Накачка и сброс — больше энергии, чем вы ожидали!

В статье рассмотрен метод заряда блока конденсаторов для накопления энергии, обеспечивающий достаточный запас мощности для питания всех типов нагрузок. Описана схема обратноходового преобразователя с высокой выходной мощностью, использованного для заряда блока суперконденсаторов. Статья представляет собой перевод [1].

Введение

Разработчики часто сталкиваются с трудностями при создании высокоэффективных преобразователей мощности. Причина — необходимость уменьшить тепловыделение в ограниченной области, чтобы обеспечить другие подсистемы большей входной мощностью или сберечь электроэнергию из соображений экологичности. Что же должен сделать разработчик, когда от него требуется обеспечить выходную мощность, превосходящую входную мощность на 50 или 100%? Эта на первый взгляд невыполнимая задача может быть решена, хотя и с некоторыми ограничениями. Некоторые виды нагрузки требуют большие мощности лишь в относительно короткие периоды времени продолжительностью в миллисекунды, секунды или даже минуты. В статье рассматривается, как этого можно добиться, заряжая блок конденсаторов для накопления энергии (накачка), пока она не потребуется, и разряжая конденсаторы на нагрузку контролируемым образом (сброс).

Все источники подводимого электропитания имеют ограниченные предельные значения тока, напряжения или мощности. Из-за наличия внутреннего сопротивления выходное напряжение батарей падает при большой нагрузке, тем самым косвенно устанавливая наибольший выходной ток для стабилизации напряжения на нагрузке. Практически все адаптеры питания рассчитаны на наибольший уровень выходной мощности. При превышении этого уровня адаптер питания может перейти в режим защиты от перегрузки по току, либо может даже сработать предохранитель для защиты источника входного питания. Интерфейс USB используется как источник питания с напряжением 5 В с выходным током всего 0,1A, но при необходимости может обеспечивать максимальный выходной ток до 0,5 A. Такая величина тока ограничивает мощность этого чрезвычайно распространенного источника питания величиной всего 2,5 Вт. Дополнительную выходную мощность можно получить только от источника накопленной энергии, например от конденсатора или батареи.

Тип нагрузки имеет значение

Передача тока в нагрузку от заряженного конденсатора определяется переносом требуемого количества заряда в течение определенного периода времени. В терминах подводимой мощности этот процесс можно определить с помощью уравнения:

P = 0,5C_bulk(V_i² – V_f²),       (1)

 

где C_bulk — емкость заряжаемого конденсатора; V_i — начальное напряжение конденсатора, а V_f — конечное напряжение после разряда.
Эта концепция проста в реализации: следует зарядить конденсатор большой емкости до начального высокого напряжения и дать ему разрядиться до заданного уровня; при этом ток подается в нагрузку в условиях временной перегрузки по току. В конце цикла разряда на конденсаторе останется напряжение V_f, и потребуется повторный заряд конденсатора до напряжения V

i. Мощность, которую должен поддерживать конденсатор большой емкости, равна подводимой к нагрузке мощности за вычетом мощности, которая обеспечивается входным источником питания во время разряда. При расчете КПД всех импульсных преобразователей не следует занижать требуемую величину емкости конденсатора. Уравнение (1) представляет собой выражение для напряжения на конденсаторе при подаче постоянной мощности на нагрузку. Однако это является наихудшей ситуацией, поскольку не всякая нагрузка требует постоянной мощности.
Примером нагрузки постоянной мощности служит вход регулируемого импульсного источника питания. Для поддержания постоянной мощности по мере уменьшения входного напряжения импульсного источника питания входной ток должен возрастать. Нагрузка может быть резистивной или проявлять себя как источник постоянного тока. На рисунке 1 показаны разрядные характеристики трех типов нагрузки. Все характеристики начинаются в одной точке, соответствующей начальному напряжению, но затем они расходятся. Ток постоянного сопротивления изменяется противоположно току постоянной мощности и снижается при уменьшении напряжения, постепенно стабилизируясь по мере разряда. Разряд на нагрузку в режиме постоянного тока происходит линейно до нулевого напряжения, причем обеспечивается одинаковый ток, независимо от напряжения на конденсаторе. Разряд в режиме постоянной мощности, в свою очередь, происходит быстрее всего из-за резкого возрастания разрядного тока по мере уменьшения напряжения. В зависимости от типа нагрузки необходимая емкость может существенно изменяться, поэтому всегда полезно знать характер конкретной нагрузки.
При использовании блока конденсаторов разработчик должен также решить, до каких пределов его можно будет разряжать. Существуют два возможных способа. Первый состоит в непосредственном подключении нагрузки к блоку конденсаторов. Перепад напряжения на конденсаторах должен находиться в допустимых для нагрузки эксплуатационных пределах. Обычная полупроводниковая нагрузка допускает отклонение лишь 3—5% от номинального напряжения. Это существенно ограничивает допустимое падение напряжения и принуждает использовать конденсаторы большой емкости. В этом случае не требуется дополнительной стабилизации напряжения.

Рис. 1. Тип нагрузки определяет разрядную характеристику конденсатора

Второй способ допускает большие перепады напряжения и использует дополнительный стабилизатор между конденсатором и нагрузкой. Стабилизатор может быть понижающим, повышающим или даже SEPIC-преобразователем, в зависимости от размаха напряжения на входе, выходе и конденсаторе. При большом перепаде напряжения на конденсаторе более эффективно используется запасенная энергия, что минимизирует величину необходимой емкости. Уменьшение требуемой емкости может снизить общие затраты, даже с учетом расходов на дополнительный стабилизатор.

Некоторые суперконденсаторы оказываются несовершенными

Преимущество суперконденсаторов — плотность энергии, которая в 1000—10000 раз превышает плотность энергии электролитических конденсаторов. В настоящее время часто используются конденсаторы с номинальным значением емкости 100 Ф и более. Многие из них предназначены для приложений с малым потреблением тока, например для резервных запоминающих устройств. Конденсаторы таблеточного типа часто имеют эквивалентное последовательное сопротивление (equivalent series resistance — ESR) 100 Ом и более. Разработчик должен определить максимальное допустимое ESR исходя из разрядного тока и падения напряжения. Современные типы суперконденсаторов имеют очень малую величину ESR, сравнимую с аналогичным показателем для керамических конденсаторов.

На схеме, представленной на рисунке 2, были выбраны суперконденсаторы с малым ESR, поскольку они должны служить источником тока в сотни миллиампер. Питание схемы осуществляется от порта USB с предельным значением входной мощности 2,5 Вт. Выходное напряжение преобразователя составляет 7 В на импульсной нагрузке 4,2 Вт в течение 4 с, а затем 0,7 Вт в течение 15 с. Изолированный обратноходовой преобразователь с контроллером TPS40210 использован для заряда блока суперконденсаторов до напряжения 13,5 В во время режима малой нагрузки. Допускается разряд конденсатора приблизительно до 9,5 В через 4 с режима большой нагрузки. В течение этого периода входной ток стабилизируется на уровне не более 0,5 A (2,5 Вт) и измеряется резистором с помощью операционного усилителя. Если величина входного тока стремится превысить 0,5 A, эта токовая петля управляется напряжением вторичного контура. Во время регулирования входного тока входная мощность продолжает подаваться на вторичный контур, но ограничена уровнем 2,5 Вт, тогда как дополнительная мощность подается на нагрузку блоком конденсаторов.

Рис. 2. Пример схемы обратноходового преобразователя, заряжающего блок суперконденсаторов, для питания большой нагрузки

На рисунке 3 показаны графики изменения тока и напряжения. Во время импульса тока нагрузки 0,6 А (нижняя кривая) напряжение на суперконденсаторе (верхняя кривая) снижается приблизительно до 4 В. Это значение является входным напряжением для синхронного понижающего DC/DC-преобразователя типа TPS62110, стабилизирующего выходное напряжение на уровне 7 В (средний сигнал). Когда выходной ток нагрузки при напряжении 7 В уменьшается до 0,1 A, блок конденсаторов повторно полностью заряжается до 13,5 В. Во время этих ступенчатых изменений режимов нагрузки и больших перепадов входного напряжения выходное напряжение остается стабильным с небольшими отклонениями.

Рис. 3. Импульсы тока нагрузки (нижний сигнал) разряжают блок конденсаторов (верхний сигнал), но напряжение на выходе стабилизировано (средний сигнал) (масштаб: 2 В/деление, 0,2 A/деление, 5 с/деление)

На рисунке 4 показаны сигналы в момент подачи напряжения 4,5 В на вход USB. При включении блок конденсаторов первоначально разряжен, а обратноходовой преобразователь немедленно переключается в режим ограничения входного тока, поскольку выходная нагрузка ведет себя как короткозамкнутая. Блок конденсаторов медленно заряжается до напряжения 13,5 В со скоростью, которая определяется ограничением по входной мощности 2,5 Вт и потерями, связанными с КПД обратноходового преобразователя. Когда напряжение достигает 13,5 В, вторичный контур принимает управление на себя, позволяя уменьшить входной ток. В этом примере выходная нагрузка отсутствует, хотя для полного заряда конденсаторов требуется приблизительно 18 с. Время запуска будет еще более продолжительным, если подключить внешнюю нагрузку. Это является одним из недостатков, связанных с наличием накопительного конденсатора большой емкости.  

Рис. 4. Заряд батареи конденсаторов может быть медленным при подаче напряжения питания во время запуска (Масштаб: 2В/деление, 5 с/деление)

Заключение

Схема, представленная в этой статье, обеспечивает построение изолированного источника питания, мощность которого больше мощности входного источника питания. Хранение энергии в конденсаторе большой емкости имеет свои недостатки, в частности, высокую стоимость суперконденсаторов и продолжительное время запуска. Тип нагрузки непосредственно влияет на величину необходимой емкости для длительной поддержки требуемой величины напряжения. Нагрузка с постоянной мощностью, например такая как стабилизирующий импульсный преобразователь, представляет собой наиболее тяжелый вид нагрузки и может разрядить накопительный конденсатор быстрее, чем резистивная нагрузка или нагрузка по постоянному току. Однако если в схеме предусмотреть возможность значительного снижения напряжения на накопительном конденсаторе, после которого включен импульсный стабилизатор, то можно удовлетворить потребности в энергии для самой большой нагрузки.

Литература

Компенсационные конденсаторы Epcos

Проблема качества электроэнергии существует в любой системе электропитания при наличии в ней компонентов с нелинейной вольтамперной характеристикой и элементов, сдвигающих фазу тока и напряжения в цепи. В любом блоке питания это диодные мосты и конденсаторы фильтра. Заряд конденсатора происходит не постоянно, а короткими импульсами, что приводит к появлению гармонических искажений в цепях потребления. Когда такого плана потребителей различной мощности к сети подключено много, это становится серьезной проблемой для генерирующей электроэнергию стороны. Для решения этой проблемы применяют относительно простые схемы активной коррекции коэффициента мощности (PFC), состоящие из катушки индуктивности и микросхемы корректора коэффициента мощности.

Однако проблема реактивной мощности, а значит и снижения качества электроэнергии существует и в распределительных сетях промышленного потребления низкого и среднего напряжения. Здесь нагрузка, обладающая индуктивным характером (двигатели, индукционные нагреватели, трансформаторы, сварочные генераторы) вызывает отставания тока от напряжения. В результате некоторое время ток сохраняет свою полярность после изменения полярности напряжения. В этот промежуток времени возникает отрицательная энергия, возвращающаяся в питающую сеть, а после восстановления соответствия полярности тока и напряжения такое же количество энергии расходуется на восстановление магнитного поля.

Снижение коэффициента мощности приводит к следующим нежелательным последствиям:

• увеличение энергопотребления и затрат,
• уменьшение передаваемой по электросетям мощности,
• увеличение потерь энергии в электросетях,
• увеличение потерь в трансформаторах,
• увеличение падения напряжения в электросетях.

Для компенсации влияния реактивной мощности на цепь используют компенсационные конденсаторы, автоматически подключаемые схемой управления в зависимости от параметров нагрузки. 
Упрощенная структурная схема установки коррекции коэффициента мощности приведена на рисунке 1.

Рис. 1 Структурная схема корректора коэффициента мощности

Специально для применения в установках коррекции коэффициента мощности компанией TDK-Epcos были разработаны одно- и трехфазные конденсаторы серий PhaseCap Premium, PhaseCap Compact, PhaseCap HD, PhiCap, MKV. Они представляют собой самовосстанавливающиеся, металлизированные пленочные конденсаторы. Мощность конденсаторов составляет от 5.2 до 33.0 кВар при номинальных напряжениях 230, 400, 440 и 525 В.

