Ele-prof.ru

Электро отопление
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Компенсирующий конденсатор

Компенсирующий конденсатор

Большинство светотехнических установок наряду с активной мощностью потребляют и реактивную мощность, т.к. они имеют обмотки с довольно большой индуктивностью. Наличие реактивной мощности приводит к необходимости использовать более мощные трансформаторы и кабели, чем это требуется при активной нагрузке. Величина реактивной нагрузки характеризуется значением cos Ф в сети. При этом следует отметить, что потребляемая реактивная мощность не затрачивается на выполнение полезной работы, а фактически расходуется впустую.

Появление в сети реактивной нагрузки имеет, следующие негативные последствия:

увеличение потребляемой мощности;
уменьшение мощности, доступной вторичным трансформаторам;
увеличение падений напряжения и потерь на нагревание в кабелях;
сокращение срока службы оборудования;
увеличение на 30-60% суммы платежа на потребляемую электроэнергию.

Каждому дросселю полагается своя емкость конденсатора. Ни на дросселе, ни на ИЗУ, на схемах включения ламп эти конденсаторы не указаны. Эти конденсаторы подключаются параллельно сети 220 вольт до дросселя и служат для увеличения cos Ф сети, т.е. для компенсации реактивной мощности.

Изначально электромагнитный дроссель имеет очень низкий cos Ф. На корпусе дросселя указывается такой параметр как "лямбда" 0.42(0.44), 0.55 — это современное обозначение cos Ф , т.е. зарубежные электротехники, да и наши в последнее время для светотехнических расчётов ввели новое понятие — "фактор мощности"; его и следует принимать при расчётах как cos Ф. Грубо говоря, КПД дросселя изначально в пределах 50%. Это очень мало, почти 50% потребляемой электроэнергии расходуется зря, приходится платить за ложный ток.

При использовании входного конденсатора (параллельно сети) происходит компенсация емкостью индуктивности дросселя и ток, потребляемый комплектом лампа-дроссель, снижается почти в 2 раза. Считается, что с электромагнитным ПРА можно получить cos Ф, в самом лучшем случае, не более 0.92.

Электронные ПРА дают cos Ф 0.98-0.99, т.е. ток приблизится к току обычной лампы накаливания 250 ватт (если бы такая была). Например, ток потребляемый от сети электромагнитного ПРА с лампой ДНаТ-250 без конденсатора, почти 3А, а с ним — 1.4А. И так далее.

Рекомендуемые емкости

Дроссель ДНаТ-250 (3А) – 35 мкф.
Дроссель ДНаТ-400 (4.4А) – 45 мкф.
Дроссель ДРЛ-250 (2.15А) – 18 мкф.
Дроссель ДРЛ-400 (3.25А) – 25 мкф.

Для получения требуемой емкости конденсаторы можно включать параллельно, например 2 конденсатора по 16 мкф, подключенных параллельно, дают емкость 32 мкф., рабочее напряжение остается тоже – 250 вольт.

Не следует надеяться, что, поставив емкость побольше, Вы получите cos Ф больше 1. Если емкость будет больше, чем надо, лампа начнет мигать, если меньше, то ток потребления снизиться незначительно. То есть повышение емкости конденсаторов приведёт к уменьшению КПД и возникновению резонанса в цепи.

Ниже приведены величины емкостей в МКФ (все конденсаторы должны быть рассчитаны на переменное напряжение

Калькулятор соединения конденсаторов. Конденсаторы

Необходимость подключить светодиод к сети – частая ситуация. Это и индикатор включения приборов, и выключатель с подсветкой, и даже диодная лампа.

Существует множество схем подключения маломощных индикаторных LED через резисторный ограничитель тока, но такая схема подключения имеет определённые недостатки. При необходимости подключить диод, с номинальным током 100-150мА, потребуется очень мощный резистор, размеры которого будут значительно больше самого диода.

Вот так бы выглядела схема подключения настольной светодиодной лампы. А мощные десяти ваттные резисторы при низкой температуре в помещении можно было бы использовать в качестве дополнительного источника отопления.

Применение в качестве ограничителя тока конде-ров позволяет значительно уменьшить габариты такой схемы. Так выглядит блок питания диодной лампы мощностью 10-15 Вт.

Принцип работы схем на балластном конденсаторе

В этой схеме конде-р является фильтром тока. Напряжение на нагрузку поступает только до момента полного заряда конде-ра, время которого зависит от его ёмкости. При этом никакого тепловыделения не происходит, что снимает ограничения с мощности нагрузки.

Чтобы понять, как работает эта схема и принцип подбора балластного элемента для LED, напомню, что напряжение – скорость движения электронов по проводнику, сила тока – плотность электронов.

Для диода абсолютно безразлично, с какой скоростью через него будут «пролетать» электроны. Расчет конде-ра основан на ограничении тока в цепи. Мы можем подать хоть десять киловольт, но если сила тока составит несколько микр оампер, количества электронов, проходящих через светоизлучающий кристалл, хватит для возбуждения лишь крохотной части светоизлучателя и свечения мы не увидим.

В то же время при напряжении несколько вольт и силе тока десятки ампер плотность потока электронов значительно превысит пропускную способность матрицы диода, преобразовав излишки в тепловую энергию, и наш LED элемент попросту испарится в облачке дыма.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Разберем подробный расчет, ниже сможете найти форму онлайн калькулятора.

Расчет емкости конденсатора для светодиода:

С(мкФ) = 3200 * Iсд) / √(Uвх² — Uвых²)

С мкФ – ёмкость конде-ра. Он должен быть рассчитан на 400-500В;
Iсд – номинальный ток диода (смотрим в паспортных данных);
Uвх – амплитудное напряжение сети — 320В;
Uвых – номинальное напряжение питания LED.

