Блок питания с трансформатором и гасящим конденсатором
Блок питания с трансформатором и гасящим конденсатором
Блоки питания с балластным конденсатором и разделительным трансформатором завоевали популярность у радиолюбителей благодаря малым габаритам и тем, что они гальванически не связаны с сетью. Однако при разработке таких устройств необходимо учитывать ряд факторов, чтобы исключить аварийные ситуации, в результате которых могут выйти из строя не только источник питания, но и нагрузка. Автор статьи, обобщив опыт создания подобных устройств, рекомендует, на что следует обратить внимание при их конструировании и налаживании. В радиолюбительской практике широкое применение нашли источники с балластным конденсатором и разделительным трансформатором 3. Подобное решение позволяет конструировать малогабаритные блоки питания. Рассмотрим некоторые вопросы проектирования таких устройств на примере маломощного источника питания, описанного в [1] (см. рисунок).
Трансформатор Т1 выполняет функцию разделительного. Он работает при малом входном и выходном напряжении. Его конструкция весьма проста. Конденсатор С1 — балластный, а резистор R2 ограничивает импульс тока при включении. Напряжение на первичной обмотке трансформатора ограничивают стабилитроны VD1 и VD2.
В колебательном контуре, состоящем из конденсатора С1, индуктивности первичной обмотки трансформатора L и приведенного к первичной обмотке сопротивления нагрузки Rн, возможен резонанс, который может привести к выходу из строя источника питания.
Допустим, что в нагруженном источнике на первичной обмотке напряжение равно 20 В (типичный случай). Это означает, что приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки RН примерно в 10 раз меньше емкостного сопротивления |Xc1| конденсатора С1 и образует с ним делитель напряжения 10:1 (приближенно), т.е. |Хс1|=10Rн. При правильно рассчитанном трансформаторе индуктивное сопротивление первичной обмотки |XL| должно примерно в 10 раз превышать приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки Rн поэтому добротность упомянутого контура крайне низка, никакого резонанса быть не может.
Совершенно иная ситуация возникает при отключенной нагрузке (на холостом ходу). Если выполняются указанные выше соотношения |Хс1|=10Rн и |ХL|=10Rн,то |Xc1|=|XL| и возникает резонанс. Если на вход вместо сетевого подать напряжение 1 . 2 В, то на первичной обмотке ненагруженного трансформатора оно за счет резонанса увеличится в 10 и более раз — добротность получившегося контура достаточно большая, однако при подаче сетевого напряжения такого подъема не будет. С увеличением напряжения на обмотке сверх номинального (20 В) магнитопровод трансформатора входит в насыщение, его индуктивность уменьшается, и контур перестает быть настроенным в резонанс.
Однако, если трансформатор выполнен с хорошим запасом по допустимому входному напряжению, подъем может быть весьма значительным. Это вызовет увеличение напряжения на конденсаторе С1 по сравнению с работой в номинальном режиме, и если конденсатор выбран без запаса — может произойти пробой. Возможны и другие не менее тяжелые последствия. Поэтому, как и для бестрансформаторного источника питания с балластным конденсатором, недопустима работа без номинальной нагрузки. Обычное решение — подключение стабилитрона к выходу источника или двух встречно-последовательно соединенных стабилитронов (или одного симметричного) к первичной обмотке (см. рисунок).
Так задача решается для относительно маломощных блоков питания. Для аналогичных мощных устройств (очень простыми получаются зарядные устройства для автомобильных аккумуляторных батарей 2) такими мерами не обойтись. Здесь можно подключить параллельно первичной или вторичной обмотке аналог симметричного динистора [7, рис. 5,а] или обеспечить релейную защиту от режима холостого хода [3].
Особое внимание необходимо уделить выбору балластного конденсатора по номинальному напряжению. Это наибольшее напряжение между обкладками конденсатора, при котором он способен надежно и длительно работать. Для большинства типов регламентируется номинальное напряжение постоянного тока. Допустимое напряжение переменного тока всегда меньше номинального, за исключением металлобумажных конденсаторов МБГЧ, К42-19, полипропиленовых К78-4 и полиэтилентерефталатных К73-17 на номинальное напряжение до 250 В включительно, у которых эти параметры равны. Поэтому при выборе типа и номинального напряжения необходимо воспользоваться справочником по электрическим конденсаторам и помнить, что расчет проводят для амплитудного значения переменного напряжения.
В момент подключения (или отключения) блока питания к сети в его цепях происходит переходный процесс, который через некоторое время сменяется установившимся режимом. Не вдаваясь в теоретические основы переходных процессов, отметим два закона коммутации:
1. Ток в дросселе (приборе с индуктивным сопротивлением) не может изменяться скачком, или, иначе, ток после коммутации имеет то же значение, которое он имел в момент, непосредственно предшествующий коммутации.
