Differenza tra tensione media ed efficace

[mcgyver8282]

Salve a tutti e un ringraziamento particolare agli amministratori.
Il mio problema è il seguente: Ho un trapano a batteria americano con relativo carica batterie che funziona a 110V. Un bel giorno il suddetto ha smesso di funzionare. All'interno del carica batterie ci sta una scheda senza nessun trasformatore. La scheda sostanzialmente è costituita da un filtro di rete con un ponte diodi a onda intera.Questo ponte è connesso ad un condensatore da 250V 100uF ( da sostituire perché scoppiato) e la massa del condensatore va direttamente alla batteria. La carica della batteria è gestita da un integrato PWM che comanda un mosfet (irf644 anch'esso da sostituire perché in corto) Dalla rete poi parte un secondo ponte diodi con soli due diodi connessi alla fase e al neuto che tramite un partitore resistivo alimenta l'integrato di gestione. Il carica batterie in soldoni è un convertitore step-down direttamente connesso alla rete senza trasformatore di isolamento, probabilmente perché da 110V a 20V c'è poca differenza Quello che mi è stato consigliato è di eliminare il ponte diodi e lasciarne uno solo, cioè di raddrizzare la singola semionda, cambiare il condensatore con uno da 350V e 150uF e mettere un mosfet che abbia una tensione DS superiore all'irf644. Ho fatto queste modifiche e effettivamente il caricabatterie funziona, però misurando la tensione sul condensatore non mi trovo una tensione in continua di 150V come previsto, ma di 310. Allora mi chiedo se il condensatore che ho utilizzato è troppo grosso o quello che misuro col tester non è la tenvione media, e nemmeno quella efficace, ma la carica di picco del condensatore? ringrazio anticipatamente chi volesse illuminarmi

[giorgio25760]

non mi trovo una tensione in continua di 150V come previsto, ma di 310

Il condensatore va bene in quanto:

220 * 1.41 = 310V (valore di picco della tensione di rete)

Con il tester :
- in continua misureresti il valore di picco raddrizzato e livellato dal condensatore
- in alternata misureresti l'alternata residua (ondulazione o ripple)

Ciao
Giorgio

[mcgyver8282]

Quindi il singolo diodo come ponte non riduce la tensione media al 50%, ma solo la potenza media?

[giorgio25760]

Quindi il singolo diodo come ponte non riduce la tensione media al 50%

No, assolutamente. Quando vai a livellare con un condensatore, a vuoto, leggerai sempre la stessa tensione.
Con un carico le cose cambiano....

ma solo la potenza media?

Neanche quella !
Per parlare di potenza devi tenere conto anche della corrente, ma la corrente ad ogni ciclo va a caricare il condensatore, quindi non è costante.....

Quindi avrai meno potenza, ma non il 50 % !


Ciao
Giorgio

[mcgyver8282]

Con un carico le cose cambiano

Appunto! il carico già c'è e il tutto è funzionante. In più l'altro ponte da cui si ricava la tensione per partitore è giusto 155 V in continua con un solo diodo.Il mio problema infatti è proprio capire il perché la tensione media non è 155 al posto di 310 e se questo è determinato dal condensatore eccessivamente grande come capacità. Mi spiego meglio: se prendiamo un convertitore dc dc la tensione di uscita è ottenuta dalla variazione del duty cycle. A un duty cycle del 50% corrisponde una tensione in uscita pari al 50%. Anche in quel caso c'è un condensatore, ma se misuro col tester il condensatore di uscita non si carica col picco dell'onda quadra ma con la media della tensione. Strutturalmente è diverso, perché parto da una CC, ho anche la bobina e il diodo, ma concettualmente è la stessa cosa. cioè un filtro pigreco senza il condensatore in ingresso non mi aiuterebbe ad arrivare proprio al 50% della tensione?

[MavKtr]

La tensione che misuri (in continua) ai capi del condensatore è corretta (se il caricabatterie è collegato alla nostra tensione di rete), c'è poco da fare. Ma nel primo post hai detto che il caricabatterie va a 110V AC: perché adesso lo colleghi direttamente alla nostra rete a 230V AC?

E soprattutto, uno schema in Fidocadj non sarebbe affatto male...

[mcgyver8282]

Ok faccio lo scheema e lo posto, ma nel primo post ho scritto anche che per farlo funzionare a 220 mi è stato consigliato di utilizzare un solo diodo sul ponte al fine di udimezzare la tensione media europea cioè la 220 x 1,41 = 310/2 = 155.che non è altro la tensione di picco della corrente americana raddrizzata e filtrata. Infatti cosi me la trovo all'ingresso del partitore.

[carloc]

Ho paura che ti abbiano consigliato male

Sia ad onda intera che a singola semionda un raddrizzatore con filtro con ingresso capacitivo è un raddrizzatore di picco e ti trovi in uscita il valore di picco della tensione in ingresso 220 V x 1,41 ≈ 310V (beh in verità il valore nominale della rete sarebbe 230V ma poco cambia).

Quello che cambia tra le due soluzioni è solo il ripple che ti trovi in uscita in funzione della corrente assorbita e del valore del condensatore e guess what in prima approssimazione, a parità di condizioni, con una sola semionda è circa il doppio.

Facendo l'esperimento mentale di ridurre il condensatore di filtro a zero (i.e niente condensatore) quello che otterresti è:

i) con un tester misureresti il valore medio della tensione all'uscita del ponte, cioè circa 220 V x 0,9 ≈ 200V con una doppia semionda e la metà, circa 100V con la singola.

ii) il buck a valle avrebbe comunque picchi di tensione fino a 310V in entrambi i casi e comunque starebbe sopra il suo valore nominale di 155V per numerosi millisecondi (ere geologiche per un semiconduttore).

iii) ancora il buck a valle avrebbe anche dei "vuoti" di tensione, anche metà periodo, 10 ms alla volta nel caso singola semionda, e ben che vada lavorerebbe a "singhiozzo" probabilmente pure "ronzando" vigorosamente.

Insomma per quanto giocando un po' magari riesci anche a trovare un valore di condensatore che in una certa particolare condizione di carico ti faccia leggere con il tester l'agognato 155V questo è in realtà solo fumo negli occhi, un falso successo. (Ci vuole l'oscilloscopio per vederlo )


Ultima chance, il filtro con ingresso induttivo : in questo caso potresti ottenere una buona continua di valore, come già detto, circa 100V con singola semionda o 200V con la doppia.

Purtroppo però il prezzo da pagare è salato, dato che stiamo lavorando alla frequenza di rete 50Hz/100Hz ti servirà una induttanza "importante" con nucleo in ferro tipo trasformatore, grande, pesante e appunto costosa.

Direi che proprio non ne valga la pena anche perché oltretutto non ottieni la tensione che cercavi, a quel punto ti prendi un piccolo autotrasformatore 220/110 e risolvi tutto molto più semplicemente ed elegantemente.

[mcgyver8282]

tutto chiaro e esattamente come pensavo per il filto ad ingresso induttivo.

Facendo l'esperimento mentale di ridurre il condensatore di filtro a zero (i.e niente condensatore) quello che otterresti è:

i) con un tester misureresti il valore medio della tensione all'uscita del ponte, cioè circa 220 V x 0,9 ≈ 200V con una doppia semionda e la metà, circa 100V con la singola.

perché fai 0,9 per la tensione rms?

[carloc]

Perché con grandezze sinusoidali 0,9 (circa) è l'inverso del fattore di forma, cioè il rapporto tra valore medio (di un semiperiodo) e valore efficace

se hai qualcosa tipo



il valore efficace vale (come è noto è il fattore di cresta )

mentre il valor medio (di un semiperiodo) lo specifico tutte le volte perché su un periodo è chiaramente zero



se le metti insieme vien fuori che



comunque se googoli trovi dozzine di documenti a riguardo