Можно встретить еще такую формулу:

C = (4,45 * I) / (U — Uд)

Она используется для маломощных нагрузок до 100 мА и до 5В.

Расчет конденсатора для светодиода (калькулятор онлайн):

Для наглядности проведём расчёт нескольких схем подключения.

Для расчета емкости конде-ра нам понадобится:

  • Максимальный ток диода – 0,15А;
  • напряжение питания диода – 3,5В;
  • амплитудное напряжение сети — 320В.

Для таких условий параметры конде-ра: 1,5мкФ, 400В.

При расчете конденсатора для светодиодной лампы необходимо учитывать, что диоды в ней соединены группами.

  • Напряжение питания для последовательной цепочки – Uсд * количество LED в цепи;
  • сила тока – Iсд * количество параллельных цепочек.

Для примера возьмём модель с шестью параллельными линиями из четырёх последовательных диодов.

Напряжение питания – 4 * 3,5В = 14В;
Сила тока цепи – 0,15А * 6 = 0,9А;

Для этой схемы параметры конде-ра: 9мкФ, 400В.

Простая схема блока питания светодиодов с конденсатором

Разберём устройство без трансформаторного блока питания для светодиодов на примере фабричного драйвера LED ламы.

  • R1 – резистор на 1А, который уменьшает значимость перепадов напряжения в сети;
  • R2,C2 – конде-р служит в качестве токоограничителя, а резистор для его разрядки после отключения от сети;
  • C3 – сглаживающий конде-р, для уменьшения пульсации света;
  • R3 – служит для ограничения перепадов напряжения после преобразования, но более целесообразно вместо него установить стабилитрон.
Читайте так же:
Кнопочный выключатель ablfs с подсветкой

Какой конденсатор можно использовать для балласта?

В качестве гасящих конденсаторов для светодиодов используются керамические элементы рассчитанные на 400-500В. Использование электролитических (полярных) конденсаторов недопустимо.

Меры предосторожности

Безтрансформаторные схемы не имеют гальванической развязки. Сила тока цепи при появлении дополнительного сопротивления, например прикосновение рукой с оголённому контакту в цепи, может значительно увеличится, став причиной электротравмы.

Электрическая емкость

При сообщении проводнику заряда на его поверхности появляется потенциал φ, но если этот же заряд сообщить другому проводнику, то потенциал будет другой. Это зависит от геометрических параметров проводника. Но в любом случае потенциал φ пропорционален заряду q .

Единица измерения емкости в СИ – фарада. 1 Ф = 1Кл/1В.

Если потенциал поверхности шара

(5.4.3)
(5.4.4)

Чаще на практике используют более мелкие единицы емкости: 1 нФ (нанофарада) = 10 –9 Ф и 1пкФ (пикофарада) = 10 –12 Ф.

Необходимость в устройствах, накапливающих заряд, есть, а уединенные проводники обладают малой емкостью. Опытным путем было обнаружено, что электроемкость проводника увеличивается, если к нему поднести другой проводник – за счет явления электростатической индукции .

Конденсатор – это два проводника, называемые обкладками , расположенные близко друг к другу.

Конструкция такова, что внешние, окружающие конденсатор тела, не оказывают влияние на его электроемкость. Это будет выполняться, если электростатическое поле будет сосредоточено внутри конденсатора, между обкладками.

Конденсаторы бывают плоские, цилиндрические и сферические.

Так как электростатическое поле находится внутри конденсатора, то линии электрического смещения начинаются на положительной обкладке, заканчиваются на отрицательной, и никуда не исчезают. Следовательно, заряды на обкладках противоположны по знаку, но одинаковы по величине.

Емкость конденсатора равна отношению заряда к разности потенциалов между обкладками конденсатора:

Помимо емкости каждый конденсатор характеризуется U раб (или U пр. ) – максимальное допустимое напряжение, выше которого происходит пробой между обкладками конденсатора.

Соединение конденсаторов

Емкостные батареи – комбинации параллельных и последовательных соединений конденсаторов.

1) Параллельное соединение конденсаторов (рис. 5.9):

В данном случае общим является напряжение U :

Сравните с параллельным соединением сопротивлений R :

Таким образом, при параллельном соединении конденсаторов суммарная емкость

Общая емкость больше самой большой емкости, входящей в батарею.

2) Последовательное соединение конденсаторов (рис. 5.10):

Общим является заряд q.

Сравните с последовательным соединением R :

Таким образом, при последовательном соединении конденсаторов общая емкость меньше самой маленькой емкости, входящей в батарею:

Расчет емкостей различных конденсаторов

1. Емкость плоского конденсатора

Напряженность поля внутри конденсатора (рис. 5.11):

Напряжение между обкладками:

где – расстояние между пластинами.

Так как заряд , то

Как видно из формулы, диэлектрическая проницаемость вещества очень сильно влияет на емкость конденсатора. Это можно увидеть и экспериментально: заряжаем электроскоп, подносим к нему металлическую пластину – получили конденсатор (за счет электростатической индукции, потенциал увеличился). Если внести между пластинами диэлектрик с ε, больше, чем у воздуха, то емкость конденсатора увеличится.

Из (5.4.6) можно получить единицы измерения ε 0:

2. Емкость цилиндрического конденсатора

Разность потенциалов между обкладками цилиндрического конденсатора, изображенного на рисунке 5.12, может быть рассчитана по формуле:

Бестрансформаторные источники питания с гасящим конденсатором удобны своей простотой, имеют малые габариты и массу, но не всегда применимы из-за гальванической связи выходной цепи с сетью 220 В.