2. Напряжение на конденсаторе не может изменяться скачком, или, иначе, напряжение после коммутации имеет то же значение, что и непосредственно до коммутации.
При подключении блока питания к сети конденсатор еще не заряжен и падение напряжения на нем равно нулю. Ток в индуктивности не может возникнуть мгновенно, поэтому напряжение на резисторе равно нулю и сетевое напряжение полностью приложено к первичной обмотке трансформатора, которая рассчитана на существенно меньшее значение. Именно при включении возникает высокая опасность межвиткового пробоя и исчезает преимущество в простоте исполнения трансформатора с намоткой «внавал», чем он и заслужил широкую популярность у радиолюбителей. Особенно опасно подключение блока питания к сети, в которой в этот момент действует амплитудное или близкое к нему напряжение. Актуальное значение приобретает задача ограничения напряжения на первичной обмотке в момент подключения. Токоограничительный резистор не спасает в такой ситуации. Это заставляет искать иное решение, позволяющее предупредить возможность межвиткового пробоя в трансформаторе и защитить элементы блока питания от повышенного в десятки раз напряжения.
Ограничитель напряжения на двух встречно-последовательно включенных параллельно первичной обмотке стабилитронах (см. рисунок) позволяет решить и эту задачу. Для каждого полупериода ограничитель работает как параметрический стабилизатор напряжения на первичной обмотке трансформатора. Балластную функцию выполняет при этом в основном токоограничительный резистор R2. Резистор должен быть рассчитан на кратковременный ток перегрузки, а стабилитроны, как правило, обеспечивают его.
Если в номинальном режиме стабилитроны открываются и работают как стабилизаторы, может возникнуть разность амплитуд импульсов выпрямленного тока положительной и отрицательной полуволн. Такой эффект объясняется тем, что положительные полуволны стабилизирует один стабилитрон, а отрицательные — другой. Известно, что напряжение стабилизации двух экземпляров стабилитронов даже одной партии может значительно различаться. Это порождает дополнительную составляющую пульсации частоты 50 Гц, которую труднее подавить сглаживающим фильтром, чем 100 Гц.
Для уменьшения дополнительной составляющей пульсации, возникающей из-за различия напряжения стабилизации, можно рекомендовать вместо встречно-последовательного соединения двух стабилитронов включить один стабилитрон в диагональ диодного моста параллельно первичной обмотке. Это позволит сохранить надежность блока питания.
Если не предъявляются повышенные требования к стабильности выходного напряжения, можно рекомендовать подборку стабилитронов с минимальным напряжением стабилизации на 1. 3 В больше максимального амплитудного напряжения на первичной обмотке в установившемся режиме. Параметрический стабилизатор в этом случае будет выполнять функции только ограничителя напряжения в момент включения и на холостом ходу. А после выхода блока питания на установившийся режим он автоматически отключается, значительно повышая экономичность блока.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пожаринский Л. Маломощный блок питания. — Радио, 1978, №5, с. 56.
2. Кутергин Г. Простое зарядное устройство. — Радио,1978, №5,с.27.
3. Долин Е. Вариант зарядного устройства. — Радио,1983, №5,с.58.
4. Бирюков С. Простое зарядное устройство. — Радио,1997, №3,с.50.
5. Бирюков С. Расчет сетевого источника питания с гасящим конденсатором. — Радио, 1997, №5, с. 48-50.
6. Прокопцев Ю. Еще об источниках питания с гасящим конденсатором. — Радио, 1998, №12, с. 46.
7. Алексеев С. Симметричные динисторы — в источниках питания. — Радио, 1998, №10, с. 70, 71.
Источник
Резистор последовательно первичной обмотке трансформатора
Жил-был на свете дурак (в хорошем смысле слова).
И захотелось ему выходной ток сетевого трансформатора ограничить , а напряжение соответственно уменьшить . Ну, чтобы лампочка сильно в глаза не светила.
Дурак знал — что есть так называемый «гасящий конденсатор», который можно использовать вместо сопротивления, и самое главное — он не будет вообще нагреваться. Идеально! Рассчитал и поставил последовательно первичной обмотке трансформатора.
И все бы ничего, но кое чего дурак не знал, за что и поплатился при включении данной схемы в сеть.
Вопрос — чего дурак не знал ?
Продолжение после ваших комментариев. Это только начало
| Вложения: |
| 2.GIF [1.9 KiB] Скачиваний: 19230 |
| 1.GIF [1.52 KiB] Скачиваний: 18367 |
_________________
(
) Паяю только медным жалом.
