc min-0,7 Uvyx). (3)

Valem saadakse punktist (2), asendades vastavad väärtused. Vool selles on milliamprites, pinge on voltides; mahtuvus on mikrofaradides. Arvutuse tulemus ümardatakse üles lähima suurema nimiväärtuseni; võite kasutada mitme paralleelselt ühendatud kondensaatori akut.

I st max \u003d (U c max -0,7 Uout) C 1 / 3,5-I n min (4)

Kui vajaliku pinge Uout jaoks pole Zener-dioodi, mis võimaldab arvutatud maksimaalset stabiliseerimisvoolu, saate madalama pinge jaoks mitu zeneri dioodi järjestikku ühendada või kasutada võimsa zeneri dioodi analoogi.

Minimaalne koormusvool (mm) tuleks valemiga (4) asendada ainult siis, kui see vool on pikk – mõni sekund või rohkem. Lühiajalise minimaalse koormusvooluga (sekundi murdosad) tuleb see asendada keskmise (ajalise) koormusvooluga. Kui zeneri diood lubab valemiga (4) arvutatust suuremat voolu, on selle valiku täpsuse nõuete vähendamiseks soovitatav kasutada veidi suurema võimsusega summutuskondensaatorit.

Vajasin toiteallikat omatehtud minitrelli jaoks, mis on valmistatud 17-voldise mootoriga. Vaatasin üle palju erinevate toiteallikate skeeme, kuid kõik kasutasid trafot, mida mul pole, kuid ma ei taha kuidagi osta. Siis otsustasin teha seda lihtsamalt ja koguda võimsust etteantud pinge jaoks - 17 volti. Ahel on üsna lihtne, sellisele valmistoiteallikale on vaja anda 220 volti vahelduvpinget, lühidalt öeldes toite vooluahel pistikupesast ja väljundis saame 17 volti alalispinget. Tavaliselt kasutatakse seda tüüpi toiteallikaid kõikvõimalikes majapidamistarbetes, näiteks akuga taskulambis, laadijana, kus on vaja väikest voolu, kuni 150 mA, või elektripardlites.

Niisiis, vooluringi üksikasjad. Sellised näevad välja kõrgepinge metallkile kondensaatorid (need, mis on punased) ja neist vasakul on 100 uF elektrolüütkondensaator.

Mikrolülituse asemel 78l08 Võite kasutada pinge stabilisaatoreid nagu KR1157EN5A (78l08) või KR1157EN5A (7905).

Kui alaldi dioodi pole 1N4007 , siis saab selle asendada 1N5399 või 1N5408 , mis on mõeldud enamaks kõrge vool. Hall ring dioodil näitab selle katoodi.

Takisti R1 kulus kindlustuseks 5W ja R2 - 2W, kuigi mõlemat sai kasutada 0,5 vatti.

zeneri diood BZV85C24 (1N4749), mis on mõeldud 1,5 W võimsusele ja pingele kuni 24 volti, saab selle asendada kodumaisega 2S524A .

See trafodeta PSU pandi kokku ilma väljundpinget reguleerimata, kuid kui soovite sellist funktsiooni korraldada, siis ühendage lihtsalt umbes 1 kOhm muutuv takisti 78L08 mikroskeemi 2 viiguga ja selle teine ​​väljund miinusahelaga.

Muidugi on olemas trafodeta toiteahela plaat, paigutusvorming, saate selle alla laadida. Ma arvan, et saate aru, et märgistamata dioodid on 1n4007 .

Valmis konstruktsioon tuleb asetada plastkorpusesse, kuna võrgus olev vooluahel on 220-voldise pinge all ja seda ei tohi mingil juhul puudutada!

Nendel fotodel näete sisendpinget, st pinget pistikupesas ja mitu volti me PSU väljundis saame.

Video trafodeta toiteahela tööst

Selle skeemi suur eelis võime arvestada valmis seadme väga tagasihoidlikke mõõtmeid, kuna trafo puudumise tõttu saab selle toiteallika väikeseks muuta ja vooluringi osade maksumus on suhteliselt odav.

Miinus skeem võib arvestada, et on oht kogemata puudutada töötavat allikat ja saada elektrilöögi. Artikli autor - egoruch72.

Arutage artiklit TRANSFORMERITA TOITEVÕTE

Kohe teema alguses, mis puudutab summutuskondensaatori valikut, vaatleme vooluahelat, mis koosneb takistist ja kondensaatorist, mis on ühendatud võrku järjestikku. Sellise vooluahela kogutakistus on võrdne:

Voolu efektiivne väärtus leitakse vastavalt Ohmi seadusele, võrgupinge jagatakse vooluahela takistusega:

Selle tulemusena saame koormusvoolu ning sisend- ja väljundpinge jaoks järgmise seose:

Ja kui väljundpinge on piisavalt väike, on meil õigus pidada ligikaudu võrdseks:

Mõelgem siiski praktilisest vaatepunktist jahutuskondensaatori valimisest vahelduvvooluvõrku lülitamiseks, mis on ette nähtud tavalisest võrgupingest väiksema pinge jaoks.

Oletame, et meil on 100-vatine hõõglamp, mille pinge on 36 volti, ja millegi uskumatul põhjusel peame selle toiteallikaks saama 220-voldist majapidamisvõrgust. Lamp vajab efektiivset voolu, mis on võrdne:

Siis on nõutava summutuskondensaatori mahtuvus võrdne:

Sellise omades tekib lootus saada lambile normaalne kuma, eeldame, et see vähemalt läbi ei põle. See lähenemine, kui lähtume voolu efektiivsest väärtusest, on vastuvõetav takistuslike koormuste, näiteks lambi või küttekeha puhul.

Aga mis siis, kui koormus on mittelineaarne ja ühendatud dioodsilla kaudu? Oletame, et peate laadima pliiakut. Mis siis? Siis on aku laadimisvool pulseeriv ja selle väärtus on tegelikust väärtusest väiksem:

Mõnikord võib raadioamatööril olla kasulik kasutada toiteallikat, milles on dioodsillaga jadamisi ühendatud summutuskondensaator, mille väljundis on omakorda olulise võimsusega filterkondensaator, millele koormus on ühendatud. alalisvool. Selgub, et astmelise trafo asemel on omamoodi trafodeta toiteallikas kondensaatoriga:

Siin on koormus tervikuna mittelineaarne ja vool ei ole enam sinusoidne ning arvutused tuleb läbi viia veidi erineval viisil. Fakt on see, et dioodsilla ja koormusega silumiskondensaator avaldub väliselt sümmeetrilise zeneri dioodina, kuna olulise filtrimahtuvusega pulsatsioonid muutuvad tühiseks.

Kui kondensaatori pinge on teatud väärtusest väiksem, suletakse sild ja kui see on kõrgem, siis vool voolab, kuid pinge silla väljundis ei suurene. Mõelge protsessile üksikasjalikumalt graafikute abil:

Ajahetkel t1 on võrgupinge saavutanud oma amplituudi, ka kondensaator C1 laetakse sel hetkel maksimaalse võimaliku väärtuseni, millest on lahutatud silla pingelang, mis on ligikaudu võrdne väljundpingega. Kondensaatorit C1 läbiv vool on sel hetkel võrdne nulliga. Edasi hakkas pinge võrgus langema, pinge ka sillal, kuid kondensaatoril C1 see veel ei muutu ja kondensaatorit C1 läbiv vool on endiselt null.

Edasi muutub silla pinge märki, kaldudes vähenema miinus Uin-ni ja sel hetkel voolab vool läbi kondensaatori C1 ja läbi dioodisilla. Lisaks ei muutu pinge silla väljundis ja jadaahela vool sõltub toitepinge muutumise kiirusest, justkui oleks võrku ühendatud ainult kondensaator C1.

Kui võrgu sinusoid saavutab vastupidise amplituudi, võrdub vool läbi C1 taas nulliga ja protsess läheb ringi, korrates iga poole perioodi järel. Ilmselgelt voolab vool läbi dioodisilla ainult vahemikus t2 kuni t3 ja keskmise voolu saab arvutada, määrates sinusoidi all oleva plaastri pindala, mis on võrdne:

Kui vooluahela väljundpinge on piisavalt väike, läheneb see valem varem saadud valemile. Kui väljundvool on seatud võrdseks nulliga, saame:

See tähendab, et koormuse katkestamisel võrdub väljundpinge võrgu amplituudiga !!! See tähendab, et vooluringis tuleks kasutada selliseid komponente, et igaüks neist taluks toitepinge amplituudi.