В бестрансформаторном источнике питания к сети переменного напряжения подключены последовательно соединенные конденсатор и нагрузка. Неполярный конденсатор, включенный в цепь переменного тока, ведет себя как сопротивление, но, в отличие от резистора, не рассеивает поглощаемую мощность в виде тепла.

Для расчета емкости гасящего конденсатора используется следующая формула:

С — емкость балластного конденсатора (Ф); Iэфф — эффективный ток нагрузки; f — частота входного напряжения Uc (Гц); Uс — входное напряжение (В); Uн — напряжение нагрузки (В).

Для удобства расчетов, можно воспользоваться онлайн калькулятором

Конструкция бестрансформаторных источников и устройств, питающихся от них, должна исключать возможность прикосновения к любым проводникам в процессе эксплуатации. Особое внимание нужно уделить изоляции органов управления.

  • Похожие статьи

Диапазон рабочих частот 66…74 или 88…108 МГц С помощью R7 регулируется разделение между каналами ЗЧ. ***Сигнал подается с выхода частотного детектора УКВ(FM) — приемника на вход DA1 через корректирующую цепь R1C1. Литература Ж.Радиолюбитель 1 2000.

Расчет смешанного соединения конденсаторов онлайн. Расчет конденсатора для светодиодов

При сообщении проводнику заряда на его поверхности появляется потенциал φ, но если этот же заряд сообщить другому проводнику, то потенциал будет другой. Это зависит от геометрических параметров проводника. Но в любом случае потенциал φ пропорционален заряду q .

Единица измерения емкости в СИ – фарада. 1 Ф = 1Кл/1В.

Если потенциал поверхности шара

(5.4.3)
(5.4.4)

Чаще на практике используют более мелкие единицы емкости: 1 нФ (нанофарада) = 10 –9 Ф и 1пкФ (пикофарада) = 10 –12 Ф.

Необходимость в устройствах, накапливающих заряд, есть, а уединенные проводники обладают малой емкостью. Опытным путем было обнаружено, что электроемкость проводника увеличивается, если к нему поднести другой проводник – за счет явления электростатической индукции .

Конденсатор – это два проводника, называемые обкладками , расположенные близко друг к другу.

Конструкция такова, что внешние, окружающие конденсатор тела, не оказывают влияние на его электроемкость. Это будет выполняться, если электростатическое поле будет сосредоточено внутри конденсатора, между обкладками.

Конденсаторы бывают плоские, цилиндрические и сферические.

Так как электростатическое поле находится внутри конденсатора, то линии электрического смещения начинаются на положительной обкладке, заканчиваются на отрицательной, и никуда не исчезают. Следовательно, заряды на обкладках противоположны по знаку, но одинаковы по величине.

Емкость конденсатора равна отношению заряда к разности потенциалов между обкладками конденсатора:

Помимо емкости каждый конденсатор характеризуется U раб (или U пр. ) – максимальное допустимое напряжение, выше которого происходит пробой между обкладками конденсатора.

Соединение конденсаторов

Емкостные батареи – комбинации параллельных и последовательных соединений конденсаторов.

1) Параллельное соединение конденсаторов (рис. 5.9):

В данном случае общим является напряжение U :

Сравните с параллельным соединением сопротивлений R :

Таким образом, при параллельном соединении конденсаторов суммарная емкость

Общая емкость больше самой большой емкости, входящей в батарею.

2) Последовательное соединение конденсаторов (рис. 5.10):

Общим является заряд q.

Сравните с последовательным соединением R :

Таким образом, при последовательном соединении конденсаторов общая емкость меньше самой маленькой емкости, входящей в батарею:

Расчет емкостей различных конденсаторов

Напряженность поля внутри конденсатора (рис. 5.11):

Напряжение между обкладками:

где – расстояние между пластинами.

Читайте так же:
Le 39zths17 уменьшить ток подсветки

Так как заряд , то

Как видно из формулы, диэлектрическая проницаемость вещества очень сильно влияет на емкость конденсатора. Это можно увидеть и экспериментально: заряжаем электроскоп, подносим к нему металлическую пластину – получили конденсатор (за счет электростатической индукции, потенциал увеличился). Если внести между пластинами диэлектрик с ε, больше, чем у воздуха, то емкость конденсатора увеличится.

Из (5.4.6) можно получить единицы измерения ε 0:

2. Емкость цилиндрического конденсатора

Разность потенциалов между обкладками цилиндрического конденсатора, изображенного на рисунке 5.12, может быть рассчитана по формуле:

Бестрансформаторные источники питания с гасящим конденсатором удобны своей простотой, имеют малые габариты и массу, но не всегда применимы из-за гальванической связи выходной цепи с сетью 220 В.

В бестрансформаторном источнике питания к сети переменного напряжения подключены последовательно соединенные конденсатор и нагрузка. Неполярный конденсатор, включенный в цепь переменного тока, ведет себя как сопротивление, но, в отличие от резистора, не рассеивает поглощаемую мощность в виде тепла.

Для расчета емкости гасящего конденсатора используется следующая формула:

С — емкость балластного конденсатора (Ф); Iэфф — эффективный ток нагрузки; f — частота входного напряжения Uc (Гц); Uс — входное напряжение (В); Uн — напряжение нагрузки (В).

Для удобства расчетов, можно воспользоваться онлайн калькулятором

Конструкция бестрансформаторных источников и устройств, питающихся от них, должна исключать возможность прикосновения к любым проводникам в процессе эксплуатации. Особое внимание нужно уделить изоляции органов управления.

