Что такое конденсатор и для чего он нужен в схемах
Конденсатор — это вторая по популярности радиодеталь после резистора. Он важен и незаменим, участвует в формировании сигналов и фильтрации питания. А ведь изначально, самым первым конденсатором была лейденская банка, которая была изобретена в 1745 году. С тех пор конденсаторы стали неотъемлемой частью электроники.
Общая концепция
Конденсатор состоит из двух проводящих обкладок и диэлектрика между ними. И все, больше ничего. С виду простая радиодеталь, но работает на высоких и низких частотах по-разному. 
Обозначается на схеме двумя параллельными линиями. 
Принцип работы
Эта радиодеталь хорошо демонстрирует явление электростатической индукции. Разберем на примере.
Если подключить к конденсатору постоянный источник тока, то в начальный момент времени ток начнет скапливаться на обкладках конденсатора. Это происходит за счет электростатической индукции. Сопротивление практически равно нулю.
Электрическое поле за счет электростатической индукции притягивает разноименные заряды на две противоположные обкладки. Это свойство материи называется емкостью. Емкость есть у всех материалов. И даже у диэлектриков, но у проводников она значительно больше. Поэтому обкладки конденсатора выполнены из проводника.
Чем больше емкость — тем больше может накопиться зарядов на обкладках конденсатора, т.е. электрического тока.
Основное свойство конденсатора — это емкость. Она зависит от площади пластин, расстояния между ними и материала диэлектрика, которым заполняют пространство между обкладками.
Когда на обкладках не останется места для электрического тока, то и ток в цепи прекратится. Электростатическая индукция пропадает. Теперь остается электрическое поле, которое держит заряды на своих обкладках и не отпускает их. А электрическому току некуда деваться. Напряжение на конденсаторе станет равным ЭДС (напряжению) источнику тока.
А что будет, если повысить ЭДС (напряжение) источника тока? Электрическое поле начнет все сильнее давить на диэлектрик, поскольку места на обкладках уже нет. Но если напряжение на конденсаторе превысит допустимые знания, то диэлектрик пробьет. И конденсатор станет проводником, заряды освободятся, и ток пойдет по цепи. Как тогда использовать конденсатор для высоких напряжений? Можно увеличить размер диэлектрика и расстояние между обкладками, но при этом уменьшается емкость детали.
Между обкладками находится диэлектрик, который препятствует прохождению постоянного тока. Это именно барьер для постоянного тока. Потому, что постоянный ток создает и постоянное напряжение. А постоянное напряжение может создавать электростатическую индукцию только при замыкании цепи, то есть, когда конденсатор заряжается.
Так конденсатор может сохранять энергию до тех пор, пока к нему не подключится потребитель.
Конденсатор и цепь постоянного тока
Добавим в схему лампочку. Она загорится только во время зарядки.
Еще одна важная особенность — когда происходит процесс зарядки током, то напряжение отстает от тока. Напряжение как бы догоняет ток, поскольку сопротивление нарастает плавно, по мере зарядки. Электрические зарядам нужно время, чтобы переместиться к обкладкам конденсатора. Так называется время зарядки. Оно зависит от емкости, частоты и напряжения.
Лампочка затухает при полной зарядке.
Постоянный электрический ток не проходит через конденсатор только после его зарядки.
Цепь с переменным током
А что если поменять полярность на источнике тока? Тогда конденсатор начнет разряжаться, и снова заряжаться, поскольку меняется полярность источника.
Электростатическая индукция возникает постоянно, если электрический ток переменный. Каждый раз, когда ток начинает менять свое направление, начинается процесс зарядки и разрядки.
Поэтому, конденсатор пропускает переменный электрический ток.
Чем выше частота — тем меньше реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора.
Назначение и функции конденсаторов
Конденсатор играет огромную роль как в аналоговой, так и цифровой технике. Они бывают электролитическими и керамическими, и отличаются своими свойствами, но не общей концепцией. Примеры использования:
- Фильтрует высокочастотные помехи;
- Уменьшает и сглаживает пульсации;
- Разделяет сигнал на постоянные и переменные составляющие;
- Накапливает энергию;
- Может использоваться как источник опорного напряжения;
- Создает резонанс с катушкой индуктивности для усиления сигнала.
Примеры использования
В усилителях обычно используются для защиты сабвуферов, фильтрации питания, термостабилизации и разделение постоянной составляющей от переменной. А электролитические в автономных схемах с микроконтроллерами могут долго обеспечивать питание за счет большой емкости. 
В данной схеме транзистор VT1 постоянно открыт, чтобы усиливать звук без искажений. Но если вход замнется или на него поступи постоянный ток, то транзистор откроется, перейдет в насыщение и перегреется. Чтобы этого не допустить, нужен конденсатор. С1 позволяет отделить постоянную оставляющую от переменной. Переменный сигнал легко проходит на базу транзистора, а постоянный сигнал не проходит. 
С2 совместно с резистором R3 выполняет функцию термостабилизации. Когда усилитель работает, транзистор нагревается. Это может внести искажения в сигнал. Поэтому, резистор R3 помогает удержать рабочую точку при нагреве. Но когда транзистор холодный и стабилизации не требуется резистор может уменьшить мощность усилителя. Поэтому, в дело вступает С2. Он проводит через себя усиленный сигнал шунтируя резистор, тем самым, не снижая номинальную мощность схемы. Если его емкость будет ниже расчетной, он начнет вносить фазовые искажения в выходной сигнал.
