Балластный конденсатор расчет – Что такое балластный конденсатор?

Как рассчитать емкость гасящего конденсатора простого блока питания

Блок питания с гасящим конденсатором — простейший вариант питания какого-нибудь слаботочного устройства.
При всей простоте у него есть и два недостатка: 1. Он гальванически связан с сетью! поэтому такие блоки питания используются там, где нет возможности прикоснуться к контактам. 2. У такого БП не очень большой выходной ток.

При увеличении выходного тока необходимо увеличивать емкость конденсатора мгновенной защелки и его размеры становятся значительными.

Будьте очень осторожны, чтобы не прикасаться к контактам этого блока питания, когда он включен.

На самом деле, чтобы рассчитать емкость конденсатора, необходимо знать хотя бы выходной ток нашего будущего БП, а также нужно учитывать потребление стабилизатора, обычно несколько мА.

Так. Есть две формулы, сложная и простая. Сложный — подходит для расчета при произвольном выходном напряжении. Простой — подходит в ситуациях, когда выходное напряжение составляет не более 10% от входного. I — выходной ток нашего БП Uвх — напряжение сети, например 220 Вольт Uвых — напряжение на выходе БП (или на стабилизатор, если он есть), например 12 Вольт. C – требуемая емкость.

Например, хочу сделать блок питания с выходным током до 150мА. Пример схемы приведен выше, вариант применения — радиопульт с питанием 5 вольт + реле 12 вольт.

Заменяем свои 0,15 ампер и получаем емкость 2,18 мкФ, можно взять ближайший номинал из стандарта — 2,2 мкФ, ну или «импортный» — 225.

Вроде бы все в порядке, схема простая, но есть несколько минусов, которые надо исключить:

1. Скачок напряжения при включении может сжечь диодный мост.

2. Если конденсатор вышел из строя, то это может быть короткое замыкание 3.

Если оставить как есть, то вполне можно получить разряд от входного конденсатора, так как напряжение на нем может присутствовать длительное время даже после блок питания отключен от сети.

4. При снятии нагрузки напряжение на конденсаторе перед стабилизатором поднимется до достаточно большой величины.

Решения:

1. Резистор R1 последовательно с конденсатором

2. Предохранитель 0,5 Ампер.

3. Резистор R2 параллельно конденсатору.

4. Супрессор на 12 вольт параллельно конденсатору после диодного моста. Стабилитроны здесь использовать не рекомендую, супрессоры рассчитаны на большие потери мощности и схема будет работать надежнее.

Попробуем рассчитать емкость для такого применения, но так как выходное напряжение будет явно больше 1/10 от входного, то воспользуемся первой формулой. В качестве выходного напряжения поставил 48 вольт, 16 светодиодов по 3 вольта. Конечно, все это условно, но близко к реальности. Ток — 20мА, типичный максимальный ток для большинства контрольных ламп.

Выяснилось, что нужен конденсатор на 0,298 мкФ. Ближайшее общее значение 0,27 или 0,33 мкФ. Первый встречается гораздо реже, а второй уже будет давать избыток тока, поэтому можно сделать конденсатор из двух параллельных, например, по 0,15 мкФ. При параллельном соединении емкость добавляется.

Емкость выяснили, осталось еще пару пунктов: 1. Напряжение конденсатора 2. Тип конденсатора.

С напряжением все просто, можно использовать конденсатор на 400 вольт, но надежнее на 630, хотя они и больше.

С типом немного сложнее. Для такого применения лучше использовать конденсаторы, изначально предназначенные для такого применения, например К73-17, КЛ21, Х2 На картинке конденсатор КЛ21

И это более надежный вариант, не смотрите, что на нем указано 280 вольт, у него такое значение действующего напряжения переменного тока, и он будет работать надежнее, чем К73-17 или CL21.

 

А теперь можно еще раз внимательно посмотреть, что нужно для сборки такого «простого» блока питания и решить, нужен ли он. В некоторых ситуациях да, поможет, но недостатков у него много, поэтому, на мой взгляд, лучше использовать только небольшой импульсный блок питания, который уже имеет стабилизированное выходное напряжение, гальваническую развязку и больший выходной ток.

В качестве примера таких блоков питания могу предоставить ссылку на подробный обзор четырех вариантов, с тестами, схемами и проверками.

Но вы можете сделать еще лучше. Сейчас широкое распространение получили монолитные блоки питания. Фактически куб, в котором находится миниатюрный блок питания.Например, HLK-PM01 производства Hi-link стоит около двух долларов за штуку.

Или их китайский аналог ТСП-05 производства Tenstar robot. Они немного дешевле, $ 1,93 каждый. Практика показала, что их качество сопоставимо.