  • Похожие статьи

Диапазон рабочих частот 66…74 или 88…108 МГц С помощью R7 регулируется разделение между каналами ЗЧ. ***Сигнал подается с выхода частотного детектора УКВ(FM) — приемника на вход DA1 через корректирующую цепь R1C1. Литература Ж.Радиолюбитель 1 2000.

Необходимость подключить светодиод к сети – частая ситуация. Это и индикатор включения приборов, и выключатель с подсветкой, и даже диодная лампа.

Существует множество схем подключения маломощных индикаторных LED через резисторный ограничитель тока, но такая схема подключения имеет определённые недостатки. При необходимости подключить диод, с номинальным током 100-150мА, потребуется очень мощный резистор, размеры которого будут значительно больше самого диода.

Вот так бы выглядела схема подключения настольной светодиодной лампы. А мощные десяти ваттные резисторы при низкой температуре в помещении можно было бы использовать в качестве дополнительного источника отопления.

Применение в качестве ограничителя тока конде-ров позволяет значительно уменьшить габариты такой схемы. Так выглядит блок питания диодной лампы мощностью 10-15 Вт.

Принцип работы схем на балластном конденсаторе

В этой схеме конде-р является фильтром тока. Напряжение на нагрузку поступает только до момента полного заряда конде-ра, время которого зависит от его ёмкости. При этом никакого тепловыделения не происходит, что снимает ограничения с мощности нагрузки.

Чтобы понять, как работает эта схема и принцип подбора балластного элемента для LED, напомню, что напряжение – скорость движения электронов по проводнику, сила тока – плотность электронов.

Для диода абсолютно безразлично, с какой скоростью через него будут «пролетать» электроны. Расчет конде-ра основан на ограничении тока в цепи. Мы можем подать хоть десять киловольт, но если сила тока составит несколько микр оампер, количества электронов, проходящих через светоизлучающий кристалл, хватит для возбуждения лишь крохотной части светоизлучателя и свечения мы не увидим.

В то же время при напряжении несколько вольт и силе тока десятки ампер плотность потока электронов значительно превысит пропускную способность матрицы диода, преобразовав излишки в тепловую энергию, и наш LED элемент попросту испарится в облачке дыма.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Разберем подробный расчет, ниже сможете найти форму онлайн калькулятора.

Расчет емкости конденсатора для светодиода:

С(мкФ) = 3200 * Iсд) / √(Uвх² — Uвых²)

С мкФ – ёмкость конде-ра. Он должен быть рассчитан на 400-500В;
Iсд – номинальный ток диода (смотрим в паспортных данных);
Uвх – амплитудное напряжение сети — 320В;
Uвых – номинальное напряжение питания LED.

Можно встретить еще такую формулу:

C = (4,45 * I) / (U — Uд)

Она используется для маломощных нагрузок до 100 мА и до 5В.

Расчет конденсатора для светодиода (калькулятор онлайн):

Для наглядности проведём расчёт нескольких схем подключения.

Для расчета емкости конде-ра нам понадобится:

  • Максимальный ток диода – 0,15А;
  • напряжение питания диода – 3,5В;
  • амплитудное напряжение сети — 320В.

Для таких условий параметры конде-ра: 1,5мкФ, 400В.

При расчете конденсатора для светодиодной лампы необходимо учитывать, что диоды в ней соединены группами.

  • Напряжение питания для последовательной цепочки – Uсд * количество LED в цепи;
  • сила тока – Iсд * количество параллельных цепочек.

Для примера возьмём модель с шестью параллельными линиями из четырёх последовательных диодов.

Напряжение питания – 4 * 3,5В = 14В;
Сила тока цепи – 0,15А * 6 = 0,9А;

Для этой схемы параметры конде-ра: 9мкФ, 400В.

Простая схема блока питания светодиодов с конденсатором

Разберём устройство без трансформаторного блока питания для светодиодов на примере фабричного драйвера LED ламы.

  • R1 – резистор на 1А, который уменьшает значимость перепадов напряжения в сети;
  • R2,C2 – конде-р служит в качестве токоограничителя, а резистор для его разрядки после отключения от сети;
  • C3 – сглаживающий конде-р, для уменьшения пульсации света;
  • R3 – служит для ограничения перепадов напряжения после преобразования, но более целесообразно вместо него установить стабилитрон.

Какой конденсатор можно использовать для балласта?

В качестве гасящих конденсаторов для светодиодов используются керамические элементы рассчитанные на 400-500В. Использование электролитических (полярных) конденсаторов недопустимо.

Меры предосторожности

Безтрансформаторные схемы не имеют гальванической развязки. Сила тока цепи при появлении дополнительного сопротивления, например прикосновение рукой с оголённому контакту в цепи, может значительно увеличится, став причиной электротравмы.

Импульсный свет в фотографии

о накамерных вспышках, студийных моноблоках, генераторах и т.п..

  • Вход
  • Регистрация
  • Ссылки
  • Поиск

Текущее время: 21 дек 2021, 16:23

Зарядка конденсатора

  • Автор
  • Сообщение

Зарядка конденсатора

  • Цитата

Работа фотовспышки обычно начинается с заряда накопительного конденсатора.
Простейший случай – это заряд конденсатора от источника ЭДС через резистор, ограничивающий максимальный ток в цепи:

Изображение

Заряд конденсатора протекает по экспоненциальному закону. Это можно увидеть по приведенному ниже графику, где по оси X отложено время, измеряемое в RC, а по оси Y — напряжение на конденсаторе в процентах от напряжения источника ЭДС:

Изображение

Произведение RC называют постоянной времени цепи. Если сопротивление резистора R измерять в килоомах (кОм), а ёмкость конденсатора C — в микрофарадах (мкФ), то произведение RC получится в миллисекундах (мс).

