Cómo calcular y seleccionar un condensador de enfriamiento

Al comienzo del tema, con respecto a la selección de un condensador de enfriamiento, consideramos un circuito que consiste en una resistencia y un condensador conectado en serie a una red. La resistencia total de dicho circuito será igual a:

El valor efectivo de la corriente, respectivamente, se encuentra de acuerdo con la ley de Ohm, el voltaje de red dividido por la impedancia del circuito:

Como resultado, para la corriente de carga y los voltajes de entrada y salida, obtenemos la siguiente relación:

Y si el voltaje de salida es suficientemente pequeño, entonces tenemos el derecho de considerar valor efectivo de la corriente aproximadamente igual a:

Sin embargo, consideremos desde un punto de vista práctico la cuestión de seleccionar un condensador de enfriamiento para incluirlo en la carga de la red de CA calculada para un voltaje inferior al de la red eléctrica estándar.

Supongamos que tenemos una lámpara incandescente de 100 W diseñada para un voltaje de 36 voltios, y por alguna razón increíble necesitamos alimentarla desde una red doméstica de 220 voltios. La lámpara necesita una corriente efectiva igual a:

Entonces la capacidad del condensador de enfriamiento necesario será igual a:

Teniendo tal condensador, ganamos la esperanza de obtener un brillo normal de la lámpara, esperamos que al menos no se queme. Este enfoque, cuando procedemos del valor actual efectivo, es aceptable para cargas activas, como una lámpara o un calentador.

Pero, ¿qué pasa si la carga no es lineal y se enciende a través de puente de diodos? Suponga que necesita cargar una batería de plomo-ácido. Entonces que? Entonces la corriente de carga estará pulsando para la batería, y su valor será menor que el valor efectivo:

A veces, una fuente de radio puede encontrar útil una fuente de energía en la que el condensador de enfriamiento está conectado en serie con el puente de diodos, cuya salida es a su vez un condensador de filtro de capacidad significativa, al que está conectada una carga de CC. Resulta una especie de fuente de energía sin transformador con un condensador en lugar de un transformador reductor:

Aquí, la carga en su conjunto será no lineal, y la corriente estará lejos de ser sinusoidal, y será necesario realizar cálculos de una manera ligeramente diferente. El hecho es que un condensador de suavizado con un puente de diodos y una carga se manifestará externamente como un diodo zener simétrico, porque las ondas con una capacidad de filtro significativa serán insignificantes.

Cuando el voltaje en el condensador es menor que algún valor, el puente se cerrará y, si es mayor, la corriente irá, pero el voltaje en la salida del puente no aumentará. Considere el proceso con más detalle con gráficos:

En el momento t1, la tensión de red alcanzó la amplitud, el condensador C1 también se carga en este momento al valor máximo posible menos la caída de tensión a través del puente, que será aproximadamente igual a la tensión de salida. La corriente a través del condensador C1 es igual a cero en este momento. Además, el voltaje en la red comenzó a disminuir, el voltaje en el puente también, pero en el condensador C1 aún no ha cambiado, y la corriente a través del condensador C1 todavía es cero.

Además, el voltaje en el puente cambia de signo, tratando de disminuir a menos Uin, y en ese momento la corriente se precipita a través del condensador C1 y a través del puente de diodos. Además, el voltaje en la salida del puente no cambia, y la corriente en el circuito en serie depende de la tasa de cambio del voltaje de suministro, como si solo el condensador C1 estuviera conectado a la red.

Cuando la red sinusoidal alcanza la amplitud opuesta, la corriente a través de C1 vuelve a ser igual a cero y el proceso se realiza en un círculo, repitiéndose cada medio período. Obviamente, la corriente fluye a través del puente de diodos solo en el intervalo entre t2 y t3, y el valor de corriente promedio se puede calcular determinando el área de la figura llena debajo de la sinusoide, que será igual a:

Si el voltaje de salida del circuito es suficientemente pequeño, entonces esta fórmula se aproxima al valor obtenido previamente. Si la corriente de salida se establece en cero, entonces obtenemos:

Es decir, cuando la carga se rompe, el voltaje de salida será igual al voltaje de la red. Por lo tanto, dichos componentes deben usarse en el circuito para que cada uno de ellos resista la amplitud de la tensión de alimentación.

Por cierto, cuando la corriente de carga se reduce en un 10%, la expresión entre paréntesis disminuirá en un 10%, es decir, el voltaje de salida aumentará en aproximadamente 30 voltios, si inicialmente tratamos, por ejemplo, 220 voltios en la entrada y 10 voltios en la salida. ¡Por lo tanto, el uso de un diodo zener paralelo a la carga es estrictamente necesario!

Pero, ¿qué pasa si el rectificador es de media onda? Entonces la corriente debe calcularse mediante la siguiente fórmula:

Con valores pequeños del voltaje de salida, la corriente de carga se convertirá en la mitad que cuando se rectifica con un puente lleno. Y el voltaje en la salida sin carga será dos veces mayor, ya que aquí estamos tratando con un duplicador de voltaje.

Por lo tanto, la fuente de alimentación con un condensador de enfriamiento se calcula en el siguiente orden:

• En primer lugar, elija cuál será el voltaje de salida.

• Luego determine las corrientes de carga máxima y mínima.

• Luego, determine el voltaje de suministro máximo y mínimo.

• Si se supone que la corriente de carga es inestable, se requiere un diodo zener paralelo a la carga.

• Finalmente, se calcula la capacidad del condensador de enfriamiento.

Para un circuito con rectificación de media onda, para una frecuencia de red de 50 Hz, la capacitancia se encuentra mediante la siguiente fórmula:

El resultado obtenido por la fórmula se redondea al lado de una capacidad nominal mayor (preferiblemente no más del 10%).

El siguiente paso es encontrar la corriente de estabilización del diodo zener para el voltaje de suministro máximo y el consumo de corriente mínimo:

Para un circuito de rectificación de media onda, el condensador de enfriamiento y la corriente zener máxima se calculan mediante las siguientes fórmulas:

Al elegir un condensador de enfriamiento, es mejor centrarse en los condensadores de película y papel. Los condensadores de película de pequeña capacidad: hasta 2.2 microfaradios por voltaje de funcionamiento de 250 voltios funcionan bien en estos esquemas cuando se alimenta desde una red de 220 voltios. Si necesita una gran capacidad (más de 10 microfaradios), es mejor elegir un condensador para un voltaje de funcionamiento de 500 voltios.