Чтобы схема качественно работала, обязательно хорошее питание. Когда схема в пиковые значения потребляет больше тока, то это всегда сильная нагрузка на источник питания. С3 фильтрует помехи по питанию и помогает снизить нагрузку. Чем больше емкость — тем лучше звук, но до определенных значений, все зависит от схемы.
А в блоках питания используется тот же принцип, как и в предыдущей схеме по питанию, но здесь емкость нужна гораздо больше. На этой схеме емкость элеткролита может быть как 1000 мкФ, так и 10 000 мкФ.
Еще на диодный мост можно параллельно включить керамические конденсаторы, которые будут шунтировать схему от высокочастотных наводок и шума сети 220 В.
Фазовые искажения
Конденсатор может искажать переменный сигнал по фазе. Это происходит из-за неверного расчета емкости, общего сопротивления и взаимодействия с другими радиодеталями. Не стоит забывать и о том, что любая радиодеталь имеет как реактивное, так и активное сопротивление.
Балластный конденсатор расчет – Что такое балластный конденсатор? Что такое гасящий конденсатор? Объясните доступно, что это, зачем его применяют.
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.
Как рассчитать емкость гасящего конденсатора простого блока питания
Блок питания с гасящим конденсатором представляет собой простейший вариант запитать какое нибудь маломощное устройство.
При всей своей простоте он имеет и два минуса: 1. Он гальванически связан с сетью! потому такие БП используются там, где нет вероятности прикосновения к контактам. 2. Такой Бп имеет не очень большой выходной ток. При увеличении выходного тока надо увеличивать емкость гасящего конденсатора и его габариты становятся существенными.
Внимание, будьте очень аккуратны, не прикасайтесь к контактам этого БП когда он включен.
Простейшая схема данного БП выглядит так:
Как можно увидеть из схемы, последовательно с сетью стоит конденсатор. Он то и является балластом,, на котором гасится часть напряжения. Конденсатор не пропускает постоянный ток, но так как в сети переменный и конденсатор в итоге постоянно перезаряжется, то и получается, что в таком случае ток на выходе есть. Причем сила тока напрямую зависит от емкости конденсатора.
Собственно потому для расчета емкости конденсатора необходимо знать как минимум выходной ток нашего будущего БП, причем надо учесть и потребление стабилизатора, обычно это несколько мА.
И так. Есть две формулы, сложная и простая. Сложная — подходит для расчета при произвольном выходном напряжении. Простая — подходит в ситуациях, когда выходное напряжение не более 10% от входного. I — выходной ток нашего БП Uвх — напряжение сети, например 220 Вольт Uвых — напряжение на выходе БП (или до стабилизаторе если такой есть), например 12 Вольт. С — собственно искомая емкость.
Например я хочу сделать БП с выходным током до 150мА. Пример схемы приведен выше, вариант применения — радиопульт с питанием 5 Вольт + реле на 12 Вольт.
Подставляем наши 0.15 Ампера и получаем емкость 2.18мкФ, можно взять ближайший номинал из стандартных — 2,2мкФ, ну или «по импортному» — 225.
Все как бы вроде хорошо, схема простая, но есть несколько минусов, которые надо исключить: 1. Бросок тока при включении может сжечь диодный мост. 2. При выходе из строя конденсатора может быть КЗ 3. Если оставить как есть, то вполне можно получить разряд от входного конденсатора, так как на нем может долго присутствовать напряжение даже после отключения БП от сети. 4. При снятии нагрузки напряжение на конденсаторе до стабилизатора поднимется до довольно большого значения.
Решения: 1. Резистор R1 последовательно с конденсатором 2. Предохранитель 0.5 Ампера. 3. Резистор R2 параллельно конденсатору. 4. Супрессор на 12 Вольт параллельно конденсатору после диодного моста. Я не рекомендую здесь использовать стабилитроны, супрессоры рассчитаны на большую мощность рассеивания и схема будет работать надежнее.
На схеме красным цветом я выделил новые компоненты, синим — небольшое дополнение в виде светодиода.
Но гасящие конденсаторы используют часто и в дешевых светодиодных лампах. Это плохо, так как у таких ламп меньше надежность и часто высокие пульсации света.
Ниже упрощенный вариант схемы такой лампы.
Попробуем рассчитать емкость для такого применения, но так как напряжение на выходе будет явно больше чем 1/10 от входного, то применим первую формулу. В качестве выходного напряжения я заложил 48 Вольт, 16 светодиодов по 3 Вольта на каждом. Конечно это все условно, но близко к реальности. Ток — 20мА, типичный максимальный ток для большинства индикаторных светодиодов.
У меня вышло, что необходим конденсатор емкостью 0.298 мкФ. Ближайший из распространенных номиналов — 0.27 или 0.33мкФ. Первый встречается гораздо реже, а второй уже будет давать превышение тока, потому можно составить конденсатор из двух параллельных, например по 0.15мкФ. При параллельном включении емкость складывается.
С емкостью разобрались, осталось еще пара моментов: 1. Напряжение конденсатора 2. Тип конденсатора.
С напряжением все просто, можно применить конденсатор на 400 Вольт, но надежнее на 630, хоть они и имеют больше размер.
С типом чуть сложнее. Для такого применения лучше использовать конденсаторы, которые изначально предназначены для такого использования, например К73-17, CL21, X2 На фото конденсатор CL21
А это более надежный вариант, не смотрите что на нем указано 280 Вольт, у него это значение переменного действующего напряжения и он будет работать надежнее, чем К73-17 или CL21.