Как я писал выше, они представляют собой импульсный БП в модульном исполнении. БП в пластиковом корпусе, залитом эпоксидной смолой. Они изготавливаются на разное напряжение и способны поддерживать его на достаточно стабильном уровне.

Для чего может использоваться напряжение 12 или 24 вольт в быту

В домашних условиях часто используются низковольтные источники питания. От напряжения 12 или 24В постоянного тока питаются переносные/стационарные электрические и электронные устройства, а также некоторые осветительные приборы:

• аккумуляторные электродрели, шуруповерты и электропилы;
• стационарные насосы для полива огородов;
• аудио-, видеоаппаратура и радиоэлектронная аппаратура;
• системы видеонаблюдения и сигнализации;
• радиоприемники и плееры на батарейках;
• ноутбуки (нетбуки) и планшеты;
• галогенные и светодиодные лампы; светодиодные ленты;
• портативные ультрафиолетовые лучи и портативное медицинское оборудование;
• паяльные станции и электрические паяльники;
• зарядные устройства для мобильных телефонов и повербанки;
• слаботочные сети электроснабжения в местах с повышенной влажностью и системы ландшафтного освещения;
• детские игрушки, елочные венки, аквариумные насосы;
• различные самодельные электронные устройства, включая популярную платформу Arduino.

Большинство устройств работают от аккумуляторов и литий-ионных аккумуляторов, но использование товара не всегда оправдано с точки зрения эксплуатационных расходов. Аккумуляторы можно заряжать 300-1500 раз, но гальванические элементы с большой энергоёмкостью и малым током саморазряда стоят дорого.

Гораздо дешевле будет купить батарейки, особенно соленые и щелочные, но такие элементы часто нуждаются в замене. Также для обеспечения напряжения питания 12 В необходимо 8 последовательно соединенных пальчиковых батареек (типа АА или ААА) или 1,5-вольтовая «таблетка» в коробке типа 27А.

Поэтому в местах с доступом к бытовой сети 220 В 50 Гц рациональнее использовать блок питания для питания электроприемников с током более 0,1 А.

Расчет бестрансформаторного блока питания

Некоторые радиолюбители вместо понижающих трансформаторов используют конденсаторы в качестве гасящих перенапряжения балластов при проектировании сетевых источников питания (рис. 1).

Неполяризованный конденсатор, включенный в цепь переменного тока, ведет себя как резистор, но в отличие от резистора не рассеивает поглощенную мощность в виде тепла, что позволяет сконструировать компактный, легкий и дешевый источник питания. Емкость конденсатора на частоте f описывается выражением:

Величина емкости балластного конденсатора Сб определяется с достаточной точностью по формуле:

где Uc — напряжение сети, В;

IN — ток нагрузки, А;

UH — напряжение нагрузки, В. Если UH находится в пределах от 10 до 20 В, то для расчета вполне приемлемо выражение:

Подставляя значения Uc=220 В и UH=15 В, при In=0,5 А получаем значения Сb=7,28 мкФ (1) и Сb=7,27 мкФ (2). Оба выражения подходят достаточно хорошо, особенно если учесть, что емкость обычно округляется до следующего большего значения. Конденсаторы лучше выбирать из серии К73-17 с рабочим напряжением не менее 300 В.

При использовании этой схемы нужно всегда помнить, что она гальванически связана с сетью, и вы рискуете получить удар током при потенциале сетевого напряжения. Кроме того, следует быть очень осторожным при подключении измерительной аппаратуры или любых дополнительных устройств к устройству с бестрансформаторным питанием, иначе у вас может получиться совсем безпраздничный фейерверк.

Для питания даже маломощных устройств все же лучше использовать понижающие трансформаторы. Если напряжение вторичной обмотки не соответствует требуемому (превышает), вполне безопасно использовать гасящий конденсатор в первичной цепи трансформатора для снижения напряжения или включить трансформатор с низковольтной первичной обмоткой в сети (рис. 2)

Балластный конденсатор в этом случае подбирается исходя из расчета, чтобы при максимальном токе нагрузки выходное напряжение трансформатора соответствовало заданному.

Микросхема линейного стабилизатора

Собрать простой драйвер (стабилизированный источник тока) на недорогой (0,3$) микросхеме линейного стабилизатора LM317AMDT можно своими руками. На вход преобразователя постоянного тока в переменный подается сетевое напряжение 220 В, 50 Гц.

На ИС получается стабилизированное напряжение 12 В при минимальном наборе элементов в обвязке (в простейшем варианте используются только R1 и R2). Подбором номинала резисторов можно регулировать ток в нагрузке, при суммарном токе светодиодов до 0,3А микросхема отлично работает без радиатора. Ниже представлена ​​типовая схема устройства на микросхеме LM317:

Зарядное устройство

Самый бюджетный вариант, конечно же, использование зарядного устройства (зарядного устройства) от мобильного телефона. Зарядная плата имеет очень малые габариты и подходит для питания устройства на 12 В с мощностью ≤ P ном источника питания.

