Формула расчета гасящего конденсатора: Расчет емкости гасящего конденсатора для паяльника

Расчет емкости гасящего конденсатора для паяльника

радиоликбез

В статье приводится методика расчета емкости гасящего конденсатора и напряжения но его выводах в цепи активной нагрузки,в частности паяльника, которая позволяет существенно сократить объем вычислений ,сведя их до минимума, что упрощает расчеты и сокращает время, необходимое для выбора гасящего конденсатора требуемой емкости и соответствующего номинального напряжения.

 

 

В приведенном материале предлагается методика расчета емкости конденсатора и напряжения на нем при его последовательном включении с паяльником, причем рассматриваются два варианта. В первом варианте необходимо уменьшить мощность паяльника на требуемую величину с помощью гасящего конденсатора, а во втором – включить низковольтный паяльник в сеть 220 В, погасив излишек напряжения конденсатором.

Осуществление первого варианта (рис.

1) предполагает два вычисления с исходными данными (ток, потребляемый паяльником из сети I и сопротивление паяльника R1), затем два промежуточных вычисления (ток, потребляемый паяльником при меньшей его мощности на требуемую величину II и емкостное сопротивление конденсатора Rc) и, наконец, два последних вычисления, которые дают искомые

рис.1

величины емкость конденсатора С на частоте 50 Гц и напряжение на выводах конденсатора Uc). Таким образом, для решения задачи по первому варианту необходимо осуществить 6 вычислений.

По второму варианту (рис.2), чтобы решить задачу, необходимо произвести с исходными данными два вычисления, как и в первом варианте, а именно: найти ток

I, потребляемый паяльником из сети, и сопротивление паяльника R, затем следует одно промежуточное вычисление, из которого, как и в первом варианте, находится емкостное сопротивление конденсатора Rc и, наконец, два последних вычисления, из которых определяют емкость конденсатора С при частоте 50 Гц и на-

рис. 2

пряжение на выводах конденсатора Uc. Таким образом, для решения задачи по второму варианту необходимо осуществить пять вычислений.

Решение задач по обоим вариантам требует определенных затрат во времени. Методика не позволяет сразу в одно действие, минуя исходные и промежуточные расчеты, определить емкость гасящего конденсатора и соответственно напряжение на его выводах.

Удалось найти выражения, которые позволяют сразу в одно действие вычислить емкость гасящего конденсатора, а затем напряжение на его выводах для первого варианта. Подобным образом получено выражение для определения емкости гасящего конденсатора для второго варианта.

Вариант 1. Располагаем паяльником 100 Вт 220 В и желаем эксплуатировать его при мощности 60 Вт, используя при этом последовательно включенный с ним гасящий конденсатор. Исходные данные: номинальная мощность паяльника Р = 100 Вт; номинальное напряжение сети U = 220 В; требуемая мощность паяльника Р1 = 60 Вт. Требуется вычислить емкость конденсатора и напряжение на его выводах согласно рис.

1. Формула для расчета емкости гасящего конденсатора имеет вид:

С = Р∙10⁶/2πf₁U²(P/P₁ – 1)^0,5(мкФ).

При частоте питающей сети = 50 Гц формула принимает вид:

С =3184,71 Р/U²(Р/Р₁– 1)^0,5 =

=3184,71-100 /220²( 100/60-1 )=8,06 мкФ.

В контрольном примере емкость конденсатора равняется 8,1 мкФ, т.е. имеем полное совпадение результата. Напряжение на выводах конденсатора равно

Uс = (РР₁)^0,5 ∙10⁶/2πf₁СU (В).

При частоте сети f₁ = 50 Гц формула упрощается:

Uc = 3184,71 (PP₁)^0,5/CU =

= 3184,71(60∙100)

0,5/8,06 • 220 =

= 139,1 В.

В контрольном примере Uc = 138 В, т.е. практическое совпадение результата. Таким образом, для решения задачи по первому варианту вместо шести вычислений нужно сделать всего два (без промежуточных расчетов). При необходимости емкостное сопротивление конденсатора можно сразу вычислить по формуле:

Rc = U²(P/P, – 1)^0,5/Р =

= 220²( 100/60 – 1)^0,5/100 = 395,2 Ом.

В контрольном примере Rc = 394 Ом, т.е. практическое совпадение.

Вариант 2. Располагаем паяльником мощностью 25 Вт, напряжением 42 В и хотим включить его в сеть 220 В. Необходимо рассчитать емкость гасящего конденсатора, последовательно включенного в цепь паяльника, и напряжение на его выводах согласно рис.2. Исходные данные: номинальная емкость паяльника Р = 25 Вт; номинальное напряжение Ur = 42 В; напряжение сети U = 220 В. Формула для расчета емкости конденсатора имеет вид:

С = Р∙10⁶/2πf₁Ur(U² – Ur²)^0,5 мкФ.

При частоте сети f₁ = 50 Гц формула принимает вид:

С = 3184,71 P/Ur(U² – Ur²)^0,5 =

= 3184,71 -25/42(220² – 42²) =

= 8,77 мкФ.

Напряжение на выводах конденсатора легко определить, пользуясь исходными данными, по теореме Пифагора:

Uc = (U² – Ur²)^0,5 = (220² – 42²) =

= 216 В.

Таким образом, для решения задачи по второму варианту вместо пяти вычислений необходимо осуществить только два. При необходимости величину емкостного сопротивления конденсатора, для данного варианта, можно определить по формуле:

Rc = Ur(U² – Ur²)^0,5/P =

= 42(220² – 42²)/25 = 362,88 Ом.

По контрольному примеру Rc = 363 Ом. Гасящий конденсатор С на приведенных рисунках желательно зашунтировать разрядным резистором МЛТ-0,5 номиналом 300…500 кОм.

Выводы. Предлагаемая методика расчета емкости гасящего конденсатора и напряжения на его выводах позволяет существенно сократить объем вычислений, сведя их до минимума.

К. В. Коломойцев.

Читайте также: Расчет бестрансформаторного блока питания

 

 

Бестрансформаторные сетевые источники питания с гасящим конденсатором

Автор: Лупенко Александр

Несколько схем и расчет бестрансформаторных блоков питания с гасящим конденсатором

Сетевой источник питания с гасящим конденсатором (рис. 1), по сути, есть делитель напряжения, у которого верхнее плечо – конденсатор, а нижнее представляет собой сложную нелинейную диодно-резисторно-конденсаторную цепь. Этим и определены недостатки (и достоинства, конечно) таких устройств.

Рисунок 1:

Для того чтобы источник мог работать в широком интервале тока нагрузки с высоким КПД, достаточно входной делитель напряжения выполнить чисто реактивным, например, конденсаторным (рис. 2).

Рисунок 2:

Он позволяет дополнительно стабилизировать выходное напряжение источника последовательно включенным компенсационным или импульсным стабилизатором, чего нельзя делать в обычном источнике с гасящим конденсатором. Как показано в статье С. Бирюкова “Расчет сетевого источника питания с гасящим конденсатором” – “Радио”, 1997, N 5, с. 48-50, – последовательный стабилизатор можно использовать только при ограничении напряжения на его входе, что опять-таки заметно снижает КПД.

Источник с конденсаторным делителем напряжения целесообразно использовать для совместной работы с импульсными стабилизаторами.

Идеально подходит он для устройства, длительно потребляющего малый ток, но требующего в определенный момент резкого его увеличения. Пример – квартирное сторожевое устройство на микросхемах “МОП с исполнительным узлом на реле и звуковом сигнализаторе.

Ток, потребляемый конденсаторным делителем, будет иметь фазовый сдвиг в 90 град. относительно напряжения сети, поэтому делитель напряжения на реактивных элементах не требует охлаждения. Исходя из вышесказанного, ток через делитель вроде бы можно выбрать сколь угодно большим. Однако неоправданное увеличение тока делителя приведет к активным потерям в проводах и к увеличению массы и объема устройства. Поэтому целесообразно принять ток через делитель напряжения в пределах 0,5…3 от максимального тока нагрузки.

Расчет источника с емкостным делителем несложен. Как следует из ф-лы (2) в упомянутой статье, выходное напряжение Uвых и полный выходной ток (стабилитрона и нагрузки

Iвых) источника по схеме 1,а связаны следующим образом:

Iвых = 4fC1(2Uc-Uвых)

Эта формула пригодна и для расчета источника с конденсаторным делителем, в ней просто надо заменить С1 на суммарную емкость параллельно соединенных конденсаторов С1 и С2, показанных на рис. /2/(C1+C2)-2Un.