Такие конденсаторы могут выглядеть и так
А вот теперь можно еще раз внимательно посмотреть, что надо для того, чтобы собрать такой «простой» блок питания и решить, нужен ли он. В некоторых ситуациях да, он поможет, но он имеет кучу минусов, потому на мой взгляд лучше применить просто небольшой импульсный блок питания, который уже имеет стабилизированное выходное напряжение, гальваническую изоляцию и больший выходной ток. Как пример таких блоков питания я могу дать ссылку на подробный обзор четырех вариантов, с тестами, схемами и осмотров.
Но можно поступить еще лучше. Сейчас получили распространение монолитные блоки питания. По сути кубик, в котором находится миниатюрный БП Например HLK-PM01 производства Hi-link, стоимостью около двух долларов за штуку.
Или их китайский аналог TSP-05 производства Tenstar robot. Они немного дешевле, 1.93 доллара за штуку. Практика показала, что качество у них сопоставимое.
Как я писал выше, они представляют из себя импульсный Бп в модульном исполнении. БП в пластмассовом корпусе залитый эпоксидной смолой. Выпускаются на разные напряжения и способны поддерживать его на довольно стабильном уровне.
Внутренности поближе, на фото вариант от Hi-link
На этом вроде все. Надеюсь, что статья была полезна, постараюсь и в будущем находить интересные темы. Также интересны пожелания, что хотелось бы видеть в рубрике — Начинающим.
Для чего может использоваться напряжение 12 или 24 вольт в быту
В бытовых условиях зачастую используются источники электропитания низкого напряжения. От напряжения 12 или 24В постоянного тока DС запитываются переносные/стационарные электротехнические и электронные устройства, а также некоторые осветительные приборы:
- аккумуляторные электродрели, шуруповерты и электропилы;
- стационарные насосы для полива огородов;
- аудио-видеотехника и радиоэлектронная аппаратура;
- системы видеонаблюдения и сигнализации;
- батареечные радиоприемники и плееры;
- ноутбуки (нетбуки) и планшеты;
- галогенные и LED-лампы, светодиодные ленты;
- портативные ультрафиолетовые облучатели и портативное медицинское оборудование;
- паяльные станции и электропаяльники;
- зарядные устройства мобильных телефонов и повербанков;
- слаботочные сети электропитания в местах с повышенной влажностью и системы ландшафтного освещения;
- детские игрушки, елочные гирлянды, помпы аквариумов;
- различные самодельные радиоэлектронные устройства, в том числе на популярной платформе Arduino.
Большинство устройств работает от батареек и Li-ion аккумуляторов, но использование товарных позиций не всегда оправдано с точки зрения эксплуатационных затрат. Заряжать аккумуляторные батареи можно 300–1500 раз, но гальванические элементы с большой энергоемкостью и низким током саморазряда стоят дорого. Заметно дешевле обойдется приобретение батареек, особенно солевых и щелочных, но такие элементы придётся часто менять. Тем более, что для обеспечения подающего напряжения 12 В понадобится 8 последовательно соединенных пальчиковых батареек (типа АА или ААА) или 1,5-вольтовых «таблеток» в корпусе типа 27А.
Поэтому в местах с доступом к бытовой сети 220 В 50 Гц для питания электроприемников с амперажом больше 0,1 А рациональнее использовать блок питания.
Расчет бестрансформаторного блока питания
радиоликбез
Расчет бестрансформаторного блока питания
Некоторые радиолюбители при конструировании сетевых блоков питания вместо понижающих трансформаторов применяют конденсаторы в качестве балластных, гасящих излишек напряжения (рис.1).
Неполярный конденсатор, включенный в цепь переменного тока, ведет себя как сопротивление, но, в отличие от резистора, не рассеивает поглощаемую мощность в виде тепла, что позволяет сконструировать компактный блок питания, легкий и дешевый. Емкостное сопротивление конденсатора при частоте f описывается выражением:
Величина емкости балластного конденсатора Cб определяется с достаточной точностью по формуле:
где Uc — напряжение сети, В;
IН — ток нагрузки, А;
UH — напряжение на нагрузке, В. Если UH находится в пределах от 10 до 20 В, то для расчета вполне приемлемо выражение:
Подставив значения Uc=220 В и UH=15 В, при Iн=0,5 А получим значения Сб=7,28 мкФ (1) и Сб=7,27 мкФ (2). Для обоих выражений получается весьма приличное совпадение, особенно если учесть, что емкость обычно округляют до ближайшего большего значения. Конденсаторы лучше подбирать из серии К73-17 с рабочим напряжением не ниже 300 В.
Используя эту схему, всегда нужно помнить, что она гальванически связана с сетью, и вы рискуете попасть под удар электрическим током с потенциалом сетевого напряжения. Кроме того, к устройству с бес-трансформа-торным питанием следует очень осторожно подключать измерительную аппаратуру или какие-нибудь дополнительные устройства, иначе можно получить совсем не праздничный фейерверк.
Для питания даже маломощных устройств лучше все-таки применять понижающие трансформаторы. Если напряжение его вторичной обмотки не соответствует требуемому (превышает), то вполне безопасно применить гасящий конденсатор в цепи первичной обмотки трансформатора для снижения напряжения или для включения трансформатора с низковольтной первичной обмоткой в сеть (рис.2) Балластный конденсатор в этом случае подбирается из расчета, чтобы при максимальном токе нагрузки выходное напряжение трансформатора соответствовало заданному.
1. Бирюков С.А. Устройства на микросхемах. — М., 2000.
г.Дубна Московской обл.