Нужно только заменить в нем однополупериодный выпрямитель на двухвольтный (добавлены диод и конденсатор). После апгрейда получаем искомые 12 вольт с током 0,5А и полным отключением от сети.

В качестве альтернативы, не требующей вмешательства в конструкцию, можно подключить повышающий DC-DC преобразователь напряжения (например, 2-амперный, размерами 30 мм х 17 мм х 14 мм, стоит 1 доллар США).) к выходу памяти через переходник с разъемом USB.

Необходимо лишь установить подстроечным резистором необходимое напряжение 12 В и подключить преобразователь к гаджету или стационарному блоку электроприемника.

Конденсаторы для светодиодных лампочек

Почему я заказал эти конденсаторы? Ответ банален. Для «колхоза» светодиодного освещения. Где еще их можно использовать? Расскажу, как рассчитать балластную емкость светодиодной лампочки. Контрольный обзор. Кто не боится использовать такие драйвера, начнем. Для тех, кто не уважает такие договоренности, нет необходимости входить.

Сначала, как обычно, посмотрим, что было в посылке

Ну, а теперь приступим. Берем обычную китайскую лампочку. Вот ее график (немного улучшенный).Добавил R4, будет вместо предохранителя, а так же смягчит пусковой ток. Ток через светодиоды определяет значение емкости С1. В зависимости от того, какой ток мы хотим пропускать через светодиоды, рассчитываем емкость по формуле (1).

Для расчетов нам необходимо знать падение напряжения на светодиодах. Это легко вычислить. Светодиод ведет себя в схеме как стабилитрон с напряжением стабилизации ок. 3V (есть исключения, но очень редко). При последовательном соединении светодиодов падение напряжения на них равно количеству светодиодов, умноженному на 3В (если 5 светодиодов, то 15В, если 10 — 30В и так далее). Допустим, мы хотим сделать лампочку с десятью светодиодами 5730smd.

По паспортным данным максимальный ток 150мА. Я не сторонник насилия. Поэтому рассчитываем лампочку на 100мА. Будет запас хода. А запас, как говорится, карман не тянет. По формуле (1) получаем: С = 3,18*100/(220-30) = 1,67 мкФ.

Таких мощностей промышленность не выпускает, даже китайская. Берем ближайший практический (у нас 1,5 мкФ) и пересчитываем ток по формуле (2). (220-30)*1,5/3,18=90 мА. 90 мА * 30 В = 2,7 Вт. Это эффект лампочки. Все просто.

В жизни, конечно, будет иначе, но ненамного. Все зависит от фактического напряжения в сети, от точной емкости балласта, фактического падения напряжения на светодиодах и т.д. Кстати, по формуле (2) можно рассчитать мощность уже купленных лампочек. Падением напряжения на R2 и R4 можно пренебречь, оно незначительно.

Можно соединить много светодиодов последовательно, но общее падение напряжения не должно превышать половины напряжения сети (110В). При превышении этого напряжения лампочка болезненно реагирует на любые изменения сетевого напряжения. Чем больше превышает, тем болезненнее реагирует (это дружеский совет). И все же, насколько точны емкости, давайте проверим. Первые 2,2 мкФ.

Погрешности небольшие, не более 2%. Можно смело брать. Перейдем к практическому применению. Кому интересно, посмотрите, где используется. Это уже было в одном из предыдущих обзоров, поэтому я спрятал под спойлер.

В одном из своих обзоров я подключал панели к драйверу на трубках. Вот такая лампочка получилась из энергосбережения. Напомню, что модуль состоит из пяти параллелей. В каждой параллели 18 светодиодов 2835smd. Падение напряжения 51В.

Рассчитаем ток по формуле (2): Получаем ток = (220-51) * 2,2/3,18 = 117мА. 51В * 117мА = мощность светодиода 6Вт (66,7мВт на каждый светодиод — 33% от номинала) — расчетная мощность лампы. Собираем, включаем. РАБОТНИК!

Но без защитного стекла или пластикового рассеивателя такие лампочки использовать нельзя. Все светодиоды под фазой, в рабочем режиме трогать нельзя. Теперь посмотрим, что показывают устройства. Куда я без них?

Устройство показало 5,95 Вт. Такую лампочку, конечно, можно использовать только в сарае. А у людей есть сараи и гаражи. И там тоже надо что-то вкрутить (деревенский вариант, объясню почему). Летом я часто езжу в деревню.