Основные параметры компенсационных конденсаторов приведены в таблице:

Серия	Реакт. мощность Qr,  квар	Номинальное напряжение, В(AC)	Суммарные потери, Вт/кВар	Наполнение	Ожидаемый ресурс, ч
PhaseCap Premium	5.0 … 33.0	230 … 800	< 0.45	инертный газ	180 000
PhaseCap Compact	5.0 … 33.0	230 … 525	< 0.45	полусухой биоразлагаемый полимер	200 000
PhaseCap HD	40.0 … 60.0	400 … 525	< 0.45	инертный газ	180 000
PhiCap	0.5 … 30.0	230 … 525	< 0.45	полусухой биоразлагаемый пластичный полимер	135 000
MKV	4.2 … 30.0	400 … 800	< 0.35	масло	300 000

Полный ассортимент компенсационных конденсаторов Epcos, поставляемых Промэлектроникой.

Новое поступление представлено в таблице:

Разряд конденсаторных батарей компенсаторов реактивной мощности

Перед каждым повторным включением конденсаторной батареи необходимо разрядить ниже 10% ее номинального значения напряжения. Данное требование во многом регламентирует величину интервала переключения ступеней автоматизированных конденсаторных установок (АКУ) компенсации реактивной мощности. В то же время разряд до напряжения ≤75 В для косинусных силовых конденсаторов на номинальное напряжение — U_ном. — ниже 660 В должен продолжаться не более 180 с (стандарт IEC 831), а для косинусных силовых конденсаторов с U_{ном .}≥660 В не превышать 10 мин (стандарт IEC 871).

Как известно, суммарная величина активного разрядного сопротивления R (Ом), определяется по формуле [1]:

R ≤ 15× (U_ф/Q_КБ)x/10­­⁶,  (1)

где U_ф — фазное напряжение сети (кВ), а Q_КБ — номинальная мощность конденсаторной батареи (квар). Соответственно время разряда одно- или трехфазного косинусного силового конденсатора — t от U_ном. до максимально допустимого напряжения разряда — U_раз — составит [2]:

где С — емкость одной фазы трехфазного косинусного силового конденсатора и

где С — общая емкость однофазного косинусного силового конденсатора.

Разряд конденсаторной батареи должен производиться автоматически после каждого отключения от сети. Поэтому к косинусному силовому конденсатору постоянно и непосредственно (без промежуточных разъединителей и предохранителей) присоединяются специальные разрядные устройства (кроме случая подключения индивидуальной конденсаторной батареи компенсации реактивной мощности силового трансформатора или электродвигателя через общий выключатель, поскольку при данных условиях разряд силовых конденсаторов происходит через обмотки этих электроприемников).

Рис. 1. Установка разрядных резисторов на цилиндрическом косинусных силовых конденсаторах:
1 — модуль разрядных резисторов;
2 — корпус разъема клеммной колодки;
3 — подключаемый кабель;
4 — крепежный зажимной винт;
5 — контактная шина;
6 — изоляционная площадка разъема;
7 — корпус косинусного силового конденсатора

Композиционно разрядные сопротивления косинусного силового конденсатора могут:

• монтироваться снаружи между зажимами (рис. 1) — степень защиты IP00 [3];
• встраиваться в монтажный разъем выводов (рис. 2) — степень защиты IP20 (стандарт VDE0106, часть 100), что обеспечивает возможность заводского монтажа разрядного модуля и надежность подключения соединительного кабеля [4];
• устанавливаться непосредственно в объеме корпуса — внутри верхней части стального бака (рис. 3) — и подсоединяться (иногда последовательной цепочкой) параллельно выводам, что особенно характерно для высоковольтных косинусных силовых конденсаторов (3–10 кВ) ввиду отсутствия малогабаритных резисторов, рассчитанных на высокое напряжение. Это исключает необходимость использования для разряда высоковольтных конденсаторных батарей обмоток силовых трансформаторов напряжения или разрядных реакторов. Компоновка встроенными в корпус разрядными резисторами применяется и для низковольтных косинусных силовых конденсаторов, например типа КЭК производства ОАО СКЗ «КВАР».
  

  Рис. 2.
  1 — съемный разрядный резисторный модуль;
  2 — разрез корпуса разъема SIGUT с установленным разрядным резисторным модулем;
  3 — подключаемый кабель

Рис. 3. Разрез высоковольтного косинусного силового конденсатора типа All-film:
1 — разрядное сопротивление;
2 — внутренние предохранители;
3 — емкостные пакеты  активной части;
4 — корпус;
5 — выводы

У данного способа установки разрядных резисторов есть свои недостатки. Во-первых, выделение резисторами тепла внутрь корпуса, что ухудшает температурный режим активной части силового конденсатора. А во-вторых, невозможность измерения сопротивления изоляции между его выводами, предусмотренную нормами испытаний косинусного силового конденсатора (ПУЭ, гл. 1.8.27). Это особенно важно для контроля состояния изоляции металлопленочных косинусных силовых конденсаторов, обладающих свойством «самовосстановления», так как при частичных пробоях и последующем восстановлении электрической прочности диэлектрика [5], из-за выделения свободного углерода, содержащегося в полимерной пленке, сопротивление изоляции силового конденсатора постепенно снижается.

Схемные соединения разрядных сопротивлений R трехфазных косинусных силовых конденсаторах выполняются «треугольником», «открытым треугольником» и реже «звездой». Наиболее надежным для конденсаторной батареи до 1 кВ следует считать соединение «треугольником», поскольку в случае обрыва сопротивления одной из фаз разряд будет происходить по схеме «открытого треугольника» во всех трех фазах силового конденсатора [1]. Многие изготовители [2, 3] комплектуют низковольтные косинусные силовые конденсаторы модулями разрядных резисторов (табл. 1), адаптированными к типоразмерам силовых конденсаторов.

Таблица 1. Основные технические параметры модулей разрядных сопротивлений ELECTRONICON Kondensatoren GmbH

Тип КК, соединение разрядных сопротивлений	Сопротивление, R, Ом	Максимальное значение напряжения КК, Uмакс., В
Однофазные	180	600
	300	750
Трехфазные, схема соединения «открытый треугольник»	2×120	480
	2×180	600
	2×200	630
	2×300	750
Трехфазные, схема соединения «треугольник»	3×82	400
	3×120	480
	3×180	600
	2×300	760
При параллельном соединении КК общей мощностью > 40 квар	3×68	440
	3×82	480
	3×100	530
	3×120	600
	3×180	720

Хотя, учитывая величину сопротивления (1), мощность рассеяния модулей резисторов для низковольтных (до 1 кВ) косинусных силовых конденсаторов, при Q_ном. = 5–100 квар, составляет 2–8 Вт, потери в них активной энергии и высокая температура нагрева (до 200 °С при разряде) снижает удельные энергетические характеристики АКУ. Фактически наличие разрядных резисторов примерно вдвое увеличивает собственные удельные (Вт/квар) потери современных низковольтных металлопленочных косинусных силовых конденсаторов [2, 3].

С помощью подключения добавочными контактными блоками электромеханических конденсаторных контакторов [6], дополнительных разрядных резисторов параллельно стационарно установленному на конденсаторной батареи разрядному модулю, можно сократить время ее разряда и соответственно снизить интервал переключения ступеней регулирования АКУ. В таблицах 2 и 3 приводятся номинальные данные дополнительных разрядных резисторов для уменьшения времени разряда конденсаторной батареи приблизительно до 2 с [9].

Таблица 2. Резисторы для быстрого разряда косинусных силовых конденсаторов компании Lovato electric

Мощность КБ, квар	Напряжение 220/230 В		Напряжение 380/500 В
	Сопротивление, Ом	Мощность рассеяния, Вт	Сопротивление, Ом	Мощность рассеяния, Вт
2,5–5	3900	12	8200	12
10–15	1800	25	4300	25
20–50	1000	50	2200	50

Таблица 3. Сдвоенные резисторы для быстрого разряда косинусных силовых конденсаторов компании CIRCUTOR

Мощность КБ, квар	Тип	Сопротивление, Ом	Мощность рассеяния, Вт
5–25	RD-25	2×1500	20
40–60	RD-60	2×1000	20
60–100	RD-100	2×1000	37,5

С этой же целью в ступенях конденсаторной батареи, управляемых электромеханическими контакторами, допускается применение специальных разрядных дросселей [2, 3]. Потери в разрядных дросселях (табл. 4–6) значительно ниже, чем в резисторах (табл. 1), из-за большого (в основном индуктивного импеданса) внутреннего сопротивления Z переменному току при их подключении к компенсируемой сети, но при отключении ступеней АКУ разряд косинусного силового конденсатора будет происходить по цепи постоянного тока через небольшое активное сопротивление обмоток дросселя (табл. 4–6). Таким образом, значительно снизится время разряда t ступеней конденсаторной батареи до требуемого значения Uраз.

Таблица 4. Основные технические параметры разрядного дросселя типа 40Е.001-69000 производства ELECTRONICON Kondensatoren GmbH

Параметр	Номинальное значение
Номинальное напряжение, Uном.	230–690 В
Номинальная частота, f	50/60 Гц
Сопротивление постоянному току, R	4900 Ом
Время разряда (≤50 В)	при напряжении 230 В: до 25 квар < 10 с, до 50 квар < 20 с, до 100 квар < 40с; при напряжении 400 В: до 25 квар < 5 с, до 50 квар < 10 с, до 100 квар < 20 с; при напряжении 525 В: до 25 квар < 3 с, до 50 квар < 6 с, до 100 квар < 12 с; при напряжении 690 В: до 25 квар < 2 с, до 50 квар < 4 с, до 100 квар < 8 с.
Собственные потери, ΔР	< 1 Вт
Разрядный ток	при напряжении 230 В < 1,7 мА при напряжении 440 В < 3,3 мА при напряжении 525 В < 4,8 мА при напряжении 690 В < 9 мА
Допустимое число разрядов (при температуре 40 °С)	4/мин при QКБ = 12,5 квар 3/мин при QКБ = 25 квар 2/мин при QКБ = 50 квар 1/мин при QКБ = 100 квар
Степень защиты	IP20
Класс изоляции	B (соответствует VDE 0532)
Рабочая температура	–25…+55 °С (средняя за 24 часа)
Температура окружающей среды	макс. + 40 °С
Охлаждение	естественное
Размеры	36×60×90 мм
Масса	0,38 кг

Таблица 5. Основные технические параметры разрядного дросселя 40Е.003-60002 производства ELECTRONICON Kondensatoren GmbH

Параметр	Номинальное значение
Номинальное напряжение, Uном.	230–600 В
Номинальная частота, f	50/60 Гц
Сопротивление постоянному току, R	7600 Ом
Время разряда (≤50 В)	при напряжении 230 В: до 12,5 квар < 12 с, до 25 квар < 24 с; при напряжении 400 В: до 12,5 квар < 5 с, до 25 квар < 10 с, до 30 квар < 12 с, до 50 квар < 20 с; при напряжении 440 В: до 12,5 квар < 4 с, до 25 квар < 9 с, до 30 квар < 10 с, до 50 квар < 17 с; при напряжении 480 В: до 12,5 квар < 4 с, до 25 квар < 8 с, до 30 квар < 9 с, до 50 квар < 15 с; при напряжении 525 В: до 12,5 квар < 4 с, до 25 квар < 7 с, до 30 квар < 8 с, до 50 квар < 14 с; при напряжении 600 В: до 12,5 квар < 2,6 с, до 25 квар < 5 с, до 30 квар < 6 с, до 50 квар < 10,5 с.
Собственные потери, ΔР	< 1 Вт
Разрядный ток	при напряжении 230 В < 1,8 мА при напряжении 400 В < 3,2 мА при напряжении 525 В < 4,9 мА при напряжении 600 В < 6,8 мА
Допустимое число разрядов (при температуре 40 °С)	5/мин при QКБ = 12,5 квар 4/мин при QКБ = 25 квар 3/мин при QКБ = 30 квар 2/мин при QКБ = 50 квар
Степень защиты	IP20
Класс изоляции	B (соответствует VDE 0532)
Рабочая температура	–25…+55 °С (средняя за 24 часа)
Температура окружающей среды	макс. + 40 °С
Охлаждение	естественное
Размеры	58×49×39 мм
Масса	0,29 кг

Таблица 6. Основные технические параметры разрядного дросселя В44066Е9900S001 производства EPCOS AG

Параметр	Номинальное значение
Номинальное напряжение, Uном.	230–525 В
Номинальная частота, f	50/60 Гц
Сопротивление постоянному току, R	4900 Ом
Время разряда	при напряжении 230 В: до 25 квар < 10 с, до 50 квар < 20 с, до 100 квар < 40 с; при напряжении 400–525 В: до 25 квар < 5 с, до 50 квар < 10 с, до 100 квар < 20 с.
Индуктивность, L	при напряжении 230 В 730 Гн при напряжении 400 В 710 Гн при напряжении 525 В 670 Гн
Собственные потери, ΔР	< 1,8 Вт
Разрядный ток	< 4,5 мА
Допустимое число разрядов	4/мин при QКБ = 12,5 квар 3/мин при QКБ = 25 квар 2/мин при QКБ = 50 квар 1/мин при QКБ = 100 квар
Класс изоляции обмоток	Т 40/В
Рабочая температура	–25…+55 °С (средняя за 24 часа)
Охлаждение	естественное
Размеры	90×45×59 мм
Масса	0,5 кг

В общем случае разряда напряжение на силовом конденсаторе емкостью C (Ф) изменяется от его зарядного значения, равного напряжению сети U_с(В), до допустимого уровня U_раз., согласно соотношению [7]:

где τ = R×C — постоянная времени контура разряда конденсаторной батареи, с.