_/\_ . . А не вступить ли мне в секту любителей «TS100»?
| Модератор |
 |
Карма: 10
Рейтинг сообщений: 7
Зарегистрирован: Пт июл 21, 2006 03:08:05
Сообщений: 3182
Откуда: Пенза
Рейтинг сообщения: 0
| _________________ JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой! Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc |
| Собутыльник Кота |
 |
Карма: 29
Рейтинг сообщений: 714
Зарегистрирован: Сб ноя 13, 2010 12:53:25
Сообщений: 2743
Откуда: приходит весна?
Рейтинг сообщения: 0
| Дурак наверняка не знал, что Танияма Май — это главная героиня онямэ «Охота на привидений». И это не смотря на то, что эта самая Танияма Май повторяет своё имя в начале каждой серии. Ахахахахаха. А если серьёзно, то чтобы задавать такой вопрос, «что я не знал», необходимо сформулировать утверждения, соответсвующие трём пунктам: Пункт первый вы более-менее сформулировали. Вы хотите ограничить действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора. По пункту два у вас только какие-то непонятные намёки. Необходимо указать индуктивности и сопротивления обмоток, напряжение на второй обмотке (на первой логично предположить 220 вольт), а так же ток и напряжение, на которые расчитана лампочка. Это отправные значения для расчёта того, что вы хотели сделать. Чтобы указать что именно вы таки сделали, необходимо указать ёмкость (может она указана на картинке?) По пункту три — вобще никаких намёков. Вместо «ВНЕЗАПНО: отличие» у вас ВНЕЗАПНО: вопрос! Как вы хотите, чтобы обычные люди отвечали на ваш вопрос? Экстрасенсы в отпуске, к сожалению. Последний раз редактировалось B@R5uk Ср фев 16, 2011 01:59:47, всего редактировалось 4 раз(а). Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет |
| Мудрый кот |
 |
Карма: 9
Рейтинг сообщений: 96
Зарегистрирован: Вс окт 04, 2009 13:23:12
Сообщений: 1798
Откуда: н. новгород
Рейтинг сообщения: 0
| _________________ Построение источников бесперебойного питания с двойным преобразованием, широко используемых в современных хранилищах данных, на базе карбид-кремниевых MOSFETs производства Wolfspeed позволяет уменьшить мощность потерь в них до 40%, а также значительно снизить занимаемый ими объем и стоимость комплектующих. |
| Вымогатель припоя |
 |
Карма: 4
Рейтинг сообщений: 20
Зарегистрирован: Пт сен 21, 2007 07:09:33
Сообщений: 585
Откуда: Беларусь
Рейтинг сообщения: 0
| Компэл объявляет о значительном расширении складского ассортимента продукции Connfly. Универсальные коммутирующие компоненты, соединители и держатели Connfly сочетают соответствие стандарту ISO9001:2008, высокую доступность и простоту использования. На текущий момент на складе Компэл – более 300 востребованных на рынке товарных наименований с гибкой ценовой политикой. |
| Друг Кота |
 |
Карма: 88
Рейтинг сообщений: 2250
Зарегистрирован: Пт май 18, 2007 22:56:58
Сообщений: 23783
Рейтинг сообщения: 0
| 220 вольт), а так же ток и напряжение, на которые расчитана лампочка. Это отправные значения для расчёта того, что вы хотели сделать. Чтобы указать что именно вы таки сделали, необходимо указать ёмкость (может она указана на картинке?) _________________ Последний раз редактировалось Upgrader Ср фев 16, 2011 01:53:17, всего редактировалось 1 раз.
|
| Друг Кота |
 |
Карма: 25
Рейтинг сообщений: 91
Зарегистрирован: Вс янв 24, 2010 19:19:52
Сообщений: 4392
Откуда: Главный Улей России (Moscow)
Рейтинг сообщения: 0
| _________________
|
| Собутыльник Кота |
| |
Карма: 29
Рейтинг сообщений: 714
Зарегистрирован: Сб ноя 13, 2010 12:53:25
Сообщений: 2743
Откуда: приходит весна?
Рейтинг сообщения: 0
| Вы хотите, чтобы с вами поиграли в загадки? Или помогли решить задачу? Глупости не говорите. Никаких после заряда конденсатора не будет «рывков» и «прочих ужасов». Только самый обычный режим. Трансформатор с активной нагрузкой во вторичке можно заменить эквивалентом из последовательно соединённых резистора и индуктивности. Чтобы расчитать R и L этого эквивалента нужно знать значения тех величин, о которых я писал выше (для более точного расчёта нужно знать ещё некоторые величины, но в данном случае ими можно принебречь, я думаю). В результате получаем последовательно соединённые резистор, конденсатор и индуктивность. В общем случае это не обязательно колебательный контур. И даже если так, сложилось, что у этой тройки деталей таки есть резнанс, то он будет очень слабым, из-за очень низкой добростности (причина: наличие активной нагрузки во вторчке). Неприятности возможны только в момент включения схемы в сеть из-за переходных процессов. Но автор в этом не признаётся.
|
| Друг Кота |
| |
Карма: 25
Рейтинг сообщений: 91
Зарегистрирован: Вс янв 24, 2010 19:19:52
Сообщений: 4392
Откуда: Главный Улей России (Moscow)
Рейтинг сообщения: 0
| Да какой там нормальный режим. Тем более, что добротность обмотки падает из-за нагрузки.