А в деревне напряжение выше 200В не поднимается, бывает и ниже. Теперь посчитаем мощность нашей лампочки при 180В в сети. По той же формуле сначала находим ток, проходящий через светодиоды. Только вместо 220В в формулу добавляем 180В.

Всего 110 мА * 51 В = 5,6 Вт. Как видите, мощность не сильно изменилась. Но лампочки на этом напряжении ели дым. Гаражный вариант. В гараже, наоборот, лампочки менять не успеваю — хоть 240В. Рассчитаем ток и мощность на 260В, все по одной формуле.

Имеем: 145мА * 51В = 7,4Вт (41% от максимальной мощности). Это слишком далеко, чтобы сгореть. Вывод: при 180В будет светить, а при 260В не сгорит. А теперь попробую оценить качественные характеристики света. Пытался осветить стену

Светит очень ярко, теплым, приятным светом, сильнее лампы накаливания 60Вт (картинка ниже). Вы можете сравнить яркость и оттенок. Все снималось в одинаковых условиях, на одинаковом расстоянии от стены.

Я также измерил мощность лампы накаливания для чистоты эксперимента, используя тот же прибор в тех же условиях. Лампочка — 56,5Вт. Светодиодная лампа — 5,95Вт. Обе лампочки были вставлены по очереди в настольную лампу с рефлектором. Вы видели его.

Подключать лампу решил по каналам, много мощности не надо, а электронный драйвер приберегу для чего-нибудь более стоящего. А вот и диаграмма.

Так же сделал плату для драйвера из того что было (на скорую руку) Даже шпилька для крепления была. Дроссель не почистил. Оставил для веса, иначе лампа упадет.

Изготовлен в соответствии со всеми нормами электробезопасности. Ни один элемент под напряжение не выходит. Плата крепится с печатными проводниками внутри. Рассчитаем мощность получившейся лампочки.

Сначала по формуле (2) находим ток через светодиоды с балластной емкостью 3,2 мкФ. (220-18)*3,2/3,18=203,2 мА. 203,2мА * 18В = 3,66Вт — номинальная мощность (при напряжении сети 220В). Смотрим на устройство

Это лампочка мощностью 40 Вт. Естественно все лампочки в одинаковом соотношении (выдержка на ручнике, расстояние до стены одинаковое). Это моя светодиодная лампа. Экспонометр показывает, что светит ярче сорока. И, наконец, третий блок, где их (кондеры) можно использовать. Много лет пользуюсь самодельными зарядками.

Теперь попробуем подвести итог. Я постараюсь выделить все преимущества и недостатки таких механизмов. — Во время работы категорически нельзя прикасаться к элементам в цепи, они находятся под фазой. — Невозможно добиться больших токов светодиодов, потому что требуются большие конденсаторы

. — Большие пульсации светового потока с частотой 100 Гц требуют больших емкостей фильтров на выходе. + Схема очень проста, не требует особых навыков в изготовлении.

+ Не требует особых материальных затрат в производстве. Большинство деталей можно найти в любом сарае или гараже (старые телевизоры и так далее). + Незаменима как вводное знакомство со светодиодами, как первый шаг в освоении светодиодного освещения.

Я написал свое видение, свое отношение к таким аранжировкам, оно может отличаться от вашего. Но я выразился. А вывод, как всегда, за вами. Вот и все. Я не буду возвращаться к подробному анализу таких договоренностей. Он бил их изнутри и снаружи. И в конце для тех, кто отслеживает следы.

Читайте также: Коврик диэлектрический ГОСТ 4997-75

Расчет понижающего конденсатора

Они получили параметры понижающего конденсатора

Если перед вами когда-либо стояла задача понизить напряжение до любого уровня, скажем с 220 Вольт до 12В, то эта статья для вас.

Есть много способов сделать это с помощью подручных материалов. В нашем случае мы будем использовать деталь — контейнер.

В принципе можно использовать и обычное сопротивление, но в этом случае у нас будет проблема перегрева этой детали, а тут недалеко до пожара.

В случае, когда в качестве понижающего элемента используется емкость, ситуация иная.

Емкость, включенная в цепь переменного тока, имеет (в идеале) только реактивное сопротивление, значение которого находится по известной формуле.

Кроме того, включаем в нашу цепь какую-нибудь нагрузку (лампочку, дрель, стиральную машину), которая тоже имеет какое-то сопротивление R

Таким образом, общее сопротивление цепи будет равно

У нас схема последовательная и поэтому общее напряжение цепи равно сумме напряжений на конденсаторе и на нагрузке

По закону Ома рассчитаем ток, протекающий в этой цепи.

Как видите, зная параметры схемы, несложно вычислить недостающие значения.

А когда вы помните, как рассчитывается мощность, то несложно рассчитать параметры конденсатора исходя из тока потребления нагрузки.

Помните, что в такой схеме нельзя использовать полярные конденсаторы, то есть включенные в электронную схему в строгом соответствии с указанной полярностью.

Кроме того, необходимо учитывать частоту сети f.И если у нас в России частота 50Гц, то например в Америке частота 60Гц. Это также влияет на окончательные расчеты.

Примеры расчета

Необходимо загнать лампочку на 36Вт, рассчитанную на напряжение 12В. Какой размер понижающего конденсатора здесь нужен?

Если говорить об электрических сетях в России, то входное напряжение 220 вольт, частота 50 Гц.

Ток, проходящий через лампочку, равен 3 амперам (36 разделить на 12). Тогда емкость по приведенной выше формуле будет равна:

Они получили параметры понижающего конденсатора

C = 4,334146654694E-5 Фарад I = 3 Ампера P = 36 Вт Ua = 220 Вольт Ub = 12 Вольт f = 50 Гц

Что бы перевести градусы минус пятая степень в микро или мимли фарады, мы воспользуемся этим ботом и получим

Результат преобразования

результирующее число = 0,0433414665469 мФ

Альтернативное представление

что нам нужен конденсатор емкостью 43 мкФ.

• Сопротивление. Температурная зависимость >>

Гасящий конденсатор вместо гасящего резистора

Иногда возникает задача понижения переменного напряжения сети 220 вольт до определенного заданного значения, и применение понижающего трансформатора (в данном случае) не всегда целесообразно. Например, низкочастотный понижающий трансформатор, традиционно выполненный на трансформаторном железе, способный преобразовать мощность в 200 Вт, весит более килограмма, не говоря уже о дороговизне. Поэтому в некоторых случаях можно использовать гасящий резистор, который будет ограничивать ток, но в этом случае будет выделяться мощность в виде тепла на самом гасящем резисторе, а это не всегда допустимо. Например, если вы хотите управлять 200-ваттной лампой только с половиной ее номинала, вам придется рассеивать 100-ваттный ток в гасящем резисторе, а это крайне сомнительное решение. Очень практичной альтернативой для этого примера может быть использование гасящего конденсатора емкостью ок. 14 мкФ (это можно собрать из трех металлопленочных типов К73-17 по 4,7 мкФ, рассчитанных на 250в, а лучше — на 400в) это позволит получить нужный ток без необходимости рассеивать значительную мощность в виде тепла. Рассмотрим физическую сторону этого решения. Как известно, конденсатор, включенный в цепь переменного тока, представляет собой реактивный элемент с емкостью, связанной с частотой переменного тока в цепи, а также с собственной емкостью. Чем больше емкость конденсатора и выше частота переменного напряжения в цепи, тем больший ток проходит через конденсатор, а значит, емкость конденсатора обратно пропорциональна его емкости, как и частота переменного тока конденсатора в цепи, к которой он подключен. Это также видно из формулы емкости конденсатора: Если резистор (резистивная нагрузка) и конденсатор соединены последовательно в цепи переменного тока, их общее сопротивление можно найти по формуле: И даже страница Итак, зная напряжение на нагрузке, ток нагрузки и напряжение на гасящем конденсаторе, можно определить емкость гасящего конденсатора, который необходимо включить последовательно с нагрузкой для достижения требуемых параметров мощности: Рассмотрим пример: вы хотите эксплуатировать 100-ваттную лампу накаливания, рассчитанную на напряжение 110 вольт от 220-вольтовой розетки. В первую очередь находим значение рабочего тока лампы: Получаем значение тока лампы равное 0,91 А. Теперь можно найти необходимое значение емкости гасящего конденсатора, оно будет равно 15,2 мкФ. Следует отметить, что этот расчет верен для чисто резистивной нагрузки, когда присутствует действующее значение. При использовании выпрямителя необходимо учитывать, что действующее значение тока будет несколько меньше из-за влияния пульсаций. Также следует помнить, что полярные конденсаторы никогда не должны использоваться в качестве гасящих конденсаторов.

Лучшее сочетание вакуумных и полупроводниковых характеристик — однотактный гибридный аудиоусилитель. Мы не создаем иллюзий, мы оживляем звук!

Два простых способа снизить напряжение на электролампах

Если вам надоело постоянно менять перегоревшие лампочки, воспользуйтесь одним из советов ниже. Но во всех случаях успех достигается за счет значительного снижения стресса.

Днем и особенно ночью напряжение в сети нередко достигает 230-240В, что приводит к ускоренному перегоранию нитей накала электрических ламп.

Подсчитано, что повышение напряжения всего на 4 % по сравнению с номинальным (то есть с 220 до 228 В) сокращает срок службы электроламп на 40 %, а при увеличении «мощности» на 6 % этот период сокращается на больше половины.