Читайте так же:
Оптоволоконный кабель с медными проводами

За время t = RC конденсатор успевает зарядится до напряжения, которое составляет 63% от напряжения источника ЭДС, за время t = 3RC – конденсатор зарядится до 95% и при t = 5RC – до 99%. Т.е. при выполнении условия t >> RC напряжение на конденсаторе практически достигнет значения ЭДС.

Очевидно, что чем меньше сопротивление ограничительного резистора и меньше ёмкость конденсатора, тем быстрей этот конденсатор заряжается.

1.1 Заряд конденсатора в кулонах считается по формуле q=CU:

(к, кулон), где С — ёмкость конденсатора, Фарад; U — напряжение на обкладках конденсатора, Вольт.

1.2 Связь зарядного тока, заряда и времени I=q/t, I=CU/t:

(А, ампер), где q — заряд конденсатора, кулоны; t — время, в течение которого переносится заряд, секунды.

1.3 Энергию E в джоулях (ватт*сек) заряженного конденсатора можно рассчитать по формуле E=0,5CU 2 :

(Дж, джоуль), где С — ёмкость конденсатора, Фарад; U — напряжение на обкладках конденсатора, Вольт.

Примечание: иногда удобнее считать, выразив ёмкость в микрофарадах (мкФ), а напряжение в киловольтах (кВ).

Как видно из формулы, зависимость энергии от ёмкости конденсатора линейная, а от напряжения — квадратичная. Т.е. при увеличении напряжения на конденсаторе, например, в два раза энергия, накопленная в нем, возрастет в четыре раза.

1.4 С учетом того, что в импульсной лампе прекращается горение при некотором напряжении, примерно равном 40-70 Вольт в зависимости от типа лампы и её состояния, формула энергии импульса имеет вид разности энергий конденсатора в начале и в конце разряда:

(Дж), где С — ёмкость конденсатора, мкФ; Uн — напряжение на обкладках конденсатора начальное, килоВольт, Uк — напряжение на обкладках конденсатора конечное, килоВольт.

Интересно заметить, что количество теплоты, выделяющейся на резисторе при заряде конденсатора, не зависит от сопротивления этого резистора и равно энергии переданной конденсатору. То есть, половина энергии источника переходит в энергию электрического поля конденсатора, а вторая половина — в тепловую энергию, выделяющуюся в зарядной цепи в виде тепловых потерь.

Re: Зарядка конденсатора

  • Цитата

Re: Зарядка конденсатора

  • Цитата

Аналогично происходит зарядка накопительного конденсатора через балластный резистор от источника переменного напряжения, например, от электросети 220 В:

Изображение
Диод пропускает положительные полуволны напряжения источника, и они распределяются в делителе, образованном резистором R1 и конденсатором C1. По мере роста небольшими «ступеньками» напряжения на конденсаторе C1, амплитуда импульсов на резисторе R1 убывает:

Изображение

Часто вместо активного сопротивления гасящего резистора используют ёмкостное сопротивление конденсатора. Как известно, конденсатор, установленный в цепи переменного тока, обладает реактивным сопротивлением, зависящим от частоты.
Величину ёмкостного сопротивления конденсатора можно определить по формуле:

Изображение

или с помощью программы Color and Code:

Изображение

Реактивное сопротивление конденсатора, так же как и сопротивление резистора, может гасить излишнее переменное напряжение сети, причем активная мощность на реактивном сопротивлении конденсатора не выделяется, что является большим преимуществом конденсатора перед гасящим резистором.

Для получения малого реактивного сопротивления необходимо применение конденсаторов большой ёмкости. Поэтому в качестве балластного сопротивления на переменном токе часто используются электролитические конденсаторы. Чтобы полярные конденсаторы могли работать в цепи переменного тока, их включают по следующей схеме:

Изображение

Диоды на этой схеме создают смещение напряжения, необходимое для нормальной работы конденсаторов. Общая ёмкость такой цепи равна ёмкости последовательно соединенных конденсаторов C1 и C2:

C = (C1 • C2) / (C1+C2)

При равных ёмкостях C1 = C2 — это будет половина ёмкости одного из конденсаторов:

Формула для 3 разных последовательных конденсаторов выглядит так:

С=С1 • C2 • С3/(С2 • C3 + C1 • C3 + C1 • С2)

Следствие из формул: если С1=С2, то С=(С1)/2 — для двух и С=(С1)/3 — для трёх одинаковых конденсаторов.

Re: Зарядка конденсатора

  • Цитата

Админ, расскажите еще про быструю зарядку, когда резистор шунтирован транзистором, и по мере его открытия общее балластное сопротивление меняется от R до 0. При этом время заряда получается 100% за RC, то есть в 3-5 раз быстрее.

Хочу простейшую принципиальную схему с минимумом необходимых элементов.

Re: Зарядка конденсатора

  • Цитата

Re: Зарядка конденсатора

  • Цитата

Re: Зарядка конденсатора

  • Цитата

Поскольку из профи про быструю зарядку и шунтирование резистора транзистором никто не написал, мне пришлось изобретать велосипед в Микрокапе. Заряжает на RC на 100% ровно -)). Конечно, тут возможно множество вариантов подключений стабилизирующих элементов, как и множество ошибок -)

Изображение

Re: Зарядка конденсатора

  • Цитата

Re: Зарядка конденсатора

  • Цитата

Это схема Осипоффа зарядки ИФК-120 за 0.5 сек

Изображение

Re: Зарядка конденсатора

  • Цитата

Эта схема не то, что Вы рисовали выше. В этой схеме транзистор стоит последовательно с резистором, а у Вас — параллельно.