Из выражения (2) значение t составит:

t = τ×ln(U_раз/U_C) = tx (lnU_раз – lnU_C).  (3)

Сопоставим время разряда t (3) одинаковой по мощности конденсаторной батареи при использовании разрядного дросселя с двумя V-образными обмотками и модуля разрядных резисторов. Как указано выше, повторное включение ступени конденсаторной батареи возможно не ранее времени (3) ее разряда ниже 10% U_ном. Таким образом, на разряд резисторным модулем при 8-кратном снижении напряжения на косинусном силовом конденсаторе мощностью 25 квар (3×166 мкФ) с резисторным модулем 3×82 кОм (табл. 1) от 400 до 50 В потребуется 33 с; с модулем 3×120 кОм (табл. 1) — 50 с [8], что в 6,5-10 раза выше, чем у разрядных дросселей (табл. 4, 6), и в 3,3-5 раз выше, нежели у разрядного дросселя (табл. 5). При разряде конденсаторной батареи (3×332 мкФ) из двух параллельно соединенных косинусных силовых конденсаторов по 25 квар, резисторный модуль 3×68 кОм (табл. 1) обеспечит ее разряд до 50 В за 55 с [8]. Следовательно, подключение к аналогичной по мощности конденсаторной батареи вместо резисторного модуля 3×68 кОм разрядного дросселя (табл. 4-6) позволит за равные промежутки времени в 2-5 раз увеличить допустимое количество разрядов конденсаторной батареи, тем самым значительно повысив быстродействие АКУ [1]. Кроме того, собственные активные потери электроэнергии в разрядном дросселе примерно в 3 раза ниже потерь в резисторных модулях (табл. 1), что, например, при годовом числе часов максимума нагрузки предприятия, равном 5000, соответствующему времени наибольшей загрузки АКУ мощностью 400 квар, эквивалентно экономии ≈20-25 кВт·ч.

Рис. 4. Внешний вид разрядного дросселя В44066Е9900S001 производства EPCOS AG

Конструктивно разрядные дроссели (рис. 4) имеют литой, ударопрочный, пластиковый корпус, винтовые зажимы (U, V, W), допускающие верхнее или нижнее присоединение проводников сечением от 0,75 до 2,5 мм², связанных с клеммами силовых конденсаторов, и лапки для крепления на стандартной профильной шине TS 35 в соответствии с EN 50022. Разрядные дроссели (типа 40Е.003-60002) монтируются непосредственно на выводы цилиндрического косинусного силового конденсатора мощностью 5-50 квар (рис. 5) без дополнительных соединительных проводов.

 

Рис. 5. Разрядный дроссель 40Е.003-60002, установленный на выводах цилиндрического косинусного силового конденсатора

При коммутации конденсаторной батареи тиристорными контакторами различной модификации [2, 3, 10] разрядные дроссели применять нельзя, так как это приведет к короткому замыканию силовых электронных ключей по цепи постоянного тока. Поскольку в контакторах с электронными ключами отключение конденсаторной батареи происходит при переходе протекающего через них фазного тока через нулевое значение, разрядные сопротивления могут не устанавливаться [10]. В конденсаторных тиристорных контакторах с двумя электронными ключами типа TSM-C, TSM-LC [3] для разряда соединенных «треугольником» косинусных силовых конденсаторов компания EPCOS AG рекомендует использовать специальный высоковольтный резистор марки EW-22 (1200 В/100 Вт, рис. 6).

Рис. 6. Резистор EW-22 производства EPCOS AG для разряда конденсаторной батареи, управляемых тиристорными контакторами, установленный на монтажной панели

В целом рациональный выбор способа разряда конденсаторной батареи помогает оптимизировать технологические показатели работы и безопасной эксплуатации установок компенсации реактивной мощности.

Литература

1. Шишкин С. А. Разрядные дроссели конденсаторных батарей // Электрика. 2003. № 5.
2. Конденсаторы, дроссели, автоматические регуляторы для компенсации реактивной мощности. ELECTRONICON Kondensatoren GmbH Gera. Germany. 2003.
3. Power Factor Correction. Product Profile 2005. Published by EPCOS AG. Ordering No EPC: 26013-7600. Germany.
4. Easy-to-mount discharge resistor module // EPCOS COMPONENTS. 2005. № 1.
5. Шишкин С. А. Обеспечение функции самовосстановления силовых металлопленочных конденсаторов // Силовая электроника. 2005. № 4.
6. Шишкин С. А. Электромеханические контакторы для коммутации низковольтных конденсаторных батарей // Силовая электроника. 2005. № 1.
7. Кучинский Г. С., Назаров Н. И. Силовые электрические конденсаторы. М.: Энергоатомиздат. 1992.
8. Capacitors and reactors for power factor correction. //
9. Lovato electric. Компоненты для автоматизации в промышленности. Общий каталог 2003–2004. Italy. 2004.
10. CIRCUTOR. Power Factor Correction and harmonic filtering. General Catalogue 2002–2003. Cod.: 8012943120. Printed in Spain.

Комплектные конденсаторные установки за рубежом | Комплектные конденсаторные установки | Архивы

Страница 12 из 13

1. Комплектные конденсаторные установки за рубежом

Комплектные конденсаторные установки для покрытия реактивных нагрузок получают все большее распространение за рубежом. Высокая надежность силовых конденсаторов способствует широкому их применению. Ведущими странами по выпуску конденсаторных установок являются США и Япония.
Силовые конденсаторы. Во всех ведущих фирмах за рубежом наряду с увеличением объема производства и широким применением силовых конденсаторов за последние годы непрерывно улучшались их удельные характеристики. Так, например, значительно уменьшились размеры конденсаторов в связи с применением конденсаторной бумаги высокого качества и замены пропиточного вещества — минерального масла — синтетическим жидким диэлектриком и т. и. Одновременно увеличивается единичная мощность конденсаторов.
Многие передовые зарубежные фирмы за счет усовершенствования конструкции, технологии производства и применения более совершенных материалов повысил:! единичную мощность конденсаторов до 75—100 КВар а фирмы Англии, США и Японии выпускают конденсаторы единичной мощностью 300 400 КВар и более.
Фирмой Дженерал Электрик (США) в 1966 г. начсП выпуск усовершенствованных конденсаторов под названием «Слимвар» единичной мощностью 400 КВар. Благодаря применению нового диэлектрика «Магиовар» потери конденсатора составляют 1 вт/КВар, вместо 2 вт/КВар в обычных конденсаторах. Снижение потерь позволило уменьшить размеры и вес конденсатора на 30%.
Однофазный конденсатор «Слимвар» размером 200 X Х250Х1 300 мм напряжением 7 640 в предназначается для сетей на линейное напряжение 13 200 в. Стоимость такого конденсатора па 25 -30% ниже, чем стоимость четырех конденсаторов на 100 КВар. Применение конденсатора этого типа упрощает выполнение установки конденсаторных батарей на опоре и присоединение их непосредственно к линиям электропередачи.
В Канаде снижение стоимости конденсаторов достигнуто уменьшением их веса и объема за счет применения синтетического жидкого диэлектрика. Так, например, вес конденсатора мощностью 50 КВар образца 1962 г. составляет 54% веса конденсатора образца 1956 г., а его цена- соответственно 53%.
Стоимость 1 КВар современного конденсатора высокого напряжения единичной мощностью 100 КВар ниже, чем стоимость 1 КВар конденсатора единичной мощностью 50 КВар старого образца. Кроме того, при установке более мощных конденсаторов в батарее достигается весьма существенная экономия затрат за счет снижения затрат на вспомогательное оборудование, строительные конструкции и т. и.
Предполагается дальнейшее усовершенствование конструкции конденсаторов: например, изготовление корпусов конденсаторов из алюминия, дающих некоторое снижение в весе и улучшение теплоотдачи; создание новых жидких диэлектриков для заполнения конденсаторов, обладающих улучшенными электрическими свойствами и т. и.
Фирма Альcтом (Франция) изготовляет однофазные конденсаторы напряжением 6-10 кВ единичной мощностью 100 КВар, с пропиточной жидкостью «Пирален», которая допускает работу конденсатора при температуре —40- +40°С. Эти конденсаторы имеют внутри верхней части бака встроенные разрядные сопротивления 1 Мом для 6 кВ и 11,7 Мом для 10 кВ, с рассеивающей мощностью соответственно 7,8 и 8,4 вт. Эти сопротивления комплектуют из нескольких отдельных элементов, соединяемых в параллельные группы. Размеры конденсатора 495X155X810 мм.

Коммутационная аппаратура. В качестве коммутационной аппаратуры для комплектных конденсаторных установок напряжением выше 1 000 в зарубежные фирмы применяют выключатели двух типов:
более мощный — для отключения токов короткого замыкания и коммутации всей батареи конденсаторов:
облегченный — только для переключения отдельных секций конденсаторных батарей при автоматическом их регулировании. Облегченный тип не допускает отключении токов короткого замыкания.
Наиболее распространенным выключателем для конденсаторных установок является вакуумный выключатель. Фирмы США с 1958 г. специализируются па изготовлении вакуумных выключателей на напряжение 13,8—138 кВ для мощных конденсаторных установок.
Для защиты от внутренних повреждений в конденсаторах высокого напряжения, как правило, применяются индивидуальные малогабаритные предохранители. Групповая защита конденсаторов не применяется.
В промышленных конденсаторных установках напряжением ниже 1 000 в зарубежные фирмы также применяют специальные автоматические выключатели, авто маты с соответствующей защитой нлч трехфазные контакторы с плавкими предохранителями.
В конструкцию КУ при автоматическом регулировании вводится специальный переключатель, обеспечивающий последовательность включения и отключения конденсаторов, при котором они подвергаются равномерному износу.
Для автоматического регулирования мощности KKV фирмы Германии, Чехии, Польши и др. изготовляют специальные устройства регулирования в виде отдельного щитового прибора, предназначенного для установки их на ККУ. Эти устройства выполняются для регулирования по реактивной мощности с числом ступеней 6- 10.
Фирмы США для ККУ малой и средней мощности применяют устройства регулирования по времени суток; ККУ большой мощности регулируется диспетчером дистанционно или по телефону.
Комплектные конденсаторные установки. Фирма Вестингауз Электрик (США) выпускает комплектные конденсаторные установки низкого напряжения мощностью 360—1 440 КВар с токоограничивающими предохранителями, установленные внутри изолятора на каждом конденсаторе.

Фирма Дженерал Электрик (США) выпускает ККУ мощностью 1320 КВар с воздушными выключателями и автоматическим регулированием.
Фирмы Германии с 1960 г. выпускают ККУ мощностью до 1 500 КВар с автоматическим регулированием.
Шведская фирма АСЕА выпускает ККУ высокого и низкого напряжений с автоматическим регулированием мощностью 800 КВар и более. Комплектные конденсаторные установки этой фирмы выполняются для наружной и внутренней установки в защищенном исполнении, а также с конденсаторами, расположенными на боковой стенке.
Фирмы Японии выпускают комплектные конденсаторные установки мощностью до 1 400 КВар и более из конденсаторов единичной мощностью 50 КВар на напряжение 3,3—6,6 кВ.
Фирмы ПНР выпускают конденсаторные установки тина АКБ на напряжение 380 в с различными значениями реактивной мощности (80—560 КВар).
Эти конденсаторные установки состоят из секций, управляемых вручную и регулируемых. Размеры шкафов конденсаторных установок 800X500X1 750 мм.
Фирмы ГДР выпускают конденсаторные установки на напряжение 380 в мощностью 240—960 КВар, состоящие из отдельных шкафов. Конденсаторные установки выполнены из панели питания (ввода) и пристроенных с травой и левой сторон панелей с конденсаторами. Размеры шкафов 800X600X2 000 мм.
Конденсаторные установки поставляются совершенно готовыми к работе.
Фирмы ПНР также выпускают конденсаторные установки наружного исполнения на напряжение 6, 10 и 15 кВ мощностью 600, 900, 1 200 и 2 400 квир. Конденсаторные установки комплектуются в виде блоков из 8-12 конденсаторов, монтируемых в мастерских, и затем доставляются на место установки.
Опыт зарубежных фирм доказывает экономическую и техническую целесообразность изготовления комплектных конденсаторных установок с автоматическим регулированием их мощности и применение конденсаторов повышенной единичной мощности.
В США для комплектации реактивной мощности в воздушных линиях часто применяют батареи небольшой мощности, которые располагают на опорах подобно столбовым трансформаторным подстанциям. Для такой установки не требуется специальной площадки. Конденсаторы (три или шесть) размещают в верхней части опоры на металлических кронштейнах и проводами присоединяют к линиям электропередачи.
Аналогичные конструкции таких конденсаторных установок применяются и в ПНР, только выполняются они несколько иначе: на металлическом каркасе конденсаторы устанавливаются в промежутке между двумя соединенными вверху стойками анкерной опоры. Эти установки присоединяются непосредственно к проводам линии электропередачи без защитной или коммутирующей аппаратуры, 1ак как защита производится соответствующей аппаратурой, предназначенной для защиты этой линии.
В США вместо синхронных компенсаторов используются конденсаторные установки для регулирования напряжения на более высокие напряжении. Так, на подстанции Бендон установлены две конденсаторные батареи наружной установки по 10 000 КВар на напряжение 115 кВ из конденсаторов единичной мощностью 25 КВар. На подстанции Кенсингтон установлена конденсаторная батарея наружной установки мощностью 40 500 КВар на напряжение 230 кВ из конденсаторов единичной мощностью 50 КВар на напряжение 7 200 в, которые соединены в звезду и защищены релейной защитой, действующей от небаланса фазового напряжения.