При этом снижение напряжения на лампах всего на 8% (до 200-202В) увеличивает «стаж» их работы в 3,5 раза, при 195В — почти в 5 раз. Конечно, при снижении напряжения уменьшается и яркость свечения, но во многих случаях, особенно в офисных помещениях и в общественных местах, это обстоятельство не столь важно.

Как уменьшить напряжение на электрических лампах? Есть два простых способа.

Первый заключается в последовательном включении двух ламп (рис. 1). И какую лампу взять в качестве дополнительной? Он может быть таким же, как основной. Но тогда обе лампы будут светиться тускло.

Лучше всего подобрать светильник так, чтобы мощность ламп отличалась в 1,5-2 раза, например 40 и 75 Вт, 60 и 100 Вт и т.д.

Тогда лампа с меньшей мощностью будет светить достаточно ярко, а более мощная будет слабее, и выполнять роль своеобразного балласта, гасящего избыточное напряжение (рис. 2.).

На первый взгляд никакого выигрыша нет, потому что приходится использовать одновременно две лампы вместо одной. Но это то, что показывает простейший расчет; падение напряжения на лампах при последовательном соединении распределяется обратно пропорционально их мощности.

Следовательно, при напряжении сети 220В (возьмем пару ламп 40 и 75Вт) напряжение на 40-ваттной лампе будет примерно 145В, а на ее 75-ваттной «напарнице» — чуть более 75В.

Так как долговечность зависит от величины напряжения, то понятно, что заменять придется в основном лампой меньшей мощности. А то, как показывает практика, в худшем случае служит не менее одного года.

В нормальных условиях за одно и то же время необходимо менять от 5 до 8 ламп (что означает ежедневную работу по 12 часов). Как видите, экономия вполне ощутимая.

Другой способ — последовательно соединить лампу и полупроводниковый диод. Благодаря малым габаритам он может быть установлен в конусе выключателя между клеммой и одной из питающих линий. При таком варианте наблюдается еле заметное мерцание ламп (из-за однополупериодного выпрямления переменного тока), а среднее напряжение на них около 155 В.

Теперь о выборе типа диода. Он должен иметь определенный запас по разрешенному току и быть рассчитан на напряжение не ниже 400В. Из миниатюрных диодов этому требованию удовлетворяют серии КД150 и КД209.

Однако диоды КД105 следует использовать с лампами, мощность которых не превышает 40Вт, а диоды КД209 (с любым буквенным индексом) — со светильниками мощностью 75 Вт. Конечно, можно использовать более мощные диоды других типов, но тогда их необходимо устанавливать снаружи выключателя.

Правильно подобранный диод служит практически неограниченное время. Теперь давайте рассмотрим другой вопрос. А если в доме общий выключатель на весь подъезд? В этом случае устанавливается мощный диод. Он крепится на металлический уголок, прикручивается к стене рядом с выключателем саморезами и закрывается кожухом с вентиляционными отверстиями.

Рекомендуемые типы диодов: КД202М, Н, Р или С, КД203, Д232-Д234, Д246-248 с любым буквенным индексом. При выборе типа диода следует помнить, что его максимально допустимый рабочий ток (указанный в паспорте полупроводникового прибора) должен быть на 20-25 % выше суммарного тока, потребляемого одновременно всеми лампами, подключенными к этому ключу.

Если диод позволяет, то ток всех лампочек (это легко посчитать, разделив общую мощность всех ламп на напряжение сети 220В) не должен превышать 4А.

Как повышают и понижают напряжение?

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток в первичной обмотке создает переменное магнитное поле.

Он в основном сосредоточен внутри стального сердечника, поэтому обе обмотки пронизаны одним и тем же переменным магнитным потоком.

Поэтому из-за явления электромагнитной индукции в каждом витке каждой обмотки возникает одна и та же ЭДС индукции.

Суммарная ЭДС в каждой из катушек равна сумме ЭДС во всех ее витках, так как обмотки соединены друг с другом последовательно. Следовательно, отношение напряжений во вторичной и первичной обмотках равно отношению числа витков в них: Например, если во вторичной обмотке витков в 10 раз больше, чем в первичной, то напряжение во вторичной обмотки будет в 10 раз больше, чем в первичной.

Если напряжение во вторичной обмотке трансформатора больше, чем в первичной, его называют повышающим, а если меньше — понижающим.

Основными потребителями электроэнергии являются производство и транспорт. Бытовые нужды не составляют более 5-10% всей производимой электроэнергии.

Для наглядности основные этапы производства, передачи и потребления электроэнергии показаны на схеме ниже (рис. 16.5).