Эта схема является прерывателем заряда вспышки на время, пока происходит разряд конденсаторов на лампу. Её, пожалуй, надо вот сюда: viewtopic.php?f=26&t=101 и автор, если не ошибаюсь, Waldemar Szymanski. Очень похоже на его стиль рисования схем.

Re: Зарядка конденсатора

  • Цитата

Параллельный транзистор взялся из книги Маршака «Импульсные источники света» 1978 г. стр. 352. Компилированная цитата:
«Обеспечивающее неизменный зарядный ток переменное сопротивление, которое меняется от Rмакс до нуля, может состоять из резистора Rмакс, параллельно которому в качестве балласта подсоединен транзистор»

Вот я и попытался построить теоретическую схему такого включения. Для практики очевидно следует строить источник стабилизированного тока не с положительной обратной связью, а с отрицательной обратной связью. Простейший вариант видимо такой:

Изображение

Re: Зарядка конденсатора

  • Цитата

Re: Зарядка конденсатора

  • Цитата

От длительного хранения свойства диэлектрика конденсатора ухудшились и он сейчас пропускает относительно большой ток. Иногда помогает «тренировка конденсатора».
Подключите вспышку к источнику переменного напряжения 20-30 Вольт и продержите так, под напряжением, несколько дней. Есть вероятность, что электролит конденсатора восстановится.
Можно еще тренировать, формовать залежавшиеся конденсаторы кратковременными подключениями напряжения: включили на 3-5 секунд, сделали паузу на 1-2 часа. И так многократно до восстановления ёмкости конденсатора и уменьшения тока утечки до нормы — для К50-17 не более 1-3 мА.

Мощность, рассеиваемая на резисторе, вычисляется по формуле Джоуля-Ленца:
P=I 2 R=I*I*R (Ватт), — где I- среднее значение тока, протекающего по резистору (Ампер), R — величина сопротивления (Ом).

Re: Зарядка конденсатора

  • Цитата

Re: Зарядка конденсатора

  • Цитата

Re: Зарядка конденсатора

  • Цитата

Re: Зарядка конденсатора

  • Цитата
Читайте так же:
Залипла клавиша выключателя света

Так не считают. А если резистор поставить ДО диода, то на нём будет 220 В?

В схеме вашей вспышки резистор, диод и конденсатор образуют последовательную цепочку, подключенную к переменному напряжению 220 В. Следовательно, во время заряда вспышки будет протекать пульсирующий ток, одинаковый для всех элементов последовательной цепи. Величина тока определяется суммарным сопротивлением цепи и разницей между амплитудным напряжением сети и действующим значением напряжения на конденсаторе. Чем больше конденсатор заряжается, тем меньше эта разница и тем меньше зарядный ток. Для расчета мощности резистора приходится считать средний ток за то время, пока конденсатор набирает энергию.
Также, зная время заряда, ёмкость и напряжение конденсатора, можно получить величину среднего тока из формулы переноса заряда

q=I*t=CU (Кл, кулон), — где, q — заряд (кулоны), I — ток (амперы), t — время (секунды), С — ёмкость конденсатора (фарады), U — напряжение конденсатора (вольты).

I=CU/t

На выбор рассеиваемой мощности резистора, кроме непосредственно протекающего тока, влияет также температура среды, наличие вентиляции, характер нагрузки — постоянная, цикличная и т.д..

Приняли, исходя из расчета, что резистор находится в глухом корпусе с компактной упаковкой и делается 1 вспышка раз в 10-15 секунд и не чаще. Проверили свое предположение опытом и увеличили мощность резистора с учетом условий эксплуатации. Вот и вы, уменьшив сопротивление в 4 раза, должны будете использовать резистор номинальной мощностью в 4-5 раз большей. Для увеличения рассеивающей поверхности, можно вместо одного мощного резистора взять несколько меньших, соединив их последовательно.

Уменьшение величины резистора будет означать, что Вы станете делать вспышки с интервалами меньшими, чем 10-15 секунд, а значит, увеличится количество тепла внутри корпуса Фотона вплоть до расплавления пластмассовых деталей.

Конденсатор

Электрический конденсатор (англ. capacitor) — это устройство, которое может накапливать электрический заряд и хранить его некоторое время. Конденсаторы можно найти практически в любом электронном устройстве. Они бывают разных типов и размеров.

Разные типы конденсаторов

На электрических схемах конденсаторы обозначают двумя параллельными черточками. При этом, у полярных конденсаторов около положительного электрода дополнительно ставится плюсик.

Обозначение конденсатора на схемах

Для чего нужен конденсатор?

У этого прибора есть множество применений. Мы не будем перечислять их все, отметим лишь некоторые.

1) Фильтрация пульсаций в цепях питания. Конденсаторы часто ставят на входе и выходе преобразователей напряжения, на входе питания микросхем. В этом случае конденсаторы служат своего рода амортизаторами, которые могут сгладить неровности напряжения, подобно амортизаторам автомобиля, сглаживающим неровности дороги.

2) Времязадающие электрические цепи. Конденсаторы разной ёмкости заряжаются и разряжаются за разное время. Эту особенность используют в устройствах, где необходимо отсчитывать определенные промежутки времени. Например, с помощью резистора и конденсатора задается период и скважность импульса в микросхеме таймера 555 (урок про таймер 555).

3) Датчики прикосновения. В роли одной из обкладок конденсатора может выступить человек. Эту особенность нашего тела используют в своей работе сенсорные кнопки, тачскрины и тачпады некоторых видов.