Бестрансформаторное электропитание: возможные схематические решения
Микросхема линейного стабилизатора
Можно своими руками собрать простой драйвер (источник стабилизированного тока) на недорогой (0,3 $) микросхеме линейного стабилизатора LM317АMDT. На вход преобразователя DС-AC подается напряжение сети 220 В, 50 Гц.
Стабилизированное напряжение 12 В получается на ИМС с минимальным набором элементов в обвязке (в самом простом варианте используется только R1 и R2). Подбирая номинал резисторов, можно регулировать ток в нагрузке, при суммарном токе светодиодов до 0,3 А микросхема отлично работает без радиатора. Ниже приведена типовая схема устройства на микросхеме LM317:
Зарядное устройство
Самым бюджетным вариантом, безусловно, считается использование зарядного устройства (ЗУ) от сотового телефона. Плата зарядника имеет совсем небольшие габариты и подойдет для питания 12 В гаджета с мощностью ≤ P ном. блока питания. Необходимо только заменить в ней однополупериодный выпрямитель на выпрямитель с удвоенным напряжением (добавляется по одному диоду и конденсатору). После модернизации получаем искомые 12 вольт с током 0.5А и полноценной развязкой от сети.
В качестве альтернативы, не требующей вмешательства в конструкцию, можно к выходу ЗУ через переходник подключается повышающий DС-DС преобразователь напряжения (например, 2-х амперный, размером 30мм х 17мм х 14мм, стоимостью 1$) с USB-разъемом. Требуется только выставить подстроечным резистором требуемое напряжение 12 В и подключить преобразователь к гаджету или стационарному электроприемному устройству.
Конденсаторы для светодиодных лампочек
Для чего я заказал эти конденсаторы? Ответ банален. Чтобы «колхозить» светодиодное освещение. А куда ещё их применить можно? Расскажу, как рассчитать ёмкость балласта для светодиодной лампочки. Обзор контрольный. Кто не боится пользоваться такими драйверами, заходим. Для тех, кто не уважает подобные схемы, заходить не обязательно.
Для начала, как обычно, посмотрим, что было в посылке
Ну а теперь перейдём к делу. Берём стандартную китайскую лампочку. Вот её схема (немного усовершенствованная).
Добавил R4, будет вместо предохранителя, а также смягчит пусковой ток. Ток через светодиоды определяет номинал ёмкости С1. В зависимости от того, какой ток мы хотим пропустить через светодиоды, и рассчитываем его ёмкость по формуле (1).
Для расчётов нам необходимо знать падение напряжения на светодиодах. Вычисляется просто. Светодиод ведёт себя в схеме как стабилитрон с напряжением стабилизации около 3В (есть исключения, но ооочень редкие). При последовательном подключении светодиодов падение напряжения на них равно количеству светодиодов, умноженному на 3В (если 5 светодиодов, то 15В, если 10 — 30В и т.д.). Допустим, мы хотим сделать лампочку на десяти светодиодах 5730smd. По паспортным данным максимальный ток 150мА. Я не сторонник насилия. Поэтому рассчитаем лампочку на 100мА. Будет запас по мощности. А запас, как говорится, карман не тянет. По формуле (1) получаем: С=3,18*100/(220-30)=1,67мкФ. Такой ёмкости промышленность не выпускает, даже китайская. Берём ближайшую удобную (у нас 1,5мкФ) и пересчитываем ток по формуле (2). (220-30)*1,5/3,18=90мА. 90мА*30В=2,7Вт. Это и есть расчетная мощность лампочки. Всё просто. В жизни конечно будет отличаться, но не намного. Всё зависит от реального напряжения в сети, от точной ёмкости балласта, реального падения напряжения на светодиодах и т.д. Кстати при помощи формулы (2) вы можете рассчитать мощность уже купленных лампочек. Падением напряжения на R2 и R4 можно пренебречь, оно незначительно. Можно подключить последовательно достаточно много светодиодов, но общее падение напряжения не должно превышать половины напряжения сети (110В). При превышении этого напряжения лампочка болезненно реагирует на все изменения напряжения сети. Чем больше превышает, тем болезненнее реагирует (это дружеский совет). И всё же, на сколько точны номиналы ёмкостей, проверим. Сначала 2,2мкФ.
Теперь 1мкФ.
Погрешности небольшие, не более 2%. Можно смело брать. Перейдём к практическому применению. Кому интересно, посмотрите, куда применил. Это уже было в одном из предыдущих обзоров, поэтому спрятал под спойлер.
Вырезка из обзора панелей
В одном из моих обзоров подключал панели к драйверу на кондёрах. Вот такая лампочка получилась из энергосберегайки. Напомню, модуль состоит из пяти параллелей. В каждой параллели 18 светодиодов 2835smd. Падение напряжения 51В.
Посчитаем ток из формулы (2): Получаем ток =(220-51)*2,2/3,18=117мА. 51В*117мА=6Вт светодиодной мощности (66,7мВт на каждый светодиод-33% от номинала) — расчётная мощность светильника. Собираем, включаем. РАБОТАЕТ!
Но без защитного стекла или пластикового рассеивателя подобные лампочки использовать нельзя. Все светодиоды под фазой, в рабочем режиме касаться нельзя. А теперь посмотрим, что показывают приборы. Куда ж я без них?
Прибор показал 5,95Вт. Конечно, такую лампочку можно использовать разве что в сарае. А у людей есть и сараи и гаражи. И туда тоже надо что-то вкручивать (деревенский вариант, объясню почему). Летом часто езжу в деревню. А в деревне напряжение больше 200В не поднимается, бывает и ниже. А теперь посчитаем мощность нашей лампочки при 180В в сети. Всё по той же формуле сначала найдём ток, который течёт через светодиоды. Только вместо 220В в формуле поставим 180В. Итого 110мА*51В=5,6Вт. Как видим, мощность почти не изменилась. А вот лампочки накаливания при таком напряжении ели коптят. Вариант с гаражом. В гараже наоборот, лампочки не успеваю менять – минимум 240В. Посчитаем ток и мощность при 260В, всё по той же формуле. Имеем: 145мА*51В=7,4Вт (41% от максимальной мощности). До перегорания слишком далеко. Вывод: и при 180В будет светить и при260В не перегорит. А теперь попробую оценить качественные характеристики света. Попробовал осветить стену
Светит очень ярко, тёплым приятным светом, ярче чем лампа накаливания на 60Вт (снимок ниже). Можете сравнить яркость и цветовой тон. Всё снималось в одинаковых условиях, на одном и том же расстоянии от стены.
Мощность лампы накаливания я тоже измерил для чистоты эксперимента, тем же прибором при тех же условиях. Лампа накаливания – 56,5Вт. Светодиодная лампа – 5, 95Вт. Обе лампочки вставлял по очереди в настольный светильник с отражателем. Вы его видели.
Теперь вырезка из последнего моего обзора. Правда, добавил измерения.
Вырезка из обзора Про диоды 1W LED Bulbs High power
При помощи этих светодиодов решил переделать светильник.
Лампочки уже испортились, а новые идут невысокого качества.
Светильник решил подключить через кондёры, большАя мощность мне не нужна, а электронный драйвер приберегу для чего-нибудь более стоящего. А вот и схема.
Все диоды соединяю последовательно.
Плату для драйвера тоже изготовил из того, что было (по-быстрому) Даже штырь для крепления был. Дроссель убирать не стал. Оставил для веса, иначе лампа будет падать.
Сделал по всем правилам электробезопасности. Ни одного элемента под напряжением наружу не выходит. Плата закреплена печатными проводниками внутрь. Посчитаем мощность получившейся лампочки. Сначала по формуле (2) найдём ток через светодиоды при ёмкости балласта 3,2мкФ. (220-18)*3,2/3,18=203,2мА. 203,2мА*18В=3,66Вт – расчётная мощность (при напряжении в сети 220В). Смотрим на прибор
Прибор показывает 3,78Вт. Но ведь и в розетке 232В, а не 220В. Погрешность минимальна. И, как обычно, посмотрим как светит.
Это светит лампочка на 40Вт. Естественно, все лампочки в равных условиях (выдержка на ручнике, расстояние до стены одинаковое). Это мой светодиодный светильник. Фотоэкспонометр подсказывает, что светит ярче сороковки. Ну и наконец третий прибор, где их (кондёры) можно применить. Много лет пользовался самодельной зарядкой.
А теперь попытаемся подытожить. Постараюсь выделить все плюсы и минусы подобных схем. -Во время работы КАТЕГОРИЧЕСКИ нельзя касаться элементов схемы, они под фазой. -Невозможно достичь высоких токов свечения светодиодов, т.к при этом необходимы конденсаторы больших размеров. -Большие пульсации светового потока частотой 100Гц, требуют больших фильтрующих ёмкостей на выходе. +Схема очень проста, не требует особых навыков при изготовлении. +Не требует особых материальных затрат при изготовлении. Большинство деталей можно найти в любом сарае или гараже (старые телевизоры и т.д.). +Незаменимы как начальный светодиодный опыт, как первый шаг в освоении светодиодного освещения. Я написал своё видение, свое отношение к подобным схемам, Оно может отличаться от вашего. Но я его высказал. А вывод как всегда делать вам. На этом всё. Больше к подробному разбору подобных схем возвращаться не буду. Измусолил их от и до. А в конце для тех, кто отслеживает треки.
На этом всё! Удачи всем.
Расчет понижающего конденсатора
| Полученные параметры понижающего конденсатора |
Если у Вас когда нибудь возникала задача понизить напряжение до какого либо уровня, например с 220 Вольт то 12В, то это статья для Вас.
Есть масса способов это сделать подручными материалами. В нашем случае мы будем использовать одну деталь — ёмкость.
В принципе мы можем использовать и обычное сопротивление, но в этом случае, у нас возникнет проблема перегрева данной детали, а там и до пожара недалеко.
В случае, когда в виде понижающего элемента используется ёмкость, ситуация другая.
Ёмкость, включенная в цепь переменного тока обладает (в идеале) только реактивным сопротивлением, значение котрого находится по общеизвестной формуле.
Кроме этого в нашу цепь мы включаем какую то нагрузку ( лампочку, дрель, стиральную машину), которая обладает тоже каким то сопротивлением R
Таким образом общее сопротивление цепи будет находиться как
Наша цепь последовательна, а следовательно общее напряжение цепи есть сумма напряжений на конденсаторе и на нагрузке
По закону ома, вычислим ток, протекающий в этой цепи.
Как видите легко зная параметры цепи, вычислить недостающие значения.
А вспомнив как вычисляется мощность легко рассчитывать параметры конденсатора основываясь на потребляемую мощность нагрузки.
Учитывайте что в такой схеме нельзя использовать полярные конденсаторы то есть такие что включаются в электронную схему в строгом соответствии с указанной полярностью.
Кроме этого необходимо учитывать и частоту сети f. И если у нас в России частота 50Гц, то например в Америке частота 60Гц. Это тоже влияет на окончательне расчеты.
Примеры расчета
Необходимо запитать лампочку мощностью 36Вт, рассчитанное на напряжение 12В. Какая ёмкость понижающего конденсатора тут необходима?