Как понизить напряжение: способы и приборы — Статейный холдинг

Нужно знать, как понизить напряжение в цепи, чтобы не повредить электроприборы. Всем известно, что для дома подходят два провода – ноль и фаза. Такая сеть называется однофазной. Трехфазные крайне редко используются в частном секторе и многоквартирных домах.

В нем просто нет необходимости, так как все бытовые приборы питаются от однофазной сети переменного тока. Но в самой методике необходимо произвести преобразования — понизить переменное напряжение, преобразовать его в постоянное, изменить амплитуду и другие свойства.

Снижение напряжения с помощью трансформаторов

Самый простой способ — использовать трансформатор низкого напряжения, который выполняет преобразование. Первичная обмотка содержит больше витков, чем вторичная.

Если есть необходимость снизить напряжение вдвое или втрое, вторичную обмотку использовать нельзя. В качестве индуктивного делителя используется первичная обмотка трансформатора (если от нее есть отводы).

В бытовых приборах применяют трансформаторы, со вторичных обмоток которых снимается напряжение 5, 12 или 24 вольта.

Это наиболее часто используемые значения в современной бытовой технике. 20-30 лет назад большая часть оборудования питалась от напряжения 9 вольт.

А для ламповых телевизоров и усилителей требовалось постоянное напряжение 150-250 В и переменное напряжение 6,3 В для нитей накала (некоторые лампы питались от 12,6 В). Поэтому вторичная обмотка трансформаторов содержала такое же число витков, как и первичная обмотка.

В современной технике все чаще применяются инверторные блоки питания (как и в блоках питания компьютеров), в их конструкцию входит трансформатор повышающего типа, он имеет очень малые габариты.

Делитель напряжения на индуктивностях

Индуктивность представляет собой катушку, намотанную медным проводом (обычно) на металлический или ферромагнитный сердечник. Трансформатор — это тип индуктивности.

Если от центра первичной обмотки сделать отвод, то между ней и крайними выводами будет равное напряжение. И оно будет равно половине напряжения питания.

Но это в том случае, если сам трансформатор рассчитан на работу именно с таким напряжением питания.

Но можно использовать несколько катушек (например, можно взять две), соединить их последовательно и включить в сеть переменного тока. Зная значения индуктивностей, легко рассчитать падение на каждой из них:

В этих формулах L1 и L2 — индуктивности первой и второй катушек, U1 — напряжение питания в вольтах, U(L1) и U(L2) — падение напряжения на первой и второй индуктивностях соответственно. Схема с такой разделительной линией широко используется в схемах измерительных приборов.

Делитель на конденсаторах

Очень популярная схема, используемая для снижения стоимости блока питания переменного тока. Его нельзя использовать в цепях постоянного тока, так как конденсатор, согласно теореме Кирхгофа, в цепи постоянного тока является разрывом. Другими словами, через него не будет течь ток.

Но зато при работе в цепи переменного тока конденсатор имеет реактивное сопротивление, которое способно гасить напряжение. Схема деления аналогична описанной выше, но вместо катушек индуктивности используются конденсаторы.

Расчет производится по следующим формулам:

Здесь С1 и С2 — емкости конденсаторов, U — напряжение в питающей сети, f — частота тока.

Делитель на резисторах

Схема во многом аналогична предыдущим, но используются постоянные резисторы. Способ вычисления такого делителя несколько отличается от приведенных выше.

Схема может использоваться как в цепях переменного, так и постоянного тока. Можно сказать, что он универсальный. С его помощью можно собрать бесступенчатый преобразователь напряжения.

Расчет падения на каждом резисторе выполняется по следующим формулам:

Следует отметить оговорку: значение сопротивления нагрузки должно быть на 1-2 порядка меньше, чем значение парциальных сопротивлений. В противном случае точность расчета будет очень грубой.

Практическая схема блока питания: трансформатор

Для выбора питающего трансформатора необходимо знать несколько основных данных:

Чтобы рассчитать количество витков в первичной обмотке, разделите 50 на площадь поперечного сечения сердечника. Сечение рассчитывается по формуле:

А мощность Р1 = Р2/КПД. КПД трансформатора никогда не будет больше 0,8 (или 80%). Поэтому при расчете берется максимальное значение – 0,8.

Ток во вторичной обмотке:

Эти данные известны по умолчанию, поэтому посчитать не составит труда. Вот как вы понижаете напряжение до 12 вольт с помощью трансформатора. Но и это еще не все: бытовые приборы питаются от постоянного тока, а на выходе вторичной обмотки — от переменного. Вам нужно сделать еще несколько преобразований.

Схема блока питания: выпрямитель и фильтр

Следующим шагом является преобразование переменного тока в постоянный. Для этого используются полупроводниковые диоды или сборки. Самый простой тип выпрямителя состоит из одного диода. Называется полуволна.