4) Хранение данных. Конденсаторы применяются для хранения данных в оперативной памяти — ОЗУ (SRAM). Каждый модуль такой памяти содержит миллиарды отдельных конденсаторов, которые могут быть заряжены или разряжены, что интерпретируется как единица или ноль.

И это далеко не все варианты применения этого незаменимого прибора. Попробуем разобраться, как устройство конденсатора позволяет ему выполнять столько полезных функций!

Устройство простейшего конденсатора

Конденсатор состоит их двух металлических пластин — электродов, называемых также обкладками, между которыми находится тонкий слой диэлектрика.

Устройство конденсатора

Собственно, все конденсаторы устроены именно таким (или почти таким) образом, разве что меняется материал обкладок и диэлектрика.

Чтобы увеличить ёмкость конденсатора, не увеличивая его размеры, применяют разные хитрости. Например, если мы возьмем две обкладки в виде длинных полосок фольги, проложим между ними хотя бы тот же полиэтилен и свернем все это как рулет, то получится очень компактный прибор с большой ёмкостью. Именно так устроены плёночные конденсаторы.

Если вместо полиэтилена взять бумагу и пропитать её электролитом, то на поверхности фольги образуется тонкий слой оксида, который не проводит ток. Такой конденсатор будет называться электролитическим.

Электролитический конденсатор внутри

Существует много разных видов конденсаторов: бумажные, плёночные, оксидные алюминиевые и танталовые, вакуумные и т.п. В нашем уроке мы будем использовать оксидные электролитические конденсаторы из-за их большой ёмкости и доступности.

Полярные и неполярные конденсаторы

Очень важным является разделение конденсаторов на полярные и неполярные.

Приборы на основе оксидов: электролитические алюминиевые и танталовые обычно являются полярными, а значит если перепутать их полярность — они выйдут из строя. Причём этот выход из строя будет сопровождаться бурной электрохимической реакций вплоть до взрыва конденсатора.

Конденсатор взорвался

На полярных конденсаторах всегда имеется маркировка. Как правило на электролитических конденсаторах на корпусе контрастной полосой отмечается отрицательный вывод (катод), у танталовых (в желтых прямоугольных корпусах) полоской помечается положительный вывод (анод). Если есть сомнения в маркировке, то лучше найти документацию на этот конденсатор и убедиться.

Неполярные же конденсаторы можно включать в цепь какой угодно стороной. К примеру, многослойные керамические конденсаторы — неполярные.

Ёмкость и напряжение конденсатора

Теперь обратим внимание на две важные характеристики конденсатора: ёмкость и номинальное напряжение.

Ёмкость конденсатора характеризует способность конденсатора накапливать заряд. Это как ёмкость банки, в которой хранится, к примеру, вода. Кстати, не зря одним из первых электрических конденсаторов была так называемая Лейденская банка. Она представляла собой обыкновенную стеклянную посуду, снаружи обмотанную фольгой. В банку была налита токопроводящая жидкость — электролит. Фольга и электролит играли роль обкладок, а стекло банки служило тем самым диэлектрическим барьером.

Ёмкость электрического конденсатора измеряют в фарадах. В схемах ёмкость обозначают латинской буквой C. Как правило, ёмкость классических конденсаторов варьируется от нескольких пикофарад (пФ) до нескольких тысяч микрофарад (мкФ). Ёмкость указывается на корпусе конденсатора. Если единицы не указаны — то это пикофарады. Микрофарады часто обозначают как uF — так как буква u внешне похожа на греческую букву мю, которую используют вместо приставки микро.

Существует и особый вид конденсаторов, называемых ионисторами (англ. supercapacitor), которые имеют ёмкость в несколько фарад! Чем больше ёмкость конденсатора, тем больше энергии в нём может храниться и тем дольше он заряжается, при прочих равных условиях.

Номинальное напряжение — второй важный параметр. Это такое напряжение, при котором конденсатор будет работать весь срок службы без критичного изменения своих параметров. Нельзя применять в 12-вольтовой цепи конденсатор на 6 вольт — он быстро выйдет из строя.

Читайте так же:
Номинальный ток для кабеля сечением 240

Именно эти два параметра обычно наносят на поверхность корпуса конденсатора. На фотографии ниже изображён электролитический конденсатор ёмкостью 470 мкФ и номинальным напряжением 16 Вольт.

Маркировка электролитического конденсатора

А вот на керамических конденсаторах часто указывают только ёмкость. На картинке ниже конденсатор имеет маркировку 104. Что бы это значило?

Керамические конденсаторы

Последняя цифра в этом коде — количество нулей после двухзначного числа в начале. 104 = 10 0000 пФ = 100 нФ = 0,1 мкФ

Параллельное и последовательное подключение конденсаторов

Как и в случае резисторов, конденсаторы можно составлять в цепочки. Это бывает нужно, когда в схеме необходима какая-то конкретная ёмкость, а у вас нет такого конденсатора.

Параллельное подключение

Параллельное подключение конденсаторов

В отличие от резисторов, при параллельном подключении конденсаторов их ёмкости складываются. Например, если нам нужно получить ёмкость 3000 мкФ, а у нас есть два конденсатора по 1000 мкФ, и 10 штук по 100 мкФ, смело ставим их параллельно и получаем: 1000*2+100*10 = 2000 + 1000 = 3000 мкФ

Последовательно подключение

Последовательное подключение конденсаторов

При последовательном подключении конденсаторы ведут себя как резисторы, соединённые параллельно. Например, посчитаем суммарную ёмкость двух конденсаторов на 100 мкФ, соединённых последовательно:

Последовательное подключение конденсаторов

Суммарная ёмкость Ctot = 50 мкФ.