_________________ |
| Собутыльник Кота |
| |
Карма: 29
Рейтинг сообщений: 714
Зарегистрирован: Сб ноя 13, 2010 12:53:25
Сообщений: 2743
Откуда: приходит весна?
Рейтинг сообщения: 0
| Друг Кота |
| |
Карма: 25
Рейтинг сообщений: 91
Зарегистрирован: Вс янв 24, 2010 19:19:52
Сообщений: 4392
Откуда: Главный Улей России (Moscow)
Рейтинг сообщения: 0
| Реальных графиков нет, так как делалось это 2 года назад. Решайте без меня, а я понаблюдаю в сторонке. _________________ |
| Друг Кота |
| |
Карма: 88
Рейтинг сообщений: 2250
Зарегистрирован: Пт май 18, 2007 22:56:58
Сообщений: 23783
Рейтинг сообщения: 0
| Поиграли в загадки. Но вполне серьезные, достойные раздела «Обучалка». Включил дурак свою конструкцию в сеть и лишился вначале лампы, а чуть позже и трансформатора: Пошел дурак искать новый трансформатор (вместо сгоревшего noname), и нашел ТВК-110-л2. А еще он нашел индикаторную отвертку с неоновой лампочкой. И решил тыкнуть ею в выходную обмотку трансформатора: Вот еще какие новости: мало того что неонка светиться там где напряжение не более 20 вольт, так еще и светиться она сильнее чем от фазы в сети. При том что между обмоток трансформатора никаких утечек нет, изоляция отличная. Вопрос — по первых почему горит неоновый индикатор во вторичной обмотке? Во вторых — почему во вторичной горит ярче , чем в первичной?
_________________ |
| Друг Кота |
| |
Карма: 25
Рейтинг сообщений: 91
Зарегистрирован: Вс янв 24, 2010 19:19:52
Сообщений: 4392
Откуда: Главный Улей России (Moscow)
Рейтинг сообщения: 0
| Это надо B@R5uk на заметку. По поводу второго вопроса — помоему я написал уже.
_________________ |
| Друг Кота |
Карма: 10
Рейтинг сообщений: 719
Зарегистрирован: Чт май 13, 2010 23:42:03
Сообщений: 6282
Откуда: Минск
Рейтинг сообщения: 0
Медали: 1
| _________________ |
| Собутыльник Кота |
| |
Карма: 29
Рейтинг сообщений: 714
Зарегистрирован: Сб ноя 13, 2010 12:53:25
Сообщений: 2743
Откуда: приходит весна?
Рейтинг сообщения: 0
| Это не хвост, это антенна |
Карма: 2
Рейтинг сообщений: 5
Зарегистрирован: Чт янв 13, 2011 11:39:17
Сообщений: 1372
Рейтинг сообщения: 0
| Поставщик валерьянки для Кота |
Карма: 5
Рейтинг сообщений: 61
Зарегистрирован: Пт окт 23, 2009 15:32:35
Сообщений: 1929
Откуда: Челябинск
Рейтинг сообщения: 0
| сопротивление индуктивности j*w*L, сопротивление последовательно c емкостью j*(wL-1/wC) = jwL(1-1/(w^2*LC)). конденсатор будет увеличивать сопротивление цепи и ограничивать ток толькое если C Последний раз редактировалось rustot Ср фев 16, 2011 11:24:57, всего редактировалось 1 раз. |
| Мудрый кот |
| |
Карма: 9
Рейтинг сообщений: 96
Зарегистрирован: Вс окт 04, 2009 13:23:12
Сообщений: 1798
Откуда: н. новгород
Рейтинг сообщения: 0
| _________________ |
| Друг Кота |
| |
Карма: 25
Рейтинг сообщений: 91
Зарегистрирован: Вс янв 24, 2010 19:19:52
Сообщений: 4392
Откуда: Главный Улей России (Moscow)
Рейтинг сообщения: 0
| _________________ |
| Поставщик валерьянки для Кота |
Карма: 5
Рейтинг сообщений: 61
Зарегистрирован: Пт окт 23, 2009 15:32:35
Сообщений: 1929
Откуда: Челябинск
Рейтинг сообщения: 0
 | |
  | Страница 1 из 2 | [ Сообщений: 31 ] | На страницу 1 , 2 След. |
Кто сейчас на форуме
Сейчас этот форум просматривают: dgrett и гости: 15
Источник
detector