Емкость и рабочее напряжение конденсатора С2 выбирают исходя из необходимого выходного напряжения – соотношение значений емкости С1/С2 обратно пропорционально значениям падающего на С1и С2 напряжения. Например, если С1″ =1 мкф, а С2=4 мкФ, то напряжение Uc1 будет равно 4/5 напряжения сети, a Uc2=Uc/5, что при напряжении сети Uc = 220 В соответствует 186 и 44 В. Необходимо учесть, что амплитудное значение напряжения почти в 1,5 раза превышает действующее, и выбрать конденсаторы на соответствующее номинальное напряжение.

Несмотря на то, что теоретически конденсаторы в цепи переменного тока мощности не потребляют, реально в них из-за наличия потерь может выделяться некоторое количество тепла. Проверить заранее пригодность конденсатора для использования в источнике можно, просто подключив его к электросети и оценив температуру корпуса через полчаса. Если конденсатор С1 успевает заметно разогреться, его следует счесть непригодным для использования в источнике.

Практически не нагреваются специальные конденсаторы для промышленных электроустановок – они рассчитаны на большую реактивную мощность. Такие конденсаторы используют в люминесцентных светильниках, в пускорегулирующих устройствах асинхронных электродвигателей и т. п.

Ниже представлены две практические схемы источников питания с конденсаторным делителем: пятивольтный общего назначения (рис. 3) на ток нагрузки до 0,3 А и источник бесперебойного питания для кварцованных электронно-механических часов (рис. 4).

Рисунок 3:

Рисунок 4:

Делитель напряжения пятивольтного источника состоит из бумажного конденсатора С1 и двух оксидных С2 и СЗ, образующих нижнее по схеме неполярное плечо емкостью 100 мкФ. Поляризующими диодами для оксидной пары служат левые по схеме диоды моста. При номиналах элементов, указанных на схеме, ток замыкания (при Rн=0) равен 600 мА, напряжение на конденсаторе С4 в отсутствие нагрузки – 27 В.

Электронно-механические часы обычно питают от одного гальванического элемента напряжением 1,5 В. Предлагаемый источник вырабатывает напряжение 1,4 В при среднем токе нагрузки 1 мА. Напряжение, снятое с делителя С1С2, выпрямляет узел на элементах VD1, VD2. СЗ. Без нагрузки напряжение на конденсаторе СЗ не превышает 12В.

---

---

Как запитать низковольтное реле постоянного тока (на 12, 24 В) от переменного напряжения 220 В, схема

В данной статье предлагаю вам простую схему, с помощью которой можно подключить обычное низковольтное реле к сети 220 вольт. То есть, бывают случаи, когда вам для своего устройства или какой либо схемы нужно использовать промежуточное реле, что питается от сетевого переменного напряжения 220 В. Под рукой такого реле нет. Хотя есть реле, рассчитанные на более низкое напряжение и постоянные ток. Либо же есть ненужное устройство, с которого такое низковольтное реле можно снять. И с помощью предлагаемой простой схемы бестрансформаторного блока питания можно из низковольтного реле сделать реле на 220 вольт.

Перед тем, как собирать эту простую схему сначала нужно измерить постоянный ток, который потребляет катушка вашего низковольтного реле.

Для этого просто нужно взять свой мультиметр, перевести его в режим измерения постоянного тока на пределе до 200 мА. Как правило, в среднем, маломощные низковольтные реле потребляют ток около 50 мА. Точность величины потребляемого тока катушкой реле позволит подобрать емкость конденсатора, что обеспечить наиболее благополучный режим работы реле. То есть, если емкость гасящего конденсатора C1 будет больше, чем нужно, то на катушке вашего реле будет оседать большее напряжение, и через нее будет протекать больший ток. Такой режим работы будет нагревать реле, что не совсем хорошо.

Итак, вы измерили ток, который потребляет ваше низковольтное реле и он допустим равен 70 мА. Далее внизу рисунка схемы имеются две формулы для расчета емкости гасящего конденсатора C1. Первая формула является упрощенным вариантом, которой можно пользоваться в случае, когда постоянное напряжение на выходе бестрансформаторного блока питания не будет больше 20 вольт. То есть, если вы используете реле, катушка которого рассчитана на напряжение 12 вольт, то можно использовать первую, упрощенную формулу. Если катушка вашего реле рассчитана на напряжение 24 или даже 36 вольт, то желательно уже пользоваться формулой №2.

Поскольку 12 вольтовые реле встречаются чаще, то я буду использовать упрощенную формулу №1. Итак, я уже знаю, что катушка моего реле потребляет 70 мА. В первую формулу я ток подставляю не в миллиамперах, а в амперах (основных единицах измерения по системе СИ). То есть мой ток равен 0,07 ампер. В формуле используется напряжение сети, то есть 220 вольт. И после простого вычисления я получаю, что емкость моего гасящего конденсатора должна быть 1 мкф (микрофарад). Конечно, если по формуле получилось допустим 1,13 мкф, то вполне допустимо округление и в место такой нестандартной емкости можно просто поставить 1 мкф. На схему такое небольшое округление никак не повлияет.

Причем стоит обязательно учесть, что гасящий конденсатор должен быть пленочный, то есть не электролит (который имеющий полярность). Дело все в том, что поскольку через гасящий конденсатор протекает переменный ток и электролитический конденсатор просто у вас выйдет из строя (обратная полярность его начнет сильно разогревать изнутри, что приведет к последующему вздутию и разрыву верхней его части). Рабочее напряжение у конденсатора должно быть не менее 400 вольт. В крайнем случае можно поставить на 250 вольт, но все же лучше на 400 В.

Итак, мы рассчитали и уже знаем емкость гасящего конденсатора. Теперь об остальных компонентах схемы. Параллельно гасящему конденсатору C1 стоит постоянный резистор. Он нужен для того, чтобы разряжать конденсатор после того, как реле будет отключено от сетевого напряжения. Это нужно, чтобы исключить возможность случайного удара током человека от заряженного конденсатора (хоть величина заряда и не опасна для здоровья человека, но будет весьма неприятно). В схеме резистор R1 стоит на 1 мОм. Хотя его можно ставить в пределах где-то от 100к и до 2 мОм.

Далее в схеме мы видим обычный диодный выпрямительный мост. Поскольку рабочий ток схемы весьма мал (до 100 мА), то диоды подойдут практически любые (выпрямительные), которые способны выдерживать прямой ток до 100 миллиампер и обратное напряжение более 350 вольт. А поскольку современные диоды при своих малых размерах имеют достаточно хорошие характеристики, то можно использовать практически любые из них. К примеру наиболее распространенные типа 1n4007 (выдерживают прямой ток до 1 ампера и обратное напряжение до 1000 вольт).

На схеме после диодного моста пунктиром обозначен еще один конденсатора, который ставить не обязательно. Поскольку на выходе диодного моста мы имеем скачкообразное напряжение с частотой 100 герц, то с таким видом тока катушка реле вполне нормально справляется и работает вполне нормально (без дребезгов, с четким и уверенным срабатыванием). Но, чтобы было совсем правильно, то конденсатора C2 можно и поставить, чтобы уменьшить выходные пульсации на выходе диодного моста. Но слишком большая емкость этого конденсатора также будет вредна (появится небольшая задержка и инерционность срабатывания и отпускания реле).

Данный сглаживающий конденсатора должен иметь емкость где-то от 1 до 3 микрофарад. Напряжение этого электролитического конденсатора должно быть процентов на 25 больше, чем используемое выходное напряжение. То есть, если я планирую использовать реле с напряжением 12 вольт, то выходной конденсатор у меня должен быть рассчитан на напряжение не менее 16 вольт. В идеальном случае его напряжение должно быть не менее 400 вольт, поскольку в случае случайного отсоединения катушки реле от самой схемы произойдет увеличение выходного напряжения до 310 вольт (хотя и с ограниченным выходным током). И это увеличенное напряжение легко может вывести выходной конденсатор из строя (если он был рассчитан на более низкое напряжение).

В подобные схемы иногда еще на выход диодного моста ставят обычный стабилитрон, рассчитанный на напряжение, которое имеет сама катушка реле. Поставить его конечно можно, но это не принципиально важно. Дело в том, что катушка имеет свое определенное активное сопротивление. Когда мы ограничиваем силу тока гасящим конденсатором, то величина этого активного сопротивления делает естественное падение напряжения на катушке. И в итоге величина напряжение на выходе бестрансформаторного блока питания будет равна рабочему напряжению используемого реле. Ведь не просто так мы делали расчет емкости гасящего конденсатора!

Ну и не забываем о электрической безопасности. Чтобы обезопасить схему от случайного КЗ (короткого замыкания) желательно в нее добавить обычный плавкий предохранитель с током около 0,5 ампер. В этом случае даже при случайном возникновении КЗ ничего страшного не произойдет.

Видео по этой теме:

P.S. Данная схема проверена и полностью работоспособна. Если сравнивать этот вариант реле, сделанный из низковольтного реле с обычный, катушка которого изначально рассчитана на 220 вольт, то особой разницы как бы и нет. Хотя бытует мнение, что реле с низковольтным реле будет по быстродействию чуть хуже обычного реле на 220 вольт. Но для использования такой схемы для простых схем, не требующие большого быстродействия вполне подойдет.

Конденсаторное питание | Электроника для всех

Что то часто меня стали спрашивать как подключить микроконтроллер или какую низковольтную схему напрямую в 220 не используя трансформатор. Желание вполне очевидное — трансформатор, пусть даже и импульсный, весьма громоздок. И запихать его, например, в схему управления люстрой размещенной прям в выключателе не получится при всем желании. Разве что нишу в стене выдолбить, но это же не наш метод!

Тем не менее простое и очень компактное решение есть — это делитель на конденсаторе.

Правда конденсаторные блоки питания не имеют развязки от сети, поэтому если вдруг в нем что нибудь перегорит, или пойдет не так, то он запросто может долбануть тебя током, или сжечь твою квартиру, ну а комп угробить это вообще за милое дело, в общем технику безопасности тут надо чтить как никогда — она расписана в конце статьи. В общем, если я тебя не убедил что бестрансформаторные блоки питания это зло — то сам себе злой Буратино, я тут не причем. Ну ладно, ближе к теме.

Помните обычный резистивный делитель?

Казалось бы, в чем проблема, выбрал нужные номиналы и получил искомое напряжение. Потом выпрямил и Profit. Но не все так просто — такой делитель может и сможет дать нужное напряжение, но вот совершенно не даст нужный ток. Т.к. сопротивления сильно велики. А если сопротивления пропорционально уменьшать, то через них насквозь пойдет большой ток, что при напряжении в 220 вольт даст очень большие тепловые потери — резисторы будут греть как печка и в итоге либо выйдут из строя, либо пожар устроят.

Все меняется если один из резисторов заменить на конденсатор. Суть в чем — как вы помните из статьи про конденсаторы, напряжение и ток на конденсаторе не совпадают по фазе. Т.е. когда напряжение в максимуме — ток минимален, и наоборот.

Так как у нас напряжение переменное, то конденсатор будет постоянно разряжаться и заряжаться, а особенность разряда-заряда конденсатора в том, что когда у него максимальный ток (в момент заряда), то минимальное напряжение и наборот. Когда он уже зарядился и напруга на нем максимальная, то ток равен нулю. Соответственно, при таком раскладе, мощность тепловых потерь, выделяемая на конденсаторе (P=U*I) будет минимальной. Т.е. он даже не вспотеет. А рективное сопротивление конденсатора Xc=-1/(2pi*f*C).

Теоретическое отступление

В цепи бывают три вида сопротивлений:

Активное — резистор (R)
Реактивное — конденсатор (X_с) и катушка(X_L)
Полное же сопротивление цепи (импенданс) Z=(R²+(X_L+X_с)²)^1/2

Да, чистые активные и реактивные элементы бывают только в теории. Например, у катушки есть индуктивное сопротивление — витки, активное сопротивление — сопротивление проволки и емкостное сопротивление — паразитные конденсаторы образующиеся между витками катушки.
Даже обычный проводник имеет какую то паразитную емкость и индуктивность.

Активное сопротивление всегда постоянно, а реактивное зависит от частоты.
X_L=2pi*f * L
Xc=-1/(2pi*f*C)
Знак реактивного сопротивления элемента указывает на его характер. Т.е. если больше нуля, то это индуктивные свойства, если меньше нуля то емкостные. Из этого следует, что индуктивность можно скомпенсировать емкостью и наоборот.

f — частота тока.

Соответственно, на постоянном токе при f=0 и X_L катушки становится равен 0 и катушка превращается в обычный кусок провода с одним лишь активным сопротивлением, а Xc конденсатора при этом уходит в бесконечность, превращая его в обрыв.

Эта зависимость от частоты также показывает почему в высокочастотных устройствах простые, казалось бы, дорожки печатной платы начинают вести себя как детали — а просто из за возросшей частоты их паразитные значения реактивных сопротивлений возрастают до ощутимых величин.

Получается у нас вот такая вот схема:

Теперь надо что-то сделать с тем, что у нас переменка. Не велика проблема — добавим парочку диодов (можно, конечно, и диодный мост, будет эффективней, но с двумя диодами проще) диоды должны быть на ток около ампера, не меньше. И чтобы обратное напряжение было вольт на 500. 1N4007, например, или похожий по параметрам:

Все, в одну сторону ток течет через один диод, в другую через второй. В итоге, в правой части цепи у нас уже не переменка, а пульсирующий ток — одна полуволна синусоиды.

Добавим сглаживающий конденсатор, чтобы сделать напряжение поспокойней, микрофарад на 100 и вольт на 25, электролит:

Но есть тут одна заковыка — у нас напряжение на нагрузке зависит от сопротивления нагрузки. Т.е. если у тебя схема, включенная вместо Rн снизила потребление тока, то соответственно напряжение на ней вырастет. А для всякой нежной электроники это черевато.

Лечится стабилитроном на нужное нам напряжение. Питать мы собираемся микроконтроллер, так что на 5 вольт:

В принципе уже готово, единственно что надо поставить стабилитрон на такой ток, чтобы он не сдох когда нагрузки нет вообще, ведь тогда отдуваться за всех придется ему, протаскивая весь ток который может дать БП.

А можно ему помочь слегонца. Поставить резистор токоограничительный. Правда это сильно снизит нагрузочную способность блока питания, но нам хватит и этого.

Ток который эта схема может отдать можно, ЕМНИП, примерно вычислить по формуле:

I = 2F * C (1.41U — Uвых/2).

• F — частота питающей сети. У нас 50гц.
• С — емкость
• U — напряжение в розетке
• Uвых — выходное напряжение

Сама формула выводится из жутких интегралов от формы тока и напряжения. В принципе можешь сам ее нагуглить по кейворду «гасящий конденсатор расчет», материала предостаточно.

В нашем случае получается что I = 100 * 0.46E-6 (1.41*U — Uвых/2) = 15мА

Не феерия, но для работы МК+TSOP+оптоинтерфейс какой- нибудь более чем достаточно. А большего обычно и не требуется.

Еще добавить парочку кондеров для дополнительной фильтрации питания и можно использовать:

Еще добавил резюк на 43ом 1Вт, чтобы кондер при втыкании кондер заряжался не так быстро и не было броска тока. На печатке он здоровый такой, возле разьема.

Печатная плата простая и вопросов по ее разводке под другую форму корпуса ни у кого не возникнет. Я же ее тут сделал просто для примера, поэтому не смотрите на ее большие размеры. Я не мельчил:

Как всегда, прикладываю LAY файл.

После чего, как обычно, все вытравил и спаял:

Схема многократно проверена и работает. Я ее когда то пихал в систему управления нагревом термостекла. Места там было со спичечный коробок, а безопасность гарантировалась тотальной остекловкой всего блока.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

В данной схеме нет никакой развязки по напряжению от питающей цепи, а значит схема ОЧЕНЬ ОПАСНА в плане электрической безопасности.

Поэтому надо крайне ответственно подходить к ее монтажу и выбору компонентов. А также внимательно и очень осторожно обращаться с ней при наладке.

Во первых, обратите внимание, что один из выводов идет к GND напрямую из розетки. А это значит что там может быть фаза, в зависимости от того как воткнули вилку в розетку.

Поэтому неукоснительно соблюдайте ряд правил:

• 1. Номиналы надо ставить с запасом на как можно большее напряжение. Особенно это касается конденсатора. У меня стоит на 400вольт, но это тот что был в наличии. Лучше бы вообще вольт на 600, т.к. в электросети иногда бывают выбросы напряжения намного превышающие номинал. Стандартные блоки питания за счет своей инерционности его переживут запросто, а вот конденсатор может и пробить — последствия представьте себе сами. Хорошо если не будет пожара.
• 2. Эта схема должна быть тщательным образом заизолирована от окружающей среды. Надежный корпус, чтобы ничего не торчало наружу. Если схема монтируется в стену, то она не должна касаться стен. В общем, пакуем все это дело наглухо в пластик, остекловываем и закапываем на глубине 20метров. :)))))
• 3. При наладке ни в коем случае не лезть руками ни к одному из элементов цепи. Пусть вас не успокаивает что там на выходе 5 вольт. Так как пять вольт там исключительно относительно самой себя. А вот по отношению к окружающей среде там все те же 220.
• 4. После отключения крайне желательно разрядить гасящий конденсатор. Т.к. в нем остается заряд вольт на 100-200 и если неосторожно сунуться куда нибудь не туда больно цапнет за палец. Вряд ли смертельно, но приятного мало, а от неожиданности можно и бед натворить.
• 5. Если используется микроконтроллер , то прошивку его делать ТОЛЬКО при полном выключении из сети. Причем выключать надо выдергиванием из розетки. Если этого не сделать, то с вероятностью близкой к 100% будет убит комп. Причем скорей всего весь.
• 6. То же касается и связи с компом. При таком питании запрещено подключаться через USART, запрещено обьединять земли.