Но максимальное распространение получила мостовая схема, позволяющая не только выпрямить переменный ток, но и максимально избавиться от пульсаций. Но такая схема преобразователя еще неполная, так как одними полупроводниковыми диодами от переменной составляющей не избавиться.

А понижающие трансформаторы напряжения 220 В способны преобразовывать переменное напряжение в ту же частоту, но с меньшим значением.

Электролитические конденсаторы используются в источниках питания в качестве фильтров. По теореме Кирхгофа такой конденсатор в цепи переменного тока является проводником, а при работе с постоянным током происходит обрыв.

Следовательно, постоянная составляющая будет течь беспрепятственно, а переменная замкнется сама на себя, поэтому дальше этого фильтра не выйдет. Простота и надежность — это именно то, что характеризует такие фильтры.

Резисторы и индуктивности также можно использовать для сглаживания пульсаций. Подобные конструкции используются даже в автомобильных генераторах.

Стабилизация напряжения

Вы узнали, как понизить напряжение до нужного уровня. Теперь его нужно стабилизировать. Для этого используются специальные устройства — стабилитроны, которые изготавливаются из полупроводниковых компонентов. Они устанавливаются на выходе источника постоянного тока.

Принцип работы заключается в том, что полупроводник способен пропускать определенное напряжение, избыточное преобразуется в тепло и выбрасывается через радиатор в атмосферу. Другими словами, если на выходе БП 15 вольт, а стабилизатор на 12 вольт установлен, то он будет пропускать ровно столько, сколько нужно.

А разница в 3 В пойдет на нагрев элемента (закон сохранения энергии работает).

Общая схема и ток потребления шуруповертов 12, 14 и 18В

Шуруповерты разных производителей построены на разной элементной базе, но конструктивная электрическая схема у них примерно одинакова. Электроинструмент состоит из:

• съемный аккумулятор;
• пульт управления;
• триггерный переключатель, совмещенный с регулятором скорости;
• переключатель диапазона регулирования частоты (может отсутствовать);
• электродвигатель (коллекторный или бесщеточный).

При самостоятельном изготовлении источника питания для шуруповерта необходимо учитывать два параметра:

• напряжение;
• номинальный выходной ток.

С напряжением все просто – новый источник питания должен иметь выходное напряжение, равное номинальному напряжению электроинструмента. Уменьшение приводит к потере крутящего момента, увеличение – к уменьшению ресурса. Работа платы управления при низком напряжении не гарантируется; при высоком напряжении он скорее всего выйдет из строя.

Требуемый рабочий ток определить сложнее. Производители электроинструментов редко указывают потребляемый ток. Чуть чаще указывается мощность в ваттах. А вот на шильдиках шуруповертов можно найти следующие данные:

• рабочее напряжение (в вольтах);
• скорость вращения (в оборотах в минуту);
• крутящий момент (в ньютонах на метр).

Этих данных достаточно для расчета рабочего тока.Паспортная табличка с электрическими характеристиками для отвертки DEKO DKCD20FU.

На самом деле не все так радужно. Если вы зададите себе данные с реальной отвертки и попытаетесь вычислить номинальный ток, то получите абсурдный результат.

Во-первых, выходная мощность рассчитывается по формуле:

P=T*об/мин/9550, где:

• P – мощность, кВт;
• T – крутящий момент, Н/м;
• RPM — частота вращения, об/мин;
• 9550 — это коэффициент, объединяющий перевод из одних единиц в другие.

По приведенным данным получается:

Р=42*1350/9550=5,9 кВт.

Эту развиваемую мощность необходимо разделить на КПД (примерно равный 0,8), в результате потребляемая мощность составит примерно 7 кВт. При напряжении 20 вольт аккумуляторы должны обеспечивать ток 350 А!!! Аккумулятор емкостью 2 Ач разрядится за 20 секунд (хотя теоретически аккумулятор обеспечивает такой ток).

Это обещанный абсурд. Причиной этого могут быть хитрые заявления о скорости или крутящем моменте. Возможно, наибольший крутящий момент вырабатывается только на определенной скорости, но даже если вы это знаете, практического смысла в этом будет мало. Ведь отвертка работает на разных частотах.

Поэтому нужно ориентироваться на следующие цифры, полученные опытным путем:

• холостой — 1..2 ампера;
• средняя нагрузка — 4..6 А;
• максимальная нагрузка — 8..11 А;
• ударный ток при полном торможении — до 30 А.

Уточнить эти цифры для конкретного шуруповерта можно, измерив реальную потребляемую мощность в разных режимах, собрав для этого простую схему и запустив электроинструмент с разными нагрузками.

А можно и не указывать, а ориентироваться на указанные выше цифры. Для блока питания потребуется максимальный ток 10 А (но не менее 5..6), желательно с защитой от перегрузки по току.