Эквивалентное последовательное сопротивление конденсаторов SkelCap

Эквивалентное последовательное сопротивление является наименее упоминаемой характеристикой ультраконденсаторов. В первую очередь говорят о фарадах, рабочем напряжении и итоговой плотности энергии. Однако при применении для мощных импульсных нагрузок сильной стороной ультраконденсаторов является эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), которое оказывает самое большое влияние на эффективность системы и рабочую температуру. Эти параметры, в свою очередь, определяют процент энергии, которую можно извлечь из ультраконденсатора в реальных условиях, и рабочую температуру, которая является единственным наиболее точным индикатором срока службы ультраконденсатора.

При более высоких значениях ESR происходят потери емкости при высоких нагрузках

Показанный ниже график Рагони отображает зависимость запаса полезной энергии при разных уровнях мощности. Разряд в 10 секунд соответствует мощности 1,5 кВт на кг веса (при весе около 0,5 кг, ультраконденсатор разряжается с мощностью примерно 0,75 кВт). На данной стадии ультраконденсатор обладает энергоемкостью 4 Втч/кг.

При пятикратном увеличении потребляемой мощности ультраконденсатор разряжается в течение 2 секунд, и тепловые потери таковы, что мощность падает с идеальных 7,5 кВт до 5 кВт, а энергоемкость снижается до 2,7 Вт/кг полезной энергии. Площадь между двумя линиями равна тепловым потерям и потерям из-за контактного сопротивления.

Для математического представления данного и других связанных с ESR воздействий на производительность ультраконденсаторов смотрите техническое приложение.

Сравнение конденсаторов с большой разницей сопротивления ESR

Использую множество научных материалов, инновации в конструкции конденсаторов и производстве электродов, Skeleton удалось сократить внутреннее сопротивление ультраконденсатора примерно до половины значения в аналогичных конкурентных продуктах.

Представленный ниже график Рагони показывает разницу между конденсаторами одинакового размера с 3-кратной разницей во внутреннем сопротивлении. При небольших уровнях мощности, в результате 10 секундного разряда конденсатор с более высоким уровнем ESR обеспечивает удельную энергию 3,3 Втч/кг (-30%), в то время как конденсатор Skeleton обеспечивает более 4 Втч/кг (-11,5%).

Заключение: протестированный конкурирующий продукт практически непригоден для использования при уровнях удельной мощности более 1 кВт/кг, а эффективность продукта Skeleton по-прежнему превосходит конкурирующий продукт при пятикратной мощности.

	Skeleton 420F	Серийный 310F
ESR (5 сек)	0,65 мОм	1,89 мОм
ESR (10 мсек)	0,37 мОм	1,25 мОм
Мощность, Pmax	3,12 кВт	0,8 кВт
Энергия Emax	0,47 Втч	0,31 Втч

Контактное и общее сопротивление — заявленные производителем значения ESR это еще не все

В качестве неофициального стандарта производители приводят значения ESR, полученные из теста падения напряжения в течение 10 мс. Эти значения актуальны только в рамках времени применения менее 1 секунды. Для реальных сравнений, тест падения напряжения в течение пяти секунд или тест при переменном токе с частотой 0,1 Гц дает значение ESR, более подходящее для большинства практических применений.

Контактное сопротивление — это сопротивление, проявляющееся на пути прохождения тока, включая клеммы конденсатора, токосъемник из алюминиевой фольги, микроскопический граничный зазор между углеродным слоем электрода и токосъемником из фольги и, наконец, углеродную структуру электродов. Контактное сопротивление составляет примерно 50% от общего сопротивления ESR. Общее значение сопротивления включает также «сопротивление пор», эффект которого увеличивается по амплитуде в интервале времени применения между 0,5 и 5 секундами, после чего возрастание ESR падает.

Источником сопротивления пор является результат действия атомных сил между ионами электролита и углеродной структурой электродов, которые удерживают их на месте (называемый в научной литературе термином «попадание в ловушку»).

Сравнение двух продуктов с точно подобранным весом. Измерения выполнены с помощью спектрометрии электрохимического импеданса, от 100 Гц до 0,1 Гц. Контактное сопротивление измерялось при 10 мс (100 Гц), а полное сопротивление при 10 секундах (0,1 Гц). График адаптирован из диаграммы Найквиста посредством замены производной оси Y обратной величиной частоты переменного тока (1/v) в секундах.

Общее сопротивление в конденсаторе другого типа — LiCap

Литиево-ионные конденсаторы часто отмечают за их плотность энергии, но на практике они подводят из-за примерно в 10 раз меньшего ожидаемого срока службы и меньшей плотности мощности. В гибридных конденсаторах используется один традиционный ультраконденсаторный электрод с одной стороны и литиево-ионный аккумуляторный электрод с другой. Эта комбинация двух технологий создает компромисс между батареей и ультраконденсатором.

Эмпирическое правило для ультраконденсаторов, согласно которому общее сопротивление примерно вдвое больше, чем контактное сопротивление, не работает в гибридной системе. Как видно из приведенного ниже примера тестирования, конденсатор LiCap демонстрирует 4-кратное увеличение значений сопротивления уже через 1 с. Результаты внутренних испытаний серийно выпускаемого гибридного конденсатора 7500F показывают, как значение сопротивления при 10 мс, равное 0,34 мОм, повышается при тестировании до значения 1,36 мОм при 1 с.

Результаты тестов литиево-ионного гибридного конденсатора
ESRDC 10msec  мОм	0,35 мОм
ESRDC 1sec	1,36 мОм
Емкость	6995 Ф
Диаметр	60 мм
Длина	138 мм

ESR ниже при более высоких температурах

Внутреннее сопротивление имеет обратную зависимость от температуры — чем выше температура, тем ниже сопротивление. Температурный эффект в основном можно отнести к электролиту, более конкретно, к вязкости растворителя электролита, в данном случае ацетонитрила (AN). Ацетонитрил замерзает при температуре ниже -40 °C и кипит при 82 °C и имеет самую высокую вязкость при самой низкой температуре.

Вязкость растворителя электролита имеет значение из-за ее сильного влияния на подвижность ионов электролита и их взаимодействия с нанопористым углеродом: чем выше пористость углеродного материала, тем сильнее влияние вязкости и температуры электролита на сопротивление ESR.

В заключение, электроды с более высокой удельной емкостью более восприимчивы к воздействию температуры, а электроды, предназначенные для малой мощности, с низким значением ESR, менее восприимчивы. Воздействие широкого диапазона температур на различные типы  электродов иллюстрируется набором данных Skeleton, изображенным на графике: между 60 °C и -15 °C может быть более чем 4-кратная разница в значении ESR, или разница может составлять всего 25%. Оба экстремума заполнены образцами, в нижней части сильно графитированными электродами высокой мощности и высокопористыми углеродными в верхней части.

Внутренние испытания Skeleton показали в среднем увеличение сопротивления при 25 °C на 24% по сравнению с 60 °C и на 170% при -15 °C. Научная литература указывает на увеличение 18%. Два крайних значения температурной зависимости заполнены специализированными электродами, предназначенными для предельной мощности или плотности энергии.

Необходимо спроектировать систему с возможностью подачи мощности 275 кВт в течение 10 секунд с эффективностью более 95%.  Диапазон номинального напряжения составляет приблизительно 850 – 425 В, на основании минимальных требований к напряжению для пары двигателей Yasa 750. Конвертеры не используются.

Основные конструктивные соображения:

• Количество элементов, соединяемых последовательно для требуемого диапазона напряжений;

• Размер ультраконденсатора;

• Количество цепей, которые должны быть соединены параллельно;

Количество соединенных последовательно элементов рассчитывается следующим образом: при номинальном потенциале 2,85 В требуется не менее 299 элементов. Количество параллельных цепей определяется взаимодействием потерь тепла и емкости элементов. Среди продуктов Skeleton две модели конденсаторов наиболее близки к проектным требованиям, 300 элементов 3200 F, соединенных в одну цепь, или 600 элементов 1800 F, соединенных в две параллельные цепи.

	Опция 1: 1P 300S	Опция 2: 2P 300S
Ф	3200	1800
ESR 10 мс	0,075	0,079
ESR 5	0,12	0,16
Элементы одной цепи	300	300
Количество параллельных цепей	1	2

Система 1800 F с 600 элементами обладает превосходными характеристиками: почти на 3% более высокая эффективность преобразования энергии, а также большая емкость, что в совокупности добавляет около 18% к продолжительности подачи выходной мощности 275 кВт.

Характеристики системы			Расчет разряда
Конфигурация системы	1P 300S		767 Втч	полезная энергия
Максимальное напряжение	855	В
Минимальное напряжение	428	В	855 В	Umax (номинальное)
Емкость	10,7	Ф	847 В	Umax (фактическое)
Ri (при 5 с)	0,0396	Ом	428 В	Umin (номинальное)
Ri (при 10 мс)	0,0261	Ом	445 В	Umin (фактическое)
Средняя мощность	275000	Вт	322 A	Imin при Umax
			642 A	Imax при Umin
			323 A	Imin при Umax, фактический
			618 A	Imax при Umin, фактический
			472 A	средний ток, фактический
			8,395 В	IR-падение при Umax
			16,77 В	IR-падение при Umin
			10,06 с	Время (теор.)
			88622 Дж	потерянная энергия разряда
			96,8%	Энергоэффективность

Характеристики системы			Расчет разряда
Конфигурация системы	2P 300S		901 Втч	полезная энергия
Максимальное напряжение	855	В
Минимальное напряжение	428	В	855 В	Umax (номинальное)
Емкость	12,0	Ф	853 В	Umax (фактическое)
Ri (при 5 с)	0,0258	Ом	428 В	Umin (номинальное)
Ri (при 10 мс)	0,0132	Ом	432 В	Umin (фактическое)
Средняя мощность	275000	Вт	161 A	Imin при Umax
			321 A	Imax при Umin
			161 A	Imin при Umax, фактический
			318 A	Imax при Umin, фактический
			240 A	средний ток, фактический
			2,12 В	IR-падение при Umax
			4,24 В	IR-падение при Umin
			11,79 с	Время (теор.)
			17478 Дж	потерянная энергия разряда
			99,5%	Энергоэффективность

В то время как система с элементами 1800 F обладает лучшими характеристиками, она является избыточной для заявленной задачи, поскольку дополнительная эффективность и емкость свыше 95% и подача требуемой мощности свыше 10 секунд, не являются определяющими факторами для проектирования. Увеличенный вес, стоимость и сложность превосходят дополнительные выгоды, которые можно получить от технически усложненной системы.

Анализ кривой напряжения Ниже показано моделирование системы из 300 элементов (2 цикла зарядки и разрядки при постоянной мощности), чтобы представить более точный обзор того, где происходят потери, связанные с внутренним сопротивлением ESR.

Обратите внимание на следующие особенности кривой напряжения:

1. Падение напряжения при максимальном напряжении демонстрирует потерю энергии из-за контактного сопротивления в начале разряда
2. Падение напряжения в противоположном направлении при минимальном напряжении означает то же самое в конце разряда
3. Ускоряющееся падение кривой напряжения усиливается за счет более высокой скорости потери энергии, наблюдаемой при более высоких токах (в сценарии с постоянной мощностью более высокий ток возникает при более низких напряжениях).

Если значение сопротивления ESR конденсаторов удвоится (как контактное, так и полное сопротивление), потери тепла будут выше на 2,8%, а максимальная продолжительность подачи заданной мощности упадет до 9,75 секунды. Ниже приведено сравнение кривых напряжения разряда трех систем: идеальная, номинальная и 2x ESR.

Начиная с одного уровня заряда (при напряжении 855 В), идеальная система будет обеспечивать мощность 275 кВт в течение 10,63 секунд, тогда как системы 1xESR и 2xESR обеспечивают 10,16 секунд и 9,75 секунд соответственно. Изменения наклона кривой напряжения для идеальной системы являются результатом квадратичной зависимости между напряжением и энергоемкостью, в то время как на реальные системы также влияет сопротивление ESR и, следовательно, наблюдается более быстрое падение кривой напряжения.