Если все же хотите связь с компом, то используйте потенциально разделенные интерфейсы. Например, радиоканал, инфракрасную передачу, на худой конец разделение RS232 оптронами на две независимые части.

В общем, я настоятельно НЕ РЕКОМЕНДУЮ пользоваться такой схемой включения. И если можно от нее избавиться, то от нее нужно избавиться. Перейдя на традиционные схемы блоков питания с развязкой от сети.

Ну и, как обычно, видеосьемка процесса запуска девайса от розетки через такой вот БП:

Offtop:
Для троллей я заготовил много вкусной еды — энджой!

Ночник, или дежурное освещение — Сделай сам – портал самодельщиков

Часто возникает необходимость организовать в помещении дежурное освещение пониженной яркости. Предлагаю простой способ решения этой проблемы, который заключается в использовании гасящего конденсатора в цепи питания лампы накаливания (рис. 1). Конденсатор С1 служит гасящим реактивным сопротивлением для получения необходимого (пониженного) напряжения на лампе Lh2. Резистор R1 необходим для разрядки конденсатора после отключения освещения от сети. Его номинал обычно колеблется в пределах 100…500 кОм, мощность резистора – 0,5 Вт.

Рис. 1. Использование гасящего конденсатора в цепи питания лампы накаливания

Полное сопротивление схемы складывается из реактивного сопротивления конденсатора и нелинейного активного сопротивления нити накала лампы Lh2. Вообще-то точно рассчитать емкость конденсатора, который обеспечил бы нужное сопротивление, достаточно сложно. Однако можно воспользоваться упрощенными формулами, которые позволяют найти ориентировочно значение емкости конденсатора. Так, для низковольтных и маломощных ламп накаливания напряжением от 10 до 42 В (коммутаторные, от гирлянд, индикаторные и др. ) емкость гасящего конденсатора равна:

C = (1920 x I_н)/(U_с – U_л),

где: С – емкость добавочного конденсатора, мкФ;

I_н – номинальный (паспортный) ток лампы при ее номинальном напряжении, А,

U_л – напряжение, которое требуется получить на лампе, В;

U_с – напряжение сети, В.

Для осветительных ламп накаливания напряжением 110…120 В емкость конденсатора определяется по формуле:

C = (1150 x I_н)/(U_с – U_л).

Рис. 2. Использование конденсатора в цепи однотипных низковольтных ламп, соединенных последовательно

Эти формулы позволяют относительно точно подобрать емкость гасящего конденсатора для создания напряжения на лампе в пределах 30…70% от ее номинального напряжения. Хочу сказать, что обычно рассчитывают по формуле емкость конденсатора, позволяющего напряжение на лампе снизить до половины ее номинального напряжения. Например, если номинальное напряжение лампы 24 В, то в качестве напряжения, которое требуется получить на лампе, выбираем напряжение равное 12 В. Впоследствии емкость конденсатора подбираем в зависимости от желаемой яркости свечения лампы, учитывая, что увеличение емкости конденсатора повышает напряжение на лампе, а уменьшение – снижает это напряжение. Увеличивать емкость конденсатора при подборе напряжения для низковольтных маломощных ламп следует очень осторожно, так как из-за нелинейного сопротивления лампы небольшое изменение емкости может привести к большому скачку напряжения на лампе.

При использовании однотипных низковольтных ламп, соединенных последовательно, как показано на рис. 2, в качестве напряжения Uл берут напряжение, равное половине суммарного напряжения последовательно соединенных ламп, ток Iн в этом случае должен соответствовать номинальному току одной лампы.

Конденсаторы подойдут любые (только не электролитические!), например, МБГЧ, МБГП, МБМ, К73-11 и другие (напряжение не ниже 400 В). При наличии конденсаторов, рассчитанных на низкое напряжение (160…250 В), их можно соединять последовательно, как показано на рис. 3, при этом значения резисторов R1 и R2 должны быть одинаковыми, как и значения емкостей конденсаторов, что требуется для равномерного распределения между ними напряжения.

Рис. 3. Конденсаторы можно соединять последовательно

Для исключения процедуры расчета при подборе конденсаторов нужной емкости в таблице приведены значения емкостей гасящих конденсаторов для различных типов ламп, а также напряжения, получаемые на этих лампах при включении в сеть 220 В.

Значение емкости гасящих конденсаторов для отдельных ламп накаливания и гирлянд из них при включении в сеть 220 В

Использование конденсатора в качестве сопротивления | ElWiki

Известно, что конденсатор, установленный в цепи переменного тока, обладает сопротивлением, зависящим от частоты, и называется реактивным. Используя его, можно также гасить излишнее напряжение сети, причем мощность на реактивном сопротивлении не выделяется, что является большим преимуществом конденсатора перед гасящим резистором. Так как полное сопротивление 2 цепи, составленной из последовательно включенных нагрузки с активным сопротивлением R_H и конденсатора с реактивным сопротивлением Х_с, равно

то непосредственный расчет емкости гасящего конденсатора довольно сложен. Для определения ее проще пользоваться номограммой, приведенной на рис. На номограмме по оси абсцисс отложены сопротивления R_a в кОм, по оси ординат — емкость С гасящих конденсаторов в мкФ и по оси, проведенной под углом 45° к оси абсцисс,— полные сопротивления Z цепи в кОм.

Чтобы воспользоваться номограммой, предварительно нужно по закону Ома или по формуле мощности определить R_н и Z. На оси абсцисс номограммы находят вычисленное значение R_H и проводят из этой точки вертикальную прямую, параллельную оси ординат. Затем на наклонной оси отыскивают ранее определенное значение Z. Из точки начала координат через точку Z проводят дугу, которая должна пересечь линию, проведенную параллельно оси ординат. Из точки пересечения ведут линию, параллельную оси абсцисс. Точка, где эта линия встретится с осью ординат, укажет искомую емкость гасящего конденсатора.

Пример 1. Определить емкость конденсатора, который нужно соединить последовательно с электропаяльником 127 В, 25 Вт, чтобы его можно было включить в сеть переменного тока напряжением 220 В (рис. а).
Находим R_H:

где U — напряжение, на которое рассчитан электропаяльник, Р — мощность электропаяльника.
Чтобы определить Z, нужно знать ток I, протекающий в цепи:

Тогда Z равно:

Как найти емкость гасящего конденсатора, пользуясь вычисленными предварительными данными, показано на номограмме жирными линиями.

Пример 2. Мостовой выпрямитель (рис. б) с выходным напряжением Uвых = 18 В и током нагрузки Iн = 20 мА необходимо питать от сети напряжением 127 В. Найти емкость конденсатора С1, который нужно подключить последовательно с выпрямителем, чтобы погасить излишнее напряжение.
Определяем сопротивление нагрузки:

и полное сопротивление цепи:

Далее определяют емкость гасящего конденсатора С1 по номограмме. Как это сделать, показано на ней пунктиром. Результат, полученный по расчету (0,51 мкФ), можно округлить до 0,5 мкФ.
Для гашения напряжения можно использовать только бумажные конденсаторы (МБМ, МБГП и др.), предназначенные для работы в цепи переменного тока. Их рабочее напряжение для большей надежности работы должно в 2—3 раза превышать напряжение, которое нужно погасить.

300 Практических советов, В. Г. Бастанов

Осторожно высокое напряжение

Демпфирование резонанса входного шарика для предотвращения колебаний – Управление питанием – Технические статьи

Традиционный подход к демпфированию резонансов входного фильтра заключался в добавлении еще одного конденсатора, по крайней мере, в три раза большей емкости исходного входного конденсатора, с последовательно включенным резистором для демпфирования. См. AN-2162 (стр. 6) Алана Мартина, который выступает за то, чтобы добавленная емкость была как минимум в четыре раза больше входной емкости на основе SNVA538 Микеле Склокки. Наилучшее демпфирование происходит, когда значение резистора очень близко к квадратному корню из индуктивности, деленному на исходную входную емкость (см. Уравнение 2 ниже).Однако во многих случаях клиенты не хотят вкладывать такую ​​большую емкость, и если они все же добавят более дешевый электролитический конденсатор, значение сопротивления может значительно измениться. Для большинства этих конденсаторов указано максимальное последовательное сопротивление, но типичные детали имеют только от 1/4 ^-го до 1/3 ^-го этого значения.