Заряд и разряд конденсатора — RC-цепочка

Теперь разберёмся с процессами, происходящими внутри конденсатора во время заряда и разряда. Для этого рассмотрим самую простую электрическую цепь с конденсатором. С левой стороны схемы подключим источник питания. Сверху разместим ключ и резистор, а справа сам конденсатор. Участок цепи, на котором есть конденсатор и резистор называют RC-цепью.

Цепь заряда конденсатора

При замыкании ключа, в такой цепи образуется электрический ток, сила которого зависит от сопротивления резистора и внутреннего сопротивления самого конденсатора. Заряженные частицы устремятся к конденсатору, но не смогут преодолеть слой диэлектрика (по крайней мере все разом). Вследствие чего, с одной стороны конденсатора накопятся отрицательно заряженные частицы, а с другой стороны — положительно заряженные. Концентрация заряженных частиц на обкладках создаст мощное электрическое поле между ними.

Образование электрического поля в конденсаторе

С течением времени, напряжение на конденсаторе растет, а сила тока падает. После завершения процесса заряда, ток в цепи упадет почти до нуля. Останется только очень маленький ток утечки, который образуется благодаря тому, что некоторым заряженным частицам всё же удается проскочить через слой диэлектрика. Напряжение, напротив, станет практически равным напряжению источника.

Когда мы отключим конденсатор от источника питания, этот самый ток утечки постепенно разрядит конденсатор. Эта особенность электрических конденсаторов не даёт нам сделать из них контейнер для длительного хранения энергии. Хотя частично эту проблему решают ионисторы.

Резистор и время заряда конденсатора

Зачем в цепи нужен резистор? Что на мешает подключить его напрямую к источнику? Тому есть две причины.

Резистор ограничивает ток, протекающий через конденсатор. Чем меньше заряженных частиц за единицу времени прибывает в конденсатор, тем больше времени для заряда ему потребуется.

Конденсатор заряжается и разряжается по экспоненциальному закону. Зная это, мы можем легко рассчитать время заряда/разряда в зависимости от его ёмкости и от сопротивления резистора.

График заряда конденсатора

По картинке можно понять, что за время T конденсатор заряжается на 63,2%. А вот за время 3T уже на 95%. Время T здесь равно произведению ёмкости конденсатора C на сопротивление R, последовательно соединенного резистора:

Формула для времени заряда конденсатора

Например, у нас есть конденсатор ёмкостью 100 мкФ, соединенный с резистором 1 кОм. Посчитаем за сколько секунд он зарядится хотя бы до 95%:

Расчёт времени заряда конденсатора

Теперь умножаем это на 3 и получаем 3T = 0,3 секунды — за такое время конденсатор почти полностью будет заряжен.

Таким образом, меняя ёмкость конденсатора и резистора мы можем управлять временем его заряда, что нам ещё пригодится в будущем.

Вторая важная причина, по которой в цепи присутствует резистор — защита источника питания. Дело в том, что разряженные конденсаторы имеют очень низкое внутреннее сопротивление, которое составляет доли Ома. По сути, их можно рассматривать как обычные проводники. А что будет, если замкнуть выводы питания проводником? Будет короткое замыкание! Такой режим работы цепи является аварийным для источника питания, и его нужно всячески избегать.

Плавное выключение светодиода при помощи конденсатора

Проведем небольшой опыт. Для этого соберем на макетной плате цепь с кнопкой, конденсатором и светодиодом. В качестве источника питания используем контакты питания Ардуино Уно.

Принципиальная схема

Принципиальная схема подключения конденсатора

Внешний вид макета

Схема подключения конденсатора

Подключим Ардуино к питанию. Затем, нажмем кнопку и светодиод практически мгновенно загорится. Отпустим кнопку — светодиод медленно начнет гаснуть. Почему так происходит?

Сразу после подключения нашей схемы к источнику питания, в ней начинают происходит интересные процессы.

Как уже говорилось ранее, пока конденсатор пустой, ток через него максимален. Следовательно, конденсатор начинает стремительно набирать заряд. При этом светодиоду, который подключен параллельно, ничего не достается Напряжение на нем близко к нулю.

С течением времени конденсатор насыщается, благодаря чему ток начинает постепенно переходить в параллельную цепь — через светодиод. Напряжение на светодиоде начинает расти. Наступает момент, когда напряжение на светодиоде принимает критическое значение (для красного светодиода около 1,8 В), при котором он стремительно отбирает остатки тока у конденсатора и вспыхивает!

Когда мы отпускаем кнопку, ситуация становится гораздо проще. Конденсатор становится источником питания для светодиода с резистором. Светодиод начинает медленно высасывать заряд из конденсатора, пока тот не разрядится. Тут мы и наблюдаем медленно угасание.

Меняя сопротивление R1, мы можем влиять на скорость вспыхивания светодиода. Однако, следует учитывать, что увеличивая R1 мы будем снижать ток в цепи, тем самым уменьшая максимальный заряд конденсатора и яркость светодиода.

Увеличивая C1, мы получим более длительное время работы светодиода после выключения источника. Это как поставить более ёмкую батарейку.

Наконец, меняя R2 можно регулировать яркость светодиода, и соответственно, время его работы. Ведь чем меньше тока мы забираем из конденсатора, тем на большее время его хватит.

К размышлению

Итак, мы познакомились с конденсатором — интересным и порой опасным жителем любой электронной платы. В следующих уроках уделим внимание резистору и индуктивности, а также более сложному их собрату — транзистору.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector