+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя или трехфазного

Что делать, если требуется подключить двигатель к источнику, рассчитанному на другой тип напряжения (например, трехфазный двигатель к однофазной сети)? Такая необходимость может возникнуть, в частности, если нужно подключить двигатель к какому-либо оборудованию (сверлильному или наждачному станку и пр.). В этом случае используются конденсаторы, которые, однако, могут быть разного типа. Соответственно, надо иметь представление о том, какой емкости нужен конденсатор для электродвигателя, и как ее правильно рассчитать.

Что такое конденсатор

Конденсатор состоит из двух пластин, расположенных друг напротив друга. Между ними помещается диэлектрик. Его задача – снимать поляризацию, т.е. заряд близкорасположенных проводников.

Существует три вида конденсаторов:

  • Полярные. Не рекомендуется использовать их в системах, подключенных к сети переменного тока, т. к. вследствие разрушения слоя диэлектрика происходит нагрев аппарата, вызывающий короткое замыкание.
  • Неполярные. Работают в любом включении, т.к. их обкладки одинаково взаимодействуют с диэлектриком и с источником.
  • Электролитические (оксидные). В роли электродов выступает тонкая оксидная пленка. Считаются идеальным вариантом для электродвигателей с низкой частотой, т.к. имеют максимально возможную емкость (до 100000 мкФ).

Как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя

Задаваясь вопросом: как подобрать конденсатор для трехфазного электродвигателя, нужно принять во внимание ряд параметров.

Чтобы подобрать емкость для рабочего конденсатора, необходимо применить следующую расчетную формулу: Сраб.=k*Iф / U сети, где:

  • k – специальный коэффициент, равный 4800 для подключения «треугольник» и 2800 для «звезды»;
  • Iф – номинальное значение тока статора, это значение обычно указывается на самом электродвигателе, если же оно затерто или неразборчиво, то его измеряют специальными клещами;
  • U сети – напряжение питания сети, т. е. 220 вольт.

Таким образом вы рассчитаете емкость рабочего конденсатора в мкФ.

Еще один вариант расчета – принять во внимание значение мощности двигателя. 100 Ватт мощности соответствуют примерно 7 мкФ емкости конденсатора. Осуществляя расчеты, не забывайте следить за значением тока, поступающего на фазную обмотку статора. Он не должен иметь большего значения, чем номинальный показатель.

В случае, когда пуск двигателя производится под нагрузкой, т.е. его пусковые характеристики достигают максимальных величин, к рабочему конденсатору добавляется пусковой. Его особенность заключается в том, что он работает примерно в течение трех секунд в период пуска агрегата и отключается, когда ротор выходит на уровень номинальной частоты вращения. Рабочее напряжение пускового конденсатора должно быть в полтора раза выше сетевого, а его емкость – в 2,5-3 раза больше рабочего конденсатора. Чтобы создать необходимую емкость, вы можете подключить конденсаторы как последовательно, так и параллельно.

Как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя

Асинхронные двигатели, рассчитанные на работу в однофазной сети, обычно подключаются на 220 вольт. Однако если в трехфазном двигателе момент подключения задается конструктивно (расположение обмоток, смещение фаз трехфазной сети), то в однофазном необходимо создать вращательный момент смещения ротора, для чего при запуске применяется дополнительная пусковая обмотка. Смещение ее фазы тока осуществляется при помощи конденсатора.

Итак, как подобрать конденсатор для однофазного электродвигателя?

Чаще всего значение общей емкости Сраб+Спуск (не отдельного конденсатора) таково: 1 мкФ на каждые 100 ватт.

Есть несколько режимов работы двигателей подобного типа:

  • Пусковой конденсатор + дополнительная обмотка (подключаются на время запуска). Емкость конденсатора: 70 мкФ на 1 кВт мощности двигателя.
  • Рабочий конденсатор (емкость 23-35 мкФ) + дополнительная обмотка, которая находится в подключенном состоянии в течение всего времени работы.
  • Рабочий конденсатор + пусковой конденсатор (подключены параллельно).

Если вы размышляете: как подобрать конденсатор к электродвигателю 220в, стоит исходить из пропорций, приведенных выше. Тем не менее, нужно обязательно проследить за работой и нагревом двигателя после его подключения. Например, при заметном нагревании агрегата в режиме с рабочим конденсатором, следует уменьшить емкость последнего. В целом, рекомендуется выбирать конденсаторы с рабочим напряжением от 450 В.

Как выбрать конденсатор для электродвигателя – вопрос непростой. Для обеспечения эффективной работы агрегата нужно чрезвычайно внимательно рассчитать все параметры и исходить из конкретных условий его работы и нагрузки.


Расчет конденсатора для пуска двигателя, схема подключения

  1. Главная
  2. org/ListItem»> Электрические машины
  3. Конденсатор для пуска двигателя

Тема очень востребованная и вызывающая множество вопросов. Для начала разберемся какие бывают асинхронные электродвигатели переменного тока и в каких случаях применяется подключение через конденсаторы. Затем рассмотрим схемы и формулы для выбора конденсаторов. Задача, которая стоит перед нами в этой статье: подключить трехфазный двигатель к однофазному питанию используя схему с конденсаторами. Для этого будет представлена схема и формулы для выбора значения емкостей конденсаторов.

Двигатели по способу питания делятся на трехфазные и однофазные. Вначале разберемся с подключением через конденсатор трехфазного ЭД.

Коротенько про трехфазные асинхронные электродвигатели

Трехфазные асинхронные электродвигатели получили широкое применение в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, быту. ЭД состоит из статора, ротора, клеммной коробки, щитов с подшипниками, вентилятора и кожуха вентилятора.

Стягивающие шпильки я уже снимать не стал, чтобы добраться до статора с ротором. Но выпирающая часть, на которой сидит вентилятор и есть ротор. Ротор — вращающаяся часть, статор неподвижная (на рисунке его не видно).

Далее посмотрим на клеммник более внимательно. С одной стороны у нас С1-С2-С3, а ниже — С4-С5-С6. Это начала и концы обмоток фаз электродвигателя. У нас имеются три фазы, так как двигатель трехфазный — С1-С4, С2-С5, С3-С6. Также присутствует на фото ржавый болт заземления, он находится в клеммнике сверху слева.

Соединение, которое видно на фотографии называется “звезда”. Я уже писал про звезду и треугольник для трансформаторов — аналогично и при подключении электродвигателей. Сбоку на фотографии я добавил как выглядит схематично звезда для данного электродвигателя и треугольник. Вся разница в расположении перемычек. Их комбинации определяют схему соединения ЭД.

работа трехфазного электродвигателя без одной фазы при постоянной нагрузке

Электродвигатель может работать от однофазной сети и без дополнительных мер и схем. Например, при повреждении одной из фаз. Однако, в данном случае произойдет снижение частоты вращения. Снижение частоты вращения приведет к увеличению скольжения, что в свою очередь вызовет увеличение тока двигателя.

А возрастание тока приведет к нагреву обмоток. При такой ситуации необходимо разгрузить ЭД до 50%. Работа в таком режиме возможна, однако, если двигатель остановится, то повторно пуститься уже не получится.

почему для пуска от однофазной сети используют именно конденсаторы

Повторный пуск не произойдет, так как магнитное поле статора будет пульсирующим и, коротко говоря, из-за направленности определенных векторов в противоположные стороны ротор будет неподвижен. Чтобы двигатель пустился, нам необходимо изменить расположение этих векторов. Для этого и используют элементы, которые сдвигают фазы векторов. Рассмотрим схему, которая реализует эту возможность.

На схеме мы видим, что обмотка разделилась на две ветви — пусковую и рабочую. Пусковая используется с начала пуска до разворота двигателя, затем отключается и используется только рабочая. Для отключения пусковой можно использовать кнопку, например. Нажал и держи пока не развернулся двигатель, а потом отпускай и цепочка разорвана.

Фазосдвигающими элементами могут выступать сопротивления или конденсаторы. Разница в применении тех или иных в форме магнитного поля. И если, говорить проще, то выбирают конденсаторы, так как при одном значении пускового момента, меньший пусковой ток будет при использовании конденсаторов.

А при одинаковых пусковых токах у схем с конденсатором будет больше начальный вращающий момент, то есть движок будет быстрее разгоняться, что несомненно лучше для эксплуатации.

Важно: подключение через конденсаторы производят для двигателей до 1,5кВ.

Вычислено, что для более мощных ЭД стоимость емкостных элементов превысит стоимость самого движка, следовательно, их установка является нерентабельной. Хотя, если достать их нахаляву, что в нашем пространстве не редкость, то можно и попробовать.

как подключить электродвигатель через конденсатор

Так как конденсаторы выгоднее во многих смыслах для пуска ЭД, то разберем пару схемок пуска с применением конденсаторов. Для схемы соединения “треугольник” и для схемы соединения “звезда”.

Пусковая ветвь будет использоваться до момента разворота ЭД, рабочая — напротяжении всей работы двигателя.

конденсаторы для запуска электродвигателя

Логично будет далее разобраться, как рассчитать пусковой и рабочий конденсатор для двигателя. Для правильного подбора нам необходимо знать паспортные данные ЭД, или иметь шильду с заводскими значениями.

Существуют различные схемы и в каждой конденсаторы выбираются по своему. Для схем, приведенных выше расчет емкости конденсаторов осуществляется по двум формулам:

схема “звезда”:

Рабочая емкость = 2800*Iном.эд/Uсети

схема “треугольник”:

Рабочая емкость = 4800*Iном/Uсети

Пусковая емкость в обоих случаях принимается равной 2-3 от рабочей.

В формулах выше Iном — это номинальный ток фазы электродвигателя. Если посмотреть на табличку, где через дробь указываются два тока, то это будет меньший из них. Uсети — напряжение питающей сети(~127, ~220). Значит, вычислили мы ёмкость и следующим шагом нам надо знать напряжение на конденсаторе. Для схем приведенных на рисунках выше напряжение на конденсаторе равняется 1,15 от напряжения сети. Но это напряжение переменного тока, а для выбора конденсаторов надо знать напряжение постоянного тока. Тут нам и понадобится небольшая табличка:

Например, напряжение сети ~220, умножаем на 1,15 получаем 253. В таблице смотрим переменка 250 соответствует постоянке 400В для емкости до 2мкФ, или 600В для емкостей 4-10мкФ. Нужно, чтобы номинальное напряжение конденсатора было равно или больше расчетного.

Далее, зная рабочее напряжение и требуемую емкость подбираем конденсаторы по параметрам: типы и нужное количество. Конденсаторы для пусковой цепи порой так и называются — пусковыми.

Вот так, шаг за шагом, мы разобрали как подключить трехфазный асинхронный электродвигатель в однофазную сеть и что для этого необходимо рассчитать и знать. Существуют и другие схемы для подключения двигателя через конденсатор, но эти вопросы рассмотрим в другой раз в другой статье.

Подбор рабочего конденсатора к трехфазному электродвигателю


Для ответа на вопрос, как подобрать конденсатор для асинхронных двигателей и чем конденсаторы отличаются друг от друга, соберем стенд из обычного трехфазного двигателя мощностью 250 Вт. В качестве нагрузки используем стандартный генератор от автомобиля ВАЗ.

Подключим через автоматы три разных конденсатора. Включение/отключение автоматов даст возможность проверить возможности конденсаторов.

Подбираем конденсатор


Для эксперимента выберем три конденсатора емкостью 10, 20 и 50 микрофарад. Наша задача заключается в попытке запуска электродвигателя с каждого конденсатора по очереди.

Конденсатор на 10 мкФ


При подключении к сети 220 В и включения первого конденсатора емкостью 10 микрофарад электродвигатель включается только после толчка рукой. Автоматического запуска не происходит.

Вывод: для электродвигателя мощностью 250 Вт емкости конденсатора в 10 микрофарад недостаточно.

Конденсатор на 20 мкФ


При попытке запустить электродвигатель от конденсатора емкостью 20 МкФ включение двигателя в работу происходит автоматически.

Вывод: при емкости конденсатора 20 микрофарад электродвигатель запустился без проблем.

Конденсатор на 50 мкФ



При продолжении эксперимента с конденсатором емкостью 50 микрофарад электродвигатель запускается автоматически, однако работает с высоким уровнем шума и просто трясется.
Вывод: емкость последнего испытанного конденсатора велика для установленного электродвигателя.
Подбирая конденсатор для маломощного трехфазного электродвигателя, отдавайте предпочтение устройству с номинальной емкостью (как в нашем эксперименте), соответствующей мощности двигателя. Конденсатор малой емкости электродвигатель не запускает, слишком большой емкости – вызывает нагрев двигателя и большой шум в работе. Оптимально себя в эксперименте зарекомендовал конденсатор емкостью 20 МкФ, который сразу запустил двигатель и не вызвал его перегрева.

Заключение


Для запуска трехфазного электродвигателя в сети 220 В рабочий конденсатор подбирается исходя из мощности двигателя. При возрастании мощности на каждые 100 Вт емкость должна возрастать на 7-10 микрофарад. Например, для двигателя мощностью 0,5 КВт можно подобрать конденсатор емкостью в пределах 35-50 МкФ.
Также нужно учитывать такой параметр, как номинальное напряжение устройства (то есть то напряжение, которое способен выдержать конденсатор). В работе рекомендуется применять конденсаторы с параметрами, на 100% превышающими реальное напряжение, прилагаемое к устройству. Для данного примера это 450 В.

Смотрите подробное видео


Конденсатор для электродвигателя — какой выбрать? Обзор лучших пусковых конденсаторов смотрите здесь!

Хорошо, если можно подключить двигатель к необходимому типу напряжения. А, если такой возможности нет? Это становится головной болью, поскольку не все знают, как использовать трехфазную версию двигателя на основе однофазных сетей. Такая проблема появляется в различных случаях, может быть, необходимо использовать двигатель для наждачного или сверлильного станка – помогут конденсаторы. Но они бывают множества видов, и не каждый сможет в них разобраться.

Чтобы вы получили представление об их функциональности далее разберемся, как выбрать конденсатор для электродвигателя. В первую очередь рекомендуем определиться с правильной емкостью этого вспомогательного устройства, и способами ее точного расчета.

Краткое содержимое статьи:

А, что такое конденсатор?

Его устройство отличается простотой и надежностью – внутри две параллельные пластины в пространстве между ними установлен диэлектрик необходимый для защиты от поляризации в виде заряда, создающегося проводниками. Но различные виды конденсаторов для электродвигателей отличаются поэтому легко ошибиться в момент приобретения.

Рассмотрим их по отдельности:

Полярные версии не подходят для подключения на основе переменного напряжения, поскольку увеличивается опасность исчезновения диэлектрика, что неминуемо приведет к перегреву и возникновению аварийной ситуации – возгоранию либо появлению короткого замыкания.

Версии неполярного типа отличаются качественным взаимодействием с любым напряжением, что обусловлено универсальным вариантом обкладки – она успешно сочетается с повышенной мощностью тока и различными видами диэлектриков.


Электролитические часто называются оксидными считаются лучшими для работы с электродвигателями на основе низкой частоты, поскольку их максимальная емкость, может, достигать 100000 МКФ. Это возможно за счет тонкого вида оксидной пленки, входящей в конструкцию в качестве электрода.

Теперь ознакомьтесь с фото конденсаторов для электродвигателя – это поможет отличить их по внешнему виду. Такая информация пригодится во время покупки, и поможет приобрести необходимое устройство, поскольку все они похожи. Но помощь продавца тоже, может, оказаться полезной – стоит воспользоваться его знаниями, если не хватает своих.

Если необходим конденсатор для работы с трехфазным электродвигателем

Необходимо правильно рассчитать емкость конденсатора электродвигателя, что можно сделать по сложной формуле или с помощью упрощенного способа. Для этого уточняется мощность электродвигателя на каждые 100 Ватт потребуется около 7-8 мкФ от емкости конденсатора.

Но во время расчетов необходимо учитывать уровень воздействия напряжения на обмоточную часть статора. Нельзя чтобы он превысил номинальный уровень.

Если запуск двигателя, может, происходить лишь на основе максимальной нагрузки придется добавить пусковой конденсатор. Он отличается кратковременностью работы, поскольку используется примерно 3 секунды до момента выхода на пик оборотов ротора.

Необходимо учитывать, что для него потребуется мощность увеличенная в 1,5, а емкость примерно в 2,5 – 3 раза, чем у сетевой версии конденсатора.


Если необходим конденсатор для работы с однофазным электродвигателем

Обычно различные конденсаторы для асинхронных электродвигателей используются для работы с напряжением в 220 В с учетом установки в однофазную сеть.

Но процесс их использования немного сложнее, поскольку трехфазные электродвигатели работают с помощью конструктивного подключения, а для однофазных версий потребуется обеспечить смещенный вращательный момент у ротора. Это обеспечивается с помощью увеличенного количества обмотки для запуска, а фаза смещается усилиями конденсатора.

В чем сложность выбора такого конденсатора?

В принципе большего отличия нет, но различные конденсаторы для асинхронных электродвигателей потребует другого расчета допустимого напряжения. Потребуется около 100 ватт для каждого мкФ емкости устройства. И они отличаются доступными режимами работы электродвигателей:

  • Используется пусковой конденсатор и слой дополнительной обмотки (только для процесса пуска) тогда расчет емкости конденсатора – 70 мкФ для 1 кВт от мощности электродвигателя;
  • Используется рабочий вариант конденсатора с емкостью в 25 – 35 мкФ на основе дополнительной обмотки с постоянным подключением в процессе всей длительности работы устройства;
  • Применяется рабочий вариант конденсатора на основе параллельного подключения пусковой версии.

Но в любом случае необходимо отслеживать уровень разогревания элементов двигателя в процессе его эксплуатации. Если замечено перегревание тогда необходимо принять меры.


В случае с рабочим вариантом конденсатора рекомендуем уменьшить его емкость. Рекомендуем использовать конденсаторы, работающие на основе мощности в 450 или больше В, поскольку они считаются оптимальным вариантом.

Чтобы избежать неприятных моментов до подключения к электродвигателю рекомендуем убедится в работоспособности конденсатора с помощью мультиметра. В процессе создания необходимой связки с электродвигателем пользователь, может, создать полностью работоспособную схему.

Почти всегда выводы обмоток и конденсаторов находятся в клеммной части корпуса электродвигателя. За счет этого можно создать фактически любую модернизацию.

Важно: Пусковая версия конденсатора должна обладать рабочим напряжением не менее 400 В, что связано с появлением всплеска увеличенной мощности до 300 – 600 В, происходящего в процессе пуска либо завершения работы двигателя.

Так, чем отличается однофазный асинхронный вариант электродвигателя? Разберемся в этом подробно:

  • Его часто применяют для бытовых приборов;
  • Для его запуска используется дополнительная обмотка и потребуется элемент для сдвигания фазы – конденсатор;
  • Подключается на основе множества схем с помощью конденсатора;
  • Для улучшения пускового момента применяется пусковая версия конденсатора, а рабочие характеристики увеличиваются с помощью рабочего варианта конденсатора.

Теперь вы получили необходимую информацию и знаете, как подключить конденсатор к асинхронному двигателю чтобы обеспечить максимальную эффективность. А также у вас появились знания о конденсаторах и способах их применения.

Фото конденсаторов для электродвигателя

Вам понравилась статья? Поделитесь 😉  

Определение емкостей фазосдвигающих конденсаторов. Рабочий и пусковой конденсаторы

Самый простой способ включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть, это с помощью одного фазосдвигающего конденсатора. В качестве такого конденсатора нужно использовать только неполярные конденсаторы, а не полевые (электролитические).

Фазосдвигающий конденсатор.

При подключении трехфазного электродвигателя к трехфазной сети пуск обеспечивается за счет переменного магнитного поля. А при подключении двигателя к однофазной сети достаточный сдвиг магнитного поля не создается, поэтому нужно использовать фазосдвигающий конденсатор.

Емкость фазосдвигающего конденсатора нужно рассчитать так:

  • для соединения «треугольником»: Сф=4800•I/U;
  • для соединения «звездой»: Сф=2800•I/U.

Об этих типах соединения можно подробнее ознакомиться тут: 

В этих формулах: Сф – емкость фазосдвигающего конденсатора, мкФ; I– номинальный ток, А; U– напряжение сети, В.

Номинальный ток, тоже можно высчитать, так: I=P/(1,73•U•n•cosф).

В этой формуле такие сокращения: P – мощность электродвигателя, обязательно в кВт; cosф – коэффициент мощности; n – КПД двигателя.

Коэффициент мощности или смещения тока к напряжению, а также КПД электродвигателя указывается в паспорте или в табличке (шильдике) на двигателе. Значения эти двух показателей часто бывают одинаковыми и чаще всего равны 0,8-0,9.

Грубо можно определить емкость фазосдвигающего конденсатора так: Сф=70•P. Получается так, что на каждые 100 Вт нужно по 7мкФ емкости конденсатора, но это не точно.

В конечном итоге правильность определения емкости конденсатора покажет работа электродвигателя. Если двигатель не будет запускаться, значит, емкости мало. В случае, когда двигатель при работе сильно нагревается, значит, емкости много.

Рабочий конденсатор.

Найденной по предложенным формулам емкости фазосдвигающего конденсатора достаточно только для пуска трехфазного электродвигателя, не нагруженного. То есть, когда на валу двигателя нет никаких механических передач.

Рассчитанный конденсатор будет обеспечивать работу электродвигателя и когда он выйдет на рабочие обороты, поэтому такой конденсатор еще называется рабочим.

Пусковой конденсатор.

Ранее было сказано, что ненагруженный электродвигатель, то есть небольшой вентилятор, шлифовальный станок можно запустить от одного фазосдвигающего конденсатора. А вот, запустить сверлильный станок, циркулярную пилу, водяной насос уже не получиться запустить от одного конденсатора.

Чтобы запустить нагруженный электродвигатель нужно к имеющемуся фазосдвигающему конденсатору кратковременно добавить емкости. А конкретно, нужно уже к подсоединенному рабочему конденсатору подключить параллельно еще один фазосдвигающий конденсатор. Но только на короткое время на 2 – 3 секунды. Потому что когда электродвигатель наберет высокие обороты, через обмотку, к торой подключены два фазосдвигающих конденсатора, будет протекать завышенный ток. Большой ток нагреет обмотку электродвигателя, и разрушит ее изоляцию.

Подключенный дополнительно и параллельно конденсатор к уже имеющемуся фазосдвигающему (рабочему) конденсатору называется пусковым.

Для слабонагруженных электродвигателей вентиляторов, циркулярных пил, сверлильных станков емкость пускового конденсатора выбирается равной емкости рабочего конденсатора.

Для нагруженных двигателей водяных насосов, циркулярных пил нужно выбирать емкость пускового конденсатора в два раза больше, чем у рабочего.

Очень удобно, для точного подбора нужных емкостей фазосдвигающих конденсаторов (рабочего и пускового) собрать батарею параллельно соединенных конденсаторов. Конденсаторы соединенные вместе нужно взять небольшими емкостями 2, 4, 10, 15 мкФ.

При выборе по напряжению любого конденсатора нужно пользоваться универсальным правилом. Напряжение, на которое конденсатор рассчитан должно быть в 1,5 раз выше того напряжения, куда он будет подключен.

Как выбрать конденсаторы — правильный путь

А конденсатор везде. В источниках питания, светодиодном освещении, в коммерческой электронике, при обработке сигналов и т. Д. Вам понадобится конденсатор. Какова его конкретная роль в основном? Конденсатор выполняет несколько функций. Это устранит проблемы с шумом в цепи, работая как фильтр. Это основная часть в фильтрах нижних частот, верхних частот, полосовых, полосовых и т. Д. Также очень важно при выпрямлении получить постоянное постоянное напряжение. В источниках питания конденсатор действует как накопитель энергии.Много приложений для этой простой электронной части. Я больше не буду обсуждать здесь, из чего состоит конденсатор, а просто сосредоточусь на том, как выбрать конденсаторы.

Как выбрать конденсатор — важные факторы

При выборе конденсатора для вашей схемы необходимо учитывать важные параметры. Либо вы хотите перейти на микросхему, либо на сквозную. Либо пленка, либо электролитическая и тд. Давайте обсудим здесь все соображения.

1.Как выбрать конденсатор

Емкость

Емкость — это электрическое свойство конденсатора. Таким образом, это вопрос номер один при выборе конденсатора. Какая емкость вам нужна? Что ж, это зависит от вашего приложения. Если вы собираетесь фильтровать выходное выпрямленное напряжение, то вам наверняка понадобится большая емкость. Однако, если конденсатор предназначен только для фильтрации сигнального шума в цепи небольшого сигнала, тогда подойдет небольшая емкость от пико до нанофарад.Итак, знайте свое приложение.

Предположим, что приложение действительно предназначено для фильтрации выпрямленного напряжения, тогда вам понадобится большая емкость в сотни микрофарад. Вы можете использовать метод проб и ошибок, пока пульсации напряжения не будут соответствовать требованиям. Или вы можете провести расчеты для начала.

Для моста и двухполупериодного выпрямителя требуемую емкость можно вычислить, как показано ниже.

Cmin = ток нагрузки / (пульсация напряжения X частота)

Где;

Cmin — минимально необходимая емкость

Ток нагрузки — это просто нагрузка выпрямителя

Пульсации напряжения — это колебания напряжения от пика до пика при измерении на выходе выпрямителя

Частота — для мостового и двухполупериодного выпрямителей это удвоенная частота сети.

Пример:

Схема ниже представляет собой мостовой выпрямитель с входным напряжением 120 В среднеквадратического значения при 60 Гц, током нагрузки 2 А и требованием пульсации напряжения 43 В от пика к пику. Мы оценим, какой должна быть минимальная емкость, необходимая для C1.

Схема мостового выпрямителя

Cmin = ток нагрузки / (пульсация напряжения X частота)

Cmin = 2A / (43 В X 2 X 60 Гц) = 387 мкФ

На основе моделирования, приведенного ниже, напряжение пульсаций от пика до пика при использовании 387 мкФ составляет 35.5В. Это близко к 43В. Поскольку результатом вычислений является минимальная емкость, при выборе более высокого значения емкости пульсации напряжения будут еще больше уменьшаться.

2. Допуск

— также фактор при выборе конденсатора

Помимо емкости, еще одна вещь, которую следует учитывать при выборе конденсаторов, — это допуск. Если ваше приложение очень критично, то учитывайте очень маленький допуск. Конденсаторы имеют несколько вариантов допуска, например 5%, 10% и 20%.Это ваш призыв. В большинстве случаев более высокий допуск дешевле, чем деталь с более низким допуском. Вы всегда можете использовать деталь с допуском 20% и просто добавить больше полей в свой дизайн.

3. Как выбрать конденсатор

Номинальное напряжение

Конденсатор будет поврежден из-за напряжения. Таким образом, необходимо учитывать напряжение при выборе конденсатора. Вам необходимо знать уровень напряжения, на котором будет установлен конденсатор. Конденсатор в большинстве случаев устанавливается параллельно цепи, устройству или подсхеме.Хотя случаев для последовательной установки конденсатора немного. В своих конструкциях я не допускаю напряжения более 75% . Это означает, что если фактическое напряжение цепи составляет 10 В, минимальное напряжение конденсатора, которое я выберу, составляет 13,33 В (10 В / 0,75). Однако такого напряжения нет. Итак, я перейду на следующий более высокий уровень, то есть на 16 В. Можете ли вы использовать 20 В, 25 В или даже выше? Ответ положительный. Это зависит от вашего бюджета, потому что чем выше напряжение, тем дороже конденсатор. Это также будет зависеть от требований к физическому размеру.Физический размер конденсатора в большинстве случаев прямо пропорционален номинальному напряжению.

Например, в приведенном выше примере схемы максимальный уровень напряжения на конденсаторе — это пиковый уровень 120 В среднеквадратичного значения, который составляет около 170 В (1,41 X 120 В). Таким образом, номинальное напряжение конденсатора должно быть 226,67 В (170 / 0,75). И я выберу стандартное значение рядом с этим.

4. Выбор конденсатора

Номинальный ток — знайте пульсирующий ток

Если вы не любитель электроники и не работаете в поле какое-то время, возможно, вы не знакомы с термином пульсирующий ток.Это термин, обозначающий ток, который проходит через конденсатор. В идеальном случае нет тока, который будет течь к конденсатору, когда он установлен на линии постоянного напряжения. Однако, если фактическое напряжение на конденсаторе не является чистым постоянным током, например, есть небольшие колебания напряжения, это приведет к пульсации тока. Для схемы с низким энергопотреблением и колебаниями напряжения можно пренебречь, вам не следует беспокоиться об этом номинальном токе пульсаций.

Однако для конденсаторов, устанавливаемых для фильтрации пульсирующего постоянного тока от выпрямителя, ток пульсаций имеет решающее значение.Чем выше нагрузка, тем выше ток пульсации. Итак, как выбрать конденсаторы для этого приложения? Для выпрямления в большинстве случаев требуется большая емкость, чтобы получить напряжение, близкое к прямолинейному. Таким образом, первый вариант — рассмотреть электролитический конденсатор. В некоторых приложениях, где пульсации тока очень высоки, электролитический конденсатор больше не будет работать, так как его пульсирующий ток меньше. В этом случае выбираются пленочные конденсаторы, так как они имеют очень высокий номинальный ток пульсации.Однако недостатком является то, что емкость ограничена несколькими микрофарадами, поэтому требуется большее их количество параллельно. Рассматривая приведенную ниже схему выпрямителя, конденсатор фильтра 330 мкФ и нагрузку 2 А от источника переменного тока 120 В среднеквадратического значения при 60 Гц. Это то же самое, что и вышеупомянутая схема, но перерисовано и смоделировано в LTspice. LTspice — это бесплатный инструмент для моделирования схем от Linear Technology. Если вы хотите узнать, как выполнять моделирование на LTspice, прочтите статью «Учебники по моделированию цепи LTSpice для начинающих».

Смоделированный пульсирующий ток равен 3,4592 A .

Полноволновой выпрямитель

Если вы не разбираетесь в моделировании, вы можете оценить фактический ток пульсаций, используя приведенное ниже уравнение.

Iripple = C X dV X Частота

Где;

Iripple — это фактическая пульсация тока, протекающего через конденсатор

С — емкость в цепи

dV — это изменение входного напряжения от нуля до пика

Частота — это частота переменного напряжения (не частота выпрямленного сигнала).

Сделаем расчет по вышеперечисленным данным:

Iripple = C X dV X Частота

Iripple = 330 мкФ X (170 В-0 В) X 60 Гц = 3.366A

Вычисленное значение очень близко к результату моделирования. Затем я буду рассматривать здесь максимальное напряжение тока 75%. Таким образом, выбранный конденсатор должен иметь номинальный ток пульсации не менее 4,5 A (3,366 A / 0,75).

5.

Учитывайте рабочую температуру при выборе конденсаторов

Также необходимо учитывать факторы окружающей среды при выборе конденсаторов. Если ваш продукт будет подвергаться воздействию температуры окружающей среды 100 ° C, не используйте конденсатор, рассчитанный только на 85 ° C.Аналогичным образом, если минимальная температура окружающей среды составляет -30 ° C, не используйте конденсатор, который может выдерживать только температуру -20 ° C.

Эта спецификация кажется очень простой. Однако, если конденсатор подвергается воздействию очень сильного пульсирующего тока, произойдет внутренний нагрев, и это приведет к повышению температуры выше температуры окружающей среды. Значит, нужен больший запас на рабочую температуру. Например, максимальная температура окружающей среды, в которой будет установлен продукт, составляет 60 ° C.Не выбирайте конденсатор, рассчитанный только на 60 ° C. Выберите, возможно, номинальную температуру 105 ° C. Это даст достаточный запас за счет внутреннего нагрева.

6. Выбор диэлектрического материала конденсатора

В микросхеме резистора вы встретите эту опцию при просмотре онлайн-магазинов, таких как Mouser и Digikey. Что означает этот параметр? Это диэлектрический материал, из которого изготовлен конденсатор. Я не могу подробно останавливаться на физике конструкции конденсатора, но в своих проектах я всегда использую диэлектрик X7R, NP0 или C0G.Обычно они имеют более высокий температурный диапазон. Ниже приведены несколько примеров X7R, NP0 или C0G по сравнению с X5R.

X7R, NP0 / C0G диэлектрический материал X5R диэлектрический материал

7. Как выбрать конденсатор

— срок службы Ожидаемый срок службы

Срок службы или ожидаемый срок службы конденсатора — это время, в течение которого конденсатор будет оставаться исправным в соответствии с требованиями. Это очень важно для электролитических конденсаторов. Для керамических конденсаторов это не проблема, и, вероятно, не стоит на нее обращать внимание при выборе конденсаторов для цепей малых сигналов.Для него все еще есть предел жизни, но его более чем достаточно, чтобы выдержать весь жизненный цикл продукта. В отличие от электролитических конденсаторов, если они не будут должным образом оценены, они выйдут из строя до окончания жизненного цикла продукта, и этого не должно происходить. Пульсации тока сократят срок службы конденсатора. Так что лучше управляй им. В таблицах данных или у поставщиков есть справочные расчеты срока службы конденсаторов. Это простые уравнения, которые можно использовать при выборе конденсатора с учетом ожидаемого срока службы.Некоторые также предоставляют график для облегчения понимания. Ниже пример расчета и графика взяты из таблицы KEMET. KEMET — один из ведущих производителей конденсаторов.

Расчет ожидаемого срока службы конденсатора

8.

Физические размеры и способ монтажа — факторы, влияющие на выбор конденсатора.

Последнее, о чем следует подумать, — это физические размеры, а также способ монтажа. Иногда выбор конденсатора продиктован доступным пространством.Чип-конденсаторы имеют небольшие размеры, но имеют ограниченное значение емкости. С другой стороны, электролитические конденсаторы имеют большую емкость, но они громоздкие. Вы собираетесь использовать поверхностный монтаж или деталь со сквозным отверстием? Что ж, решать вам. Оцените потребность в пространстве, прежде чем углубляться в другие параметры.

Технические характеристики конденсатора образца

Ниже приведены характеристики конденсаторов, которые я взял со страницы электроники Mouser. Он имеет емкость, напряжение, допуск, ток пульсации, рабочую температуру, физические размеры, ориентацию при установке и срок службы.Но учтите, что указанный срок службы — это просто базовый срок службы или это срок службы при максимально допустимой рабочей температуре.

Характеристики номинала конденсатора

Связанные

Выбор конденсатора

для соединений и развязки — Блог о пассивных компонентах

Саймон Ндириту из General Dielectrics объясняет некоторые основные рекомендации по выбору конденсаторов для приложений связи и развязки.

Конденсаторы являются основными компонентами как аналоговых, так и цифровых электронных схем. Эти пассивные компоненты играют важную роль в влиянии на рабочее поведение цепей. Характеристики конденсатора различаются в основном в зависимости от используемого диэлектрического материала. Материал диэлектрика определяет значение емкости, энергоэффективность и размер конденсатора. Конденсаторы фиксированной емкости можно разделить на две категории: полярные и неполярные. К неполярным конденсаторам относятся керамические, пленочные и бумажные конденсаторы.Алюминиевые электролитические конденсаторы и танталовые конденсаторы являются полярными компонентами.

В схемах конденсаторы используются для широкого спектра применений, включая хранение электрических зарядов, блокировку компонентов постоянного тока, обход компонентов переменного тока, фильтрацию нежелательных сигналов и т. Д. Область применения конденсатора в первую очередь зависит от его характеристик. Ключевые свойства, которые следует учитывать при выборе конденсатора для конкретного применения, включают значение емкости, номинальное напряжение, частотные характеристики, стоимость и физический размер.Другие свойства конденсатора, которые могут влиять на характеристики электронной схемы, включают температурные характеристики, свойства самовосстановления, старение и воспламеняемость.

Конденсаторы связи

Конденсаторы связи используются в электронных схемах для передачи полезного сигнала переменного тока и блокировки нежелательных компонентов постоянного тока. Эти нежелательные сигналы постоянного тока исходят от электронных устройств или предшествующих каскадов электронной схемы. В аудиосистемах компоненты постоянного тока влияют на качество полезного сигнала, внося шум.Кроме того, сигналы постоянного тока влияют на характеристики усилителей мощности и увеличивают искажения. В схемах конденсатор связи включен последовательно с трактом прохождения сигнала. Конденсаторы связи используются как в аналоговых, так и в цифровых электронных схемах. Они находят множество применений в звуковых и радиочастотных системах.

Реактивная природа конденсатора позволяет ему по-разному реагировать на разные частоты. В приложениях связи конденсатор блокирует низкочастотные сигналы постоянного тока и позволяет проходить высокочастотным сигналам переменного тока.Для низкочастотных компонентов, таких как сигналы постоянного тока, конденсатор имеет высокий импеданс, тем самым блокируя их. С другой стороны, конденсатор имеет низкое сопротивление по отношению к высокочастотным компонентам. Это позволяет пропускать высокочастотные сигналы, например, компоненты переменного тока.

В аудиосистемах источники постоянного тока используются для питания аудиосхем. Однако, поскольку аудиосигнал обычно является сигналом переменного тока, составляющая постоянного тока на выходе нежелательна. Чтобы предотвратить появление сигнала постоянного тока на выходном устройстве, конденсатор связи добавлен последовательно с нагрузкой.

Конденсаторы связи являются важными компонентами в схемах усилителя. Они используются для предотвращения помех напряжения смещения транзистора сигналами переменного тока. В большинстве схем усилителей это достигается за счет подачи сигнала на базовый вывод транзистора через конденсатор связи. Когда конденсатор с правильным значением емкости подключается последовательно, полезный сигнал может проходить, в то время как составляющая постоянного тока блокируется.

Наличие компонентов постоянного тока на линии передачи может существенно повлиять на характеристики цифровой цепи.В системах связи конденсаторы связи используются для блокировки нежелательных компонентов постоянного тока. Блокировка компонента постоянного тока помогает минимизировать потери энергии и предотвратить накопление заряда в цифровых схемах.

Типы конденсаторов для приложений связи

При выборе конденсатора для приложений связи / блокировки по постоянному току ключевые параметры, которые следует учитывать, включают импеданс, эквивалентное последовательное сопротивление и последовательную резонансную частоту. Значение емкости в первую очередь зависит от частотного диапазона приложения и сопротивления нагрузки / источника.Типы конденсаторов, которые обычно используются для сопряжения, включают пленочные, керамические, танталовые, алюминиевые электролитические и алюминийорганические / полимерные электролитические конденсаторы.

Танталовые конденсаторы обеспечивают высокую стабильность при высоких значениях емкости и доступны в различных вариантах. По сравнению с керамикой эти конденсаторы имеют более высокое ESR и более дорогие. В приложениях связи танталовые конденсаторы более популярны, чем керамические.

Алюминиевые электролитические конденсаторы дешевле танталовых.Они обладают стабильной емкостью и имеют характеристики ESR, аналогичные танталовым конденсаторам. Однако эти конденсаторы имеют относительно большой размер и не рекомендуются для схем с ограниченным пространством на печатной плате. Алюминиевые электролитические конденсаторы широко используются в усилителях мощности.

Керамические конденсаторы недорогие и доступны в небольших корпусах для поверхностного монтажа. Эти конденсаторы дешевле танталовых. Хотя керамические конденсаторы обычно используются в аудио- и радиочастотных приложениях, они обычно не подходят для приложений, требующих превосходных характеристик.

Большие физические размеры пленочных конденсаторов ограничивают их применение в связи по переменному току. Если пространство не является проблемой, полипропиленовые и полиэфирные конденсаторы обладают характеристиками, которые делают их хорошим выбором для применения в схемах предварительного усиления.

Конденсаторы развязки

Некоторые электронные схемы очень чувствительны к скачкам напряжения, и быстрые изменения напряжения могут сильно повлиять на их работу. Разделительные конденсаторы используются в электронных схемах для предотвращения быстрых изменений напряжения, действуя как резервуары электрической энергии.В случае внезапного падения напряжения развязывающий конденсатор обеспечивает электрическую энергию, необходимую для поддержания стабильного напряжения. С другой стороны, при внезапном скачке напряжения конденсатор стабилизирует напряжение, поглощая избыточную энергию.

Помимо стабилизации напряжения в электронных схемах, разделительные конденсаторы также используются для обеспечения прохождения компонентов постоянного тока при замыкании компонентов переменного тока на землю. Конденсаторы, которые используются для обхода шума переменного тока в электронных схемах, также широко известны как обходные конденсаторы.Шунтирующие конденсаторы поглощают шум переменного тока, создавая более чистый сигнал постоянного тока.

Для устранения шума переменного тока параллельно резистору подключают шунтирующий конденсатор. Конденсатор обеспечивает высокое сопротивление низкочастотным сигналам и меньшее сопротивление высокочастотным сигналам. Таким образом, низкочастотные компоненты постоянного тока используют путь резистора, в то время как высокочастотные компоненты переменного тока шунтируются на землю через байпасный конденсатор. Это дает чистый сигнал постоянного тока, свободный от компонентов переменного тока.

Типы конденсаторов для развязки
При выборе конденсатора для развязки очень важно учитывать электрические требования конструкции.Ключевые параметры, которые следует учитывать при выборе байпасного конденсатора, включают самую низкую частоту сигнала переменного тока и значение сопротивления резистора. В большинстве случаев самая низкая частота составляет 50 Гц.

Хотя для развязки / шунтирования доступны различные типы конденсаторов, их характеристики заметно различаются в зависимости от используемого диэлектрического материала и конструкции. Эти два параметра определяют температурную стабильность, линейность, номинальное напряжение, физический размер и стоимость. Типы конденсаторов, которые обычно используются для развязки, включают керамические, танталовые и алюминиевые электролитические конденсаторы.

Характеристики и стоимость керамических конденсаторов делают их популярным вариантом для развязки. Эти конденсаторы имеют низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и эквивалентную последовательную индуктивность (ESL). Кроме того, многослойные керамические конденсаторы (MLCC) доступны в широком диапазоне корпусов и значений емкости. Керамические конденсаторы — отличный вариант для развязки в высокочастотных цепях.

Алюминиевые электролитические конденсаторы переключающего типа обычно используются для развязки в низкочастотных и среднечастотных электронных схемах.Эти конденсаторы недорогие, доступны в широком диапазоне значений емкости и имеют высокое отношение емкости к объему. Однако алюминиевые электролитические конденсаторы изнашиваются в зависимости от температуры и имеют высокое ESR при низких температурах. Эти конденсаторы широко используются для развязки в потребительских товарах.

Твердотельные танталовые конденсаторы имеют высокое напряжение постоянного тока и менее подвержены износу. Кроме того, они демонстрируют впечатляющую стабильность при низких температурах. По сравнению с алюминиевыми электролитическими конденсаторами танталовые конденсаторы имеют более высокое отношение емкости к объему и более низкое ESR.С другой стороны, танталовые конденсаторы дороги и ограничены приложениями с низким напряжением, обычно до 50 В. Эти конденсаторы обычно используются в приложениях с более высокой надежностью.

Пленочные конденсаторы, такие как конденсаторы из полиэстера, полипропилена, тефлона и полистирола, имеют ограниченное применение для развязки. Хотя эти конденсаторы подходят для высоковольтных приложений и менее подвержены износу, стоимость их производства относительно высока. Тем не менее, характеристики этих конденсаторов делают их подходящими вариантами для приложений с высоким напряжением, высоким током и развязкой звука.

Заключение

Конденсаторы являются основными компонентами как аналоговых, так и цифровых электронных схем. Они используются в широком спектре приложений, включая соединения, развязку, фильтрацию и синхронизацию. Конденсаторы связи пропускают компоненты переменного тока, блокируя компоненты постоянного тока. Разделительные конденсаторы используются в электронных схемах в качестве резервуаров энергии для предотвращения быстрых изменений напряжения. Шунтирующие конденсаторы очищают сигналы постоянного тока, шунтируя нежелательные компоненты переменного тока на землю.Конденсатор в значительной степени определяет производительность, срок службы и надежность электронной схемы. Таким образом, рекомендуется использовать высококачественные компоненты, предпочтительно от франчайзинговых дистрибьюторов или напрямую от производителя.

Видео по теме:


Узнайте больше о пассивных компонентах от экспертов отрасли! — Электронные курсы пассивных компонентов EPCI Academy для студентов и сертифицированные курсы для профессионалов:

Руководство по выбору конденсаторов

| Инженерное дело360

Конденсаторы — это пассивные электронные компоненты, накапливающие электрическую энергию.Основные конденсаторы, ранее известные как конденсаторы , состоят из двух параллельных пластин — положительной и отрицательной — разделенных диэлектрическим (непроводящим) материалом. Пластины могут быть квадратными, прямоугольными, цилиндрическими или сферическими, что дает несколько возможных конструкций и форм-факторов. Общие диэлектрические материалы включают воздух, бумагу, некоторые пластмассы, стекло, масло и майлар.

Основной конденсатор, подключенный к батарее. Изображение предоставлено: Учебники по электронике

Когда конденсатор подключен к источнику напряжения, например к батарее, ток будет течь от отрицательной клеммы батареи к пластине, ближайшей к этой клемме, которая становится отрицательно заряженной пластиной.Электроны на другой пластине одновременно движутся к положительному выводу батареи в соответствии с законом Кулона; поэтому эта пластина становится положительной. Когда отрицательная пластина насыщается электронами, конденсатор считается полностью заряженным, и на пластинах создается электрическое поле.

На видео ниже показана простая схема с конденсатором. Когда переключатель замыкает нижнюю цепь, батарея заряжает конденсатор. Обратите внимание, что даже когда переключатель разомкнут и конденсатор отсоединен от источника напряжения, конденсатор остается заряженным.Когда верхняя цепь замыкается переключателем, конденсатор разряжается.

Видео предоставлено: All American Radio через YouTube

Емкость

Две связанные формулы можно использовать для расчета количества заряда на пластинах или максимальной емкости устройства.

Емкость рассчитывается как:

где:

C = емкость

Q = заряд

В = напряжение

Изменив эту формулу, мы также можем найти заряд, если известны значения приложенного напряжения и емкости:

Емкость также может быть рассчитана в зависимости от геометрии конденсатора:

где:

C = емкость

Ε = диэлектрическая проницаемость

A = площадь пластины

d = расстояние между пластинами

Это уравнение доказывает, что емкость не зависит от приложенного напряжения и заряда и зависит только от геометрии устройства и материала диэлектрика.

Емкость измеряется в фарадах, которые являются очень большими единицами. Для большинства конденсаторов используются меньшие единицы измерения, такие как микро- или пикофарады.

использует

Конденсаторы

— это универсальные компоненты, используемые в целом ряде общих и специализированных приложений. Приведенная ниже таблица иллюстрирует универсальность конденсаторов и широкий спектр применений, для которых они подходят.

Использование

Конденсаторные действия

Продукты / приложения

Накопление энергии

Сохраняет энергию после отключения от источника; работает как временный аккумулятор

Заряжаемые устройства, лампы-вспышки, энергозависимая память, автомобильные.

Кондиционирование

Сглаживает выход выпрямителя, передавая переменный ток и сохраняя постоянный ток, обеспечивая «чистую» мощность

Источники питания автомобильные, широко применяемые в силовых цепях

Сигнал развязки / развязки

Разделение сигналов постоянного и переменного тока; фильтрация шумовых и интерференционных сигналов

Формирование сигнала, защита цепи

Обработка сигналов

Накопленная энергия, используемая для выбора / представления информации

Радиотюнеры, оперативная память (RAM), аналоговые схемы

Емкостное зондирование

Изменения емкости — из-за переменного диэлектрического или межпластинного расстояния — используются для определения физических изменений

Датчики уровня, конденсаторные микрофоны, датчики давления, сенсорные переключатели, акселерометры

Импульсный

Накопленная энергия, выделяемая контролируемым образом для создания импульса

Лазеры, радиолокационные системы, ускорители частиц, детонаторы, холодное формование

Применение конденсаторов. Кредит таблицы: Википедия

Технические характеристики

Фиксированная и переменная

Конденсаторы

могут иметь фиксированную или переменную емкость. Конденсаторы постоянной емкости просто имеют фиксированное, нерегулируемое значение емкости.

Переменные конденсаторы могут регулироваться пользователем с помощью механических или электронных средств. Они также известны как конденсаторы настройки из-за их общего применения в настройке радио и антенн. Механические переменные конденсаторы состоят из двух наборов перекрывающихся металлических пластин: стационарного (статор) и вращающегося, управляемого валом (ротор).Вращение ручки изменяет расстояние между наборами пластин, таким образом регулируя емкость устройства в соответствии с приведенной выше формулой.

Другой тип механического переменного конденсатора, известный как подстроечный конденсатор, использует слюдяной диэлектрик между двумя пластинами и регулируется с помощью винта.

Ротор-статор (слева) и подстроечный конденсатор. Изображение предоставлено: Integrated Publishing

Переменные конденсаторы также могут изготавливаться в виде микросхем, в этом случае они настраиваются цифровым способом.

Диэлектрический материал

При выборе конденсатора важно учитывать используемый диэлектрический материал. Различные группы диэлектрических материалов имеют разные характеристики, преимущества и недостатки. Хотя это не упоминается в этой таблице, воздух иногда используется в качестве диэлектрика в высоковольтных устройствах.

Тип

Примеры

Характеристики / преимущества

Недостатки

Бумага

Бумага / пропитанная маслом бумага

В значительной степени устаревшее; все еще используется в некоторых высоковольтных устройствах

Большой размер, низкая влагостойкость, разложение под действием влаги

Пленка

Полиэфирная пленка / майлар

В основном замененные бумажные конденсаторы; малый размер, повышенная влагостойкость

Низкотемпературная стабильность, опасный диэлектрический нагрев при использовании в радиочастотных приложениях

Слюда

Слюда

Долговечность, отличная температурная стабильность

Восприимчив к влаге; высокая стоимость

Стекло

Стекло

Аналогичен слюде; надежный и стабильный; отличная радиационная стойкость

Высокая стоимость

Полимер

Полистирол, поликарбонат, полиамид, ПП, полиэстер

Строительство общего назначения; подходит для различных приложений, включая высокое напряжение и RF

Относительно низкая термостойкость; большой размер; может быть легко поврежден импульсами или переходными процессами

Электролитический

Электролитический алюминий / тантал

Высокое отношение емкости к объему; стабильный, надежный, прочный; миниатюрная конструкция

Высокая стоимость; может сильно взорваться или взорваться при перегрузке

Диэлектрические характеристики. Кредит таблицы: Википедия

Стандарты и соответствие

Конденсаторы

могут изготавливаться в соответствии с различными стандартами, в том числе:

  • IEC 60384 (Конденсаторы постоянной емкости для использования в электронном оборудовании; 26 частей)
  • IEC 60418 (переменные конденсаторы; 4 части)

  • MIL 14409 (переменная производительность конденсатора; 19 частей)

RoHS

Директива об ограничении использования опасных веществ или RoHS — это закон, принятый Европейским Союзом в 2003 году.Хотя продукты RoHS обычно известны как «не содержащие свинца», директива также ограничивает использование ртути, кадмия, шестивалентного хрома, полибромированных дифенилов и полибромированных дифениловых эфиров в электрических и электронных продуктах. Директива RoHS предназначена для снижения медицинских опасностей в странах третьего мира, наводненных «высокотехнологичным мусором». Хотя стандартного знака RoHS нет, типичный знак справа.

Форм-фактор

и установка

Конденсаторы

в основном производятся как устройства для сквозного монтажа (THT) или поверхностного монтажа (SMT).

Сквозное отверстие

Компоненты со сквозными отверстиями имеют длинные выводы, которые проходят через отверстия на печатной плате (PCB) и припаиваются к противоположной стороне. В то время как монтаж THT обеспечивает очень прочное механическое соединение, изделия со сквозными отверстиями по необходимости должны быть относительно большими. На смену THT пришла технология поверхностного монтажа, или SMT.

Конденсаторы со сквозным отверстием

могут иметь одно из нескольких расположений выводов:

  • Осевые выводы проходят от концов и вдоль оси конденсатора, а не по бокам.
  • Радиальные выводы отходят от сторон конденсатора, а не от концов.
  • Подвижные провода проходят горизонтально.

(слева направо) Осевые, радиальные и плоские выводы. Изображение предоставлено: Tactic-Tech | Amazon | Бассейн и спа Джейми

Поверхностный монтаж

Устройства для поверхностного монтажа монтируются непосредственно на печатную плату с помощью коротких выводов, плоских контактов, BGA или других выводов. Устройства SMT могут быть намного меньше по размеру, чем конденсаторы THT, и их проще и дешевле собрать из-за отсутствия необходимых просверленных отверстий.

Конденсаторы для поверхностного монтажа. Изображение предоставлено: Википедия

Инженерные калькуляторы для конденсаторов


Базовая электроника — Выбор конденсатора, номиналы конденсаторов

В предыдущей статье мы рассмотрели различные типы конденсаторов. Теперь давайте обсудим, как выбрать конденсатор для конкретного применения. Как правило, выбор конденсатора не является сложной задачей, если у вас нет особых требований к схеме.Чаще всего инженеры имеют номинальную емкость, полученную для имеющейся схемы, или должны использовать емкость с ИС или активным компонентом. Большинство микросхем (например, 555, микросхемы микроконтроллеров и т. Д.) Имеют рекомендуемые значения емкости, указанные в их таблицах данных для различных приложений.

Если нет особых требований к схеме и если требуемая емкость выражена в пикофарадах, можно использовать керамический конденсатор. Если требуемая емкость находится в нанофарадах, конденсаторам MLC (многослойной керамике) можно слепо доверять.Если необходимая емкость находится в микрофарадах, обычно выбирают конденсаторы с алюминиевым электролитом. Для более широкого диапазона температур и прочности можно использовать стеклянные и слюдяные конденсаторы.

Помимо номинальной емкости, номинальное напряжение является вторым по важности параметром, который необходимо учитывать. Номинальное напряжение конденсатора всегда должно быть как минимум в 1,5 или в два раза больше максимального напряжения, которое он может встретить в цепи. Конденсаторы не так надежны, как резисторы.Они легко повреждаются, когда приложенное напряжение приближается к их максимальному номиналу.

Если к цепи предъявляются особые требования, то необходимо учитывать множество других факторов. Для конкретных схем и приложений предпочтительны различные типы конденсаторов. Предпочтительные области применения различных типов конденсаторов приведены в следующей таблице:

Помимо пригодности различных конденсаторов для конкретных применений, другие важные факторы, которые, возможно, необходимо учитывать, включают следующее:

  • Допуск — Необходимо проверить, зависит ли работа схемы от прецизионной емкости.Если требуется небольшая емкость, следует использовать конденсатор с наименьшим допуском. Емкость конденсатора никогда не будет выходить за пределы его номинального допуска, если только он не будет поврежден из-за чрезмерного напряжения или условий окружающей среды.
  • Диапазон рабочих температур и температурный коэффициент — Если цепь чувствительна к температуре или емкость не должна выходить за пределы определенного диапазона температур, необходимо учитывать ее рабочий диапазон температур и температурный коэффициент.На основании температурного коэффициента и температурной кривой следует рассчитать степень изменения емкости. Температурная чувствительность цепи также может быть решена путем совместного использования конденсаторов с положительным и отрицательным температурными коэффициентами. В этом случае также необходимо рассчитать максимальное изменение емкости в диапазоне температур.
  • Частотная зависимость — Емкость многих конденсаторов зависит от частоты и может не подходить для определенного диапазона частот.В зависимости от схемы следует учитывать частотную зависимость емкости.
  • Эксплуатационные потери — Эксплуатационные потери могут быть важным фактором, когда цепи должны быть энергоэффективными (например, цепи с батарейным питанием). Для таких цепей следует тщательно выбирать конденсаторы с учетом их коэффициента рассеяния (типичная потеря энергии в процентах), диэлектрического поглощения, тока утечки или сопротивления изоляции, а также самоиндукции.Все эти потери необходимо свести к минимуму, чтобы повысить эффективность и время автономной работы схемы.
  • Пульсирующий ток и импульсное напряжение — Это довольно важные проверки. Схема должна быть изменена на возможность пульсации напряжения и максимального тока пульсации. Затем следует выбрать конденсатор с соответствующим током пульсаций и рабочим напряжением.
  • Полярность и обратное напряжение — Если в цепи используется электролитный конденсатор, он должен быть подключен в правильном направлении.Его номинальное обратное напряжение должно быть как минимум в два раза больше возможного обратного напряжения в этой ветви цепи.

Стандартные номиналы конденсаторов
Конденсаторы также доступны в стандартных номиналах в соответствии с серией E, как и резисторы. Чтобы узнать больше о стандартных номиналах резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности и стабилитронов, ознакомьтесь со следующей статьей «Базовая электроника 08 — Значение считывания, допуск и номинальная мощность резисторов».

У конденсаторов меньше стандартных значений по сравнению с резисторами.Как правило, конденсаторы доступны только в серии E-6 со стандартными значениями (10, 15, 22, 33, 47 и 68), за которыми следует определенное количество нулей.

Последовательная и параллельная комбинация конденсаторов
Может оказаться невозможным получить точное значение желаемой емкости в стандартной серии E. В таких случаях можно использовать последовательную или параллельную комбинацию конденсаторов для получения желаемой емкости в цепи. Когда конденсаторы соединены последовательно, эквивалентная емкость определяется следующим уравнением:

1 / C серии = 1 / C 1 + 1 / C 2 + 1 / C 3 +.. . .

При параллельном подключении конденсаторов эквивалентная емкость равна

.

C Параллельный = C 1 + C 2 + C 3 +. . . .

Уравнение для последовательной комбинации емкостей выводится из того факта, что сумма падений напряжения на всех последовательно соединенных емкостях будет равна приложенному напряжению, в то время как ток через них должен оставаться неизменным. Уравнение для последовательной комбинации емкостей выводится следующим образом:

V Итого = V C1 + V C2 + V C3 +.. . .
1 / C Серия * i.dt = 1 / C 1 * ∫i.dt + 1 / C 2 * i.dt + 1 / C 3 * i.dt +. . .
1 / C серии = 1 / C 1 + 1 / C 2 + 1 / C 3 +. . . .

Уравнение для параллельной комбинации емкостей выводится из того факта, что сумма токов через все емкости, соединенные параллельно, будет равна общему току, в то время как напряжение на них должно оставаться неизменным.Уравнение для параллельной комбинации емкостей выводится следующим образом:

Я = i1 + i2 + i3 +. . . .
C Параллельный * dV / dt = C 1 * dV / dt + C 2 * dV / dt + C 3 * dV / dt +. . . . .
C Параллельный = C 1 + C 2 + C 3 +. . . .

Чтение пакетов резисторов
В прошлом для обозначения номинала, допуска и рабочего напряжения конденсаторов использовались цветовые коды и различные типы цифровых кодов.Сегодня емкость, допуск и рабочее напряжение напечатаны на корпусе конденсаторов или обозначены стандартными кодами BS1852 или BS EN 60062. В этих системах кодирования значение, допуск и рабочее напряжение конденсатора указываются двух- или трехзначными цифровыми кодами, за которыми следует буква. Значение емкости всегда указывается в пикофарадах. Если это двухзначный код, это прямое значение емкости в пикофарадах, а если это трехзначный код, первые две цифры обозначают число (серия E-6), а третья цифра указывает множитель, дающий окончательное значение емкости в пикофарадах.Буква может использоваться для обозначения допуска конденсатора. Допуск, обозначенный разными буквами, суммирован в следующей таблице:

Например, если на конденсаторе напечатано 47F, это означает, что его значение емкости составляет 47 пФ, а допуск — один процент. Точно так же, если на конденсаторе напечатано 472J, это означает, что его значение емкости составляет 4700 пФ или 4,7 нФ, а его допуск составляет пять процентов. Буквенные коды для общедоступных емкостей перечислены в следующей таблице:

Керамические конденсаторы имеют дополнительные коды, состоящие из цифры между двумя буквами, для обозначения диапазона температур и температурного коэффициента.Буквы и цифры в этих кодах имеют следующие обозначения:

Номинальное напряжение обозначается числом, которое выражает рабочее напряжение в вольтах. Например, цифра «50» означает рабочее напряжение 50 В.

В следующей статье мы обсудим суперконденсаторы.


Filed Under: Tutorials


Выбор конденсаторов для источников питания

Что можно и чего нельзя делать при выборе правильной технологии


и набора функций для работы

СЮРЕШ ЧАНДРАН и ШРИКАНТ ДЖОШИ
EPCOS, Iselin, NJ
http: // www.epcos.com Конденсаторы являются одними из наиболее важных пассивных компонентов, которые помогают выполнять широкий диапазон комбинаций напряжения и тока в источниках питания. Хотя каждый тип конденсатора хранит электрическую энергию, диэлектрическая технология играет ключевую роль при выборе конденсатора для конкретного применения. Наиболее важными областями применения конденсаторов в источниках питания являются накопление энергии, демпфирование, подавление электромагнитных помех и схемы управления. Изучая каждую область, используйте прилагаемую диаграмму, чтобы увидеть, как каждая диэлектрическая технология конкурирует или дополняет друг друга в зависимости от области применения. Накопитель энергии Конденсаторы накопителя энергии собирают заряд через выпрямители и доставляют накопленную энергию через ветви инвертора на выход источника питания. Обычно используются алюминиево-электролитические конденсаторы, такие как EPCOS B43504 или B43505, с номинальным напряжением от 40 до 450 В постоянного тока и значениями емкости от 220 до 150 000 мкФ. Иногда устройства группируются в последовательные и / или параллельные комбинации, в зависимости от требований к мощности; конденсаторы с винтовой клеммой в виде банок часто используются для уровней мощности более 10 кВт.Для выбора правильного значения емкости необходимо учитывать номинальное постоянное напряжение, допустимую пульсацию напряжения и время цикла заряда / разряда. Однако при выборе электролитического конденсатора для этого применения следует учитывать следующие параметры. Ток пульсаций конденсатора в типичном источнике питания представляет собой комбинацию токов пульсаций на различных частотах. Действующее значение пульсирующего тока определяет нагрев конденсатора. Распространенной ошибкой является вычисление среднеквадратичного значения токовой нагрузки путем сложения квадратов пульсационных токов на различных частотах.Собственно, нужно учитывать, что ESR конденсатора падает с увеличением частоты пульсаций тока. Правильная процедура заключается в масштабировании тока пульсаций на более высокой частоте до 100 Гц с использованием частотной диаграммы коэффициента пульсаций. Используйте квадрат масштабированных токов, чтобы определить ток пульсации. Это фактическая текущая нагрузка. Поскольку температура окружающей среды определяет срок службы конденсатора в условиях нагрузки, известные производители обеспечивают четко определенную взаимосвязь между нагрузками пульсаций тока, температурой окружающей среды и ожидаемым сроком службы.Используйте пульсирующую нагрузку (объясненную выше) и температуру окружающей среды, чтобы определить ожидаемый срок службы в реальных условиях работы, используя опубликованное значение ожидаемого срока службы в качестве абсолютного числа.

Snubbering Современные силовые полупроводники, которые переключаются на высоких частотах, подвержены потенциально опасным скачкам напряжения. Демпферные конденсаторы, такие как EPCOS B32620-J или B32651..56, при подключении к силовому полупроводнику ограничивают пиковое напряжение, поглощая импульсы напряжения и защищая полупроводник, что делает демпфирующий конденсатор критически важным компонентом в силовой батарее.Номинальные значения тока и напряжения полупроводника вместе с его частотой коммутации определяют выбор демпфирующего конденсатора. Поскольку эти конденсаторы имеют очень крутые значения dv / dt, пленочный конденсатор является правильным выбором для этого применения. Типичные номиналы конденсаторов находятся в диапазоне от 470 пФ до 47 нФ при номинальном напряжении до 2000 В постоянного тока. Для мощных полупроводников, таких как IGBT, значения могут достигать 2,2 мкФ при напряжении в диапазоне 1200 В постоянного тока. Не выбирайте конденсатор только на основе комбинации значение / напряжение.При выборе демпфирующих конденсаторов учитывайте требуемые значения du / dt. Коэффициент рассеяния определяет рассеиваемую мощность в конденсаторе. Поэтому выберите альтернативу с более низким коэффициентом потерь. Подавление EMI ​​/ RFI Эти конденсаторы подключаются к входной стороне источника питания для уменьшения электромагнитных и / или радиочастотных помех, создаваемых полупроводником. Подключение напрямую к основной входной линии подвергает их опасным перенапряжениям и переходным процессам.По этой причине существуют разные стандарты безопасности, введенные в разных регионах мира, в том числе EN 132 400 для Европы, UL 1414 и 1283 для США и CSA C22.2 № 0; 1 и 8 для Канады. Конденсаторы класса X и / или Y, такие как EPCOS B3292x / B81122, с пластиковой пленкой, представляют собой один из наименее дорогих методов подавления. Импеданс ограничивающего конденсатора уменьшается с увеличением частоты, и высокочастотный ток проходит через конденсатор. Конденсатор X обеспечивает «короткое замыкание» для этого тока между линиями, а конденсатор Y между линией и корпусом заземленного оборудования.Существуют подклассы для конденсаторов X и Y, которые определяют пиковое значение перенапряжения, которое он может видеть. Например, конденсатор X2 емкостью до 1 мкФ рассчитан на пиковое импульсное напряжение 2,5 кВ, тогда как номинальное значение для конденсатора X1 аналогичной емкости составляет 4 кВ. Выберите подходящий класс помехоподавляющего конденсатора в зависимости от пикового напряжения, возникающего при сбросе нагрузки. Схема управления и логика В схемах управления источника питания используется широкий спектр конденсаторов, включая танталовые, керамические, пленочные и алюминиевые.Если эти устройства не используются в суровых условиях, они являются компонентами общего назначения с низкими значениями напряжения и потерь. Для источников питания, используемых в суровых условиях окружающей среды, обычно выбираются высокотемпературные компоненты. Для промышленных или профессиональных источников питания хорошей практикой является выбор компонентов с низким ESR, таких как низкопрофильные полимерные серии EPCOS B45294, для повышения общей надежности. Чтобы воспользоваться преимуществами автоматической сборки, меньшего размера, более низкой стоимости сборки и, как следствие, более высокой производительности, большинство разработчиков стараются придерживаться технологии SMD для конденсаторов, используемых в схемах управления.Однако некоторые инженеры нередко выбирают смешанную технологию, чтобы воспользоваться преимуществами существенно более низкой стоимости некоторых компонентов с выводами, таких как пленочные конденсаторы, которые также обладают большей надежностью.

Выбор объемного конденсатора выпрямителя переменного тока

с помощью Analysis + SPICE

[Для копии этой статьи в формате PDF, которая отображает цифры и уравнения,

нажмите здесь.

Требуется Adobe Acrobat Reader,

скачать бесплатно

.]

Несмотря на то, что SPICE может быть мощным инструментом, полагаться исключительно на моделирование есть подводные камни. Чтобы избежать неприятных сюрпризов, обязательно, чтобы симуляция SPICE была привязана к детальному пониманию схемы. В идеале это включает в себя тщательный анализ, завершенный тестированием.

В предыдущей статье в Power Electronics Technology Кристофа Бассо 1 объяснялось, как, начиная с желаемого напряжения пульсации конденсатора и определенной мощности нагрузки, вы можете использовать SPICE для выбора оптимального значения конденсатора фильтра входного выпрямителя.Однако Эд Уокер из Design / Analysis Consultants Inc. отметил, что этот аргумент не совсем обоснован, и определенный подход SPICE может фактически привести к деградации конденсатора или даже к взрыву. Это связано с тем, что выбор объемной емкости в первую очередь определяется номинальным значением тока пульсации RMS конденсатора, а не напряжением пульсаций. Когда рассматривается пульсирующий ток, требуемая емкость обычно будет намного больше, чем когда выбор основан только на пульсирующем напряжении.

Творческий конфликт

Хотя предыдущая статья была предназначена для демонстрации гибкости SPICE для общего практического применения, она должна была включать обсуждение важности тока пульсаций конденсатора. Таким образом, простое моделирование конструкции без знания уравнений, лежащих в основе схемы, неизбежно приведет к получению неэффективного и ненадежного устройства.

Когда были проанализированы результаты SPICE для схемы выпрямления переменного тока с низким импедансом источника, мы обнаружили, что зарядный ток имел пилообразную форму, а не прямоугольный импульс, как это часто предполагается.Было ли предположение традиционного анализа неверным? Или пилообразный зуб в примере Бассо был необычным случаем, когда более типичная форма волны была прямоугольной?

Используя предыдущие данные приложений (например, преобразование линейного входа AC-DC и выбор конденсатора входного фильтра , семинар по проектированию источников питания Unitrode, 1986), а также выполнив подтверждающие тепловые измерения, прямоугольная импульсная форма волны казалась хорошим предположением. . Но, как показывает симуляция SPICE, пилообразная форма волны будет возникать, по крайней мере, для некоторых условий схемы.

Такой конфликт между анализом и результатами моделирования / тестирования является типичным и очень полезным результатом тщательного анализа наихудшего случая процесса проектирования , побуждающего проектировщика / аналитика устранять такие несоответствия. В данном случае необходимость дальнейшего анализа вернула нас в прошлое.

Дополнение кривых Шаде с помощью анализа

Основные характеристики выпрямительных схем определены О.Г. Шаде еще в 1943 году, как описано в его классической статье Анализ работы выпрямителя (Proc.IRE, Vol. 31, No. 7, июль 1943 г.). «Кривые Шаде», как их называют, представляют широкий диапазон характеристик выпрямителя в графической форме, включая влияние импеданса источника до 0,02% импеданса нагрузки. Однако Шаде не включил кривые пульсации тока конденсатора большой емкости. Поэтому Уокер провел анализ схемы мостового выпрямителя, чтобы определить среднеквадратичные амплитуды пульсаций конденсатора для Rs / R = 0,02%, а также для Rs / R = 0,001%, поскольку некоторые современные конструкции могут иметь чрезвычайно низкий импеданс источника.Для целей проектирования схемы также были рассчитаны выходное напряжение и пульсации. Анализ был выполнен с использованием программного обеспечения для анализа Design Master (Professional Edition). Результаты представлены в графическом виде на рис. 2 и 3 .

рупий
Выход Vpk-pk как% от VACpk ICrms / Idc
nωCR рупий / Анализ СПЕЦИЯ Анализ СПЕЦИЯ
10 0.001% 35,1 34,84 1,64 1,65
100 0,001% 5,4 5,34 3,25 3,31
1000 0,001% 0,6 0,58 5,77 5,85
10 0.02% 35,1 34,8 1,64 1,65
100 0,02% 5,3 5,32 3,21 3,23
1000 0,02% 0,6 0,57 4,24 4,24

Чтобы проверить, правильно ли вы используете конденсатор большой емкости, просто измерьте максимальную пульсацию схемы выпрямителя (например.g., при минимальном сопротивлении нагрузки и максимальном переменном токе). Используя верхний график, найдите процентное значение пульсации на левой оси Y и найдите пересечение с кривой пульсации. Переместитесь вверх или вниз по вертикали и найдите пересечение с кривыми RMS-ампер, используя более высокую кривую (наименьшее отношение Rs / R) в зависимости от вашего дизайна. Теперь двигайтесь по горизонтали, чтобы найти среднеквадратичный коэффициент на правой оси Y. Умножьте коэффициент на максимальный ток нагрузки. Результатом является номинальный ток пульсаций RMS, который вы должны были использовать для конденсатора большой емкости, исходя из соображений входа.2).

Пример: максимальная пульсация составляет ~ 5,5%. Это пересекает кривую пульсации при nωCR = 100. При движении вверх по вертикали среднеквадратичное пересечение происходит на ˜ 3.3. Предположим, что у вас максимальный ток нагрузки 5 А. Следовательно, конденсатор большой емкости должен иметь номинальный ток пульсации 5 3 × 3,3 = 16,5 А RMS . Добавьте токи нагрузки RMS, если таковые имеются, как описано выше.

Новые дизайны

  1. Выберите nωCR для желаемой максимальной пульсации выходного сигнала в процентах. Например, для максимальной пульсации пик-пик = 10% от пикового переменного напряжения точка пульсации возникает при nωCR ~ 50.

  2. Из nωCR найдите требуемый конденсатор большой емкости, используя минимальное значение сопротивления нагрузки R . Например, если сопротивление нагрузки составляет 100 В, а частота переменного тока равна 60 Гц, тогда:

    C = 50 / (nωR) = 50 / (2 * 2 * Pi * 60 * 100) = 663 мкФ

  3. Выберите стандартное значение C и пересчитайте nωCR. Допустим, был выбран конденсатор емкостью 680 мкФ. На графике среднеквадратичных значений ампер конденсатора максимальная амплитуда пульсаций возникает при максимальном C, поэтому используйте максимальный допуск для конденсатора.Принимая 20%,

    nωCR = 2 * 2 * Pi * 60 * (680E-6 * 1,2) * 100 ~ 62

  4. Найдите точку, в которой новое значение nωCR пересекает линию среднеквадратичных значений ампер, чтобы определить коэффициент пульсации ампер объемной емкости. В этом примере линии для Rs / R = 0,001% и 0,02% перекрываются, а значение RMS равно

    .

    IC RMS / I dc для nωCR = 62 составляет ~ 2,9 А на выход постоянного тока, усилитель

  5. Используя график выходного напряжения постоянного тока, найдите точку пересечения кривой в точке nωCR.При nωCR = 62 пересечение находится на ˜ 0.97. Следовательно, Vdc будет 97% от пика источника переменного тока, меньше падения на выпрямителе Vf. Наихудший случай будет для максимального Vac и минимального Vf. Если принять Vac = 120 Vac max = 132 Vac и Vf min = 1Vx 2, тогда

    В = 0,97 * (1,414 * Vacmax-Vfmin) = 0,97 * (1,414 * 132-2) = 179 В

  6. Разделите Vdc на минимальное сопротивление нагрузки, чтобы получить ток нагрузки:

    I dc = Vdc / Rmin = 179/100 = 1,79 A

  7. Умножьте I постоянного тока на раз коэффициент усиления пульсаций из шага 4, чтобы получить требуемый среднеквадратичный номинальный ток пульсаций для конденсатора большой емкости:

    IC RMS = I dc * IC RMS / I dc = 1.79 * 2,9 = 5,2 А RMS

    Примечание. Если вы не можете найти конденсатор с желаемым значением амплитуды пульсаций и хотите выбрать конденсатор большего размера с более высоким номиналом пульсаций, вам необходимо выполнить повторное вычисление, используя новое значение C для nωCR, поскольку с увеличением C IC RMS также увеличивается.

  8. После использования кривых для определения значения RMS пульсаций из-за входного переменного тока зарядки, не забудьте включить эффекты любых пульсаций тока, генерируемых нагрузкой; е.2)

Обзор результатов

Интересно отметить, что прямоугольный зарядный импульс на самом деле не возникает. Для низкого импеданса источника (Rs / R = 0,001%) и с высоким значением объемной емкости (nωCR = 1000) импульс заряда имеет пилообразный вид, как показано на Рис. 5 (анализ слева, SPICE справа).

Однако для несколько более высоких импедансов источника (Rs / R = 0,02%) и с таким же высоким значением объемной емкости (nωCR = 1000) импульс заряда принимает квазисинусоидальную форму, как показано на рис.6 .

По мере уменьшения емкости импульс заряда снова становится пилообразным ( Рис. 7 ).

Когда вы переходите к низким значениям объемной емкости, импульс заряда превращается в срезанную синусоиду рабочего цикла. Однако из-за высокой пульсации выходного напряжения эта область работы обычно не представляет интереса для конструкции мостового выпрямителя.

Если вы использовали предположение о прямоугольной форме импульса для случаев с низким импедансом источника, вы были довольно точны.Выборка случаев с использованием формулы прямоугольной формы сигнала для nωCR = 10, 100 и 1000 и Rs / R = 0,02% и 0,001% указывает на максимальную ошибку IC RMS , которая составляет от ~ 24% слишком высоко до ~ 11% слишком мало.

Фактическое значение импеданса источника будет распределено, состоящее из сопротивлений источника переменного тока (например, импеданса трансформатора), динамических сопротивлений выпрямителя, проводов и цепей PWB, а также эффективных сопротивлений любой паразитной индуктивности. Если у вас импеданс источника Rs ~ 0,01 Ом и нагрузка R 300 Ом, то Rs / R = 0.0033%; используйте линию 0,001%. Если у вас импеданс источника Rs ~ 0,1 Ом и нагрузка R 100 Ом, тогда Rs / R = 0,1%; используйте линию 0,02%. Если Rs / R больше 0,02%, ваша конструкция будет безопасной, но, возможно, не оптимизированной по стоимости, так как вы можете завышать номинал своего конденсатора.

Анализ отношения сопротивления источника к нагрузке от 0,001% до 100% может быть получен с помощью файла Design Master Bridge Rectifier Analysis ; доступно бесплатно при подписке на Design Master Professional Edition.Помимо тока пульсаций конденсатора, файл также анализирует среднеквадратичное значение, среднеквадратичное значение и пиковые токи выпрямителя и трансформатора, среднее выходное напряжение и пульсации на выходе.

SPICE-моделирование двухполупериодной схемы мостового выпрямителя показало, что ток заряда объемной емкости имеет пилообразную форму. Это не соответствовало предположению о прямоугольном импульсе заряда, который часто используется для анализа выпрямителя. Подробный анализ показал, что форма волны зарядки может значительно отличаться в зависимости от значений схемы.Данные анализа были использованы для создания графиков, которые позволяют разработчику источника питания определить соответствующее значение емкости конденсатора большой емкости для желаемого напряжения пульсаций, а также получить требуемый среднеквадратичный номинальный ток пульсации конденсатора. Результаты моделирования SPICE полностью совпадают с результатами подробного анализа.

Артикулы:

  1. «Сахар и SPICE: определение входного объемного конденсатора для импульсных источников питания», Кристоф Бассо, январь 2002 г. , Power Electronics Technology.

Для получения дополнительной информации об этой статье, CIRCLE 342 на сервисной карте считывателя

Как пользоваться графиками

nωCR дается
n = 2 для двухполупериодного моста
ω = 2 × 3 Pi 3 f, где f = частота источника переменного тока, Гц
C = объемная емкость, фарады
R = нагрузка Ом
Rs = полное эффективное сопротивление источника в омах

Spectre Engineering — Выбор конденсатора промежуточного контура инвертора

Из уравнения (10) также видно, что емкость обратно пропорциональна частоте коммутации.По мере увеличения fsw требуемая емкость уменьшается. Объем конденсатора пропорционален емкости, поэтому, если вы увеличите частоту коммутации, можно достичь более высокой плотности мощности.

Это одна из причин, по которой преобразователи на основе SiC и GaN могут достигать более высокой плотности мощности, чем преобразователи на основе IGBT.

Переключайтесь быстрее -> требуется меньшая емкость -> уменьшается объем -> выше кВт / л и кВт / кг.

Определение размеров конденсатора

Номинальный ток пульсации

Номинальный ток пульсации конденсатора определяется на основе его термических характеристик.Это зависит от ESR (механизма потерь) и теплового сопротивления. Поскольку конденсаторы проходят циклы заряда-разряда с высокой частотой, проводники внутри нагреваются и повышают внутреннюю температуру конденсатора. Необходимо ограничить рост температуры, чтобы конденсатор не испортился. Изготовитель обычно указывает максимальный номинальный ток пульсаций RMS при температуре окружающей среды, который нельзя превышать, чтобы гарантировать срок службы конденсатора.

Хорошо быть консервативным, поэтому выберите конденсатор с номинальным током пульсации, равным 1.В 1 раз или больше, чем пульсирующий ток в худшем случае. С учетом сказанного … поскольку это тепловой рейтинг, вы можете оценить его на основе среднего по времени фазового тока на основе вашего цикла нагрузки … если вы действительно пытаетесь оптимизировать плотность мощности.

Номинальное напряжение постоянного тока

Обычно номинальное напряжение постоянного тока конденсатора должно быть рассчитано на основе среднего максимального напряжения шины x 1,1 (запас прочности). Например. если ваше 100% напряжение батареи SOC составляет 400 В, номинальное напряжение конденсатора должно быть 450 В или выше.

Коэффициент безопасности может быть относительно низким для номинального напряжения, поскольку пленочные конденсаторы могут выдерживать постоянный потенциал 1,3 x номинальное напряжение в течение одной минуты без повреждений или пробоя. Таким образом, конденсатор на 450 В может выдержать 585 В в течение минуты.

Если вы управляете двигателем с постоянными магнитами, который может работать в области ослабления магнитного потока, вам нужно будет оценить напряжение конденсатора звена постоянного тока на основе обратной ЭДС, которая может генерироваться при максимальной скорости двигателя. Для решения этой задачи можно использовать уравнение баланса энергии.

Номинальная частота резонанса

Поскольку конденсатор имеет ESL, существует частота, на которой конденсатор саморезонирует. За пределами этой точки конденсатор, конденсатор ведет себя как катушка индуктивности и не приносит никакой пользы. С учетом сказанного, выбранный вами конденсатор должен иметь резонансную частоту в 2 раза выше, чем ваша частота переключения [5]. Поэтому, если вы переключаетесь на 100 кГц, у вас должно быть не менее 200 кГц номинальных конденсаторов. Это требует расследования с использованием конденсаторов MLCC для монтажа на печатной плате, но это уже другая статья.Это очень важно иметь в виду для инверторов на основе SiC или Gan, но если вы переключаетесь на 20 кГц, это не вызывает беспокойства.

Номинальная емкость

Как указано выше, это требование обычно имеет некоторую слабость. То есть емкость, необходимая для приложений с силовыми инверторами, обычно невелика. У большинства современных инверторов не более 2000 мкФ. Это потому, что вы получаете убывающую отдачу от производительности после определенного момента, как показано на рисунке 3.

—————————————————————-

С учетом сказанного, выберите конденсатор (ы) на основе тока пульсаций, напряжения на шине, резонансной частоты, упаковки, и ограничения по стоимости. Проверьте аналитически и запустите моделирование, чтобы убедиться, что емкость соответствует требованиям к пульсации напряжения на шине постоянного тока.

Емкость, ESR (номинальный ток пульсации), сопротивление изоляции и номинальное напряжение являются параметрами, зависящими от температуры, поэтому обязательно учитывайте это при выборе размеров конденсатора.

Убедитесь, что вы можете разместить конденсатор как можно ближе к выводам ваших полупроводников. Если существует значительная индуктивность контура между конденсаторами звена постоянного тока и полупроводниковыми переключателями из-за упаковки, вы можете рассмотреть возможность добавления демпфирующего конденсатора с низким мкФ для фильтрации высокочастотных токов.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *