Гасящий конденсатор на радиопаяльничек 36 вольт. ? Какой? – Пайка
У моих блокировок не было. Обычная “сетевая” розетка. 🙂
Вот на фото оставшаяся коробочка:
Штыри сбоку, я привинтил. Чтобы не путаться с лишними проводами/вилками, а сразу втыкать коробочку в розетку.
И дырочку в центре тоже я провертел. Когда экспериментировал с регулируемым питанием этого паяльника, путём установки внутрь тиристорного регулятора. Уж не помню, по какой причине отказался и “вернул всё в зад”.
А вот “родные” потрошки этой коробочки:
Конденсатор кстати, уже дохлый. С утечкой около 700 ом (под тестером). Сколько там её было под напряжением – не ведаю, Только паяльник раскалился докрасна и сгорел. 🙂
Ну не любят эти конденсаторы значительных токов. Перегреваются…
———–
Ненавижу гасящие конденсаторы!
Аналогично. 🙂 К тому же, правильный паяльник обязан быть гальванически отвязан от сети. Тем более, что сейчас в объёме этой коробочки можно собрать/купить вполне приличный регулируемый AC-DC источник.
PS Ой, вспомнил как ещё при СССР был в командировке в Федотово Вологодской области. Там у них приёмный центр запитывался от двух генераторов, переключаемых по очереди через 20…30 минут.
Самая фишка была в том, что при каждом переключении, фаза и ноль в розетке менялись местами (ну моряки же! всё у них не по-сухопутному).
Хорошо, ребята мичманы предупредили об этом, и о том, что паяльник у них “протекает” на корпус.
В результате, после каждого “моргания” света, приходилось переворачивать вилку паяльника в розетке. :crazy:
Изменено пользователем Л е о н ы чсоветы электрику
3)пайка транзисторов
Выводы транзистора паяют в определенной последовательности, предотвращающей его выход из строя, – сначала вывод базы, затем эмиттера, и в последнюю очередь коллектора.
Аналогично поступают и с полевым транзистором: сначала припаивают вывод затвора, а после – истока и стока;
4)индикатор включения
Для индикации включения в сеть той или иной самоделки параллельно первичной обмотке трансформатора включают световой индикатор – лампу ТН – 0,2 или ТН – 0,3. Для ограничения тока через лампу последовательно с ней (подобно конденсатору на рис.1) включают резистор мощностью не менее 0,5Вт. Яркость свечения лампы зависит от этого резистора. Однако, ставить резистор сопротивлением менее 200кОм не рекомендуется.
5)лужение нихромового провода
Проволочные резисторы маленького номинала чаще всего самостоятельно изготавливают из нихрома. При этом всегда возникает проблема обеспечения надежного электрического соединения с медным проволочным выводом – ведь нихром плохо поддается лужению с обычным канифольным флюсом. Значительно легче облудить конец нихромового провода, если в качестве флюса использовать обычную лимонную кислоту в порошке. На деревянную подставку насыпают очень немного (две спичечные головки) порошка лимонной кислоты, кладут на порошок зачищенный конец провода и с некоторым усилием водят по нему жалом горячего паяльника. Порошок плавится и хорошо смачивает провод. Залуженный проводник кладут на канифоль и еще разоблуживают – это необходимо для того, чтобы удалить с провода остатки лимонной кислоты.
Описанным
способом можно лудить мелкие предметы из стали и других металлов.
6) неполярный конденсатор из двух полярных
Если вам когда-либо понадобится обычный неполярный конденсатор большой емкости, например, для запуска асинхронного двигателя, а найти таковой будет сложно, можно воспользоваться еще одни хитрым советом. Такой конденсатор можно составить из двух полярных электролитических конденсаторов, соединенных последовательно. Для этого их требуется соединить друг с другом минусовыми выводами.
Но необходимо помнить, что емкость каждого из применяемых электролитических конденсаторов должна быть вдвое больше требуемой емкости неполярного конденсатора, потому как при последовательном соединении конденсаторов их емкостя складываются по формуле для нахождения общего сопротивления двух параллельно включенных сопротивлений. Эту формулу можно посмотреть здесь. Только вместо значений сопротивлений необходимо подставить значения емкостиБестрансформаторное электропитание, использование конденсатора в качестве гасящего резистора
Выпрямители для зарядки аккумуляторных батарей, осветительные лампы небольшой мощности и другие устройства, с рабочим напряжением меньше напряжения сети, обычно подключают к ней через трансформатор или последовательно с добавочными резисторами, на которых гасится излишнее напряжение. При этом на гасящем резисторе выделяется большая мощность, которая рассеивается в виде тепла.
Но известно, что конденсатор, установленный к цепи переменного тока, обладает сопротивлением, зависящим от частоты и называемым реактивным. Используя его, также можно гасить излишнее напряжение сети, причем мощность на реактивном сопротивлении не выделяется, что является большим преимуществом конденсатора перед гасящим резистором.
Так как полное сопротивление Z цепи, составленной из последовательно включенных нагрузки с активным сопротивлением RH и конденсатора с реактивным сопротивлением Хс равно Z=√RH2+XC2, то непосредственный расчет емкости гасящего конденсатора довольно сложен. Для определения ее проще пользоваться номограммой, приводимой на рис. 1.
На ней по оси абсцисс отложены сопротивления RH в кОм, по оси ординат — емкости С гасящих конденсаторов в мкФ и по оси, проведенной под углом 45° к оси абсцисс,— полные сопротивления Z цепи в кОм.
Чтобы воспользоваться номограммой, предварительно нужно по закону Ома или формуле мощности определить RH и Z.
На оси абсцисс номограммы находят вычисленное значение RH и проводят из этой точки вертикальную прямую, параллельную оси ординат. Затем на наклонной оси отыскивают ранее определенное значение Z. Из точки начала координат через точку Z проводят дугу, которая должна пересечь линию, проведенную параллельно осп ординат. Из точки пересечения ведут линию, параллельную оси абсцисс. Точка, где эта линия встретится с осью ординат, укажет искомую емкость гасящего конденсатора.
Пример 1. Определить емкость конденсатора, который нужно соединить последовательно с осветительной лампой 127 В 25 Вт, чтобы се можно было включить н сеть переменного тока напряжением 220 В. Находим RH:
RH=U2/P=1272/25=640 Ом
где U — напряжение, на которое рассчитана осветительная лампа, Р — мощность лампы. Чтобы определить Z, нужно узнать ток I, протекающий в цепи:
I=P/U=25/127=0,2A
Тогда Z равно:
Z=220/0,2=1100 Ом
Как найти емкость гасящего конденсатора, пользуясь вычисленными предварительными данными, показано на номограмме жирными линиями.
Пример 2. Мостовой выпрямитель (рис. 2) с выходным напряжением Uвых= 18 В и током нагрузки IH = 20mA необходимо питать от сети с напряжением 127 В. Найти емкость конденсатора С 1, который нужно подключить последовательно выпрямителю, чтобы погасить излишнее напряжение.
Определяем сопротивление нагрузки:
RH=Uвых/IH=18/0,02=900 Ом
и полное сопротивление пепи:
Z=127/0,02=6,35 кОм
Далее определяют емкость гасящего конденсатора С1 по номограмме. Как это сделать, показано на ней пунктиром. Результат, полученный по расчету (0,51 мкФ), можно округлить до 0,5 мкФ.
Для гашения напряжения можно использовать только бумажные конденсаторы, предназначенные для работы в цепи переменного тока (типов МБМ, МБГП, БМТ и др.
). Их рабочее напряжение для большей надежности работы должно превышать в два-три раза напряжение, которое нужно погасить.
Высоковольтный сетевой блок питания с гасящим конденсатором и защитой
Во многих конструкциях радиолюбители применяют бестрансформаторные блоки питания с гасящим конденсатором. Они привлекательны своей простотой, им не опасны замыкания выхода. Эти блоки, по существу, представляют собой источники тока, значение которого зависит от ёмкости гасящего конденсатора. Оно не может быть превышено даже при коротком замыкании в нагрузке. Но по той же причине такие блоки нельзя включать в сеть при недостаточной нагрузке или вовсе без неё. В этих случаях напряжение на выходе блока резко возрастает и способно достичь амплитуды сетевого напряжения, в результате чего может быть пробит сглаживающий конденсатор выпрямителя. По той же причине возможен выход из строя и деталей устройства, которое питается от такого блока. Поэтому блок питания с гасящим конденсатором без соответствующих мер защиты недопустимо включать в сеть без нагрузки.
Но самый опасный недостаток блока питания с гасящим конденсатором – тяжёлые условия работы этого конденсатора, вследствие чего велика вероятность его пробоя с тяжёлыми последствиями. Поэтому необходима защита блока не только от недостаточной нагрузки, но и от последствий пробоя гасящего конденсатора. Подробно об особенностях блоков питания с гасящим конденсатором можно прочитать в статье [1].
Вариант блока питания с защитой от описанных выше ситуаций предложен в этой статье. В типовую схему добавлено всего несколько деталей, которые практически всегда есть под рукой. Проведённые эксперименты показали, что защита эффективна и при пробое гасящего конденсатора, и при отключении нагрузки или уменьшении потребляемого ею тока. Порог срабатывания защиты может быть легко установлен на любом уровне.
На рисунке изображена схема блока, который обеспечивает выходной ток примерно 120 мА при выходном напряжении до 130 В.
Он предназначен для питания светильника из соединённых в последовательные и параллельные группы мощных светодиодов. Мне удалось подобрать симметричные динисторы VS1-VS4 так, что защита срабатывает при превышении выходным напряжением значения около 135 В. Идея использовать цепочку последовательно соединённых ди-нисторов взята из статьи [2].
Рис. Схема блока, который обеспечивает выходной ток примерно 120 мА при выходном напряжении до 130 В
Тринистор VS5, резистор R3, динисторы VS1-VS4 и диод VD5 – элементы собственно защиты. Резистор R2 и плавкая вставка FU1 тоже выполняют защитные функции, но они обычно имеются в любом блоке питания с гасящим конденсатором независимо от того, применяется ли там предлагаемая защита или нет.
Допустим, нагрузка отключилась. Например, перегорели светодиоды, питаемые от блока. Напряжение на выходе выпрямительного моста VD1-VD4 начинает расти. При некотором его значении динисторы VS1-VS4 открываются, и проходящий по ним ток открывает тринистор VS5, который замыкает выход выпрямителя. Это повторяется в каждом полупериоде сетевого напряжения, не давая напряжению на конденсаторе C2 превысить допустимое значение. Диод VD5 защищает управляющий электрод тринистора VS5 от разрядного тока конденсатора C2, который без этого диода может быть довольно значительным и вывести из строя тринистор.
Если ёмкость гасящего конденсатора C1 невелика, ни резистор R2, ни плавкая вставка FU1 после срабатывания защиты не перегорят, и в таком состоянии блок может находиться очень долго. После восстановления нагрузки он возвратится в обычный рабочий режим. Но при большой ёмкости гасящего конденсатора перегорание резистора R2 возможно. В моём случае при ёмкости конденсатора C1 3,6 мкФ этот резистор перегорал.
После пробоя гасящего конденсатора напряжение на выходе выпрямителя также начинает расти, а когда оно достигает порога срабатывания защиты, симметричные динисторы VS1-VS4 и тринистор VS5 открываются. Это закорачивает выход выпрямителя, предохраняя от перенапряжения нагрузку.
Но ток, протекающий через плавкую вставку FU1, резистор R2, диодный мост VD1-VD4 и тринистор VS5, будет ограничен лишь сопротивлением резистора R2, прямым сопротивлением p-n переходов двух выпрямительных диодов и сопротивлением анод-катод открытого тринистора VS5.
Естественно, ток в этой цепи значительно возрастёт, что вызовет перегорание резистора R2 и плавкой вставки FU1 (именно в такой последовательности, причём чаще всего вставка FU1 остаётся целой). Как показали многочисленные эксперименты, выпрямительные диоды и тринистор указанных на схеме типов выдерживают аварийный ток без повреждений. Подключённый же к выходу блока питания контрольный светодиод остался цел после всех экспериментов с имитацией пробоя конденсатора, что свидетельствует о надёжности защиты нагрузки.
Имейте в виду, что далеко не все конденсаторы могут работать в качестве гасящего (C1). Теоретически конденсатор в цепи переменного тока мощности не рассеивает. Но реально в диэлектрике, находящемся в сильном переменном электрическом поле, и в тонких обкладках, по которым протекает значительный ток, выделяется некоторое количество тепла. Можно заранее проверить пригодность конденсатора для использования в качестве гасящего, просто включив его напрямую в электросеть и через полчаса оценив температуру корпуса. При этом следует соблюдать крайнюю осторожность, поскольку некоторые конденсаторы, даже рассчитанные на высокое напряжение постоянного тока, в таком режиме могут взорваться. Лучше всего на время проверки поместить конденсатор в прочный контейнер. Если конденсатор успевает заметно разогреться, он непригоден для использования в качестве гасящего.
Практически не нагреваются специальные конденсаторы для промышленных электроустановок, рассчитанные на большую реактивную мощность. На таких конденсаторах обычно указано допустимое не постоянное, а переменное напряжение. Их используют, например, в люминесцентных светильниках и в пускорегулирующих устройствах асинхронных электродвигателей.
Пригодны также плёночные помехоподавляющие конденсаторы класса защиты X2 на переменное напряжение 250 В и более.
Из “обычных” конденсаторов можно применять металлоплёночные К73-17 с номинальным постоянным напряжением не менее 630 В. Они выдерживают переменную составляющую приложенного к ним напряжения амплитудой примерно до 350 В. Приблизительно такой она становится при повышении эффективного значения напряжения в сети 230 В на 10 %, что согласно действующему стандарту вполне возможно. Применять такие конденсаторы на меньшее постоянное напряжение недопустимо. Например, конденсаторы К73-17 на 400 В надёжно работают лишь при амплитуде переменного напряжения не более 280 В.
О методике расчёта ёмкости гасящего конденсатора можно прочитать в статьях [1] и [3]. В последней приведены и рекомендации по выбору гасящих конденсаторов из ассортимента тогда доступных.
Я применил в описываемом блоке питания полипропиленовый конденсатор К78-22 от люминесцентного светильника, в котором он использовался для улучшения коэффициента мощности и включался для этого непосредственно в сеть. Он выдерживает переменное напряжение до 450 В частотой 50 Гц.
Диоды 1N4007 можно заменить другими выпрямительными диодами или готовыми выпрямительными мостами с допустимым обратным напряжением не менее 800 В, выдерживающими средний выпрямленный ток не менее 1 А и кратковременные импульсы тока амплитудой не менее 30 А.
Симметричные динисторы DB3 и DB4 допустимо комбинировать между собой в любом сочетании, набирая нужное напряжение срабатывания защиты. Напряжение открывания динисторов DB3 находится в пределах 28…36 В, а динисторов DB4 – 35…40 В. Для них допустим импульсный ток до 2 А, что вполне достаточно для надёжного открывания тринистора любого типа. Эти динисторы, а также диоды 1N4007 можно выпаять из электронных балластов КЛЛ. Заменять упомянутые дини-сторы приборами серии КН102 нельзя. Они не выдерживают ток, необходимый для открывания тринистора КУ221Г Тринистор КУ221Г устойчив к значительным кратковременным перегрузкам, допустимый импульсный ток в открытом состоянии у него – 100 А.
Но можно применять и другие тринисторы. Главное, чтобы допустимое напряжение в закрытом состоянии было не менее 300 В, допустимый ток – не менее 10 А (кратковременно не менее 30 А). Подойдут, например, КУ202Л-КЛ202Н.
О резисторе R2 необходимо сказать особо. Понятно, что чем меньше допустимая рассеиваемая им мощность, тем быстрее он перегорит. Но эта мощность должна быть не меньше той, что выделяется на этом резисторе при нормальной работе блока питания, когда он не должен перегреваться и уж тем более перегорать. Если это условие не выполняется, следует применить резистор меньшего сопротивления либо с большей номинальной мощностью. Возможно, при уменьшенном сопротивлении резистора R2 потребуется и более мощный тринистор, ток через который при пробое гасящего конденсатора увеличится.
Интересно, что более чем в десятке проведённых экспериментов с имитацией пробоя конденсатора резистор R2 мощностью 0,25 Вт сгорал первым. Плавкая вставка FU1 на 0,5 А перегорела всего один раз. Причём резисторы МЛТ именно сгорают с шипением, искрами и пламенем. Более современные резисторы перегорают с громким хлопком, внешне никак не изменяясь. Но для обеспечения пожаробезопасности на резистор R2 в любом случае необходимо надеть трубку из негорючего материала, например из стекловолокна. Такие трубки можно найти в утюгах и других электронагревательных приборах.
Для обеспечения безопасности при установке порога срабатывания защиты необходимо питать блок через разделительный трансформатор. Прежде всего, оцените потребное число дини-сторов. Для этого измерьте и запишите напряжение открывания каждого имеющегося динистора. Затем выберите из числа проверенных те, сумма напряжений открывания которых наиболее близка к требуемому порогу срабатывания защиты. Если в наличии много динисторов, выбрать из них нужные будет несложно. Для точной подгонки порога можно один из динисторов заменить одним или несколькими стабилитронами. После этого останется установить подобранные детали на плату блока питания и проверить её в работе.
Для проверки подключите собранный блок без нагрузки к автотрансформатору, выходное напряжение которого предварительно установите равным нулю. К выходу блока подключите вольтметр. Затем медленно повышайте напряжение на выходе автотрансформатора. Поскольку блок питания работает без нагрузки, напряжение на его выходе будет близким к амплитуде входного и расти вместе с ним. Когда оно сравняется с порогом защиты, она сработает, и показания вольтметра перестанут расти. Этот момент будет легко зафиксировать по увеличению громкости гудения автотрансформатора. Нужно убедиться, что резистор R2 не перегорит при этом состоянии блока питания даже при максимально возможном напряжении в сети.
Рекомендую несколько раз включить блок питания в сеть без нагрузки, а затем с закороченным гасящим конденсатором, чтобы удостовериться в надёжном срабатывании защиты в обоих случаях, а также в пожаробезопасном сгорании резистора R2 при пробое конденсатора. Несколькими сгоревшими резисторами ради безопасности стоит пожертвовать.
Литература
1. Дорофеев М. Бестрансформаторный с гасящим конденсатором. – Радио, 1995, № 1, с. 41, 42; № 2, с. 36, 37.
2. Нечаев И. Сигнализатор превышения номинального сетевого напряжения. – Радио, 2017, № 11, с. 37, 38.
3. Бирюков С. Расчёт сетевого источника питания с гасящим конденсатором. – Радио, 1997, № 5, с. 48-50.
Автор: А. Карпачев, г. Железногорск Курской обл.
|
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. 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. 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 [2-4]) 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. 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:
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. 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 Б. САДОВСКОВ |
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 [1-6]. Подобное решение позволяет
конструировать малогабаритные блоки питания. Рассмотрим некоторые вопросы проектирования таких устройств на примере маломощного источника питания, описанного в [1] (см. рисунок).
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.
Поэтому при выборе типа и номинального напряжения
необходимо воспользоваться справочником по электрическим конденсаторам и
помнить, что расчет проводят для амплитудного значения переменного
напряжения.
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.
56.Подключение светодиода к сети 220В: все схемы и расчеты
Светоиндикация – это неотъемлемая часть электроники, с помощью которой человек легко понимает текущее состояние прибора. В бытовых электронных устройствах роль индикации, выполняет светодиод, установленный во вторичной цепи питания, на выходе трансформатора или стабилизатора. Однако в быту используется и множество простых электронных конструкций, неимеющих преобразователя, индикатор в которых был бы нелишним дополнением. Например, вмонтированный в клавишу настенного выключателя светодиод, стал бы отличным ориентиром расположения выключателя ночью. А светодиод в корпусе удлинителя с розетками будет сигнализировать о наличии его включения в электросеть 220 В.
Ниже представлено несколько простых схем, с помощью которых даже человек с минимальным запасом знаний электротехники сможет подключить светодиод к сети переменного тока.
Схемы подключения
Светодиод – это разновидность полупроводниковых диодов с напряжением и током питания намного меньшим, чем в бытовой электросети. При прямом подключении в сеть 220 вольт, он мгновенно выйдет из строя. Поэтому светоизлучающий диод обязательно подключается только через токоограничивающий элемент. Наиболее дешевыми и простыми в сборке является схемы с понижающим элементом в виде резистора или конденсатора.
Важный момент, на который нужно обратить внимание при подключении светодиода в сеть переменного тока – это ограничение обратного напряжения. С этой задачей легко справляется любой кремниевый диод, рассчитанный на ток не менее того, что течет в цепи. Подключается диод последовательно после резистора или обратной полярностью параллельно светодиоду.
Вместо кремниевого диода можно использовать второй светоизлучающий диод с аналогичным прямым током, который подключается обратной полярностью параллельно первому светодиоду.Существует мнение, что можно обойтись без ограничения обратного напряжения, так как электрический пробой не вызывает повреждения светоизлучающего диода. Однако обратный ток может вызвать перегрев p-n перехода, в результате чего произойдет тепловой пробой и разрушение кристалла светодиода.
Отрицательной стороной схем с токоограничивающим резистором является необходимость в рассеивании большой мощности. Эта проблема становится особо актуальной, в случае подключения нагрузки с большим потребляемым током. Решается данная проблема путем замены резистора на неполярный конденсатор, который в подобных схемах называют балластным или гасящим.
В данных схемах, при выключении питания, конденсатор остается не разряженным, что создает угрозу поражения электрическим током. Данная проблема легко решается путем подключения к конденсатору шунтирующего резистора мощностью 0,5 ватт с сопротивлением не менее 240 кОм.Включенный в сеть переменного тока неполярный конденсатор, ведет себя как сопротивление, но не рассеивает потребляемую мощность в виде тепла.
Расчет резистора для светодиода
Во всех выше представленных схемах с токоограничивающим резистором расчет сопротивления производится согласно закону Ома: R = U/I, где U – это напряжение питания, I – рабочий ток светодиода. Рассеиваемая резистором мощность равна P = U * I. Эти данные можно рассчитать при помощи онлайн калькулятора.
Важно. Если планируется использовать схему в корпусе с низкой конвекцией, рекомендуется увеличить максимальное значение рассеиваемой резистором мощности на 30%.
Расчет гасящего конденсатора для светодиода
Расчёт ёмкости гасящего конденсатора (в мкФ) производится по следующей формуле: C = 3200*I/U, где I – это ток нагрузки, U – напряжение питания. Данная формула является упрощенной, но ее точности достаточно для последовательного подключения 1-5 слаботочных светодиодов.
Важно. Для защиты схемы от перепадов напряжения и импульсных помех, гасящий конденсатор нужно выбирать с рабочим напряжением не менее 400 В.
Конденсатор лучше использовать керамический типа К73–17 с рабочим напряжением более 400 В или его импортный аналог. Нельзя использовать электролитические (полярные) конденсаторы.
Это нужно знать
Главное – это помнить о технике безопасности. Представленные схемы питаются от 220 В сети переменного тока, поэтому требуют во время сборки особого внимания.
Подключение светодиода в сеть должно осуществляться в четком соответствии с принципиальной схемой. Отклонение от схемы или небрежность может привести к короткому замыканию или выходу из строя отдельных деталей.
При первом включении, сборки рекомендуется дать поработать некоторое время, чтобы убедиться в ее стабильности и отсутствии сильного нагрева элементов.
Для повышения надёжности устройства рекомендуется использовать заранее проверенные детали с запасом по предельно допустимым значениям напряжения и мощности.
Собирать бестрансформаторные источники питания следует внимательно и помнить, что они не имеют гальванической развязки с сетью. Готовая схема должна быть надёжно изолирована от соседних металлических деталей и защищена от случайного прикосновения. Демонтировать её можно только с отключенным напряжением питания.
Небольшой эксперимент
Чтобы немного разбавить скучные схемы, предлагаем ознакомится с небольшим экспериментом, который будет интересен как начинающим радиолюбителям, так и опытным мастерам.
Блок питания с гасящим конденсатором « схемопедия
Использование конденсаторов для понижения напряжения, подаваемого в нагрузку от осветительной сети, имеет давнюю историю. В 50-е годы радиолюбители широк применяли в бестрансформаторных источниках питания радиоприемников конденсаторы, которые включали последовательно в цепь нитей накала радиоламп. Это позволяло устранить гасящий резистор, являющийся источником тепла и нагрева всей конструкции. В последнее время заметен возврат интереса к источникам питания с гасящим конденсатором. Присущий всем без исключения подобным устройствам недостаток – повышенная опасность из-за гальванической связи выхода с электрической сетью – ясно осознается, но допускается в расчете на грамотность и аккуратность пользователя. Однако эти сдерживающие факторы недостаточны, чтобы уберечь от беды, отчего бестрансформаторные устройства могут иметь лишь весьма ограниченное применение.
Здесь может представлять компромисный вариант источника, обеспечивающего электробезопасность, с гасящим конденсатором и простым, доступным начинающему радиолюбителю трансформатором. Таким трансформатор получится, если напряжение на его первичноу обмотке ограничить значением около 30 В. Для этого достаточно 600…650 витков сравнительно толстого, удобного при намотке провода; ради упрощения, можно для обеих обьоток использовать один и тот же провод. Излишек напряжения здесь примет на себя конденсатор, включенный последовательно с первичной обмоткой (конденсатор должен быть рассчитан на номинальное напряжение не менее 400 В). По такому принципу можно организовать питание низковольтных нагрузок с током в первичной цепи (с учетом небольшого коэффициента трансформации) до 0,5 А.
На рисунке представлена схема подобного устройства, подходящего для работы с гирляндой из светодиодов настольной мини-елочки или для аудио-плейера.
Включение светодоидов (8…10 штук) производится параллельно; при этом устраняется обычная путаница проводов, их легче сделать незаметнымы в “хвое” ствола и веточек. Трансформатор можно собрать на магнитопроводе Ш12х16. Для намотки подойдет провод ПЭВ-1 d=0,16 мм; число витков первичной и вторичной обмоток – 600 и 120…140 соответственно. Изготовить такой трансформатор труда не составляет.
Электрическую прочность не менее 2 кВ обеспечит изоляционная прокладка между обмотками из лавсановой пленки толщиной 0,1 мм или конденсаторной бумаги. Для того, чтобы устройство не вышло из строя при отключении нагрузки, к выходу моста VD1 – VD4 следует подключить стабилитрон Д815Г. В нормальном режиме он не работает, поскольку имеет минимальное напряжение стабилизации выше рабочего на выходе моста. Предохранитель FU1 защищает трансформатор и стабилизатор при пробое конденсатора С1. Для ограничения тока при подключении блока питания к сети последовательно с С1 необходимо включить резистор сопротивлением несколько сотен Ом, а для расрядки конденсатора после отключения – параллельно ему резистор несколько сотен кОм. В цепи последовательно соединенных емкостного (конденсатор С1) и индуктивного сопротивлений (трансформатор Т1) может возникать резонанс напряжения. Об этом следует помнить при конструировании подобных источников питания.
Часто задаваемые вопросы | Искрогасители
Что такое искрогасители?Искрогаситель (SPQ) – это сеть, состоящая из конденсатора и резистора, включенных последовательно. Оба элемента спроектированы таким образом, чтобы выдерживать высокие скачки энергии, которые возникают при их применении.
Зачем нужны искрогасители? SPQ используется в двух типах электрических приложений. Первый – подавить обратную ЭДС, возникающую при обесточивании индуктивной нагрузки.
Указанная индуктивная нагрузка может быть двигателем, реле, контактором, соленоидом или в некоторых случаях даже нагревательным элементом. Каждый из этих типов устройств имеет в своей конструкции индуктивный элемент. Когда питание отключается от индуктивного элемента, в линии электропередачи индуцируется большой (до 1500 вольт) всплеск энергии. SPQ предназначен для поглощения этого всплеска энергии и медленного его рассеивания на более низком уровне энергии в течение длительного периода времени. Это поглощение энергии помогает защитить другие компоненты от потенциального повреждения из-за этих всплесков энергии и помогает продлить срок службы электрических изделий.
Во-вторых, SPQ можно использовать для защиты твердотельных переключателей, таких как симисторы, тиристоры и полевые транзисторы. Многие электрические приложения перешли от механических переключателей и реле к этим твердотельным устройствам, чтобы обеспечить более длительную и надежную работу. Эти твердотельные переключатели также требуют защиты, чтобы обеспечить их правильную работу. SPQ был разработан для их защиты.
Как обычно используются искрогасители?SPQ размещаются между двигателями, катушками реле и контактами реле, контактами пускателя двигателя для подавления всплесков обратной ЭДС и помех EMI / RFI.Они используются между контактами реле и стартера двигателя для подавления дуги, возникающей при размыкании контактов, тем самым продлевая срок службы контактов. Они используются параллельно с твердотельными переключателями в качестве демпфирующих цепей.
Почему утверждения агентств безопасности важны для SPQ?Как и конденсатор X&Y, сертификаты органов безопасности гарантируют, что SPQ рассчитан на серьезные скачки напряжения и тока, которым они могут подвергаться.
Как выбрать SPQ для моего приложения? Выбор SPQ для использования обычно является эмпирическим решением.Выбор резистора и емкости конденсатора должен быть таким, чтобы решить проблему шума, но не настолько большим, чтобы вызывать другие проблемы, такие как размер или стоимость.
Хорошее практическое правило – начинать с резистора, равного номинальному напряжению цепи. Затем выберите конденсатор, размер которого соответствует текущему уровню индуктивности. Для значений тока до 1 ампера хорошей отправной точкой будет конденсатор 0,1 мФд. Для больших значений тока следует увеличить емкость. У Okaya SPQ значения емкости равны нулю.5 мФд.
Следовательно, для индуктивной нагрузки 120 В переменного тока, 0,4 Ампер будет использоваться SPQ с сопротивлением 120 Ом и значением емкости 01.mFd. Если это значение не решает проблему шума, первым делом следует увеличить значение емкости, а затем уменьшить значение сопротивления. Например, SPQ 120 Ом / 0,1 мФд и SPQ 47 Ом / 0,2 мФд имеют одинаковую электрическую постоянную времени для поглощения энергии, но более поздняя комбинация может работать лучше в конкретном приложении, чем первая из-за меньшего значения сопротивления.Как правило, не существует единого пакета SPQ, который точно подходит для данного приложения, а есть ряд комбинаций, которые будут работать.
В случае трехфазных приложений несколько RC-сетей объединяются в один пакет для защиты всех трех линий электропередачи.
Фильтр– Цепь гашения конденсатора через щетку и коммутатор двигателя постоянного тока
Нарисованное вами устройство называется демпфером RC. Поскольку у вас есть образование в области машиностроения, я объясню это как механическую аналогию.
Если в катушке индуктивности был какой-то ток, а затем выключатель размыкается, ток должен продолжать течь. Катушка индуктивности подобна маховику: скорость маховика не может изменяться мгновенно (поскольку для этого требуется бесконечная сила), а ток через индуктор не может изменяться мгновенно (поскольку для этого требуется бесконечное напряжение).
Итак, чтобы избежать очень высоких напряжений (которые обычно приводят к возникновению нежелательной дуги, плавлению полупроводников и т. Д.), Мы должны плавно , а не резко уменьшать ток.
Конденсатор обеспечивает путь для этого.
Конденсатор и резистор на переключателе похожи на пружину с некоторым трением. Если вы соедините вращающийся маховик с торсионной пружиной, вы получите колебание между кинетической энергией в маховике и упругой потенциальной энергией в пружине. Трение гасит колебания, выделяя тепло.
Энергия, которая была сохранена в катушке индуктивности, пропускает ток через оба конденсатора, и по мере прохождения тока через конденсатор напряжение на конденсаторе увеличивается, и поэтому энергия, которая была сохранена в катушке индуктивности, передается конденсатору.
В конце концов, вся энергия катушки индуктивности была передана конденсатору, и теперь напряжение, накопленное в конденсаторе, запускает ток (на этот раз в противоположном направлении) через катушку индуктивности. Этот процесс повторяется, и энергия колеблется между конденсатором и катушкой индуктивности.
Это будет продолжаться вечно, но резистор добавляет потери энергии к теплу, и поэтому колебания затухают.
Резистор, конденсатор и катушка индуктивности образуют последовательную цепь RLC, и вы можете прочитать там больше о математике.Если вы знакомы с любым видом затухающих механических колебаний, вы увидите, что это, по сути, те же дифференциальные уравнения.
Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie
Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookieЭтот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
КОЛ-ВО .1 мкФ 250 В перем. Тока X2 100 Ом RC-СЕТИ Гашение искры F1776-410-4190 / 100 20 Конденсатор для бизнеса и промышленности
КОЛ-ВО .1 мкФ 250 В перем. Тока X2 100 Ом RC-СЕТИ ПОТУШЕНИЕ ИСКРЫ F1776-410-4190 / 100 20
Эти ручки переключения включают простую инструкцию о том, как легко заполнить узор выбранным вами цветом краски.Коллекция фигурок собаки K Artistic Style, конструкция True Seamless уменьшает образование горячих точек и волдырей. могут быть небольшие различия в цветовом тоне изображений и самого предмета. [СТАБИЛЬНЫЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ]: Регулируемый ремешок чемодана с надежной застежкой-пряжкой обеспечивает безопасность, НЕ СКОЛЬЗИТСЯ ИЛИ ОСЛАБЛЯЕТСЯ. Купить Женский пуловер с укороченным верхом с кошачьими ушками, , QTY .1 мкФ, 250 В переменного тока, X2, 100 Ом, RC NETWORKS, ТУШЕНИЕ ИСКРЫ F1776-410-4190 / 100 20 , В этой сумке есть все, что вы ищете в классической спортивной сумке, стильной и модной Дизайн сделает вас более привлекательным, используйте аналогичную одежду для сравнения с размером.Водонепроницаемая сумка через плечо: из полиэстера после заполнения карты флэш-памяти. КОЛ-ВО .1 мкФ 250 В перем. Тока X2 100 Ом RC-СЕТИ Гашение ИСКРЫ F1776-410-4190 / 100 20 , Застежка для галстука поставляется с подкладкой в виде муфты и планкой кнопок и не имеет подписи. Вы отправляете посылки заказными. Это принесет стихию природы. Оживите свою вечеринку с помощью настольных ботинок All Star Grad, устойчивых к ударам и высоким температурам (до 240 ° C). КОЛ-ВО .1 мкФ 250 В перем. Тока X2 100 Ом RC-СЕТИ ТУШЕНИЕ ИСКРЫ F1776-410-4190 / 100 20 , Учитывая винтажный характер наших табачных трубок, некоторые из них могут не иметь оригинальной упаковки, ______________________________________.Сохраните дату МГНОВЕННАЯ СКАЧАТЬ Приглашение на свадьбу своими руками для печати. Наружный слой ткани: 96% полиэстер. Комбинезон Gift from the Lord Baby Shower Gift Детский комбинезон Baby Girl Onesie Cute Onesie Coming Home Outfit Новый детский комбинезон: ручной работы, QTY. 100 20 , MacCan Pneumatic PG3 / 8-5 / 16 Соединительный переходник с наружным диаметром трубы 3/8 ‘x 5/16’, нажимной для соединения фитингов (упаковка из 10 шт.) Сделано в Японии: Промышленное и научное производство. (2) Процесс склеивания: двухсторонний процесс термосваривания TPU (во всем процессе не используется клей, чтобы избежать возможных токсичных веществ), размеры относятся к размеру конструкции (ширина x высота) .Подробнее см. На изображениях, Sourcingmap 210D. Чехол для буксируемой лодки Водонепроницаемая рыбацкая лыжная бас-лодка V-образная форма Синий: Спорт и отдых. Этот матовый комплект выпускного платья изготовлен из высококачественного материала, КОЛ-ВО.1 мкФ, 250 В переменного тока, X2, 100 Ом, ТУШЕНИЕ ИСКРЫ СЕТЕЙ RC F1776-410-4190 / 100 20 , приблизительные размеры: 2 x 2 дюйма, двусторонний пододеяльник Swift Home с вымытым морщинистым покрытием из микрофибры и имитация (1 пододеяльник с застежкой-молнией и 1 имитация подушки).
Конденсаторы искрогасителя, диэлектрические силовые конденсаторы, в Нагар-роуд, Пуна, CTR Manufacturing Industries Private Limited
О компании
Год основания 1964
Правовой статус компании с ограниченной ответственностью (Ltd./Pvt.Ltd.)
Характер бизнеса Производитель OEM
Количество сотрудников от 501 до 1000 человек
Годовой оборот 100-500 крор
Участник IndiaMART с сентября 2010 г.
GST27AAACC7256R1Z1
Код импорта-экспорта (IEC) 03881 *****
Мы, CTR Manufacturing Industries Limited , открытая в 1964 , являемся сертифицированной фирмой ISO 9001: 2008 , зарекомендовавшей себя как один из известных производителей, экспортеров, импортеров и поставщиков различных типов погрузочно-разгрузочного оборудования.В ассортимент нашей продукции входят погрузочно-разгрузочное оборудование для барабанов, тележки для поддонов и электрические ричтраки. Предлагаемые продукты заслужили похвалу за их долговечность, прекрасную отделку, прочную конструкцию и устойчивость к коррозии. Мы уделяем особое внимание удовлетворению потребностей клиентов и для этого выполняем все виды деятельности с системным подходом.Нас поддерживает современное инфраструктурное подразделение, охватывающее обширную территорию и оснащенное новейшими машинами и инструментами для бесперебойной работы.Инфраструктура компании разделена на различные секции, такие как производственная единица, отдел проверки качества, отдел исследований и разработок, а также отдел складирования и упаковки. Для нас качество является основной ценностью и доказывает, что мы всегда внимательно следим за тем, чтобы наши продукты проходили регулярный контроль и строгие проверки качества по различным параметрам, таким как срок службы и конструкция, прежде чем они будут доставлены нашим клиентам. Мы импортируем из Италии, Германии, Кореи, Тайваня, Японии, Китая и Экспорт в страны Южной Америки, Индонезию, Малайзию, Бангладеш, Ближний Восток .
Видео компании
Моделирование и симуляция режима гашения тока линейного устройства молниезащиты
Мы разрабатываем последовательную модель линейного устройства молниезащиты (LLPD) и демонстрируем, что она может объяснить два режима гашения тока – гашение импульса и гашение нулевого тока, наблюдаемые в таких устройствах.Анализ размеров показывает, что гашение импульсов всегда можно получить, если потери мощности от электрических дуг достаточно велики по сравнению с, где U 0 – напряжение сети, а I f – максимальное последующее ток после удара молнии. Мы также показываем, что два режима гашения могут быть воспроизведены в полном трехмерном моделировании дуги в сочетании с соответствующей схемной моделью, что позволяет нам более подробно анализировать потери мощности от дуги.Из-за высокой температуры основным механизмом потери мощности является излучение, которое необходимо правильно моделировать, чтобы получить физически значимые результаты. Результаты позволят нам использовать численное моделирование для оптимизации способности LLPD к гашению в будущем.
Мы рассматриваем линейное устройство молниезащиты (LLPD), состоящее из серии дуговых разрядников между линией питания и землей. Во время нормальной работы сети устройство работает как изолятор, поскольку напряжение на устройстве недостаточно, чтобы вызвать пробой диэлектрика и искрение.С другой стороны, в случае удара молнии большое перенапряжение вызовет в устройстве серию электрических дуг. Это позволяет перенаправить ток молнии на землю, тем самым защищая изоляцию линии электропередачи. Типичный LLPD, состоящий из 8 последовательно расположенных арочных камер, показан на рисунке 1.
Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рисунок 1. Типичное линейное устройство молниезащиты (LLPD), состоящее из восьми последовательно соединенных дугогасительных камер.На рисунке показаны концевые электроды (1, 2), промежуточные электроды (3), основной корпус зева (4), втулка жесткости из стеклопластика (5), основание разрядной камеры (6), дополнительный электрод. (кабель) (7) и кран (8).
Загрузить рисунок:
Стандартный образ Изображение высокого разрешенияВажной характеристикой LLPD является его способность гасить ток после удара молнии. Эксперименты, проведенные на реальных устройствах, последовательно продемонстрировали два режима гашения тока [1–3]: в случае гашения нулевого тока (ZQ) ток будет течь через устройство до тех пор, пока он не пройдет через ноль из-за исчезающего напряжения сетки.Это приводит к возникновению дуги порядка 10 мс. В случае гашения импульса (IQ) ток подавляется в течение менее 0,1 мс после удара молнии, что приводит к значительно меньшей эрозии дугогасительных камер и электродов.
Два режима гашения не определяются фундаментальными физическими свойствами дуги, а зависят от ее взаимодействия с электрической цепью. В обоих случаях дуга действует как нелинейный резистивный элемент с отрицательным дифференциальным сопротивлением, т.е.е. сопротивление уменьшается с увеличением тока. В случае IQ напряжение дуги достаточно велико, чтобы ограничить ток, что приводит к быстрому гашению. В противном случае дуга будет гореть до тех пор, пока переменный ток в цепи не пройдет через ноль. Ситуация аналогична поведению автоматических выключателей [4–6]. Напряжение дуги в высоковольтных выключателях намного меньше напряжения сети, и ток будет продолжать беспрепятственно течь через дугу до следующего нуля тока, соответствующего ZQ.В случае выключателей низкого напряжения, обычно оборудованных разделительными пластинами, общее напряжение дуги выше, чем напряжение сети, и ток дуги ограничен, что соответствует IQ. Однако есть одно очень важное различие между LLPD и автоматическими выключателями. В случае автоматического выключателя ток сети должен быть прерван. LLPD, с другой стороны, должен только передавать ток от импульса молнии. Любой последующий ток, вызванный сетевым напряжением, вреден для устройства и должен быть погашен как можно быстрее.
Цель этой статьи – предоставить физическое объяснение двух режимов гашения тока и разработать имитационную модель, подходящую для разработки виртуального продукта. Мы начнем с рассмотрения простой схемы с дуговым разрядником, представленной моделью дуги Кэсси – Майра. Анализ размеров этой модели приводит к простому критерию IQ с точки зрения напряжения сети, максимального последующего тока и потерь мощности дуги. На втором этапе мы разрабатываем полное трехмерное моделирование дуги, основанное на предположении о тепловой плазме, и используем его для моделирования как ZQ, так и IQ.Эта модель позволяет нам изучить форму дуги в реальной геометрии дугогасительной камеры и изучить взаимодействие дуги с цепью.
Разницу между импульсным гашением и гашением при нулевом токе можно легко проиллюстрировать в лаборатории, используя установку, изображенную на рисунке 2. Левая часть схемы представляет колеблющееся напряжение сетки, а правая часть представляет устройство искрения дуги. R a ( I ) последовательно с сопротивлением опоры R p башни и земли.Дифференциальные уравнения, описывающие эту систему, имеют вид
и
где I 1 представляет собой ток через катушку, а I 2 – ток через два сопротивления.
Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рисунок 2. Простая электрическая схема для иллюстрации разницы между импульсным и токовым гашением нуля.Левая часть состоит из конденсатора C 0 и индуктивности L 0 и используется для моделирования напряжения сети. Правая часть состоит из сопротивления опоры R p , соединенного последовательно с дугой, представленной сильно нелинейным сопротивлением.
Загрузить рисунок:
Стандартный образ Изображение высокого разрешенияСопротивление из-за дуги в LLPD моделируется простой формой уравнения Кэсси-Майра [7, 8],
Эта модель имеет то преимущество, что она описывает поведение дуги с использованием двух физически значимых параметров: τ – внутренняя шкала времени дуги, определяющая, насколько быстро она реагирует на изменение тока, и P a ( I ) – потеря мощности дуги из-за конвекции и излучения.Часто используемое приближение для функции потерь заключается в предположении, что плотность тока дуги постоянна, то есть радиус пропорционален, и что дуга теряет энергию только со своей поверхности [9]. Это ведет к
с . Другой способ понять важность показателя степени α – рассмотреть стационарное напряжение дуги U a из уравнения (3). Ибо получаем
Важным моментом является то, что дуга показывает отрицательное дифференциальное сопротивление, что означает, что напряжение дуги уменьшается с увеличением тока для любого.При напряжение дуги примерно не зависит от тока. Приведенный ниже вывод действителен для любого, и мы будем использовать его для иллюстрации.
Перед тем, как решать уравнения схемы, имеет смысл записать их в безразмерном виде, используя параметры схемы. Напряжение заряда конденсатора U 0 определяет уровень напряжения, а шкала времени t 0 определяется через
Соответствующая шкала тока следует из
Тогда единица измерения сопротивления будет
и блок для мощности
Мы записываем все физические величины как произведение физического масштаба и безразмерного количества в соответствии с
С этими определениями уравнения схемы задаются следующим образом:
и
где γ – безразмерная постоянная, определяющая потери мощности дуги, т.е.е. функция потерь записывается как
Эта новая система уравнений (11) – (14) содержит только безразмерные константы, γ и.
Типичные примеры гашения нуля (ZQ) и гашения импульса (IQ) показаны на рисунке 3. Дуга зажигается путем переключения значения с очень большого постоянного значения (в нашем случае) на момент времени, когда конденсатор полностью заряженный. В случае ZQ дуга будет гореть до тех пор, пока напряжение сети на дуговом промежутке не исчезнет и дуга не погаснет.В случае IQ напряжения сети недостаточно для поддержания дуги, и оно исчезает в масштабе времени порядка τ .
Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения
Загрузить рисунок:
Стандартный образ Изображение высокого разрешенияСамый сложный случай гашения тока – это когда конденсатор полностью заряжен, так как это приводит к максимальному току, протекающему через дугу. Мы определяем максимальный ток слежения в соответствии с
Сопротивление стационарной дуги может быть получено из уравнения (13) в соответствии с
Суммарное напряжение на дуге и сопротивление заземления тогда
Вставка выражения для сопротивления дуги и оптимизация с учетом приводит к критическому току
Подставляя это выражение в выражение для напряжения, получаем критическое напряжение
Поскольку максимальное зарядное напряжение равно единице в наших безразмерных единицах, теперь мы можем записать выражение для необходимой (или критической) охлаждающей способности дуги.
Например, с получим
Возвращаясь к единицам измерения, мы обнаруживаем, что для требуемой охлаждающей способности дуги
или, в случае
Этот удивительно простой результат показывает, что гашение импульса может быть достигнуто при любом уровне напряжения при условии, что потери мощности дуги выше, чем в соответствии с уравнениями (22) или (23).К сожалению, сопротивление основания должно быть небольшим, чтобы ток молнии мог проходить через LLPD без повреждения изоляции. Поэтому задача состоит в том, чтобы увеличить потери мощности дуги за счет оптимизации дугогасительных камер. Это невозможно сделать с помощью простой модели Кэсси-Майра, поэтому в следующем разделе мы обратимся к трехмерному моделированию электрической дуги.
Приведенный выше анализ рассматривал только одну дугу, тогда как реальный LLPD состоит из ряда последовательно соединенных дугогасительных камер.К счастью, это не делает анализ недействительным, так как через все устройства будет протекать один и тот же ток. Увеличение напряжения на одной дуге приведет к уменьшению тока, протекающего через другие дуги, в результате чего сопротивление дуги повсюду возрастает. Дуга – это, по сути, резистивный элемент, и несколько последовательно подключенных резисторов всегда можно заменить одним большим резистором.
Уравнение Кэсси – Майра – это простая интегральная модель электрической дуги, которую нельзя использовать для оптимизации дугогасительной камеры.Чтобы понять влияние геометрии на характеристики дуговой камеры, необходимо выполнить полное трехмерное моделирование электрической дуги, как это обычно делается при проектировании автоматических выключателей [10] и плазменных горелок [11]. Простейшая возможная модель состоит из связи сжимаемых уравнений Навье – Стокса с уравнениями Максвелла через электропроводность плазмы, которую часто называют магнитогидродинамической МГД-моделью. Уравнения Навье – Стокса состоят из уравнений переноса массы, импульса и энтальпии и могут быть записаны в виде
Здесь ρ представляет массовую плотность плазмы, – скорость потока газа, p – статическое давление, τ – вязкую часть тензора напряжений, а h – удельную энтальпию.Последний член уравнения (26) представляет тепловой поток, который разделен на теплопроводность и лучистый тепловой поток. О последнем будет сказано подробнее ниже. Эффект турбулентности учитывается в модели турбулентности и включается в эффективную вязкость и теплопроводность газа. Мы использовали модель турбулентности для всех расчетов (см., Например, [12]).
Чтобы решить вышеуказанную систему уравнений, нам нужно добавить тепловые и калорические уравнения состояния,
Кроме того, требуются данные о вязкости, теплопроводности и электропроводности плазмы.Поскольку молекулы газа диссоциируют и ионизируются при высоких температурах, вычисление этих свойств довольно сложно, как будет обсуждаться ниже.
Связь с электромагнитным полем осуществляется за счет силы Лоренца и омического нагрева, где – плотность электрического тока, – электрическое поле, – магнитная индукция. Плотность тока в проводящей жидкости определяется выражением
где σ – проводимость плазмы. Таким образом, электропроводность действует как константа связи между потоком и электромагнитными полями.В самом деле, поток и электромагнитные поля не взаимодействуют.
Обычно нет необходимости решать полные уравнения Максвелла для вычисления электрического и магнитного полей. В данной работе мы использовали приближение магнитостатики, т.е.
и
Это приближение основано на двух предположениях: плазму можно считать нейтральной по заряду, чтобы не происходило соответствующего накопления электрического заряда, и что проводимость плазмы не слишком высока. Точнее, мы предполагаем, что током смещения можно пренебречь из уравнений Максвелла, что верно, если характерный временной масштаб системы t c достаточно велик,
где – диэлектрическая проницаемость вакуума.Кроме того, мы можем использовать приближение магнитостатики для магнитного поля, если
где – проницаемость вакуума, а L – характерный размер плазмы. Поскольку электрическая проводимость плазмы атмосферного воздуха обычно достигает значений, эти два условия легко выполняются для дуги.
Приведенные выше уравнения описывают плазму с нейтральным тепловым зарядом и обычно используются для моделирования выключателей [13]. Их нельзя использовать для описания начального диэлектрического пробоя газа или других ситуаций, когда температура электронов намного выше температуры газа.В настоящем исследовании мы используем только трехмерную модель дуги, чтобы описать, как существующая дуга охлаждается за счет излучения и конвекции. Таким образом, релевантными временными шкалами являются шкала времени, определяемая схемой (), и время охлаждения дуги (параметр τ в модели Кэсси – Майра). Само зажигание дуги здесь не рассматривается, но будет предметом будущих исследований.
3.1. Свойства материала
Как уже указывалось выше, термодинамические свойства плазмы трудно вычислить из-за процессов ионизации и диссоциации при высоких температурах.К счастью, эти процессы очень быстрые, что позволяет нам использовать приближение локального теплового равновесия (ЛТР), когда свойства плазмы зависят только от локальной температуры и давления. Это позволяет предварительно рассчитать все необходимые термодинамические свойства и коэффициенты переноса и сохранить их в виде справочных таблиц. Подробности о том, как вычислить эти свойства, можно найти в литературе [14, 15]. Данные, использованные в этом исследовании, были предоставлены Петром Клоком из Технологического университета Брно [16].
Справочные таблицы были реализованы с использованием кубических сплайнов для температурной зависимости. Зависимость от давления учитывалась только для плотности и электропроводности плазмы. Удельная теплоемкость слабо зависит от давления, поскольку представляет собой энергию, приходящуюся на молекулу, и реализована как функция только от температуры. Вязкость и теплопроводность не очень важны, так как используется модель турбулентности, и мы решили пренебречь зависимостью от давления и для этих величин.Важные данные о материалах показаны на рис. 4. Для простоты мы пренебрегли контактной эрозией и абляцией материала со стенок камеры горения дуги, что позволило выполнить моделирование с использованием постоянного состава газа. Кроме того, эффекты корня дуги еще не включены в моделирование. Более подробная модель должна будет учесть эти эффекты, увеличивая как сложность, так и вычислительные затраты на моделирование. Как будет показано ниже, нашей простой модели достаточно, чтобы объяснить экспериментальные результаты.
Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рис. 4. Характеристики материала для воздуха как функция температуры. Зависимость данных от давления была включена для плотности и электропроводности. Удельная теплоемкость не сильно зависит от давления и поэтому была рассчитана при постоянном давлении в. Из-за модели турбулентности теплопроводность и вязкость не очень важны и поэтому также были рассчитаны при.
Загрузить рисунок:
Стандартный образ Изображение высокого разрешения3.2. Перенос излучения
Из-за чрезвычайно высоких температур излучение является доминирующим механизмом переноса энергии в электрической дуге. Явление может быть смоделировано уравнением теплопередачи для спектральной интенсивности излучения [17], которое определяется выражением
Здесь – интенсивность излучения в положении по направлению с частотой ν , – коэффициент поглощения среды, – функция Планка,
где h – постоянная Планка, c – скорость света и k B – константа Больцмана.Это уравнение обычно решается для конечного числа направлений с использованием метода дискретных ординат или DOM. В этом случае не представляется возможным использовать чистый коэффициент излучения для излучения, поскольку плазма заполняет всю дугогасительную камеру и четко выраженная дуга отсутствует. Основная проблема заключается в том, что коэффициент поглощения сильно зависит от частоты. Поскольку невозможно решить уравнение (33) для каждой возможной частоты, необходимо использовать многополосный подход с небольшим количеством полос путем усреднения коэффициентов поглощения по конечным частотным диапазонам [18].Самый важный эффект заключается в том, что высокие частоты сильно поглощаются плазмой, а низкие – нет. Поэтому мы решили использовать простую двухполосную модель при моделировании. Первая полоса частот имеет длину волны от нуля до и коэффициент поглощения, вторая полоса начинается от до с коэффициентом поглощения. Эти значения были определены путем усреднения данных коэффициента поглощения, предоставленных Петром Клоком из Технологического университета Брно [15, 16].
LLPD, как показано на рисунке 1, состоит из ряда последовательно соединенных дугогасительных камер. Поскольку эти дугогасительные камеры объединяются для гашения тока, достаточно рассмотреть одну единственную дугогасительную камеру и соответствующим образом изменить масштаб напряжения.
Кроме того, дуговые камеры имеют плоскость симметрии, что позволяет сократить геометрию пополам. Фактическая дугогасительная камера и геометрия, использованная при моделировании, показаны на рисунке 5. Камера состоит из двух полых электродов, заключенных в силиконовый каучук.Дуга горит в дуговой камере между двумя электродами, и нагретый воздух выходит через щель в верхней части камеры.
Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рис. 5. Примерная демонстрация одной дуговой камеры как части устройства молниезащиты (LLPD) всей линии (a) и числовая модель камеры, которая использовалась для моделирования потока жидкости в рамках совместного моделирования (b ).Камера состоит из двух полых электродов, покрытых силиконовой резиной. Симметрия камеры позволяет вдвое уменьшить размер модели и вычислительные затраты.
Загрузить рисунок:
Стандартный образ Изображение высокого разрешения4.1. Численная модель, включающая электрическую цепь
Как уже было показано, IQ возникает в результате взаимодействия дуги с цепью. В частности, потери мощности дуги должны быть достаточно большими по сравнению с мощностью, обеспечиваемой цепью.Чтобы иметь возможность воспроизвести экспериментальные результаты как можно точнее, схема, показанная на рисунке 6, была использована для моделирования, соответствующего экспериментальной установке. Левая часть представляет собой колебательный контур, состоящий из индуктора L 0 и конденсатора C 0 . Он представляет собой сетевое напряжение с частотой 50 Гц. Индуктор L 1 отключает конденсатор C 0 от дуговой камеры в момент гашения дуги.Удар молнии имитируется искусственным источником тепла, который активируется в течение одной микросекунды для создания проводящего канала. После этой инициализации плазмы сеточное напряжение подается на конденсатор C, 0 . Эволюция напряжения и тока дуги определяется охлаждением или потерей мощности дуги из-за излучения и конвекции, как уже обсуждалось выше в отношении модели Кэсси-Майра.
Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рисунок 6. Электрическая схема, используемая в численном моделировании. Она очень похожа на экспериментальную испытательную схему, за исключением того, что в экспериментах использовалось 8 последовательно включенных дугогасительных камер. Модель дуги на этой схеме представляет собой совместное моделирование, состоящее из CFD и электромагнитного моделирования. С электрической точки зрения дуга представляет собой сильно нелинейное омическое сопротивление.
Загрузить рисунок:
Стандартный образ Изображение высокого разрешения4.2. Коды моделирования и сопряжение
ANSYS FLUENT использовался для моделирования потока жидкости в плазме, тогда как ANSYS EMAG использовался для электродинамического моделирования.Оба кода связаны программным пакетом MpCCI. Обратите внимание, что ANSYS FLUENT использует метод конечных объемов, тогда как ANSYS EMAG использует метод конечных элементов (FEM). Таким образом, оба моделирования выполняются на разных сетках.
Граничные условия для CFD-моделирования представлены на рисунке 7: дугогасительная камера окружена воздушной коробкой с условием выхода давления, концы полых электродов моделируются как стенки, поскольку электроды дугогасительных камер расположены последовательно. связаны на самом деле.Обратите внимание, что к верхней поверхности применяются условия симметрии. Кроме того, граничные условия для электромагнитного моделирования представлены на рисунке 8: поскольку дуговая камера интегрирована в электрическую цепь при моделировании, а также в экспериментах, на электроды накладываются граничные условия напряжения. Затем уровень приложенного напряжения временно определяется взаимодействием дугогасительной камеры с электрической цепью. Дополнительно к внешней поверхности применяется условие параллельного магнитного потока, а к верхней поверхности применяются условия симметрии.
Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рис. 7. Представление имитационной модели CFD, включая граничные условия. Дугогасительная камера окружена воздушной коробкой с выходом давления, концы полых электродов моделируются как стенки, поскольку в действительности электроды дугогасительных камер соединены последовательно. Обратите внимание, что к верхней поверхности применяются условия симметрии.Эффекты из-за контактной эрозии и абляции материала корпуса не включены в моделирование.
Загрузить рисунок:
Стандартный образ Изображение высокого разрешенияПриблизить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рис. 8. Представление модели электромагнитного моделирования, включая граничные условия. Поскольку дугогасительная камера интегрирована в электрическую цепь, на электроды накладываются граничные условия напряжения.Затем уровень приложенного напряжения временно определяется взаимодействием дугогасительной камеры с электрической цепью. Дополнительно к внешней поверхности применяется условие параллельного вектора магнитного потенциала. Обратите внимание, что к верхней поверхности применяются условия симметрии. Модели корня дуги не включаются в моделирование.
Загрузить рисунок:
Стандартный образ Изображение высокого разрешенияДавление и температура вычисляются ANSYS FLUENT, который использует эту информацию для вычисления электропроводности.Затем эта проводимость передается в ANSYS EMAG, который вычисляет электромагнитные поля, силу Лоренца и омические потери. Последние две величины затем передаются в качестве источников в ANSYS Fluent. Отображение и интерполяция данных выполняется MpCCI автоматически.
Электродинамическое моделирование является переходным, поскольку конденсаторы и катушки индуктивности включены в электрическую цепь. Поскольку дуга является чисто резистивным элементом, ее можно рассматривать как статическую. Интеграция дуговой камеры в электрическую цепь определяет граничные условия как граничные условия напряжения.
В дополнение к описанному подходу к моделированию такая же эволюция напряжения и тока дуги была исследована с помощью экспериментов, проведенных Streamer International. В отличие от численного моделирования, серия из восьми дугогасительных камер была подключена к электрической цепи, что можно увидеть на рисунке 6. Поскольку полное устройство состоит из более чем одной камеры, эксперименты проводились таким образом, используя сетевое напряжение 25 кВ. Изображение всего устройства можно увидеть на рисунке 1.Для начала экспериментов электрическая дуга запускается с помощью высоковольтного генератора грозовых импульсов (не показан на рисунке 6).
Было проведено два моделирования с разными напряжениями в сети. В отличие от модели Кэсси-Майра, мы не можем изменять охлаждающую способность дуги, так как это определяется геометрией дуговой камеры и другими деталями физической модели, такими как материалы. Таким образом, чтобы получить разницу между ZQ и IQ, нам необходимо изменять напряжение сети, что достигается путем изменения напряжения зарядки конденсатора.В первом моделировании приложенное сеточное напряжение на конденсаторе C 0 было установлено равным 3 кВ, что привело к нулевому гашению дуговой камеры. Во втором моделировании оно было установлено на 1 кВ, что привело к гашению импульса. Пониженное сетевое напряжение приводит к меньшей мощности нагрева и, следовательно, к высокой способности гашения для этого конкретного типа дуговой камеры, что фактически определяет основные механизмы охлаждения. Результат согласуется с теоретическим анализом раздела 2: охлаждающая способность дуги достаточна для ограничения тока при U c = 1 кВ, но недостаточна при U c = 3 кВ.Изменение напряжения и тока дуги, а также результирующее сопротивление дуги можно увидеть на рисунке 9 и на рисунке 10 для гашения с нулевым и импульсным гашением, соответственно. Интересно видеть, что напряжение дуги остается довольно постоянным, пока дуга горит, а затем быстро падает. Другими словами, его поведение достаточно хорошо предсказывается моделью Кэсси – Майра с короткой шкалой времени τ и показателем степени. Дополнительные колебания напряжения на рисунке 9 являются результатом использования дополнительных конденсаторов и катушек в используемой модели схемы.
Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рисунок 9. Сравнение экспериментальных (а) и численных (б) определенных изменений напряжения дуги и тока дуги при нулевом гашении. Результаты показывают достаточно хорошее качественное согласие. Обратите внимание, что в эксперименте и моделировании использовались разные установки (подробности написаны в тексте).
Загрузить рисунок:
Стандартный образ Изображение высокого разрешенияПриблизить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рисунок 10. Сравнение экспериментальных (а) и численных (б) определенных изменений напряжения дуги и тока дуги при импульсном гашении. Результаты показывают достаточно хорошее качественное согласие. Обратите внимание, что в эксперименте и моделировании использовались разные установки, как описано в тексте.
Загрузить рисунок:
Стандартный образ Изображение высокого разрешенияПоскольку при моделировании использовалась только одна камера, тогда как в эксперименте использовалось восемь, прямое и количественное сравнение экспериментальных и численных результатов невозможно.Вместо этого мы разделили экспериментально измеренное напряжение дуги на количество камер, которые использовались, чтобы качественно сравнить его с током дуги и напряжением из моделирования. Этот подход требует идентичных дугогасительных камер с синхронизированными дугами и кажется разумным, поскольку все камеры изготавливаются одинаково.
Напряжение сети – единственный параметр, который изменяется в экспериментальной ситуации для переключения между нулевым гашением и импульсным гашением, что соответствует численному моделированию.Экспериментальные и численные результаты в случае гашения нуля и гашения импульсом, соответственно, представлены на рисунке 9 и на рисунке 10. Очевидно, наша простая модель дуги способна очень хорошо уловить качественное поведение ZQ и IQ. Однако в случае импульсного гашения ток моделирования ниже, чем в эксперименте. Эта разница, вероятно, связана с инициализацией дуги, которая была выполнена с использованием сильноточного импульса в эксперименте и с использованием предварительно нагретого плазменного канала в моделировании.Тем не менее, моделирование и эксперименты показывают одинаковое качественное поведение с быстрым гашением во временном масштабе менее 1 мс.
В случае нулевого гашения экспериментальная и численная эволюция сопротивления дуги в первые 5 мс показана на рисунке 11. Можно видеть, что сопротивление в эксперименте значительно ниже по сравнению с моделированием. В этом нет ничего удивительного, поскольку мы сделали ряд грубых приближений для создания модели дуги: контактная эрозия и абляция стенки игнорируются, мы используем только воздух в качестве газа, излучение моделируется с помощью простой двухзонной модели, дуги нет. Реализована корневая модель.Улучшение количественного согласия между нашей моделью дуги и реальностью – это тема продолжающейся работы. Однако эти улучшения изменят только сопротивление дуги, но не повлияют на качественную картину.
Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рис. 11. Сравнение экспериментальных (а) и численных (б) результатов эволюции сопротивления дуги при нулевом гашении. Видно, что сопротивление значительно выше при моделировании по сравнению с экспериментом, но имеет качественное согласие.
Загрузить рисунок:
Стандартный образ Изображение высокого разрешенияНа фиг. 12 дуга между полыми электродами в качестве примера представлена изоповерхностью с электропроводностью 5000 См · м -1 . Поверхность качественно окрашена электрическим потенциалом. На рисунке 13 плотность воздуха показана по возрастанию. Из этого рисунка видно, как воздух поступает в сопло, а также в полые электроды, где он отражается от закрытых стенок электродов.Гашение дуги поддерживается эффектами конвективного охлаждения в области дуги за счет потока воздуха.
Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рис. 12. Изображение электрической дуги на изоповерхности с электропроводностью 5000 См · м −1 . Поверхность качественно окрашена электрическим потенциалом.
Загрузить рисунок:
Стандартный образ Изображение высокого разрешенияПриблизить Уменьшить Сбросить размер изображения
Рисунок 13. Переходное изменение плотности для иллюстрации ударной волны, выбрасываемой из сопла.
Загрузить рисунок:
Стандартный образ Изображение высокого разрешенияМы проанализировали два режима гашения тока, возникающие в LLPD, и дали теоретическое объяснение этому явлению. Анализ размеров показывает, что если охлаждающая способность дуги пропорциональна произведению сетевого напряжения и максимального следящего тока (), мы можем гарантировать импульсное гашение с очень коротким следящим током, что приведет к значительно меньшей эрозии устройства. .Это имеет важные последствия для приложений.
Кроме того, мы продемонстрировали, что мощность гашения дуги может быть очень хорошо смоделирована с использованием полностью разрешенного трехмерного моделирования, основанного на уравнениях магнитогидродинамики для тепловой плазмы. Как и следовало ожидать, излучение является основным механизмом потери энергии дуги. Это означает, что вольт-амперные характеристики дуги чувствительны к спектру поглощения плазмы. Дополнительные усилия потребуются для определения и вычисления эффективных коэффициентов поглощения для плазмы, и это будет предметом предстоящей публикации.Кроме того, более детальное моделирование также должно будет включать эффекты контактной эрозии и абляции материала стенки, изменяющие как давление в дуговой камере, так и состав плазмы.
Мы полагаем, что можно будет значительно увеличить напряжение дуги, используя продуманную конструкцию камеры дуги и соответствующие материалы. Трехмерное моделирование явления дуги позволит проектировать будущие LLPD на компьютере с учетом всех соответствующих физических эффектов.
Автор с благодарностью отмечает финансирование Швейцарской комиссии по технологиям и инновациям CTI в рамках гранта 16272.1 PFEN-IW. Часть работы также финансировалась Университетом прикладных наук HSR в Рапперсвиле.
Зарядные устройства для конденсаторов Photoflash идут в ногу со термоусадочными камерами
Камера-телефоны прошли долгий путь с тех пор, как первое поколение интегрированных камер предлагало CMOS-изображения низкого разрешения через глазок пластиковой линзы. Теперь КПК и мобильные телефоны высокого класса оснащены высококачественными камерами с разрешением 2 мегапикселя и стеклянной оптикой.Поскольку эти устройства постоянно носят с собой большинство пользователей, размер имеет первостепенное значение. Светодиодные вспышки были представлены в камерах сотовых телефонов ранних моделей, но они не могут производить достаточно света и им не хватает спектрального качества, необходимого для камер более высокого класса. Хотя ксеноновые вспышки являются оптимальным источником света для фотографии, они требовали значительно больше места на плате, чем светодиодные вспышки, пока LT3468 не позволил ксеноновым вспышкам поместиться в пространствах сотовых телефонов и КПК. Зарядные устройства для конденсаторов с фотовспышкой LT3484 и LT3485 улучшают LT3468.
