Transitorio Inicial Fuente de Poder Rectificada con Filtro de Capacitor

[janavax]

Hola:

Estamos armando una fuente de poder para uso de laboratorio, que se alimenta desde los 120 V AC de la red y debe producir 2 amperios a 120 DC. La fuente tendrá un tranformador para reducir el voltaje 90 VAC en el secundario, luego un puente rectificador de diodos y como filtro para el rizado se usará un capacitor de 6000uF (Léase 6000 micro faradios). Se eligió este modelo por su sencillez y facilidad de armar.

Se hicieron los cálculos respectivos para calcular las corriente pico (aprox 30 A) en el periodo de carga del condensador y así poder dimensionar diodos y el transformador.

Lo que nos preocupa es la corriente pico justo al momento de encendido y que el condensador se encuentre completamente descargado. No hemos encontrado fórmulas que por lo menos estimen estos valores, pero colocando el circuito en un simulador (CircuitLab)y la corriente alcanzaría un pico de 400 A y se mantendría por encima de 90 A por lo menos durante 3 ms. Además el simulador hace el análisis con el voltaje de entrada iniciando de 0 V, cosa que en la realidad no ocurrirá.

Mi consulta es respecto a cuan pernicioso podrá ser este transitorio y si hay alguna forma de suprimirlo. Saludos y gracias por adelantado por sus comentarios

 

[R-Mario]

Un soft-start, fusibles de acción lenta. Por otro lado deberias leer las hojas de datos del rectificador ahi encontraras las corrientes pico que soportan y durante que tiempo, tal ves este dentro de los 400A que calculaste y no necesites mas.

 

[janavax]

Ajna, gracias por tu respuesta. Los diodos están dentro del rango, nuestra principal preocupación es el transformador, el cual fue calculado con la corriente rms calculada aproximando los pulso de corriente de carga a pulsos rectangulares, la cual dió 8 A lo que nos arroja la necesidad de un transformador de 700 VA, pero comercialmente conseguimos uno de 1,2 KVA.

 

[Eduardo]

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No hemos encontrado fórmulas que por lo menos estimen estos valores, pero colocando el circuito en un simulador (CircuitLab)y la corriente alcanzaría un pico de 400 A y se mantendría por encima de 90 A por lo menos durante 3 ms. Además el simulador hace el análisis con el voltaje de entrada iniciando de 0 V, cosa que en la realidad no ocurrirá.

Para analizar un transitorio basta un circuito con elementos equivalentes en el instante crítico.
En este caso un RLC+diodo+fuente de continua. Con el circuito completo puede llegar a demorar demasiado o no converger nunca.

Mi consulta es respecto a cuan pernicioso podrá ser este transitorio y si hay alguna forma de suprimirlo. Saludos y gracias por adelantado por sus comentarios

Los primeros en sufrir van a ser los contactos de la llave de encendido, después los diodos, , después el fusible, después los condensadores...

Para las corrientes que vas a manejar se resuelve fácilmente con un NTC.
http://www.ussensor.com/inrush-current-limiting-power-thermistors

 

[sergiot]

Los valores que te arroja la simulación son correctos, el problema principal es que para esos valores de tensión no se utilizan valores tan altos en los electrolíticos, a menos que la necesidad lo requiera, y en caso de requerir un filtrado cercano al ideal, una continua perfecta, se recurre a otro tipo de fuente.

El pico inicial te va a destruir los diodos del puente, deberás colocar una resistencia source para que se aguanten el pico, he incluso podes optar si es factible utilizar un NTC en serie con la carga, reemplazaría la resistencia source.

 

[janavax]

Gracias caballeros por sus recomendaciones, han sido contundentes para la conclusión del diseño. Saludos

 

[diegomj1973]

Ajna, gracias por tu respuesta. Los diodos están dentro del rango, nuestra principal preocupación es el transformador, el cual fue calculado con la corriente rms calculada aproximando los pulso de corriente de carga a pulsos rectangulares, la cual dió 8 A lo que nos arroja la necesidad de un transformador de 700 VA, pero comercialmente conseguimos uno de 1,2 KVA.

Tené presente que ese cambio de potencia aparente entre el transformador comercial que podés conseguir y el estipulado por diseño te trae aparejado un cambio en la corriente inicial no repetitiva por los diodos, por un cambio en las características pasivas de los trafos (R, L y C). Esto obliga a un replanteo de los parámetros de funcionamiento real de los diodos (podés verte obligado a cambiarlos por otro modelo).

Saludos

 

[prometeo01091991]

Buenas tardes, yo tengo un problema similar al del tema, en mi caso los condensadores tienen un total de 8400uF y conectados a una acometida monofasica rectificada.

Para mitigar el pico de corriente transitorio, utilizo una resistencia de 50 ohm's. La cual esta conectada por 6 segundos, y de ahi, un sistema de control conecta los condensadores directamente a la linea rectificada.

Mi duda es, cual debe de ser la potencia mínima de esta resistencia, valla como la calculo. Puesto que P=V*I.

127*sqr(2)=179.6051
179.6051/50=3.5921A
3.5921A*179.6051=645.16W

Esto estaría bien si se tratase de un régimen permanente, pero solo estará sometida a esta demanda en el periodo transitorio.

Si me pueden apoyar con la duda de este calculo, en verdad se los agradecería. De ante mano les doy las gracias por detenerse a leer mi duda y les mando un saludo.

 

[chclau]

Fijate si esta nota de aplicacion te da una pista de como proceder con el calculo.

http://www.vishay.com/docs/50060/pulsecapabilities.pdf

La idea es concentrarse, no en la potencia (que como bien dijiste es dificil de analizar por ser un transitorio), sino en la energia que debera disipar el resistor.

 

[sergiot]

Mas allá de todo los cálculos teóricos de la resistencia en cuestión, cual es la necesidad de semejante cantidad de capacidad de filtrado?? 8400uf es una enormidad sobre los 120V, no digo que esté mal, simplemente me imagino una corriente de consumo muy alta para considerar colocarle esa capacidad a una fuente.

 

[diegomj1973]

Mas allá de todo los cálculos teóricos de la resistencia en cuestión, cual es la necesidad de semejante cantidad de capacidad de filtrado?? 8400uf es una enormidad sobre los 120V, no digo que esté mal, simplemente me imagino una corriente de consumo muy alta para considerar colocarle esa capacidad a una fuente.

Aparentemente, por lo que personalmente podría deducir del planteo de ecuaciones del compañero, es que esa resistencia de 50 ohmios estaría en serie entre la salida del rectificador y el filtro de 8400 uF. El voltaje pico teórico aplicado al banco de condensadores se arrimaría a los 180 Vcc (una vez cortocircuitada esa resistencia de 50 ohmios). Habría que deducir de ese valor el voltaje que emplea el / los diodos del rectificador. A rápidas, son 133,5 Joules de energía en los condensadores!!!.

Saludos

 

[sergiot]

Eso está clarísimo, lo que pregunto o me pregunto, es el valor total de la capacidad, es decir, que yo recuerde cuando asignamos el valor del capacitor del rectificador puente en una fuente simple, lo hacemos en base a una ecuación en donde entra en juego la corriente que adsorberá la carga, con lo cual con muy poca corriente el valor del capacitor es de bajo valor y a medida que la corriente sube también lo hace la capacidad de filtrado, todo esto para lograr un bajo nivel de riple.

De todo lo anterior se desprende mi consulta, aclaro que de las ecuaciones no me acuerdo cuales eran, pero existir existen y tendría de buscar en la web, pero siempre trato de usar la memoria para no atrofiar el cerebro.

 

[prometeo01091991]

Fijate si esta nota de aplicacion te da una pista de como proceder con el calculo.

vishay.com/docs/50060/pulsecapabilities.pdf

La idea es concentrarse, no en la potencia (que como bien dijiste es dificil de analizar por ser un transitorio), sino en la energia que debera disipar el resistor.

Mil gracias por la información, voy a revisarla, a fondo, por lo que logro ver a simple vista, es exactamente lo buscaba .

Referente a la duda, es para un sistema de control. La finalidad de esos condensadores tan bestiales, es que la fuente va regulada a 100Vcd y no puedo permitirme el mas minimo riple, pues es un motor de CD, conectado en serie, y varia mucho su comportamiento en RPM, con la mas minima variacion de voltaje, y dado que va a encender, apagar y cambiar de dirección muy muy rápido, me preocupa lo q le pueda hacer a la fuente.

Como regulador, use un TIPL783C con un arreglo de current boost, gracias a 2 tip30C y 2 BUV48A, puse 2 para repartir la potencia de salida y ahorrarme un ventilador.

Cuando la acabe subiré fotos de la fuente y los planos. En un post aparte, o si gustan en este mismo . Mil gracias y un saludo a todos por responder .

Cualquier duda mas que me surja, se las comunicare. Gracias y q tengan una linda mañana.

 

[cristian_elect]

La fuentes de potencia llevan una resistencia NTC para esa sobre corriente de inicio. Algunas tiene un relay que se activa despues que el NTC se calienta.