Muide, kui koormusvool väheneb 10%, siis sulgudes olev avaldis väheneb 10%, see tähendab, et väljundpinge suureneb umbes 30 volti, kui esialgu on tegemist näiteks 220 voltiga sisendis. ja 10 volti väljundis. Seega on Zener dioodi kasutamine paralleelselt koormusega hädavajalik!!!

Mis siis, kui alaldi on poollaine? Seejärel tuleb vool arvutada järgmise valemi abil:

Väljundpinge madalate väärtuste korral muutub koormusvool poole väiksemaks kui täieliku silla alaldamise korral. Ja pinge ilma koormuseta väljundis on kaks korda suurem, kuna siin on tegemist pinge kahekordistajaga.

Niisiis arvutatakse summutuskondensaatoriga toiteallikas järgmises järjekorras:

Esimene samm on valida, milline on väljundpinge.

Seejärel määrake maksimaalne ja minimaalne koormusvool.

Kui eeldatakse, et koormusvool ei ole konstantne, on vaja koormusega paralleelset zeneri dioodi!

Lõpuks arvutatakse välja kustutuskondensaatori mahtuvus.

Täislaine alaldi vooluringi puhul, võrgu sagedusel 50 Hz, antakse mahtuvus järgmise valemiga:

Valemiga saadud tulemus ümardatakse ülespoole suurema nimiväärtuse mahuni (soovitavalt mitte rohkem kui 10%).

Järgmine samm on leida zeneri dioodi stabiliseerimisvool maksimaalse toitepinge ja minimaalse voolutarbimise jaoks:

Poollaine alaldusahela jaoks arvutatakse karastuskondensaator ja zeneri dioodi maksimaalne vool järgmiste valemite abil:

Kustutuskondensaatori valimisel on parem keskenduda kile- ja metall-paberkondensaatoritele. Väikese võimsusega kilekondensaatorid - kuni 2,2 mikrofaradi 250-voldise tööpinge jaoks töötavad nendes vooluringides hästi, kui toiteallikaks on 220-voldine võrk. Kui vajate suurt mahtuvust (rohkem kui 10 mikrofaradi) - on parem valida kondensaator tööpinge jaoks 500 volti või rohkem.

Andrei Povnõi ( Google Plus ,

Kustutuskondensaatoriga trafodeta toiteallikate mitmed skeemid ja arvutus

Võrgutoide koos kustutuskondensaatoriga(joonis 1) on tegelikult olemas pingejagur, mille õlavars on kondensaator ja alumine on kompleksne mittelineaarne diood-takisti-kondensaator. See määrab selliste seadmete puudused (ja loomulikult eelised).

Pilt 1:

Selleks, et allikas töötaks suure kasuteguriga laias koormusvoolu vahemikus, piisab, kui muuta sisendpingejagur puhtalt reaktiivseks, näiteks kondensaator (joonis 2).

Joonis 2:

See võimaldab täiendavalt stabiliseerida allika väljundpinget järjestikku ühendatud kompensatsiooni- või lülitusregulaatoriga, mida ei saa teha tavalises summutuskondensaatoriga allikas. Nagu on näidatud S. Birjukovi artiklis “ Kustutuskondensaatoriga võrgu toiteallika arvutamine” – “Raadio”, 1997, N 5, lk. 48-50, - jadastabilisaatorit saab kasutada ainult siis, kui selle sisendi pinge on piiratud, mis jällegi vähendab oluliselt efektiivsust.

Lülitusregulaatoritega ühiseks tööks on soovitav kasutada kondensaatori pingejaguriga allikat. See on ideaalne seadmele, mis tarbib pikka aega madalat voolu, kuid mingil hetkel nõuab selle järsku suurendamist. Näitena võib tuua “MOS” mikroskeemidel põhinev korterivalveseade, millel on releel olev ajam ja helisignaalseade.

Kondensaatori jaguri võetava voolu faasinihe on 90 kraadi. võrgupinge suhtes, seega ei vaja reaktiivelementide pingejagur jahutamist. Eelneva põhjal tundub, et jagurit läbiva voolu saab valida meelevaldselt suureks. Kuid jagaja voolu põhjendamatu suurenemine põhjustab juhtmetes aktiivseid kadusid ning seadme massi ja mahu suurenemist. Seetõttu on soovitatav võtta vool läbi pingejaguri 0,5 ... 3 piires maksimaalsest koormusvoolust.

Mahtuvusliku jaguriga allika arvutamine on lihtne. Nagu tuleneb f-ly (2) mainitud artiklis, väljundpinge Uout ja kogu väljundvool (zeneri diood ja koormus Välja) allikast vastavalt skeemile 1, kuid on seotud järgmiselt:

Iout = 4fC1 (2Uc-Uout)

See valem sobib ka kondensaatorijaguriga allika arvutamiseks, selles peate lihtsalt asendama C1 paralleelselt ühendatud kondensaatorite C1 ja C2 kogumahtuvusega, nagu on näidatud joonisel fig. 2. a Uc - peal Uc2x (pinge kondensaatoril C2 RH juures = ° °), st.

Uc2x = Uc-C1/(C1+C2)

Siis
Iout = 4f(C1+C2)xx
või pärast ilmseid transformatsioone
Iout = 4f-C1 .

Kuna pingelang silla Ud dioodidel Kouti väikeste väärtuste juures muutub märgatavaks, saame lõpuks

Iout = 4f-C1 .

Valemist on näha, et Рн=0 (st Uout=0 juures) jääb vool Iout, kui jätta tähelepanuta dioodide pingelang, samaks kui skeemi 1,a järgi kokku pandud toiteallika puhul. . Pinge väljundis ilma koormuseta väheneb:
Uaux = =Uc-C1^/2/(C1+C2)-2Un.

Kondensaatori C2 mahtuvus ja tööpinge valitakse vajaliku väljundpinge alusel - mahtuvuse väärtuste C1 / C2 suhe on pöördvõrdeline C1 ja C2 langeva pinge väärtustega. Näiteks kui C1″ = 1 μF ja C2 = 4 μF, siis on pinge Uc1 võrdne 4/5 võrgupingest ja Uc2 = Uc/5, mis võrdub 186 ja 44 V võrgupingega. Uc = 220 V. Arvestada tuleb sellega, et pinge amplituudi väärtus on ligi 1,5 korda suurem kui praegune ning valida sobivale nimipingele vastavad kondensaatorid.

Hoolimata asjaolust, et teoreetiliselt ei tarbi vahelduvvooluahela kondensaatorid energiat, võib tegelikkuses kadude tõttu neis tekkida soojust. Eelnevalt saate kontrollida kondensaatori sobivust allikas kasutamiseks, ühendades selle lihtsalt vooluvõrku ja hinnates poole tunni pärast korpuse temperatuuri. Kui kondensaatoril C1 on aega märgatavalt soojeneda, tuleks seda pidada allikas kasutamiseks sobimatuks.

Tööstuslike elektripaigaldiste spetsiaalsed kondensaatorid praktiliselt ei kuumene - need on mõeldud suure reaktiivvõimsuse jaoks. Neid kondensaatoreid kasutatakse luminofoorlambid, asünkroonsete elektrimootorite liiteseadistes jne.

Allpool on kaks praktilist kondensaatorjaguriga toiteahelat: viievoldine üldotstarbeline (joonis 3) kuni 0,3 A koormusvoolu jaoks ja katkematu toiteallikas kvartselektroonilis-mehaanilistele kelladele (joonis 4).

Joonis 3:

Joonis 4:

Viievoldise allika pingejagur koosneb paberkondensaatorist C1 ja kahest oksiidkondensaatorist C2 ja C3, mis moodustavad mittepolaarse õla mahuga 100 mikrofaradi. Oksiidpaari polarisatsioonidioodid on vastavalt skeemile vasakpoolsed silddioodid. Diagrammil näidatud elementide nimiväärtuste korral on sulgemisvool (Rn = 0 juures) 600 mA, kondensaatori C4 pinge koormuse puudumisel on 27 V.

Elektroonilis-mehaanilised kellad saavad tavaliselt toite ühest galvaanielemendist pingega 1,5 V. Kavandatav allikas genereerib pinge 1,4 V keskmise koormusvooluga 1 mA. Jaoturist C1C2 eemaldatud pinge alaldab sõlme elementidel VD1, VD2. SZ. Ilma koormuseta ei ületa kondensaatori C3 pinge 12 V.