Если речь идет об электрических сетях в России, то входное напряжение 220 Вольт, частота 50Гц.
Ток проходящий через лампочку равен 3 Ампера (36 делим на 12). Тогда ёмкость по вышенаписанной формуле будет равна:
| Полученные параметры понижающего конденсатора |
| C = 4.334146654694E-5 Фарад I = 3 Ампер P = 36 Ватт Ua = 220 Вольт Ub = 12 Вольт f = 50 Герц |
Что бы не переводит степени минус пятой степени в микро или мимли Фарады, воспользуемся вот этим ботом и получим
| Полученный результат конвертации |
| полученное число = 0.0433414665469миллиФарад |
| Альтернативное представление |
что нам нужен конденсатор ёмкостью 43 мкФ.
- Сопротивление. Зависимость от температуры >>
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
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, подноси
Гасящий конденсатор вместо гасящего резистора
Скажем, низкочастотный понижающий трансформатор, выполненный традиционно на трансформаторном железе, способный преобразовать мощность 200 Ватт, весит больше килограмма, не говоря о высокой стоимости. Следовательно в некоторых случаях можно применить гасящий резистор, который ограничит ток, однако при этом на самом гасящем резисторе выделится мощность в виде тепла, а это не всегда является приемлемым.
Например, если нужно запитать 200 Ваттную лампу только на половину ее наминала, потребовалось бы рассеять мощность в 100 Ватт на гасящем резисторе, а это крайне сомнительное решение.
Весьма удобной альтернативой, для данного примера, может служить применение гасящего конденсатора, емкостью около14мкф, (такой можно собрать из трех металлопленочных типа К73-17 по 4,7мкф, рассчитанных на 250в, а лучше – на 400в) это позволит получить нужный ток без необходимости рассеивать значительную мощность в виде тепла.
Рассмотрим физическую сторону этого решения. Как известно, конденсатор, включенный в цепь переменного тока, является реактивным элементом, обладающим емкостным сопротивлением, связанным с частотой переменного тока в цепи, а также с собственной емкостью.
Чем больше емкость конденсатора и чем выше частота переменного напряжения в цепи, тем больший ток проходит через конденсатор, значит емкостное сопротивление конденсатора обратно пропорционально его емкости, а также частоте переменного тока, в цепи, куда он включен.
Это видно и из формулы для емкостного сопротивления конденсатора:
| Если в цепь переменного тока включены последовательно резистор (активная нагрузка) и конденсатор, то их общее сопротивление можно найти по формуле: |
А поскольку и то
| Итак, зная напряжение на нагрузке, силу тока нагрузки и напряжение на гасящем конденсаторе, можно определить емкость гасящего конденсатора, который нужно включить последовательно нагрузке для получения требуемых параметров питания: |
| Рассмотрим пример: требуется запитать лампу накаливания мощностью 100 Ватт, рассчитанную на напряжение 110 вольт от розетки 220 вольт. В первую очередь найдем значение рабочего тока лампы: |
Получим значение тока лампы равное 0,91 А. Теперь можно найти требуемое значение емкости гасящего конденсатора, она будет равна 15,2 мкФ.
Следует отметить, что этот расчет верен для чисто активной нагрузки, когда имеет место эффективное значение. При использовании же выпрямителя, необходимо учесть, что эффективное значение тока будет немного меньше в силу действия пульсаций. Также следует помнить, что в качестве гасящих конденсаторов, полярные конденсаторы применять ни в коем случае нельзя.
Мы не создаём иллюзий, Мы делаем звук живым!
Общая схема и ток потребления шуруповертов 12, 14 и 18В
Структурная схема шуруповерта.
Шуруповерты различных производителей построены на разной элементной базе, но структурная электрическая схема у всех примерно одинакова. Электроинструмент состоит из:
- съемного аккумулятора;
- платы управления;
- куркового выключателя, совмещенного с регулятором оборотов;
- переключателя диапазонов регулирования частоты (может отсутствовать);
- электрического двигателя (коллекторного или бесщеточного).
При изготовлении своими руками источника питания для шуруповерта надо обращать внимание на два параметра:
- напряжение;
- номинальный выходной ток.
С напряжением все просто – новый источник питания должен иметь выходное напряжение, равное номинальному напряжению питания электроинструмента. Понижение ведет к потере крутящего момента, повышение – к снижению ресурса. Работа платы управления при пониженном напряжении не гарантируется, при повышенном – вероятен выход ее из строя.
Необходимый рабочий ток определить сложнее. Производители электроинструмента крайне редко указывают потребляемый ток. Немногим чаще указывают мощность в ваттах. Но на шильдиках шуруповертов можно найти следующие данные:
- рабочее напряжение (в вольтах);
- частота вращения (в оборотах в минуту);
- вращаюший момент (в ньютонах на метр).
Эти данные выглядят достаточными для расчета рабочего тока.
Шильдик с электрическим характеристиками шуруповерта DEKO DKCD20FU.
На самом деле не все так радужно. Если задаться данными с реального шуруповерта и попытаться рассчитать номинальный ток, то получится абсурдный результат.
Сначала рассчитывается выходная мощность по формуле:
P=T*RPM/9550, где:
- P – мощность, кВт;
- T – вращающий момент, Н/м;
- RPM – частота вращения, об/мин;
- 9550 – коэффициент, объединяющий перевод из одних единиц в другие.
Для указанных данных получается:
P=42*1350/9550=5,9 кВт.