Заключение: сравнительная эффективность каждой системы может быть получена из среднеквадратичного значения (RMS) площади под кривой напряжения. Потери на сопротивление ESR можно наблюдать как 

1) начальное падение напряжения, 

2) увеличение угла наклона кривой напряжения при более низких напряжениях.

Техническое приложение

Определение ESR

Эквивалентное последовательное сопротивление ESR, также известное как внутреннее сопротивление, представляет собой физическое значение, отображающее активные потери в упрощенной эквивалентной схеме, состоящей из резистора и идеального конденсатора в последовательной цепи (рис. 1).

Рис. 1. Последовательная эквивалентная схема ультраконденсатора

Сопротивление ESR возникает из-за неидеальных свойств материалов ультраконденсатора, таких как сопротивление пор и контактов, ионная инертность, проводимость электролита, примеси и т.д. Производители ультраконденсаторов используют различные методы для выражения значений ESR, Skeleton Technologies для инженерных расчетов выбрала метод отсечки тока после интервала 5 с, как наиболее точный метод, представляющий омические потери и их последствия.

Воздействие ESR

Возьмем символы U, I, Ri для обозначения напряжения, тока и ESR соответственно.

1. Согласно закону Ома, ток, протекающий через сопротивление, вызывает падение напряжения ∆U = I • Ri

2. Когда ультраконденсатор заряжается или разряжается, часть энергии теряется с рассеиваемой мощностью ∆P = I² • Ri, т.е. в ток в квадрате.

3. Рассеиваемая мощность является причиной нагрева ультраконденсаторов, что приводит к повышению температуры: ∆Tf=∆P • Rth = I² • Ri • Rth, где Rth — тепловое сопротивление.

ESR и эксплуатационные данные

ESR проявляется в нескольких параметрах, характеризующих производительность ультраконденсатора:

1. мощность при согласованном сопротивлении


2. полезная мощность


3. мощность при 95% кпд

4. время приложения постоянного тока

В приведенных выше уравнениях UR и C представляют номинальное напряжение и емкость соответственно.

Низкое значение ESR против высокой емкости

Рассмотрим два очень похожих ультраконденсатора:

	SCA3200	Типичный конденсатор
Номинальное напряжение	2,85 В	2,85 В
Номинальная емкость	3200 В	3400 В
ESR	0,13 мОм	0,22 мОм
Тепловое сопротивление, корпус-окружающая среда	3,2 °C/Вт	3,2 °C/Вт

На основе уравнения  можно построить график времени приложения постоянного тока для обоих конденсаторов (рис. 2). Как видно, SCA3200 превосходит обычный ультраконденсатор 3400 Ф при токах, превышающих 840 A, где более низкое значение ESR компенсирует более высокую емкость.

Рис. 2.  График времени приложения постоянного тока для SCA3200 и типичного 3400 Ф ультраконденсатора

Преимущества тепловых характеристик

Из уравнения ∆Tf=I² • R_i • R_th видно, что окончательное повышение температуры при работе с постоянным током пропорционально ESR. На практике это означает, что требуются меньшие усилия по охлаждению, или ультраконденсаторы можно использовать при более высокой температуре окружающей среды. Кроме того, контроль температуры помогает избежать преждевременного старения. Пример повышения температуры при работе при постоянном токе показан на рис.3.

Рис. 3. Повышение температуры при работе с постоянным током, вызванное ESR

Выводы

Меньшее значение ESR обеспечивает:

1. меньшее падение напряжения;

2. меньшие потери мощности и большую эффективность;

3. более длительное время применения;

4. большую доступную мощность;

5. больший доступный ток;

6. меньшее повышение температуры;

7. более длительный срок эксплуатации.

Подскажите как расчитать емкость при подключении 3-х фазного двигателя в 220 ?

	Подскажите эмпирическую формулу по моему в зависимости от мощности двигателя? И какое рабочее напряжение этих кондеров?
	На 100 Вт — 8 мкФ. Напряжение рабочее чем больше, тем лучше, но на 450В уже вполне подойдут. Правда я ставил и на 300В КБГ и ничего, работали.
	посмотрите здесь лучше http://pro-radio.ru/repair/4340/
	«Рабочая ёмкость конденсатора для 3-фазного двигателя определяется по формуле: Cp=2800*I/U,мкФ — если обмотки соединены по схеме «звезда», или Cp=4800*I/U,мкФ — если обмотки соединены по схеме «треугольник». При известной мощности двигателя ток можно определить из выражения: I=P/1,73*U*n*cos@, где: P — мощность двигателя, Вт U — напряжение сети, В n — к.п.д cos@ — коэффициент мощности. Ёмкость пускового конденсатора определяется из соотношения: Сп.=(2,5-3)Ср, мкФ. Рабочее непряжение конденсаторов должно быть в 1,5 раза больше напряжения сети, а конденсатор — обязательно бумажным. Особенность работы двигателя с конденсаторным пуском в том, что при работе вхолостую по обмотке, питаемой через конденсатор, протекает ток, на 20-40% больше номинального. Поэтому при работе с недогрузкой рабочую ёмкость следует увеличивать». В.Поцелуев, Работа 3-фазного двигателя в оденофазной сети, Радио, 11,1970г.
	При подключении 3-х фазного двигателя в 220 обычно ставят два конденсатора, один для запуска, второй для работы. Если мощности двигателя достаточно, то рабочий конденсатор можно не ставить, так например, в моем деревообрабатывающем станке с двигателем 3…4 кВт (мощность оцениваю по размерам, так как бирки нет), для запуска стоит электролит 500 мк х 450 В, а рабочие конденсаторы отсутствуют. Силы мотора достаточно, чтобы перерезать бревно, диаметром 20 см, или распустить брус толщиной 14 см.
	АК: …в моем деревообрабатывающем станке с двигателем 3…4 кВт (мощность оцениваю по размерам, так как бирки нет), для запуска стоит электролит 500 мк х 450 В Про электролит, глупости не пишите, да и про такие размеры древесины тоже. Я в это никогда не поверю!!!
	ПВГ: Я в это никогда не поверю!!! Никакие это не глупости, дом построили своими силами, все пиломатериалы, шалевка (2 см), доска (4 см, сосна), стропила (8 см, сосна), лаги для пола (12 или 14 см, дуб), все это обрезалось на своем станке. 12 или 14 см, я сомневаюсь, завтра померяю, должны остаться обрезки. Дубовые лаги (12…14 см) обрезали длиной не больше 4 метров. Лаги обрезались тяжело, иногда пилу зажимало и мотор останавливался. В зале у меня лежат лаги длиной 5,5 метров, эти тесались топором, потому что они очень тяжелые, и двум человекам сложно их было удержать на станке. На счет бревна толщиной 20 см, правда, бревно пилой диаметром 30 см разрезается поперек в два прохода, сначала одна сторона бревна, потом вторая. Пила должна быть острая, не толстая, с хорошего металла и с правильным разводом, от пилы много зависит. ПВГ: Про электролит, глупости не пишите Электролит, который стоит в станке, завтра постараюсь сфотографировать. Я не знаю где эти электролиты применялись, точно не в бытовой радиоаппаратуре (я его покупал на рынке). Это электролит работает в станке на запуск много лет.
	Еще пусковые злектролиты стояли в конденционерах БК.
	Померил, дуб обрезался максимальной толщиной 12 см. Вскрыл коробку с выключателем и конденсатором, вот фото (спички и тестер на фотографиях, для приблизительной оценки размеров) Мотор Станок Где применялись такие конденсаторы?
	АК: Где применялись такие конденсаторы В импульсных цепях, например как накопительный в фотовспышках.

Использование конденсатора в качестве сопротивления

Другой способ уменьшения напряжения питания компрессора немного расточительный, но достаточно простой и совсем не затратный. Отличается при этом повышенной надежностью. (Мое мнение, — он надежней промышленного ЛАТР-а.). Из недостатков, — способ не отличается универсальностью. И еще дополнительно придется немного посчитать и померить, т.е. напрячь себя, любимого…
Заключается он в простом, — последовательно с обмоткой компрессора включается гасящий р езистор. На этом резисторе гасится (падает) часть сетевого напряжения, и в итоге рабочая обмотка компрессора хронически недополучает питание. Номинал этого резистора зависит не только от того какую часть от 220 (240) Вольт мы хотим погасить, но еще и от мощности самого компрессора. Для упрощения можно остановиться на тех же обсуждаемых 10%, которые хотим погасить. Т.е. резистор должен на себя «принять» порядка 20 Вольт, а остальные 200-220 Вольт отдать компрессору.

Ниже приведена упрощенная методика расчета этого резистора для НЕ-электронщиков (специально упрощаю расчет, дабы не плодить в расчетах непонятные места, которые на конечный результат очень мало влияют.)

Расчет гасящего резистора

1. Читаем на этикетке или на нижней стороне компрессора данные о его потребляемой мощности.

Пример:

Пусть наш компрессор 22 Ватт, а сетевое напряжение для упрощения примем равным 220 Вольт.Тогда ток, протекающий через компрессор, будет равен:

I=P/U= 22/220= 0,1 Ампер

Нашей задачей является погасить порядка 20 Вольт. Тогда по закону Ома сопротивление такого резистора должно быть:

R=U/I = 20/0,1 = 200 Ом

Мощность резистора определяется по тем же простым формулам:

P=U х I = 20 х 0,1 = 2 Ватт

Мощность гасящего резистора следует брать обязательно с запасом, — как минимум, на 50% больше от расчетного значения . Но лучше запас делать еще бО льшим. Ближайшим стандартным номиналом является резистор 200 Ом мощностью 5 Ватт. Если поставите 10-ваттный резистор, то будет только лучше, — тогда он совсем не будет греться.

Можно встроить резистор в коробку компрессора. Можно еще проще поступить, — выделить для компрессора отдельный удлинитель с тройником, и вмонтировать резистор в корпус тройника, включив его последовательно с нагрузкой (т.е. с компрессором).

Повторюсь, — описанная выше методика вычисления номинала резистора не совсем точная. Считается это все несколько иначе. Но для наших целей вполне достаточно и такого приблизительного подсчета. Поставите Вы резистор номиналом 200, 210, или 220 Ом, — особо это не скажется на конечном результате. Отмечу лишь, что резисторы лучше выбирать те же «совковые», или хотя бы современные отечественные. На фото пример правильного резистора. Китайские же Ватты, указанные на их резисторах, заметно отличаются от заявленных. И, разумеется, в меньшую сторону.

Предупреждение! В этот тройник нельзя будет включать другие приборы. Потому что при подключении другого прибора нужно пересчитать номинал гасящего резистора.
Напишите на этом тройнике фломастером «Компрессор!», чтобы не забывать о том, что этот тройник перестал быть тройником общего назначения.
(Вряд ли можно посчитать недопустимой расточительностью выделение отдельной колодки для такого жизненно важного узла, как компрессор в аквариумной системе. 😉

Выпрямители для зарядки аккумуляторных батарей, осветительные лампы небольшой мощности и другие устройства, с рабочим напряжением меньше напряжения сети, обычно подключают к ней через трансформатор или последовательно с добавочными резисторами, на которых гасится излишнее напряжение. При этом на гасящем резисторе выделяется большая мощность, которая рассеивается в виде тепла.

Но известно, что конденсатор, установленный к цепи переменного тока, обладает сопротивлением, зависящим от частоты и называемым реактивным. Используя его, также можно гасить излишнее напряжение сети, причем мощность на реактивном сопротивлении не выделяется, что является большим преимуществом конденсатора перед гасящим резистором.

Так как полное сопротивление Z цепи, составленной из последовательно включенных нагрузки с активным сопротивлением R H и конденсатора с реактивным сопротивлением Х с равно Z=√R H 2 +X C 2 , то непосредственный расчет емкости гасящего конденсатора довольно сложен. Для определения ее проще пользоваться номограммой, приводимой на рис. 1.

На ней по оси абсцисс отложены сопротивления R H в кОм, по оси ординат — емкости 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 формуле мощности определить R H 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 осп 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 осветительной лампой 127 В 25 Вт, чтобы се можно было включить н сеть переменного тока напряжением 220 В. Находим R H:

R H =U 2 /P=127 2 /25=640 Ом

где U — напряжение, на которое рассчитана осветительная лампа, Р — мощность лампы. Чтобы определить Z, нужно узнать ток I, протекающий в цепи:

I=P/U=25/127=0,2A

Тогда Z равно:

Z=220/0,2=1100 Ом

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

Пример 2 . Мостовой выпрямитель (рис. 2) с выходным напряжением U вых = 18 В и током нагрузки I H = 20mA необходимо питать от сети с напряжением 127 В. Найти емкость конденсатора С 1 , который нужно подключить последовательно выпрямителю, чтобы погасить излишнее напряжение.

Определяем сопротивление нагрузки:

R H =U вых /I H =18/0,02=900 Ом

и полное сопротивление пепи:

Для гашения напряжения можно использовать только бумажные конденсаторы, предназначенные для работы в цепи переменного тока (типов МБМ, МБГП, БМТ и др.). Их рабочее напряжение для большей надежности работы должно превышать в два-три раза напряжение, которое нужно погасить.