В статье EETimes ‘Power Tip, написанной Робертом Коллманом из TI, он предложил цель обеспечения максимального импеданса источника равным 1/2 от отрицательного сопротивления нагрузки наихудшего случая.В качестве примера конструкции Роберт показал демпфирующий конденсатор всего 1/10 ^и необходимого входа. Я получил жалобы на колебания от клиентов, у которых импеданс источника составлял примерно 1/3 отрицательного импеданса нагрузки. Вероятно, это связано с взаимодействием с основным контуром управления преобразователя постоянного тока в постоянный, который обычно имеет запас по фазе около 45 градусов. Я предлагаю целевой максимальный импеданс входного фильтра равным 1/10 ^-го отрицательного сопротивления наихудшего случая. Это обеспечит в худшем случае влияние запаса по фазе основного контура менее 10 градусов.

Наихудший случай отрицательного сопротивления DC / DC при максимальной нагрузке и минимальном Vin.

Уравнение 1

Для примера конструкции с эффективной керамической байпасной емкостью 44 мкФ и бусинкой 0,2 мкГн из моего блога за декабрь 2 Power House, предположим, что минимальное Vin составляет 10 В, а максимальная нагрузка – 100 Вт (3,3 В при 30 А). В результате будет получено отрицательное сопротивление 1,0 Ом, что позволяет мне установить максимальное сопротивление входного фильтра 0,1 Ом.

Как уже упоминалось выше, лучший демпфирующий резистор:

Уравнение 2

Самое лучшее в этом уравнении – то, что оно действительно, когда и индуктивность, и емкость выражаются в мкГн и мкФ соответственно.В нашем случае это квадратный корень из 0,2 / 44 или 0,0674 Ом или 68 мОм в качестве ближайшего стандартного значения.

Я создал простую симуляцию PSPICE, чтобы быстро вычислить максимальное сопротивление входного фильтра с демпфированием и без него, а также показать взаимодействие с отрицательным сопротивлением преобразователя постоянного / постоянного тока. Чтобы получить импеданс без демпфера, установите значение демпфирующей крышки в диапазоне пФ. Чтобы получить импеданс без отрицательной нагрузки, установите отрицательное сопротивление резистора на 1000. Значения показаны для нашего примера конструкции с использованием традиционного трехкратного демпфирующего конденсатора.Выбранный мною шарик имеет сопротивление 9 мОм, а трехкратная входная емкость составляет 132 мкФ. Чтобы получить импеданс, я применяю к фильтру источник на один ампер и использую частоту развертки в диапазоне, включающем резонансную частоту, рассчитанную ранее на уровне 54 кГц. Результирующее напряжение на фильтре – это полное сопротивление в омах.

Рисунок 1: Схема PSPICE входного фильтра, включая демпфер и отрицательное сопротивление нагрузки:

Рисунок 2: График импеданса со снятым демпфером: частотная характеристика для нагруженной системы и без демпфера

График показывает пиковое сопротивление 1 Ом вблизи резонансной частоты 54 кГц.Это плохо демпфированная, но все же устойчивая система. Как уже было сказано выше, мне до сих пор приходили жалобы на колебания с аналогичными системами

В действительно нестабильной системе только из-за отрицательного сопротивления фаза будет инвертирована выше резонанса из-за правых полюсов (рис. 3). Я увеличил нагрузку до 200 Вт, что снизило отрицательное сопротивление до 0,5 Ом на входе 10 В.

Рисунок 3: Частотная характеристика для перегруженной системы без демпфера, показывающая нестабильность

Рисунок 4: Частотная характеристика для перегруженной системы с добавленным демпфером

С демпфером пиковое сопротивление увеличивается только на 0.6 дБ (-22,6 дБ против -23,2 дБ) при удвоении нагрузки. Обратите внимание, -20 дБ здесь составляет 0,1 Ом.

Заказчики не хотели использовать полную трехкратную емкость; они только добавили эффективную емкость 77 мкФ и использовали вместо нее 100 мОм. Моделирование показывает максимальное сопротивление при полной нагрузке на уровне -20 дБ или 0,10 Ом.

Если в качестве демпфера используются алюминиевые электролитические конденсаторы, все равно потребуется дополнительный резистор. Моделирование должно выполняться с ESR конденсатора при его максимальном номинальном сопротивлении, а затем с его ESR на минимальном сопротивлении (обычно от 1/5 ^{до от максимального значения). Кроме того, ток пульсаций при полной нагрузке через алюминиевый электролитический конденсатор необходимо проверить, чтобы он не превышал его номинальный ток.}

Преобразователи постоянного тока в постоянный ток

с входными шариками нуждаются в демпфировании входного сигнала, чтобы гарантировать, что входной резонанс не дестабилизирует основной контур управления. Основываясь на опыте и моделировании, фактическая необходимая сумма находится примерно посередине между строгими требованиями Алана Мартина и минимальными требованиями Роберта Коллмана. Простой инструмент моделирования может показать, что резонанс достаточно затухает.

Коэффициент демпфирования и почему он не так важен

Немногие спецификации так плохо изучены, как коэффициент демпфирования усилителя. В спецификации предполагается, что чем ближе выход усилителя к динамику приближается к короткому замыканию, тем лучше способность усилителя контролировать нежелательное движение диффузора при прекращении сигнала.

Это правда? Ну, как и во многих спецификациях, вроде того. Вроде. Дело в том, что важность спецификации сильно преувеличена.Хотя спроектировать и построить усилитель с низким выходным сопротивлением – это хорошая идея, существует практический предел того, что требуется для достижения хороших характеристик.

Формула для коэффициента демпфирования проста – это номинальное сопротивление громкоговорителей (которое должно давать одну паузу), деленное на выходное сопротивление усилителя.

Ага, так что в этом плохого?

Во-первых, мы должны посмотреть, как на самом деле работает динамик. Хотя спецификация относится к усилителю, уравнение является уравнением для системы – динамик также включен в уравнение.

Если бы динамик представлял собой простой конденсатор или индуктор, то уравнение работало бы, и выходное сопротивление усилителя создавало бы свой собственный путь для тока, протекающего от катушки индуктивности или конденсатора. Чем ниже выходной импеданс, тем больше будет протекать ток и тем быстрее будет исчерпана запасенная энергия.

В простой схеме, представленной ниже, это будет работать нормально. Источник напряжения будет заряжать конденсатор, а выходное сопротивление (R1) будет регулировать поток тока на землю для разряда конденсатора, когда источник напряжения выключен.Если бы это был источник переменного напряжения, то крышка могла бы заряжаться и разряжаться при изменении направления напряжения, но то же самое происходило бы, когда источник напряжения был выключен. Сохраненная энергия будет рассеиваться через ток, протекающий через резистор. Чем меньше резистор, тем больше ток и тем быстрее будет рассеиваться энергия.

Хорошо, почему это не работает для динамика?

Громкоговоритель – это не просто накопитель энергии, такой как конденсатор или катушка индуктивности.Ниже представлена ​​простая электрическая модель динамика. Существуют более сложные модели, которые лучше отражают то, что на самом деле задействовано, но этой будет достаточно для объяснения.

В модели выше R2 – это сопротивление постоянному току звуковой катушки динамика, которое определяется длиной и калибром провода в катушке. L2 – это индуктивность звуковой катушки, которая определяется количеством витков или витков вокруг каркаса звуковой катушки. Комбинация C1, R3 и L1 представляет собой пик импеданса при резонансе, и он определяется податливостью крестовины, массой движущихся частей и потерями в резонансной системе.

Прежде чем мы продолжим, нам, вероятно, следует более подробно объяснить резонансную систему, поскольку это устройство накопления энергии и то, на которое предположительно влияет выходное сопротивление усилителя.

Резонансная система – это просто система, которая продолжает двигаться, когда она приводится в движение. Когда конус динамика перемещается, масса движущегося диффузора и подвеска динамика не останавливаются немедленно. Это похоже на массу, подвешенную на пружине. Если вы опустите гирю и отпустите ее, система будет двигаться вверх и вниз, вверх и вниз, пока в конце концов не остановится.

В нашем динамике масса – это Mms (один из параметров Тиля и Смолла), Vas (другой из параметров) – податливость подвески, а Fs (третий параметр) – частота, с которой происходит продолжающееся движение.