Эту развиваемую мощность надо разделить на КПД (примерно равный 0,8), в итоге потребляемая мощность равна около 7 кВт. При напряжении 20 вольт аккумуляторы должны отдавать ток 350 А. При емкости 2 А*ч батарея разрядится за 20 секунд (если даже теоретически АКБ обеспечит такой ток). Это и есть обещанный абсурд. Причиной этого могут быть лукавые декларации по оборотам или крутящему моменту. Возможно, наибольший крутящий момент выдается только при определенной частоте вращения, но даже если ее знать, то практического смысла будет мало. Ведь шуруповерт работает на разных частотах.
Поэтому ориентироваться нужно на следующие цифры, полученные экспериментальным путем:
- холостой ход – 1..2 ампера;
- средняя нагрузка – 4..6 А;
- максимальная нагрузка – 8..11 А;
- броски тока при полном торможении – до 30 А.
Уточнить эти цифры для конкретного шуруповерта можно, замерив реальный потребляемый ток на разных режимах, собрав для этого несложную схему и погоняв электроинструмент на различных нагрузках.
Схема измерения тока потребления.
А можно не уточнять, а ориентироваться на цифры, указанные выше. Блок питания понадобится на наибольший ток 10 А (но никак не меньше 5..6), желательно с защитой от сверхтока.
Зачем нужен конденcатор на схеме?
Это зависит от конкретной схемы.
Чаще всего две функции: развязка по постоянному току (гальваническя развязка) и фильтрация по питанию. Во многих схемах конденсатор используется во времязадающих и частотнозадающих цепях.
Развязка по постоянному току основана на том, что постоянное напряжение через конденсатор не передаётся, а вот переменное, в интересующей полосе частот, — передаётся. Значит, можно сигнал, находящийся на большом пъедестале, передать без потерь В САМОМ СИГНАЛЕ на усилитель, находящийся под низким напряжением. Житейский пример, ск отором постоянно приходится сталкиваться, — ПЗС-матрицы. Их выходной сигнал (собсно сигнал изображения) — это 10-12 В постоянного напряжения, от которых 500-1000 мВ собственно сигнала. А вся последующая схема обработки — это питание 3 вольта.. .
Фильтрация по питанию — примерно то же самое. Для высокочастотных помех конденсатор — это короткое замыкание. Так что конденсатор между шинами земли и питания фактически заземляет шину питания по переменному току и тем самым повышает помехоустойчивость схемы.
Время- и частотнозадающие цепи — это и так понятно.
Почему ВЧ составляющая — помехи: потому что есть, к примеру, логическая схема, в которой куча вентилей, триггеров, счётчиков и прочей фигни, и вся эта фигня как-то там переключается. Переключение логического вентиля — это бросок тока (там есть момент — хоть и короткий — когда один транзистор из пары уже приоткрылся, а второй ещё не закрылся, и существует прямое протекание тока с питания на землю) . Так что возникает короткий импульс тока, который, как учит нас партия, порождает переменное элеметромагнитное поле. Которое, как опять же учит нас партия, норовит сгенерировать эдс в любом попавшемся япо дороге проводнике. В том числе и в том, который нам переключать не надо. А для аналоговых цепей это просто в чистом виде помеха. Конденсатор, который прицеплен непосредственно к выводам переключающейся микрохемы, гарантирует, что петля, по которой идёт этот импульс тока, — минимальная (чисто геометрически) . А значит, и генерируемая помеха — тоже минимальна, потому как зависит от площади этой петли. Фактически сам конденсатор выступает для переключающегося элемента источником питания — благодаря своей способности накапливать энергию.
Для чего конденсатор для регулятора напряжения
ПРИМЕНЕНИЕ СЕТЕВЫХ РЕГУЛЯТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ И КОНДЕНСАТОРОВ
Сетевые регуляторы напряжения. Они регулируют напряжения в любых точках сети. Чем ближе регулятор к потребителю, тем эффективнее регулирование, но вместе с тем требуется большее число регуляторов в сети и выше их общая стоимость.
В качестве регуляторов применяют трансформаторы или автотрансформаторы с изменением коэффициента трансформации под нагрузкой.
Принципиальная схема трансформатора с регулированием напряжения под нагрузкой для одной фазы показана на рисунке 5.35, а. Выводы обычно делают со стороны обмотки высшего напряжения. Переключатель выполняют так, чтобы обеспечить переключение без разрывов цепи. Для такой схемы необходимо иметь специальный трансформатор. В ряде случаев используют обычные трансформаторы, а для регулирования применяют добавочные автотрансформаторы, включаемые в сеть (рис. 5.35, б).
Выпускают трансформаторы мощностью от 560 кВ А и напряжением 35/10 KB с восемью ступенями регулирования по 2,5 % и, следовательно, с общим пределом регулирования ±10 %. От восьми ступеней обмотки сделано девять выводов, по контактам которых движется переключатель. Переключение происходит без разрыва цепи. В момент переключения соседние контакты замыкаются через реактор, который ограничивает ток до допустимого значения.
Управление автоматизировано и ведется от реле напряжения.
Точность поддержания напряжения на зажимах реле ±1,25 %. Время выдерживают с помощью моторного реле времени. Переключения выполняются электродвигателем постоянного тока напряжением 220 В. Схема питается постоянным током от аккумуляторной батареи или, что более удобно, от выпрямительной установки. Предусмотрено также ручное управление переключателем непосредственно на трансформаторе и дистанционное — со щита управления.