Маломощные зарядные устройства для герметизированных малогабаритных аккумуляторов, блоки питания для светодиодных ламп, блоки питания для низковольтных слаботочных устройств обычно подключают к первичной сети переменного тока 220 вольт через понижающие трансформаторы или добавочные резисторы. При этом на гасящем резисторе выделяется большая бесполезная мощность в виде тепла, а трансформаторы имеют большие габариты и вес.

Можно конечно применить малогабаритные трансформаторы, но из-за применения в них очень тонких обмоточных проводов, резко уменьшается надежность таких блоков питания. Известно, что конденсатор, установленный в цепи переменного тока, обладает реактивным сопротивлением, которое зависит от частоты переменного тока, протекающего через его обкладки. Использование конденсаторов позволяет гасить излишнее напряжение, при этом мощность на реактивном сопротивлении не выделяется и это является большим преимуществом конденсатора перед резистором. Один из методов расчета гасящего конденсатора , теперь хочу предложить еще один, с использованием номограммы.
Так как полное сопротивление Z цепи, составленной из последовательно включенных нагрузки с активным сопротивлением Rн и гасящего конденсатора с реактивным сопротивлением Хс равно

То прямой расчет емкости гасящего конденсатора довольно сложен.

Поэтому проще воспользоваться номограммой. На ней по оси абсцисс отложены величины сопротивлений нагрузки Rн в килоомах, а по оси ординат отложены величины емкостей гасящих конденсаторов в микрофарадах. По оси, проведенной под углом сорок пять градусов – полные сопротивления Z цепи в килоомах.
Чтобы воспользоваться номограммой, надо определить сопротивление нагрузки — Rн. Rн = I2 R = U2/R и полное сопротивление цепи Z.
Пример. Мостовой выпрямитель с выходным напряжением 12 вольт и током нагрузки 120 мА необходимо питать от сети переменного тока 220 вольт. Надо найти емкость гасящего конденсатора, подключенного последовательно выпрямительному диодному мосту.
Для начала нам необходимо определить сопротивление нагрузки. Rн = U/I = 12 В / 0,12 А = 100 Ом. Теперь определяем полное сопротивление цепи в сети переменного тока 220 вольт. Z = 220 В/0,12 А = 1833 Ом. Далее определяем емкость гасящего конденсатора по номограмме. Для этого из точки на оси абсцисс, соответствующей сопротивлению 100 Ом восстановим перпендикуляр. Через точку, находящуюся на оси Z и соответствующей сопротивлению 1833 Ома, проводим дугу В с центром в точке 0, до пересечения с перпендикуляром А. Получаем точку С, которую проектируем на оси Y – ось емкости. Получаем необходимую емкость гасящего конденсатора, примерно 1,8 мкф. Все просто и удобно. Успехов. К.В.Ю.
Используемая литература: журнал «Радио» № 7 за 1970 год. Автор статьи В. Шишков
Скачать рисунок номограммы можно в формате sPlan здесь.

В радиолюбительской практике, да и в промышленной аппаратуре источником электрического тока обычно являются гальванические элементы, аккумуляторы, или промышленная сеть 220 вольт. Если радиоприбор переносной (мобильный), то использование батарей питания себя оправдывает такой необходимостью. Но если радиоприбор используется стационарно, имеет большой ток потребления, эксплуатируется в условиях наличия бытовой электрической сети, то питание его от батарей практически и экономически не выгодно. Для питания различных устройств низковольтным напряжением от бытовой сети 220 вольт существуют различные виды и типы преобразователей напряжения бытовой сети 220 вольт в пониженное. Как правило, это схемы трансформаторного преобразования. Схемы трансформаторного питания строятся по двум вариантам:

1. «Трансформатор – выпрямитель — стабилизатор» — классическая схема питания, обладающая простотой построения, но большими габаритными размерами;

2. «Выпрямитель — импульсный генератор – трансформатор – выпрямитель – стабилизатор» — схема импульсного источника питания, обладающая малыми габаритными размерами, но имеющая более сложную схему построения.

Самое главное достоинство указанных схем питания – наличие гальванической развязки первичной и вторичной цепи питания. Это снижает опасность поражения человека электрическим током, и предотвращает выход аппаратуры из строя по причине возможного замыкания токоведущих частей устройства на «ноль». Но иногда, возникает потребность в простой, малогабаритной схеме питания, в которой наличие гальванической развязки не важно. И тогда мы можем собрать простую конденсаторную схему питания . Принцип её работы заключается в «поглощении лишнего напряжения» на конденсаторе. Для того, чтобы разобраться в том, как это поглощение происходит, рассмотрим работу простейшего .

Делитель напряжения состоит из двух резисторов R1 и R2 . Резистор R1 – ограничительный, или по другому называется добавочный. Резистор R2 – нагрузочный (Rн ), он же является внутренним сопротивлением нагрузки.

Предположим, что нам необходимо из напряжения 220 вольт получить напряжение 12 вольт. Указанные U2 = 12 вольт должны падать на сопротивлении нагрузки R2 . Это означает, что остальное напряжение U1 = 220 – 12 = 208 вольт должно падать на сопротивлении R1 .

Допустим, что в качестве сопротивления нагрузки мы используем обмотку электромагнитного реле, а активное сопротивление обмотки реле R2 = 80 Ом . Тогда по закону Ома, ток, протекающий через обмотку реле, будет равен: Iцепи = U2/R2 = 12/80 = 0,15 ампер . Указанный ток должен течь и через резистор R1 . Зная, что на этом резисторе должно падать напряжение U1 = 208 вольт , по закону Ома определяем его сопротивление:

R1 = UR1 / Iцепи = 208/0,15 = 1 387 Ом .

Определим мощность резистора R1: Р = UR1 * Iцепи = 208 * 0,15 = 31,2 Вт .

Для того, чтобы этот резистор не грелся от рассеиваемой на нём мощности, реальное значение его мощности необходимо увеличить в раза два, это приблизительно составит 60 Вт . Размеры такого резистора довольно внушительны. И вот здесь нам пригодится конденсатор!

Мы знаем, что любой конденсатор в цепи переменного тока обладает таким параметром, как «реактивное сопротивление» — сопротивление радиоэлемента изменяющееся в зависимости от частоты переменного тока. Реактивное сопротивление конденсатора определяется по формуле: где п – число ПИ = 3,14, f – частота (Гц), С – ёмкость конденсатора (фарад).

Заменив резистор R1 на бумажный конденсатор С , мы «забудем» что такое резистор внушительных размеров.

С должно приблизительно равняться ранее рассчитанному значению R1 = Хс = 1 387 Ом .

Преобразовав формулу заменив местами величины С и Хс , мы определим значение ёмкости конденсатора:
С1 = 1 / (2*3,14*50*1387) = 2,3*10 -6 Ф = 2,3 мкФ

Это может быть несколько конденсаторов с требуемой общей ёмкостью, включенных параллельно, или последовательно.

Схема бестрансформаторного (конденсаторного) питания будет выглядеть следующим образом:

Но изображённая схема работать будет, но не так как мы планировали! Заменив массивный резистор R1 на один, или два малогабаритных конденсатора, мы выиграли в размерах, но не учли одно — конденсатор должен работать в цепи переменного тока, а обмотка реле – в цепи постоянного тока. На выходе нашего делителя переменное напряжение, и его необходимо преобразовать в постоянное. Это достигается вводом в схему диодного выпрямителя разделяющего входную и выходную цепь, а так же элементов сглаживающих пульсацию переменного напряжения в выходной цепи.

Окончательно, схема бестрансформаторного (конденсаторного) питания будет выглядеть следующим образом:

Конденсатор С2 — сглаживающий пульсации. Для исключения опасности поражения электрическим током от накопленного напряжения в конденсаторе С1 , в схему введен резистор R1 , который шунтирует конденсатор своим сопротивлением. При работе схемы он своим большим сопротивлением не мешает, а после отключения схемы от сети, в течение времени, определяемого секундами, через резистор R1 происходит разряд конденсатора. Время разряда определяется обыкновенной формулой:

Для того, чтобы следующий раз не делать все вышеперечисленные расчёты, выведем окончательную формулу расчёта ёмкости конденсатора схемы бестрансформаторного (конденсаторного) питания. При известных значениях входного и выходного напряжения, а также сопротивления R2 (оно же — сопротивление нагрузки Rн ), значение сопротивления R1 находится в соответствии с пунктом 3 статьи » «:

Объединив две формулы, находим конечную формулу расчета ёмкости конденсатора схемы бестрансформаторного питания:

где Rн Р1 .

Учитывая, что при работе в переменном напряжении в конденсаторе происходят перезарядные процессы, а также сдвиг фазы тока по отношению к фазе напряжения, необходимо брать конденсатор на напряжение в 1,5…2 раза больше того напряжения, которое подаётся в цепь питания. При сети 220 вольт, конденсатор должен быть рассчитан на рабочее напряжение не менее 400 вольт .

По указанной выше формуле можно рассчитать значение ёмкости схемы бестрансформаторного питания для любого устройства, работающего в режиме постоянной нагрузки. Для работы в условиях переменной нагрузки, меняется также ток и напряжение выходной цепи. Для стабилизации выходного напряжения обычно применяют стабилитроны, или эквивалентные транзисторные схемы, ограничивающие выходное напряжение на необходимом уровне. Одна из таких схем показана на рисунке ниже.

Вся схема включена в сеть 220 вольт постоянно, а реле Р1 включается в цепь и выключается с помощью выключателя S1 . В качестве выключателя может быть и полупроводниковый прибор, например транзистор. Транзисторный каскад VT1 включен параллельно нагрузке, он исключает увеличение напряжения во вторичной цепи. Когда нагрузка отключена, ток течёт через транзисторный каскад. Если бы этого каскада не было, то при отключении S1 и отсутствии другой нагрузки, на выводах конденсатора С2 напряжение могло бы достигнуть максимального сетевого – 315 вольт.

Стоит отметить, что при расчёте схем автоматики с реле, необходимо учитывать, что напряжение срабатывания реле, как правило, равно его номинальному (паспортному) значению, а напряжение удержания реле во включенном состоянии приблизительно в 1,5 раза меньше номинального. Поэтому, рассчитывая схему, изображённую выше, оптимально вести расчёт конденсатора для режима удержания, а напряжение стабилизации сделать равным номинальному (или чуть выше номинального). Это позволит работать всей схеме в режиме меньших токов, что повышает надёжность. Таким образом, для расчета емкости конденсатора С1 в схеме с коммутируемой нагрузкой, параметр Uвх мы берём равным не 12 вольт, а в полтора раза меньше – 8 вольт, а для расчёта ограничительного (стабилизирующего) транзисторного каскада – номинальное 12 вольт. С1 = 1 / (2 * 3,14 * 50 * ((220 * 80) / 8 – 80)) = 1,5 мкФ В качестве стабилизирующего элемента при малых токах можно использовать стабилитрон. При больших токах стабилитрон не годится – слишком малая у него рассеиваемая мощность. Поэтому в таком случае оптимально использовать транзисторную схему стабилизации напряжения. Расчёт стабилизирующего транзисторного каскада основан на использовании порога открытия биполярного транзистора, при достижении напряжения база-эмиттер 0,65 вольта (на кристалле кремния). Но учтите, что для разных транзисторов это напряжение колеблется в пределах 0,1 вольта, не только по типам, но и по экземплярам транзисторов. Поэтому напряжение стабилизации на практике может немного отличаться от рассчитанного значения.
Расчёт делителя смещения каскада стабилизации проводится всё по тем же формулам делителя напряжения, при известных Uвх.дел. = 12 вольт , Uвых.дел. = 0,65 вольт и токе транзисторного делителя, который должен быть приблизительно в двадцать раз меньше тока протекающего через ёмкость С1 . Этот ток легко найти: Iдел. = Uвх.дел. / (20*Rн) = 12 / (20 * 80) = 0,0075 ампер , где Rн – сопротивление нагрузки, в нашем случае это – сопротивление обмотки реле Р1 , равное 80 Ом .

Номиналы резисторов R1 и R2 определяются по формулам, ранее опубликованным в статье » «: , где Rобщ – общее сопротивление резисторов делителя смещения транзистора VT1 , которое находится по закону Ома:

Итак: Rобщ = 12 / 0,0075 = 1600 Ом ;

R3 = 0,65 * 1600 / 12 = 86,6 Ом 82 Ом ;

R2 = 1600 – 86,6 = 1513,4 Ом , по номинальному ряду, ближайший номинал – 1,5 кОм .

Зная падение напряжения на резисторах и ток делителя, не забудьте рассчитать их габаритную мощность. С запасом, габаритную мощность R2 выбираем в 0,25 Вт, а R3 – в 0,125 Вт. Вообще, вместо резистора R2 лучше поставить стабилитрон, в данном случае это может быть Д814Г, КС211(с любым индексом), Д815Д, или КС212(с любым индексом). Я научил вас рассчитывать резистор намеренно.