Поскольку звуковая катушка подвешена внутри магнитного поля, продолжающееся движение сборки генерирует напряжение (точно так же, как в генераторе или генераторе переменного тока в вашей машине), и это напряжение вызывает протекание тока, который продолжает перемещать конус назад и далее.

Итак, идея коэффициента демпфирования заключается в том, что если выход усилителя выглядит как короткое замыкание (или как можно ближе к короткому замыканию), напряжение, генерируемое в катушке, вызовет протекание тока через выходное сопротивление и чем больше протекает ток, тем быстрее будет рассеиваться энергия и тем быстрее динамик остановится.

Хорошо, кажется, достаточно просто. Давайте добавим усилитель к нашей модели динамика.

Теперь у нас есть усилитель, который является источником переменного напряжения, и выходное сопротивление усилителя, которое в нашей модели равно R1.

Итак, когда мы приводим динамик в движение, энергия накапливается в резонансе, и когда сигнал от усилителя уходит, ток течет на землю через остальную часть цепи. Допустим, это отличный усилитель с коэффициентом демпфирования 1000 при 4 Ом, и у нас есть динамик на 4 Ом. Это означает, что выходное сопротивление усилителя составляет 0,004 Ом, а номинальное сопротивление динамика – 4 Ом. Для простоты скажем, что сопротивление катушки динамика постоянному току (R2) также равно 4 Ом.

Итак, протекающий ток проходит через сопротивление постоянного тока динамика (R2), равное 4 Ом, а затем через выходное сопротивление усилителя (R1), равное 0.004 Ом, и через индуктивность звуковой катушки, которая не имеет резистивной составляющей, поэтому мы можем это игнорировать.

Итак, чтобы определить, сколько тока течет, нам нужно определить общее последовательное сопротивление . Для резисторов, соединенных последовательно, сумма – это просто сумма резисторов. Итак, полное сопротивление составляет 4,004 Ом.

Для упрощения предположим, что в катушке генерируется 10 вольт. По закону Ома ток равен напряжению, деленному на сопротивление, поэтому 10/4. 004 = 2,498. Из резонанса будет течь 2,498 ампер тока, чтобы рассеять накопленную энергию.

Поскольку ток в последовательной цепи постоянен, чтобы определить, какой из компонентов (DCR динамика или выходное сопротивление усилителя) имеет наибольшее влияние на течение тока, мы можем просто определить падение напряжения на каждом из резисторы в нашей модели. Сумма падений напряжения пропорциональна величине каждого резистора, поэтому

Если мы решим для x, мы получим 2.4975.

2,4975 x 4 = 9,99 В.

2,4975 x 0,004 = 0,00999V.

Хммм… получается, что DCR динамика – это то, что регулирует ток – он в 1000 раз больше влияет на демпфирование, чем выходное сопротивление усилителя.

Что, если бы мы сделали усилитель еще лучше с выходным сопротивлением 0,0004 Ом? Тогда DCR динамика будет иметь в 10 000 раз большее влияние на демпфирование цепи.

Как оказалось, у нас уже есть параметр Тиле и Смолла, который указывает на затухание в динамике: Qts.

В динамике Qts представляет собой комбинацию электрической добротности и механической добротности, а формула для Qts:

Поскольку выходное сопротивление усилителя последовательно с DCR динамика, мы можем включить его в формулу для Qes:

Итак, если мы рассмотрим эти уравнения для динамика с Qts 0,707, мы увидим, что усилитель с коэффициентом демпфирования 1000 увеличит добротность до 0,708. Это не слышимое увеличение Q и не улучшение системного демпфирования. Фактически, любой выходной импеданс усилителя – это снижение на на системного демпфирования.

Итак, насколько низким должно быть выходное сопротивление, чтобы не сильно испортить переходную характеристику нашего динамика?

Благодаря Ричарду Пирсу, который уже провел вычисления, у нас есть таблица, в которой показано влияние выходного импеданса на демпфирование, и я включил ее сюда.

В этой таблице Rs – это выходное сопротивление усилителя (для этого он использовал динамик на 8 Ом). Qtc представляет собой демпфирование цепи. Gh – это величина пульсации в отклике динамика, создаваемая выходным сопротивлением усилителя.А время затухания – это время, которое требуется динамику, чтобы вернуться в состояние покоя после того, как сигнал исчез.

Если мы внимательно посмотрим на таблицу и сосредоточимся на столбце Gh, станет довольно очевидно, что при действительно высоких значениях коэффициента демпфирования нет слышимого изменения частотной характеристики системы. Даже коэффициент демпфирования 20 создает только три сотых децибела в пульсации. Мы этого не слышим. При значении 10 пульсация в десятые доли дБ вызвана выходным сопротивлением усилителя.Слышимость десятых долей децибела сомнительна. Может … просто может … мы это слышим.

Итак, разумно утверждать, что усилитель с коэффициентом демпфирования более 10 неотличим с точки зрения системного демпфирования (конусного управления) от усилителя с коэффициентом демпфирования 10 000.

Удачи даже в поиске усилителя с коэффициентом демпфирования 10.

Низкое выходное сопротивление дает реальное преимущество. Мы оставим это для другого технического совета. Однако будьте уверены, что почти каждый усилитель, доступный для вашего автомобиля, имеет достаточно низкий выходной импеданс.Когда вы выбираете усилитель, сосредоточьтесь на получении нужной мощности и на тех функциях, которые вам нужны. Не поддавайтесь утверждениям о превосходном контроле конуса – это миф.

Ссылки: «ДЕМПФИРУЮЩИЙ ФАКТОР: ВЛИЯНИЕ НА ОТВЕТ СИСТЕМЫ: ТЕХНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ», Дик Пирс, Professional Audio Development

Демпфирующий резистор

– обзор

4.5.3 Подавление VFTO

VFTO в первую очередь подавляются путем установки демпфирующего резистора в разъединителе. Этот демпфирующий резистор последовательно подключается к разрядной цепи во время размыкания / замыкания разъединителя, чтобы подавить электромагнитные колебания из-за повторяющихся искр в промежутке, тем самым уменьшая амплитуду и частоту VFTO [10,11].

На рисунке 4. 30 изображена кривая зависимости амплитуд VFTO от демпфирующего сопротивления при типичных условиях работы разъединителя. Эти амплитуды получены от демпфирующих резисторов разного сопротивления. Этот рисунок показывает, что демпфирующий резистор может значительно снизить VFTO, то есть более высокое сопротивление приведет к более низкому VFTO. При сопротивлении 100–500 Ом все VFTO составляют менее 1,5 о.е. Когда сопротивление превышает 500 Ом, VFTO немного уменьшаются. На рисунке 4.31 изображена кривая зависимости потребления энергии демпфирующим резистором от сопротивления во время одной искры.Видно, что более высокое сопротивление приводит к более высокому потреблению энергии. Когда сопротивление находится в диапазоне 0–100 Ом, потребление энергии резко возрастает с увеличением сопротивления. При увеличении сопротивления от 100 до 500 Ом потребление энергии увеличивается с 1100 до 1200 Дж. После того, как сопротивление превышает 500 Ом, потребление энергии увеличивается лишь незначительно.

Рисунок 4.30. Кривая зависимости амплитуды VFTO от демпфирующего сопротивления.

Рисунок 4.31. Кривая зависимости энергозатрат демпфирующего сопротивления от демпфирующего сопротивления.

Как было проанализировано, когда сопротивление демпфирования находится в диапазоне 100–500 Ом, все VFTO составляют менее 1,5 о.е., поэтому требования по согласованию изоляции соблюдены. После того, как сопротивление демпфирования превышает 500 Ом, VFTO немного уменьшаются. С этой точки зрения сопротивление должно быть в пределах 100–500 Ом. Кроме того, более высокое сопротивление приведет к более высокому потреблению энергии, большим производственным трудностям и более высокой стоимости. Следовательно, сопротивление демпфирования следует определять с учетом различных факторов, таких как пределы VFTO, производство и стоимость.

Кроме того, теоретические и тестовые исследования показывают, что скорость переключения разъединителя имеет большое влияние на VFTO, то есть более медленное переключение может помочь уменьшить VFTO. Следовательно, правильная скорость переключения и структура разъединителя могут способствовать снижению VFTO [11].

В последние годы другие меры, такие как MOA и магнитные кольца на шинопроводе GIS, привлекли широкое внимание. Однако эти меры подлежат дальнейшим испытаниям и модельным исследованиям перед использованием.

Цепи серии

RLC – University Physics Volume 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определить угловую частоту колебаний для резистора, катушки индуктивности, конденсатора последовательной цепи
• Свяжите цепь с демпфированными колебаниями пружины

Когда переключатель замкнут в цепи RLC (Рисунок) (a), конденсатор начинает разряжаться, и электромагнитная энергия рассеивается резистором со скоростью.С U (рисунок), мы имеем

, где i и q – функции, зависящие от времени. Это снижается до

. (а) Схема RLC . Электромагнитные колебания начинаются при включении переключателя. Конденсатор изначально полностью заряжен. (b) Затухающие колебания заряда конденсатора показаны на этой кривой зависимости заряда от времени, или q против t . Конденсатор содержит заряд до включения переключателя.

Это уравнение аналогично

.

, которое представляет собой уравнение движения для системы с амортизирующей массой и пружиной (вы впервые столкнулись с этим уравнением в «Колебаниях»).Как мы видели в этой главе, можно показать, что решение этого дифференциального уравнения принимает три формы, в зависимости от того, больше ли угловая частота незатухающей пружины, чем, равна или меньше b /2 m . Следовательно, результат может быть недостаточно демпфированным, критически демпфированным или избыточным. Аналогично, решение q ( t ) дифференциального уравнения RLC имеет ту же особенность. Здесь мы рассмотрим только случай недостаточного демпфирования.Заменяя м на L , b на R , k на 1/ C и x на q в (рисунок), и предполагая, мы получаем

, где угловая частота колебаний равна

Это решение с недостаточным демпфированием показано на (Рисунок) (b). Обратите внимание, что амплитуда колебаний уменьшается по мере рассеивания энергии в резисторе. (Рисунок) можно подтвердить экспериментально, измерив напряжение на конденсаторе как функцию времени.Это напряжение, умноженное на емкость конденсатора, дает q ( t ).

Проверьте свое понимание В цепи RLC : (a) Имеется ли в цепи недостаточное, критическое или избыточное демпфирование? (b) Если цепь начинает колебаться при заряде конденсатора, сколько энергии рассеивается в резисторе к тому времени, когда колебания прекращаются?

Сводка

• Решение с недостаточным демпфированием заряда конденсатора в цепи RLC составляет
  
• Угловая частота, указанная в решении с недостаточным демпфированием для цепи RLC , равна
  

Концептуальные вопросы

Когда между двумя концами соленоида подключен провод, результирующая цепь может колебаться, как цепь RLC .Опишите причину появления емкости в этой цепи.

Опишите, какое влияние оказывает сопротивление соединительных проводов на колеблющуюся цепь LC .

Это создает цепь RLC , которая рассеивает энергию, вызывая медленное или быстрое уменьшение амплитуды колебаний в зависимости от значения сопротивления.

Предположим, вы хотите разработать схему LC с частотой 0,01 Гц. С какими проблемами вы можете столкнуться?

Радиоприемник использует схему RLC для выбора определенных частот для прослушивания дома или в машине, не слыша других нежелательных частот.Как бы кто-нибудь спроектировал такую ​​схему?

Вам нужно выбрать достаточно маленькое сопротивление, чтобы можно было снимать только одну станцию, но достаточно большое, чтобы тюнер не нужно было настраивать точно на правильную частоту. Индуктивность или емкость должны быть изменены для настройки на станцию, однако практически говоря, переменные конденсаторы намного проще встроить в схему.

Проблемы

Какова угловая частота колебаний в колебательном контуре RLC ?

В колеблющемся контуре RLC через какое время проходит, прежде чем амплитуда колебаний упадет до половины своего первоначального значения?

Какое сопротивление R должно быть последовательно соединено с индуктором на 200 мГн образующегося колебательного контура RLC , чтобы за 50 циклов разрядиться до своего начального значения заряда? До исходного значения за 50 циклов?

Дополнительные проблемы

Покажите, что самоиндукция на единицу длины бесконечного прямого тонкого провода бесконечна.

Пусть a равно радиусу длинной тонкой проволоки, r – месту, где измеряется магнитное поле, и R – верхнему пределу задачи, где мы возьмем R по мере приближения к бесконечности.
пруф

Два длинных параллельных провода несут одинаковые токи в противоположных направлениях. Радиус каждого провода составляет a , а расстояние между центрами проводов составляет d . Покажите, что если можно пренебречь магнитным потоком внутри самих проводов, самоиндукция длины l такой пары проводов равна

.

( Совет : рассчитайте магнитный поток через прямоугольник длиной l между проводами, а затем используйте.)

Маленькая прямоугольная одиночная петля из проволоки с размерами -1 и – размещается, как показано ниже, в плоскости гораздо большей прямоугольной одиночной петли из проволоки. Две короткие стороны большой петли так далеко от меньшей петли, что их магнитными полями над меньшими полями над меньшей петлей можно пренебречь. Какова взаимная индуктивность двух контуров?

Предположим, что цилиндрический соленоид намотан на сердечник из железа, магнитная восприимчивость которого составляет x .Используя (Рисунок), покажите, что самоиндукция соленоида равна

.

, где l – его длина, A – его площадь поперечного сечения, а N – его общее количество витков.

В соленоид с витками на метр помещен железный сердечник с магнитной восприимчивостью. (а) Если через соленоид протекает ток силой 2,0 А, каково магнитное поле в железном сердечнике? (б) Каков эффективный поверхностный ток, образованный выровненными петлями атомного тока в железном сердечнике? (c) Какова самоиндукция заполненного соленоида?

а. 100 т; б. 2 А; c. 0.50 H

Переключатель S схемы, показанной ниже, замкнут на. Определите (а) начальный ток через батарею и (б) установившийся ток через батарею.

В колеблющейся цепи RLC ,. Изначально конденсатор имеет заряд, а ток равен нулю. Рассчитайте заряд конденсатора (а) через пять циклов и (б) через 50 циклов.

Катушка индуктивности 25,0 Гн имеет отключенный ток 100 А в 1.00 мс. а) Какое напряжение индуцируется, чтобы противостоять этому? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какое предположение или предпосылка ответственны?

а. ; (b) Напряжение настолько велико, что возникнет дуга, и ток не уменьшится так быстро. (c) Неразумно отключать такой большой ток в такой большой катушке индуктивности за такое чрезвычайно короткое время.

Глоссарий

RLC цепь

Цепь

с последовательно включенными источником переменного тока, резистором, катушкой индуктивности и конденсатором. 2 R \).2} + b \ frac {dx} {dt} + kx = 0, \]

, которое представляет собой уравнение движения для системы с амортизированной массой и пружиной (вы впервые столкнулись с этим уравнением в статье «Колебания»). Как мы видели в этой главе, можно показать, что решение этого дифференциального уравнения принимает три формы, в зависимости от того, больше ли угловая частота незатухающей пружины, чем, равна или меньше b /2 m . Следовательно, результат может быть недостаточно демпфированным \ ((\ sqrt {k / m}> b / 2m) \), критически демпфированным \ ((\ sqrt {k / m} = b / 2m) \) или избыточным демпфированием \ (( \ sqrt {k / m}

Это решение с недостаточным демпфированием показано на рисунке \ (\ PageIndex {1b} \). Обратите внимание, что амплитуда колебаний уменьшается по мере рассеивания энергии в резисторе. Уравнение \ ref {14.45} может быть подтверждено экспериментально путем измерения напряжения на конденсаторе как функции времени. Это напряжение, умноженное на емкость конденсатора, дает q ( t ).

Примечание

Попробуйте интерактивный конструктор схем, который позволяет построить график зависимости тока и напряжения от времени.{-3} C \) на конденсаторе, сколько энергии рассеивается в резисторе к моменту прекращения колебаний?

Ответ

а. чрезмерно демпфированный; б. 0,75 Дж

Авторы и авторство

Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (by 4.0).

Резонансный контур серии

, онлайн-калькулятор

Калькулятор и формулы для последовательной цепи, состоящей из катушки, конденсатора и резистора

Вычислитель серии RCL

Этот калькулятор возвращает наиболее важные значения последовательного резонансного контура, состоящего из резистора, катушки и конденсатора.

Омическое сопротивление R представляет собой внешний демпфирующий резистор или сопротивление потерь катушки.

Вычислитель резонансного контура серии

Формулы для резонансного контура серии RLC

Последовательный колебательный контур представляет собой решетчатый или фильтрующий контур.Допускаются частоты, близкие к резонансной.

Сила тока одинакова во всех точках измерения.

• Ток и напряжение синфазны на омическом сопротивлении.

• При индуктивном сопротивлении катушки напряжение опережает ток на + 90 °.

• При емкостном сопротивлении конденсатора напряжение отстает от тока на -90 °.

• Следовательно, U _L и U _C сдвинуты по фазе на 180 °, т.е. не совпадают по фазе.

Полное сопротивление резонансного контура называется импедансом Z.Закон Ома распространяется на всю схему. Импеданс Z является наименьшим на резонансной частоте, когда X _L = X _C .

Частота резонанса

\ (\ Displaystyle 2πf · L = \ гидроразрыва {1} {2πf · C} \)

Это приводит к формуле для резонансной частоты

\ (\ Displaystyle f_0 = \ гидроразрыва {1} {2π \ sqrt {L · C}} \)

Сдвиг фазы 0 °. 2} \)

В резонансе X _L = X _C . Фаза напряжения противоположная; два значения компенсируют друг друга, и применяется следующее:

\ (\ Displaystyle Z = R \)

Ток и напряжение

Ток наибольший при резонансе

\ (\ Displaystyle I_0 = \ гидроразрыва {U} {Z_0} = \ гидроразрыва {U} {R} \)

Если есть резонанс, значит напряжение увеличивается.Напряжение на L и C может быть больше, чем приложенное напряжение

Качество Q и демпфирование d

Качество Q указывает на увеличение напряжения

\ (\ Displaystyle Q = \ гидроразрыва {U_L} {U} = \ гидроразрыва {U_C} {U} = \ гидроразрыва {X_L} {R} = \ гидроразрыва {X_C} {R} \)

Демпфирование: \ (\ displaystyle d = \ frac {1} {Q} \)

Пропускная способность

Полоса пропускания определяет частотный диапазон между верхней и нижней частотой среза. Чем выше качество Q, тем уже резонансный контур.

\ (\ displaystyle b = \ frac {f_0} {Q} = f_0 · d = \ frac {f_0 · R} {X_L} = \ frac {f_0 · U} {U_L} \)

Частоты среза

Верхняя частота отсечки: \ (\ displaystyle f_ {go} = f_0 + \ frac {b} {2} \)

Нижняя частота отсечки: \ (\ displaystyle f_ {go} = f_0- \ frac {b} {2} \)

Следующее относится к частоте среза:

\ (\ displaystyle f = f_ {go} \) или \ (\ displaystyle f = f_ {gu} \)

\ (\ Displaystyle φ = 45 ° \)

\ (\ Displaystyle I_g = \ гидроразрыва {I_0} {\ sqrt {2}} \)

\ (\ Displaystyle U_R = \ гидроразрыва {U} {\ sqrt {2}} \)

\ (\ Displaystyle Z_g = \ sqrt {2} · Z_0 \)

Эта страница полезна? да Нет Спасибо за ваш отзыв! Извините за это Как мы можем это улучшить? послать

---

(PDF) Конденсатор с механической коммутацией и демпфирующей сетью (MSCDN) – Технические аспекты применения, проектирования и защиты

и срабатывания защиты.Настройка аварийного сигнала выбирается для обнаружения отказа одной секции серии

с соответствующим запасом в 80% от расчетного значения

. Настройка отключения выбирается для обнаружения второго отказа

или

нескольких последовательных секций.

В отличие от конденсаторных блоков, реакторы не обладают достаточной мощностью по своим номинальным характеристикам. Это зависит от нескольких конструктивных аспектов

, таких как расчетная температура, температурный класс

изоляции, материалы изоляции и проводника, проводящее

поперечное сечение обмотки, размеры катушки и т. Д.Все эти

переменных вместе определяют возможности напряжения и тока

для каждого реактора. Производитель может предоставить графики,

таблиц и аналитические выражения, чтобы дать реактору выдержать

уровней за разный период времени.

Важным вопросом является чувствительность настроек защиты

, особенно для секции настройки. Чтобы

компенсировал свойственный дисбаланс, который может существовать при состоянии банка состояния

, в реле

встроена логика обнуления.Эта логика использует сигнал ошибки, измеренный во время ввода в эксплуатацию банка

, для компенсации алгоритмов защиты в реальном времени

[12].

VI. C

ВКЛЮЧЕНИЯ

MSCDN – это экономичное решение для компенсации реактивной мощности

и фильтрации гармоник на уровне напряжения передачи

. Эти большие источники компенсации очень важны для работы системы. Если они отключены из-за сбоя

, система должна будет работать с некоторыми ограничениями

. надежности при проектировании системы MSCDN

.Тщательная спецификация компонентов фильтра

с учетом гармонических и переходных напряжений и токовых нагрузок

вместе с соответствующими схемами защиты,

, как описано в тексте, предотвратит непредвиденные отказы,

, таким образом, обеспечивая надежное и экономичное решение.

VII. R

EFERENCES

[1] Ю. Сяо, Дж. Чжао и С. Мао, «Теория проектирования фильтра C-типа»,

в Proc.2004 11-я Международная конференция по гармоникам и качеству

энергии. New York, 2004.

[2] J.H.R. Enslin1, J. Knijp; К.П.Дж. Янсен и Дж. Шульд, «Влияние оборудования компенсации реактивной мощности

на гармонический импеданс

высоковольтных сетей», в Proc. 2003 IEEE Bologna Power Tech

Конференция. 2003.

[3] Н. М. МакЛауд, Дж. Дж. Price и I.W. Whitlock, “Управление гармоническим искажением

в системе сверхвысокого напряжения с помощью емкостного демпфирования сетей

“, в Proc.IEEE 8-я Международная конференция по гармоникам

и качеству электроэнергии (ICHQP-98), стр. 706-711, 14-16 октября 1998 г.

[4] Дж. Арриллага и Н. Р. Уотсон: «Гармоники энергосистемы», Джон Вили

& Sons, 2003.

[5] А. Роберт, Т. Дефландр, Руководство по оценке сетевой гармоники

Импеданс, совместная рабочая группа CIGRE / CIRED CC02, Electra No.

167, август 1996.

[ 6] IEEE Std. 1531-2003, IEEE Guide for Application and Specification of

Harmonic Filters.

[7] IEEE Std. 18-2002, Стандарт IEEE для шунтирующих силовых конденсаторов.

[8] МЭК 60871-1, Шунтирующие конденсаторы для систем переменного тока с номинальным напряжением

выше 1000 В.

[9] МЭК 60076-6: 2007, Реакторы.

[10] Стандарт IEEE C57.16-1996, Стандартные требования IEEE, терминология и

Кодекс испытаний

для реакторов сухого типа с последовательным соединением с воздушным сердечником.

[11] IEEE Std. C37.99-2000, Руководство IEEE по защите шунтирующих батарей

.

[12] Р. Хортон, Т. Уоррен, Т. Дэй, Дж. МакКолл, А. Чадхари, «Реле 230

кВ, конденсаторные батареи типа C на 100 МВАр», Cooper Power

Системный бюллетень 03019, Июнь 2003 г. Доступно: www.cooperpower.com.

VIII. B

ИОГРАФИИ

Даниэль де Оливейра Ласерда родился в Леопольдине, Бразилия,

10 декабря 1974 года. Он получил B.E. и степень магистра в области электротехники

, инженерная федеральная школа Итажуба, Итажуба,

Бразилия, в 1997 и 2005 годах, соответственно.

С 1998 года он работал на заводе реакторов с воздушным сердечником и линейных ловушек

компании Alstom Grid в Итажубе, Бразилия, сначала в производственной зоне, затем в

во многих различных областях, а затем в инженерном отделе. С 2006 года,

, он возглавляет отдел проектирования и исследований в области реакторов с воздушным сердечником и линейных ловушек на заводе

Itajuba. В 2010 году он стал членом Общества энергетиков

IEEE.

Марио Фабиано Алвес родился в Барра-Манса, Бразилия, 23 июня

1946 года.Он получил B.E. степень в области электротехники Папского

Католического университета Рио-де-Жанейро в 1970 году и степень магистра наук. степень и

доктора философии. диплом Университета Торонто, в 1972 и 1976 годах

соответственно.

Он является профессором программы повышения квалификации в области электротехники в Папском католическом университете Минас-Жерайс,

, Бразилия. Он, в частности, является инженером-консультантом

в Alstom Grid.Его текущие исследования

находятся в областях техники высокого напряжения, электромагнитных

переходных процессов и качества электроэнергии.

Рикардо Карвалью Кампос родился в Кристине, Бразилия, 5 ноября

1976 года. В 2001 году он окончил Инженерную федеральную школу

Итажуба, Итажуба, Бразилия.

С 2001 по 2005 год он был с компанией Alstom Grid в Итажубе, Бразилия, в качестве инженера по проекту

реакторов с воздушным сердечником и линейных ловушек.В 2006 году он был

в Национальном операторе электрической системы (ONS) в Флорианополисе,

Бразилия, в качестве инженера по энергосистеме. С 2007 года он снова работал в Alstom

Grid в качестве технического руководителя отдела компенсации электроэнергии.