Регулируемые трансформаторы типа ТМН имеют мощности 1000, 1600, 2500, 4000 и 6300 кВ А, пределы регулирования ±9 % (±6 • 1,5 %). Трансформаторы ТМН снабжены быстродействующими переключателями с малогабаритными активными сопротивлениями. В переключателях шесть ступеней тонкой регулировки и одна ступень грубой регулировки, равная половине диапазона регулирования. Регулятором поддерживается напряжение на выводах трансформатора неизменным, т.е. стабилизирует его на уровне 105 % U„, полностью компенсируя потерю напряжения в линии напряжением 35 кВ и самом трансформаторе. Технически вполне возможно встречное регулирование в широких пределах. Однако глубокое встречное регулирование эффективно только при совпадении графиков нагрузки всех потребителей данной подстанции.
Выпускают регуляторы напряжения повышенной надежности.
Составляют таблицу отклонений напряжения, выделяя жирным шрифтом известные значения (табл. 5.8). Для случая без регулятора получают допустимую потерю напряжения в сети напряжением 10 и 0,38 кВ, равную
Таким образом, при использовании регулятора напряжения значительно увеличивается допустимая потеря напряжения и, следовательно, примерно настолько же сокращается расход металла в сетях.
Автотрансформаторы для регулирования напряжения в сети напряжением 10 и 35 кВ или вольтодобавочные автотрансформаторы ЛРН выпускают с проходной мощностью 400, 630 и 1600 кВ А с диапазоном регулирования от +5 до —10 %, шестью ступенями по 2,5 %. Выдержка времени на переключение 40. 240 с.
Выводы трансформатора переключаются специальным переключателем без разрыва цепи. Схема автоматики регулирующего устройства не имеет контактов. В ней используют магнитный усилитель в релейном режиме.
Несмотря на сложность и высокую стоимость регуляторов напряжения на трансформаторах 35/10 кВ, их применение более экономично, чем малых регуляторов. Последние целесообразно использовать совместно с мощными для улучшения режима напряжения удаленных потребителей. В этом случае получается наиболее экономически выгодная схема регулирования.
Последовательное или продольное включение конденсаторов. Его применяют для компенсации потери напряжения в воздушных линиях. При включении конденсаторов потеря напряжения в линии (рис. 5.37)
Уменьшение потери напряжения прежде всего зависит от коэффициента мощности нагрузки. Если он близок к единице, то компенсирующее действие последовательно включенных конденсаторов стремится к нулю. Коэффициент мощности сельских сетей в период максимума нагрузок составляет 0,7. 0,9, и, следовательно, продольная компенсация потери напряжения с помощью последовательно включенных конденсаторов может быть эффективна.
Важное положительное качество последовательно включенных конденсаторов — степень их конденсации — зависит от тока. Поэтому с ростом нагрузки возрастает и компенсация потери напряжения. Особенно хорошо компенсируются потери напряжения от пусков крупных двигателей, когда наблюдается большой пусковой ток с малым коэффициентом мощности.
Поскольку конденсаторы в нормальном режиме находятся под напряжением, составляющим 5. 20 % напряжения сети, их выбирают на ближайшее стандартное напряжение, значительно меньшее напряжению сети. Однако при коротких замыканиях почти все напряжения сети оказываются приложенными к конденсаторам. Они выдерживают 3,5-кратные перенапряжения в течение 0,2 с, а 2,5-кратные — в течение 30 с, поэтому в ряде случаев могут работать без защиты. При больших кратностях перенапряжений конденсаторы необходимо защищать.
Последовательно включенные конденсаторы можно защищать воздушным искровым промежутком, замыкающим конденсатор накоротко при повышении напряжения. Последовательно с искровым промежутком включают катушку контактора, который также замыкает конденсатор.
В сетях напряжением до 35 кВ напряжение на последовательных конденсаторах в большинстве случаев не превышает 1. 3кВ. При этом трудно создать стабильно работающий воздушный искровой промежуток. Если токи короткого замыкания невелики, то он может быть заменен газонаполненным разрядником.
Выбор мощности последовательных конденсаторов определяют из следующих соображений.
Необходимая мощность конденсаторов
Конденсаторы подбирают таким образом, чтобы их сопротивление было как можно ближе к расчетному, но не менее.
При радиальной линии с одной нагрузкой на конце место установки конденсаторов с точки зрения потери напряжения безразлично. Однако целесообразнее размещать их в конце линии, у потребителя. При этом уровень напряжения в линии ниже, а конденсаторы меньше подвергаются перенапряжениям, так как большинство коротких замыканий будет до них.
Если нагрузка распределена вдоль линии, то место установки конденсаторов следует выбирать таким образом, чтобы отклонения напряжения в линии лежали в допустимых пределах.
Параллельное или поперечное включение конденсаторов. Оно компенсирует потерю напряжения в линии
В последнее время параллельно включаемые конденсаторы все чаще применяют для компенсации реактивной мощности, т. е. для повышения коэффициента мощности в сети. При наличии установки для компенсации реактивной мощности в сети ее обязательно необходимо оценивать с точки зрения влияния на уровень напряжения.
Контрольные вопросы и задания. 1. Что такое приведенные затраты? 2. От каких факторов зависит значение экономической плотности тока? 3. Поясните порядок расчета внутренних проводок. 4. Дайте определение падения и потери напряжения. 5. Поясните, как построить экономические интервалы для выбора сечений проводов в воздушных линиях электропередачи. 6. В чем суть магистрального принципа выбора сечений проводов воздушных линий напряжением 10 кВ? 7. Как определить точку токораздела в линиях с двухсторонним питанием? 8. Перечислите технические средства регулирования напряжения в электрических сетях.