Транзистор выбирается также с запасом падающей на его переходе мощности. Как выбирать транзистор в подобных стабилизирующих каскадах, хорошо описано в статье » «. Для лучшей стабилизации, возможно использование схемы «составного транзистора».

Думаю, что статья своей цели достигла, «разжёвано» всё до каждой мелочи.

2.
Это означает, что, скажем, падение напряжения с 12 В до 4 В (N = 3) означает, что осталась только 1/9 часть.
Даже если напряжение V падает с 10 В до 5 В, N = 2. Осталось энергии = 25%. Используемая энергия = 75%!

---

С понижающим преобразователем:

Предполагается, что Vcap падает до Vout + Vdropout.

Приведенные ниже уравнения также работают для повышающего понижающего преобразователя с Vcap Эффективность в повышающем режиме обычно ниже, чем у понижающей, и обычно падает еще больше, когда Vcal становится очень низким.Поскольку Vcap = Vinial / 4 остаточная энергия составляет лишь 1/16 от начальной, обычно нет большого преимущества в использовании очень низких напряжений конденсатора.
, например, даже для выходных сигналов от 5V6 до 3v3 + 0,2 В, оставшаяся энергия в начале ускоренного режима составляет всего 40% от начальной. Например, от 10 В до 3,3 + 0,3 остаточная эффективность составляет всего 12% от начальной.

Доступная энергия = общие потери в конденсаторе x КПД.
0 <КПД <1 -> обычно в диапазоне 0,7 — 0,9.
В следующих расчетах эффективность принимается равной 100%.
Scale линейно уменьшает фактическую эффективность — скажем, начните с 0,8 в качестве типичного.
Реальный КПД некоторых преобразователей может находиться в диапазоне 0,90–0,95 (или даже лучше), НО это обычно в пределах ограниченной нагрузки и диапазона Vin / Vout. Начиная с 80% и увеличиваясь, если для данного приложения удастся управлять «сладким пятном», менее вероятно, что это приведет к разочарованию.

Предположим, что на регуляторе НЕТ падения напряжения. Предположим, что регулятор работает на 100%. Энергия будет потеряна в виде тепла при падении напряжения на регуляторе.2)
= 0,5 x 0,01 x (29,16-12,25) = 0,08455 Джоуль
= 84,55 мДж
1Дж = 1A x 1V x 1S = 1 AVs
или 1 мА. VS
Таким образом, 84,55 мДж = 25,6sx 1 мА x 3,3V
Или 2,56sx 10 мА x 3,3 В или …

Увеличьте емкость конденсатора до 1Ф, и вы получите около 8,5Дж или 8500 мДж, и он начнет «приносить пользу»

например, 8500 / 3,3 В / 3600 с = 0,715 мА в течение 1 часа.

---

Линейный.

Для заданных Vout и Out ток истощается с постоянным I.
Потери энергии равны (Vin-Vout-Vdropout) x Iout.2

Для небольших падений Vinitial / Vout остается много энергии, когда Vcap = Vout.

Delta_V_cap = dV = T x I / C

dV = V = падение напряжения конденсатора — Вольт T — Время — секунды I — ток — Амперы C — Емкость —

Фарада

или
В = TI / C Т = VC / I C = TI / V
I = VC / T

Допустимое падение = Vinitial — Vout — dropout_voltage

Например, конденсатор 10 F, 20 мА, допустимое падение = 5V6 — 3V3, отпускание = 0,2 В.

T = V / IC = (5.4-3.3-0.2) /(0,02 x 10) = 1,9 / 0,2 = 9,5 секунды.
или, используя приведенный выше пример понижающего преобразователя:

10000 мкФ = 10 мФ = 0,01Ф конденсатор Vstart = 5.4. Vout = 3V3.
Vdropout = 0,2 В
I = 1 мА

T = VC / I = 1,9 x 0,01 / 0,001 = 19 секунд
По сравнению с 25,6 с с понижающим регулятором AT 100% КПД
Для «безубыточности» понижающего регулятора потребуется КПД> 19 / 25,6 ~ = 74% Обычно это достижимо, НО разница ближе, чем можно было ожидать.

По мере роста отношения Vinitial к Vout понижающий преобразователь становится явным победителем.

=

Калькулятор энергии конденсатора

Это калькулятор энергии конденсатора, простой инструмент, который поможет вам оценить количество энергии, хранящейся в конденсаторе. Вы также можете узнать, сколько заряда накопилось в конденсаторе. Читайте дальше, чтобы узнать, какая энергия хранится в конденсаторе и каково уравнение энергии конденсатора.

Какая энергия хранится в конденсаторе?

Конденсатор — это электронный компонент, обычно используемый в схемах. Его функция — накапливать электрический заряд . В стандартных конденсаторах с параллельными пластинами на соседних пластинах присутствуют заряды равной, но противоположной величины (для сферических конденсаторов вместо пластин используются концентрические сферы). Эти заряды создают между собой электрическое поле, состоящее из определенного количества энергии контура. Поскольку мы говорим о накопленных зарядах, это пример потенциальной энергии.

Формула энергии конденсатора

Как вы оцениваете энергию E , хранящуюся в конденсаторе с емкостью C и приложенным напряжением В ? Это эквивалентно работе, выполняемой батареей по перемещению заряда Q на конденсатор.В результате получается уравнение:

E = 1/2 * C * V² .

Используя общую формулу для емкости, C = Q / V , мы можем переписать уравнение энергии емкости в двух других аналогичных формах:

E = 1/2 * Q² / C или E = 1/2 * Q * V .

Электрическая энергия в конденсаторе — пример

Сколько энергии может храниться в конденсаторе емкостью Кл = 300 мкФ , когда мы подключаем его к источнику напряжения В = 20 В ? Давайте вместе разберемся!

• Чтобы облегчить нашу жизнь, используйте научное обозначение емкости: C = 3 · 10⁻⁴ F
• В соответствии с формулой мощности емкости результат оценивается как: E = 1/2 * 3 · 10⁻⁴ F * (20 В) ² = 6 · 10⁻² Дж
• Энергия, запасенная в конденсаторе, также может быть записана как 0.06 Дж или 60 мДж
• Кроме того, мы можем оценить общий заряд, накопленный в конденсаторе: Q = C * V = 3 · 10⁻⁴ F * 20 V = 6 · 10⁻³ C = 6 мКл
• … или вы можете просто сэкономить свое время, используя этот калькулятор энергии конденсатора, который автоматически выполняет все вычисления за вас!

Кстати, если у вас есть система с более чем одним конденсатором, вам лучше проверить наши конденсаторы последовательно или конденсаторы в параллельных калькуляторах, чтобы быстро найти общую емкость, потому что это значение, которое вы должны использовать в формуле для энергия конденсатора.

Преобразования энергии в LC-контуре

LC-цепь — это система, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора. На практике это может быть обобщено как цепь RLC из-за некоторого сопротивления в системе. Как только схема обрабатывает сигнал резонансной частоты, потенциальная энергия конденсатора непрерывно преобразуется в магнитную энергию, создаваемую током, протекающим через катушку. Эти виды схем широко используются при обработке сигналов или при отправке и приеме радиоволн.

Audiopipe, 10 Фарад, конденсатор, цифровой дисплей, макс. Мощность 10000 Вт, ACA — Robidoux Inc

Возврат в течение 30 дней

Вы можете вернуть или обменять полностью новый продукт в течение 30 дней. Товары, которые являются дефектными в течение 30 дней, могут быть отправлены обратно для обмена на тот же товар. При любом возврате будет взиматься плата за возврат до 25%, если вы не получите продукт с дефектом производства, и он будет возвращен в течение 30 дней. Мы не разрешаем возврат или обмен на товары специального заказа, электрические, регулируемые, безопасные, пищевые продукты и автомобильную аудиосистему, если они не являются абсолютно новыми в заводской упаковке.

Важная информация

Вариант возврата или обмена — вы можете выбрать обмен или возврат средств за возвращенный товар. Метод возврата. Возврат осуществляется на ту же кредитную карту, дебетовую карту или учетную запись PayPal, которая использовалась во время покупки. Исключения, не подлежащие возврату — Включите избранные продукты, такие как те, которые отмечены как невозвратные в описании продукта, предварительно отрезанные проволоки, специальные заказы или продукты, изготовленные на заказ. Продукты должны быть новыми и не иметь следов использования или установки или Robidoux Inc.откажется от возврата или взимает менее полный возврат. Примеры условий, которые приведут к отказу в возврате или пополнении запасов, включают:

• Любые признаки использования, включая установку, царапины на деталях или другие признаки использования, такие как физическая маркировка, отверстия для винтов и т. Д.
• Бирки, наклейки и другие производственные этикетки удалены или подделаны.
• Недостающие детали или оригинальная упаковка продукта повреждена или подделана.
• Серийный номер отличается от того, который предоставил Robidoux Inc.
• Физические повреждения от капель, жидкости, неправильного обращения и т. Д.
• Установленные или бывшие в употреблении корпуса сабвуферов и корпуса динамиков
• Выдутые, проколотые или обжаренные динамики, сабвуферы и усилители.

Поврежденный продукт и / или транспортировочная коробка из поставки

Если вы получили заказ, у вас есть 7 дней с даты доставки, чтобы уведомить Robidoux Inc. о любом повреждении, которое произошло во время доставки.

Когда я получу возврат или замену?

После получения вашего продукта мы обрабатываем возврат в течение 3 рабочих дней.В некоторых случаях продукты могут потребовать дополнительных испытаний и оценки со стороны наших специалистов по возврату и обслуживанию.

Дефектные продукты

Дефектные продукты покрываются заменой только того же продукта в течение периода возврата. Если продукт больше не выпускается, вы получите право на невозвратный кредит магазина на оплату другого продукта. По истечении 30 дней покупатель должен напрямую связаться с производителем. Гарантия производителя может отличаться в зависимости от марки / продукта.Не стесняйтесь обращаться к нам по поводу конкретной информации о гарантии перед покупкой. Любой Продукт, у которого отсутствует упаковка, аксессуары или детали производителя, будет заменен только на тот же продукт, который мы получили. Это означает, что мы обменяем только то, что вы нам присылаете.

Стоимость обратной доставки

Покупатель несет ответственность за обратную доставку, если товар не является дефектом производителя. Если мы получим товар обратно, и это не дефект производителя, вычет стоимости доставки может быть вычтен из возмещения, а также 20% комиссии за возврат.

Отсутствует посылка?

Если номер отслеживания перевозчика показывает, что посылка была доставлена, но вы не можете ее найти, выполните следующие действия в течение 36 часов с момента ожидаемой / заявленной доставки. Как только товар будет доставлен, это будет наше доказательство доставки. Покупатель несет ответственность за доставку груза в безопасное место или за то, чтобы кто-то был доступен для доставки. Мы не несем ответственности за утерянные или украденные посылки. Подтверждение подписи требуется только для пакетов на сумму более 500 долларов США.00. Если вы считаете, что ваше местонахождение требует подтверждения подписью для заказа на сумму менее 500 долларов США, пожалуйста, свяжитесь с нами перед покупкой.

• Проверьте и подтвердите адрес доставки заказа.
• Ищите уведомление перевозчика о попытке доставки.
• Проверьте место доставки вашей посылки.
• Узнайте у других членов семьи и соседей, приняли ли они доставку.
• Проверьте свой почтовый ящик или другие места, куда вы получаете почту или посылки.

Преимущества конденсаторов накопления энергии и их выбор

Вы подключены к сети или спроектированы так, чтобы быть рок-н-роллом?

Посмотрите, как конденсаторы помогают решить эти проблемы:

• Чрезмерный разряд и сокращение срока службы аккумулятора и генератора • Колебания и затемнение систем освещения вашего автомобиля. • Плохое качество звука и ограниченное воспроизведение низких частот. • Корректировка падения выходной мощности усилителей на 40%. • Максимальное повышение производительности автомобиля и системы. • Предотвращение проблем с электрическим током.

Электрическая система вашего автомобиля была разработана для работы на складе; как он скатился с пола выставочного зала: любые дополнительные стоки в стоковой системе дестабилизируют складскую технику.Когда вы добавляете какое-либо электрическое устройство, такое как усилитель или другие аксессуары, вам необходимо усилить электрическую систему , чтобы предотвратить проблемы и максимизировать производительность. Конденсаторы Rockford Fosgate — это конденсаторы , предназначенные для стабилизации и модернизации вашей электрической системы для работы с дополнительными компонентами. Обеспечивая промежуточную мощность (небольшие всплески тока), конденсатор Rockford Fosgate снижает давление (текущее потребление) в вашей электрической системе. Это помогает улучшить характеристики вашего автомобиля и вашей системы, обеспечивая максимальную отдачу от вложенных средств.Rockford Fosgate считает, что в автомобильной аудиосистеме требуется минимально возможное ESR (сопротивление Equivalent Series ). Возьмите утверждение «Ток пойдет по пути наименьшего сопротивления». Например, типичный полностью заряженный автомобильный аккумулятор (залитый водой) будет иметь ESR 12-15 миллиом. Все конденсаторы Rockford Fosgate имеют ESR 14 миллиом или меньше, большинство из них ниже 1,8. Было бы разумно, исходя из приведенного выше утверждения, чем ниже ESR, тем эффективнее будет конденсатор.Чем больше конденсатор и ниже ESR, тем меньше работы придется выполнять батарее.

