Pokus o spočítání vnitřního odporu kondenzátoru a co je to ESR

Nejprve komentář k videu od Marphyho který vysvětlil svou chybu při opravě spínací destičky termostatu kotle. Komentář byl v tomto duchu:

"Tam se jedná o kapacitní reaktanci a omezuje se tím maximální proud a podle zatížení pak padá napětí. Je tam většinou Zenerova dioda a ta hlídá maximální napětí při odlehčení obvodu, např. při vypnutí relé."

Vstupní napájení zdroje 220/230V střídavé 50 Hz. Na vstupu (jeden pól) jsou zapojen 2 rezistory 200 kohm čili dohromady 400Kohm. Ty jsou paralelně zapojeny s kondenzátorem 0.475 mikrofarad. Na druhé straně za tím rezistorem a kondenzátorem je 100 ohm rezistor a dále za ním to jde do usměrňovače a z usměrňovače na druhý pól vstupu zdroje. Takže máme tam ten srážecí kondenzátor a 100 ohm rezistor vybíjecí. Měříme, na vstupu je naměřeno 232 V, na usměrňovači je změřeno 24.7V. Na rezistoru je úbytek napětí 111.5V. Mě zajímá jakou roli tam hraje ten kondenzátor, když si představím že by tam nebyl tak co bude jinak? Jak by vypadal úbytek napětí na rezistoru? Bude stejný s kondenzátorem nebo bez? Dá se spočítat vnitřní odpor toho kondenzátoru, když známe ty úbytky?

 

 

Proč vám ve všech případech vyšla prakticky stejná hodnota Rc, když jsem vám zadal různé kapacity? Jako byste nezohlednil ten posun o několik řádů.

 

ChatGPT

Omlouvám se za opakovanou chybu. Měl jsem použít správnou hodnotu kapacity kondenzátoru ve výpočtu. Při změně kapacity kondenzátoru by měl být výsledek zcela jiný.

Nyní provedu správný výpočet s kapacitou kondenzátoru $475.4$ nanofaradů, což odpovídá $0.4754$ mikrofaradů.

Nejprve spočteme impedanci kondenzátoru $Z_C$:

$Z_C=\frac{1}{j\omega C}$

Pro frekvenci $f=50$ Hz máme:

$\omega =2\pi f=2\pi \times 50=100\pi$

A kapacita kondenzátoru $C=0.4754\times 10^{-6}$ faradů.

$Z_C=\frac{1}{j\times 100\pi \times 0.4754\times 10^{-6}}$

$Z_C=\frac{1}{j\times 47.54\times 10^{-4}\pi }$

$Z_C=\frac{10^4}{j\times 47.54\pi }$

Takže impedance kondenzátoru $Z_C$ je $\frac{10^4}{j\times 47.54\pi }$.

 

Nyní spočteme absolutní hodnotu impedance $\mathrm{\mid }{Z}_C\mathrm{\mid }$:

$\mathrm{\mid }{Z}_C\mathrm{\mid }=\frac{10^4}{47.54\pi }$

$\mathrm{\mid }{Z}_C\mathrm{\mid }\approx 66.798\mathrm{\Omega }$

Nyní můžeme spočítat proud $I_C$ a vnitřní odpor kondenzátoru $R_C$.

$I_C=\frac{24.7}{66.798}$

$I_C\approx 0.369\text{A}$

$R_C=\frac{24.7}{0.369}$

$R_C\approx 67.052\mathrm{\Omega }$

 

Takže s korektní hodnotou kapacity kondenzátoru $475.4$ nanofaradů, vnitřní odpor kondenzátoru je přibližně $67.052\mathrm{\Omega }$.

Ano, teď už to dává smysl. Kondenzátor s kapacitou 0.4754 mikrofaradů by měl mít vnitřní odpor 67 ohm. Je to nízká nebo vysoká hodnota? Co nám to řekne o "zdraví" kondenzátoru? Je třeba ho vyměnit nebo je ve skvělé formě?

 

LLM

Vnitřní odpor kondenzátoru je závislý na jeho stavu a kvalitě. Hodnota 67 ohmů je relativně nízká v porovnání s impedancí kondenzátoru při dané frekvenci, což je dobré znamení. Vyšší hodnota vnitřního odporu by mohla naznačovat problémy s kondenzátorem, jako je například vyschlá elektrolytická kapalina u elektrolytických kondenzátorů.

Nicméně, pouhá hodnota vnitřního odporu sama o sobě není dostatečná k posouzení stavu kondenzátoru. Je nutné provést další diagnostické testy, jako je měření kapacity, ESR (Equivalent Series Resistance), ztrátového faktoru atd.

Pokud je kondenzátor v dobrém stavu a jeho kapacita a další parametry odpovídají specifikacím, pak je pravděpodobné, že je v pořádku. Pokud však máte podezření na poškození nebo ztrátu kapacity, je bezpečnější jej vyměnit, zejména pokud se jedná o důležitou součástku v citlivém elektronickém zařízení.

Vysvětlete co to je ESR (Equivalent Series Resistance) a jak se zjišťuje. 

Vím že na to jsou přístroje, ale jak takový přístroj vlastně funguje?

 

LLM

ESR (Equivalent Series Resistance) je elektrický odpor, který je ekvivalentní se všemi paralelními odporovými složkami v sériovém kondenzátoru. Tento odpor se skládá z reálných částí vnitřního odporu kondenzátoru, odporu elektrolytu (pokud je kondenzátor elektrolytický) a odporu spojení mezi vodiči a elektrodami kondenzátoru. ESR je důležitým parametrem kondenzátorů, zejména u elektrolytických kondenzátorů, protože může ovlivnit jejich výkon a spolehlivost.

Zjišťování ESR je obvykle prováděno pomocí speciálních přístrojů nazývaných ESR metry. Tyto přístroje obvykle pracují na principu měření ztrátového napětí na kondenzátoru při známém střídavém proudu nebo signálu. Během měření přístroj generuje známý střídavý signál a používá znalost proudu a napětí k výpočtu ESR kondenzátoru.

ESR měřiče obvykle používají metodu měření ztrátového napětí pomocí oscilátoru s pevnou frekvencí a sledování napěťového úbytku na kondenzátoru. Když kondenzátor nabere, frekvence oscilátoru je většinou zvolena tak, aby byla nižší než vlastní frekvence kondenzátoru. Přístroj měří napěťový úbytek na kondenzátoru vzhledem k střídavému proudu dodávanému oscilátorem. Tento úbytek napětí se pak používá k výpočtu ESR kondenzátoru.

ESR měřiče jsou užitečnými nástroji pro diagnostiku kondenzátorů, zejména při kontrole elektrolytických kondenzátorů, kde může zvýšená hodnota ESR naznačovat možný problém nebo blížící se poruchu kondenzátoru.