Тесты точности звука с конденсаторами Два теста были разработаны для обеспечения условий, максимально приближенных к реальным условиям. Первый тест проводился с усилителем мощностью 1500 Вт при 14,4 В с использованием нерегулируемого источника питания при воспроизведении музыкальной композиции из музыкальной группы «Yello». Во время этого теста было измерено напряжение источника питания (B +), питающего усилитель.Первый тест проводился с одним усилителем при следующих трех условиях; без конденсатора, подключенного к B +, конденсатора емкостью 1 фарад, подключенного к B +, и конденсатора емкостью 50 фарад, подключенного к B +. Второй тест проводился с использованием усилителя мощностью 1000 Вт при 14,4 В с использованием нерегулируемого источника питания на измерительной системе «Power-Cube». Источник питания был ограничен по току, чтобы представить среднюю систему зарядки транспортных средств. Это простой факт: чем выше B +, тем большую мощность будет производить усилитель.В заключение, при использовании конденсатора на 1 фарад усилитель выдавал на 107 Вт больше, чем без конденсатора, и на 375 Вт больше, или на 40% больше мощности при использовании конденсатора на 50 Фарад. Чем больше напряжение, тем больше общая выходная мощность усилителя.

Краткая справочная таблица выбора конденсаторов

Какой конденсатор Rockford Fosgate мне следует использовать в моей системе?

Общее практическое правило при выборе конденсаторов: 1 Фарад на 1000 Вт .Это правило не является точным для всех условий и в первую очередь предназначено для помощи при выборе комбинаций конденсатор-усилитель. Системы с одним или двумя усилителями Система мощностью до 500 Вт Колпачок 0,5 Фарада Система от 400 Вт до 1000 Вт Колпачок 1 Фарад Мультиусилители и конкурентные системы Система от 700 Вт до 2000 Вт Бейсболка 25-Фарад * Система от 1500 Вт до 4000 Вт Бейсболка 40-Фарад * Система от 2000 Вт до 5000 Вт Бейсболка 50-Фарад * Система от 3000 до 8000 Вт Бейсболка 100-Фарад *

* Competition Cap представляет собой угольный конденсатор Connecting Punch ™ (SuperCap)

единиц конденсатора Экономьте деньги на счетах за электроэнергию!

Как это работает?

Когда двигатель в вашем доме запускается, он запрашивает мощность у трансформатора вашей коммунальной компании.Спрос на электроэнергию от вашего двигателя проходит через проводку в вашем доме к распределительной коробке, идущей к вашему счетчику, наконец, достигая места назначения трансформатора и снова возвращается к вашему дому. Во время этого процесса линии / проводка нагреваются и напрягают двигатель и проводку. Вырабатываемое тепло называется ваттами.

Во время нормального электрического процесса теряется энергия, за которую вам выставляет счет ваша коммунальная компания, но которую вы не можете использовать. Конденсатор накапливает (в противном случае теряется энергия / ватт) и передает энергию вашему двигателю, когда это необходимо для правильной работы.Это снижает количество тепла на проводах и двигателях в вашем доме или офисе. Уменьшение этого тепла снизит ваши счета за электричество и увеличит срок службы ваших двигателей.

Индуктивные двигатели

установлены в вашем холодильнике, морозильной камере, стиральной машине, сушилке, потолочных вентиляторах, лифтах, кондиционерах и т. Д. Если вы используете старые люминесцентные лампы T-12, балласт также является индуктивной нагрузкой. Все, что связано с медной обмоткой, создающей электромагнитное поле, является индуктивной нагрузкой, как и ваш инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный.Используя методы крупных промышленных комплексов, конденсатор восстанавливает потерянную энергию и перерабатывает электрическую энергию. Он защищает от скачков напряжения и увеличивает мощность вашей электрической панели, заставляя ее охлаждаться. Таким образом вы сэкономите деньги

«Свыше 16 миллиардов долларов электроэнергии — непригодная для использования энергия, но оплачивается в США» Министерство энергетики США

Как мы знаем, что это работает?

Это индуктивная нагрузка для вашей энергетической компании, как и двигатели в вашем доме (кондиционеры, холодильники и т. Д.).), это индуктивные нагрузки вашей энергетической компании, и это конденсаторы, которые ваша энергетическая компания использует для корректировки их коэффициентов мощности. Когда вы корректируете коэффициент мощности, это снижает спрос. Электрический счетчик, который читает ваша электрическая компания, является счетчиком потребления. При правильном использовании конденсаторов вы можете снизить спрос и законно замедлить работу вашего счетчика; ваша электрическая компания использует ту же самую технологию более 70 лет для корректировки своих коэффициентов мощности. Зачем вашей энергетической компании тратить десятки тысяч долларов на батарею конденсаторов, чтобы скорректировать их коэффициент мощности, если она не работает?

Это работает!

Если вы посмотрите вокруг на полюса питания, примерно на каждые 50 трансформаторов, вы заметите одну из этих батарей конденсаторов, корректирующих коэффициенты мощности трансформаторов в вашем районе.

Сколько конденсаторов мне нужно?

Обычно для дома требуется 1 квартира; для бизнеса это зависит от количества панелей — конденсаторы работают до 200, 400, 600, 800 и 1000 ампер. Если вы не уверены, установите флажок на панели. Если ваш главный выключатель на 200 ампер или меньше, вам понадобится только 1 блок.

Электроэнергия состоит из двух компонентов:

• Активная мощность, которую производит работа
• Реактивная мощность, необходимая для создания магнитных полей, необходимых для работы индуктивного электрического оборудования, но не выполняющая полезную работу
• Активная мощность измеряется в кВт (1000 Вт)
• Реактивная мощность измеряется в кВАр (1000 вольт-ампер, реактивная)

Общая мощность измеряется в кВА (1000 вольт-ампер).Отношение рабочей мощности к общей мощности называется коэффициентом мощности. Конденсаторы коррекции коэффициента мощности предназначены для увеличения коэффициента мощности путем подачи реактивной мощности при установке на индуктивном электрическом оборудовании или рядом с ним.

Как конденсаторы экономят деньги

Конденсаторы двумя способами снижают затраты на электроэнергию

• Во многих регионах стоимость электроэнергии включает штраф за низкий коэффициент мощности. Установка силовых конденсаторов в системе распределения электроэнергии на объекте избавляет коммунальное предприятие от необходимости подавать реактивную мощность, необходимую для индуктивного электрического оборудования.Экономия, которую энергокомпания получает за счет снижения затрат на генерацию, передачу и распределение, перекладывается на покупателя в виде более низких счетов за электроэнергию
• Второй источник экономии, полученный за счет использования конденсаторов коррекции коэффициента мощности, заключается в увеличении мощности в кВА в системе распределения электроэнергии. Установка конденсаторов для обеспечения непроизводительных токовых требований объекта позволяет увеличить подключенную нагрузку на целых 20 процентов без соответствующего увеличения размеров трансформаторов, проводов и защитных устройств, составляющих распределительную систему, которая обслуживает груз.

Преимущества:

• Меньше общей мощности установки, кВА при той же рабочей мощности, кВт
• Экономия на ежемесячных счетах за электроэнергию очень значительна в регионах, где существуют штрафы за пиковое потребление
• Больше рабочей мощности кВт при той же потребности в кВА
• Освободившаяся мощность системы позволяет добавлять дополнительные двигатели, освещение и т. Д. Без перегрузки существующего распределительного оборудования
• Улучшенное регулирование напряжения за счет уменьшения падения напряжения в сети
• Повышение эффективности оборудования и двигателей
• Более низкие рабочие температуры
• Уменьшение размеров трансформаторов, кабелей и распределительных устройств при новом строительстве, чтобы вы экономили капитал.

Наши клиенты варьируются от местных владельцев бизнеса до клиентов национальной сети:

• Автосервис (средняя экономия 14%)
• Боулинг (средняя экономия 18%)
• Автосалоны (средняя экономия 14%)
• Холодное хранение (средняя экономия 15%)
• Круглосуточные магазины (средняя экономия 14%)
• Продовольственные рынки (средняя экономия 18%)
• Производители (средняя экономия 16%)
• офисных зданий (средняя экономия 15%)
• курортов (средняя экономия 15%)
• школ (средняя экономия 14%)
• Очистка воды (средняя экономия 15%).

Конденсаторы бытовые:

• Произведено на заводе системы менеджмента качества ISO 9003 в США
• 100% гарантия возврата денег по сбережениям
• Гарантия до 25 лет
• внесен в список UL и установлен сертифицированным электриком в соответствии с местными правилами пожарной безопасности.

Обратитесь к консультанту по энергетике сегодня, чтобы начать экономить деньги за счет сокращения потребления энергии.Позвоните нам по телефону 202-559-9289 / 202-559-9289 или напишите нам по адресу [email protected]

Расчет спада напряжения конденсатора

Следующий калькулятор вычисляет спад напряжения на трехфазных батареях конденсаторов, соединенных звездой, после отключения от источника питания. Расчет предполагает, что напряжение в системе составляет 110% от номинального, и что конденсаторная батарея была отключена при пиковом напряжении.

На основе этих данных рассчитывается требуемый номинал разрядного резистора для удовлетворения отраслевых стандартных требований к разрядке для силовых конденсаторов среднего напряжения на 50 В за 300 секунд (Стандарт IEEE 18-2012, Стандарт для шунтирующих силовых конденсаторов).

Номинал нестандартного резистора также может быть исследован и нанесен на кривую разряда рядом со стандартной кривой разряда.

Calculator-1

---

Известные переменные: Блок конденсаторов, трехфазный кВАр, напряжение и частота системы

Формулы и переменные

---

Где:

В пик = Пиковое напряжение на конденсаторах перед отключением (кВ)

В LL = Линейная номинальная мощность конденсатора (кВ)

C = Емкость конденсаторного каскада на фазу (µF на фазу) )

f = Номинальная частота конденсатора

KVAR = Трехфазная мощность KVAR конденсаторного каскада (кВАр)

R = Сопротивление разрядного резистора (МОм)

В = Начальное напряжение конденсатора сразу после отключения (кВ)

t = Время после отключения конденсатора (сек)

В (t) = Напряжение через некоторое время (t) после того, как конденсатор был отключен отключено (сек)

Интерес…

---

Конденсаторы в отключенном состоянии накапливают энергию, а также улавливают напряжение. Это напряжение может быть опасным, если при техническом обслуживании контактируют с выводами конденсатора. В результате, статья 460.28 (A) NEC и большинство других национальных стандартов гласят:

Должны быть предусмотрены средства для снижения остаточного напряжения конденсатора до 50 В или менее в течение 5 минут после отключения конденсатора от источника питания.

Производители силовых конденсаторов среднего напряжения встраивают в свои конденсаторы разрядные резисторы в соответствии с этими стандартами.Приведенный выше калькулятор вычисляет номинал резистора, кривую разряда или затухания, номинальную мощность резистора и энергию разряда конденсатора.

В некоторых приложениях требуется более быстрый разряд по напряжению. Более быстрый разряд достигается за счет уменьшения сопротивления резистора. При этом требования к номинальной мощности резистора увеличиваются. Обычно резисторы конденсаторов могут быть такого размера, чтобы позволить конденсаторам разряжаться не менее чем за 2 минуты.

Конденсатор

в цепи постоянного тока

Эти онлайн-калькуляторы вычисляют различные параметры для зарядки и разрядки конденсатора с резистором.Формулы, используемые для расчетов, находятся под калькуляторами.

Зарядка конденсатора с помощью резистора

Точность расчета

Цифры после десятичной точки: 2

Постоянная времени, миллисекунды

5 Постоянные времени (заряд 99,2%), миллисекунды

000 Начальный ток, амперы

000 Максимальная рассеиваемая мощность, Вт

Напряжение конденсатора, вольт

Заряд конденсатора, микрокулоны

Энергия конденсатора, миллиДжоуля

Работа с блоком питания, миллиджоули

9029 9029 9029 9029 Экономия энергии 9_00029029 расширение Виджет

Разрядка конденсатора с помощью резистора

Точность вычислений

Цифры после десятичной точки: 2

Начальная энергия конденсатора, миллиджоули

Начальный заряд конденсатора, микрокулоны

Постоянная времени,

ампер,

Начальный ток

Максимальная рассеиваемая мощность, Вт

Конечная зарядка конденсатора, микрокулоны

Конечная энергия конденсатора, миллиДжоуля

Конечное напряжение конденсатора1, вольты

02

02

02

02

02 Сохранить расширение Виджет

Ниже представлена ​​электрическая схема зарядки конденсатора с блоком питания.