LT3484 и LT3485 основаны на запатентованной схеме управления LT3468, обеспечивая хорошо контролируемый ток батареи, быструю зарядку и высокую эффективность. В обеих сериях деталей используются те же крошечные низкопрофильные трансформаторы, что и в LT3468. Доступный в 6-выводном корпусе DFN 2 мм × 3 мм, LT3484 значительно уменьшает пространство на плате за счет меньшего размера корпуса и общего размера решения по сравнению с LT3468. LT3484 также добавил дополнительный вывод V BAT , чтобы он мог работать от двух щелочных элементов.Для приложений ксеноновой фотовспышки с IGBT LT3485 дополнительно уменьшает размер решения за счет тех же функций фотовспышки, что и LT3484, и встроенного драйвера IGBT в своем 10-выводном корпусе DFN 3 мм × 3 мм. LT3485 также имеет вывод монитора выходного напряжения.
Типичная прикладная схема для LT3484 показана на рисунке 1. При высоком уровне интеграции внутри детали прикладная схема требует только крошечный низкопрофильный трансформатор, высоковольтный диод и входной байпасный конденсатор для зарядки любого размер выходного конденсатора до 320В.Несмотря на то, что для этого требуется всего 70 мм 2 ценного места на плате, запатентованная схема управления с ее мощным, интегрированным низкоомным переключателем питания NPN обеспечивает быстрое время зарядки, показанное на рисунке 2. Существует три версии LT3484 в зависимости от времени зарядки и входного тока. требования. У LT3484-0 самый высокий входной ток – 500 мА, а у LT3484-1 – самый низкий средний входной ток, равный 225 мА. LT3484-2 имеет входной ток 375 мА.
Рис. 1. Компактная схема зарядки конденсатора с фотовспышкой 320 В не требует внешнего диода Шоттки.
Рис. 2. Время зарядки LT3484.
Типичная прикладная схема LT3485 показана на рисунке 3. Помимо схемы зарядки конденсатора фотовспышки, LT3485 объединяет привод IGBT и монитор выходного напряжения. Встроенный привод IGBT экономит ценное место на плате и снижает затраты за счет устранения нескольких внешних компонентов. Монитор выходного напряжения обеспечивает решение для мониторинга выходного напряжения, не прибегая к резистивному делителю на выходе, который истощал бы выходной конденсатор.Наряду с версиями LT3484 с идентичным уровнем тока, серия LT3485 имеет компонент с высоким входным током, LT3485-3, на 750 мА. Типичное время зарядки показано на Рисунке 4.
Рис. 3. Компактная схема зарядки конденсатора с фотовспышкой 320 В со встроенным приводом IGBT.
Рис. 4. Время зарядки LT3485.
На рисунке 5 показана блок-схема LT3484 и LT3485, которые работают идентично, за исключением привода IGBT и монитора выходного напряжения в LT3485, выделенного на схеме.Переход от низкого к высокому на выводе CHARGE инициирует деталь. Фронт, запускаемый однократным запуском, запускаемый контактом CHARGE, переводит различные защелки внутри детали в правильное состояние.
Рис. 5. Блок-схема LT3484 и LT3485.
Деталь начинает зарядку включением силового NPN транзистора Q1. Когда Q1 включен, ток в первичной обмотке трансформатора обратного хода увеличивается. Когда он достигает предела тока, Q1 отключается, и вторичная обмотка трансформатора подает ток на конденсатор фотовспышки через диод D1.В это время напряжение на выводе SW пропорционально выходному напряжению. Поскольку вывод SW выше, чем V BAT на величину, примерно равную (V OUT + 2 • V D ) / N, выходной сигнал компаратора режима прерывистой проводимости (DCM) высокий. В этом уравнении V OUT – это напряжение конденсатора фотовспышки, V D – прямое падение выпрямительного диода, а N – коэффициент трансформации трансформатора.
Когда ток во вторичной обмотке трансформатора падает до нуля, напряжение на выводе SW падает до V BAT или ниже.В результате на выходе компаратора DCM становится низкий уровень, что запускает однократный запуск. Это приводит к тому, что Q1 снова включается, и цикл повторяется.
Определение выходного напряжения осуществляется через компаратор A2. Когда вывод SW на 31,5 В выше, чем V BAT в любом цикле, выход A2 становится высоким. Это сбрасывает главную защелку, и деталь перестает подавать питание на конденсатор фотовспышки. Подача питания может возобновиться только при понижении, а затем повышении уровня на выводе CHARGE.
Обратите внимание, что магнитный поток в обратном трансформаторе сводится к нулю в каждом цикле переключения.Это обычно называется работой в граничном режиме, поскольку трансформатор работает между режимом непрерывной проводимости и режимом прерывистой проводимости (CCM и DCM соответственно). Когда на выводе CHARGE в любой момент устанавливается низкий уровень, LT3484 / LT3485 прекращает подачу питания и переходит в режим отключения, тем самым снижая ток покоя до менее 1 мкА. На рисунке 6 показаны некоторые типичные формы сигналов для LT3484 и LT3485.
Рис. 6. Форма сигнала переключения LT3485 на выходе 300 В.
Производители фотоаппаратов продолжают пытаться дифференцировать свои продукты с помощью новых функций, таких как стробоскопические снимки и последовательные снимки.Эти новые функции полагаются на быструю зарядку конденсатора между выстрелами. Если конденсатор заряжен не полностью, достаточно ли высокого напряжения для возникновения вспышки? LT3485 решает эту проблему за счет включения выходного сигнала полной шкалы 1 В, V MONT , пропорционального напряжению конденсатора. Этот вывод может быть легко прочитан микроконтроллером с АЦП.
На рисунке 7 показан измеренный выходной сигнал V MONT . Из-за высокоскоростного характера схемы и высокого dV / dt контакта переключателя на выходе V MONT присутствует небольшая пульсация, которую можно уменьшить, добавив 0.Конденсатор 1 мкФ на выходе или использование АЦП для многократной выборки выходного сигнала V MONT и взятия среднего значения.
Рис. 7. Форма сигнала монитора выходного напряжения во время зарядки.
Большинство вспышек способны подавлять эффект красных глаз и мигать со световой обратной связью. Эти функции гасят или останавливают вспышку до того, как конденсатор полностью разрядится. Этот дополнительный уровень управления требует сильноточного высоковольтного биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT). Биполярный транзистор с изолированным затвором имеет преимущество высокого напряжения и высокого тока, но не требует базового тока, поскольку он имеет затвор MOSFET в качестве входа.Компромисс между этими двумя преимуществами – скорость. Поскольку время вспышки составляет порядка миллисекунд, скорость в этом приложении не является проблемой, и IGBT идеально подходит для этой роли.
Как и полевой МОП-транзистор, затвор действует как конденсатор. Работа драйвера IGBT – заряжать и разряжать ворота. Драйвер IGBT не обязательно должен быть быстрым, и на самом деле быстрый драйвер может потенциально разрушить устройство. IGBT включается, когда вывод IGBTIN превышает 1,5 В, и выключается, когда вывод IGBTIN ниже 0.3В. Когда на входе высокий уровень, драйвер потребляет небольшой ток, чтобы поддерживать высокий уровень затвора с помощью PNP. Когда на входе низкий уровень, у драйвера нулевой ток покоя. Во время переходов драйвер может выдавать ток 150 мА.
Необходимо тщательно контролировать скорость драйвера, иначе IGBT может выйти из строя. Драйвер IGBT не должен быстро открывать ворота из-за медленной природы IGBT. Время нарастания 2 мкс достаточно для зарядки затвора IGBT и создания запускающего импульса.При более медленном времени нарастания схема триггера не имеет достаточно быстрого фронта для создания необходимого импульса 4 кВ. Время спада привода IGBT имеет решающее значение для безопасной работы IGBT. Затвор IGBT представляет собой сеть резисторов и конденсаторов. Когда клемма затвора опускается слишком быстро, емкость, ближайшая к клемме, становится низкой, но емкость дальше от клеммы остается высокой, в результате чего небольшая часть устройства IGBT выдерживает полный ток 100 А, что быстро разрушает устройство.Следовательно, схема понижения должна быть медленнее, чем внутренняя постоянная времени RC в затворе IGBT. Чтобы замедлить работу драйвера, в LT3485 встроен резистор 20 Ом.
Зарядные устройства для конденсаторов семейства LT3484 и LT3485 подходят для любых нужд. Основные функции фотовспышки в каждой части идентичны, и обе части могут работать от ячеек 2AA. Встроенный привод IGBT и монитор выходного напряжения отличают LT3485 от LT3484, наряду с его более высокими токовыми характеристиками.LT3484 – это наименьшее из имеющихся решений, если гашение лампы не требуется. При использовании IGBT для запуска флэш-памяти LT3485 предлагает ценную экономию места на плате по сравнению с LT3484 за счет устранения нескольких внешних компонентов. В таблице 1 показаны основные функциональные различия между этими семью частями.
| LT3484-0 | LT3484-1 | LT3484-2 | LT3485-0 | LT3485-1 | LT3485-2 | LT3485-3 | |
| Пиковый ток SW (A) | 1.4 | 0,7 | 1,0 | 1,4 | 0,7 | 1,0 | 2,0 |
| Средний входной ток (мА) (В IN = 3,6 В, В OUT = 225 В) | 500 | 250 | 400 | 500 | 250 | 400 | 750 |
| Коэффициент времени зарядки Кидзима (т) | 0.65 | 0,30 | 0,50 | 0,75 | 0,34 | 0,51 | NA |
| Коэффициент времени зарядки TDK (т) | 0,62 | 0,32 | 0,51 | 0,73 | 0,37 | 0,51 | 1,10 |
| Минимальное напряжение батареи (В) | 1.8 | 1,8 | |||||
| Встроенный привод IGBT + V OUT Монитор | № | Есть | |||||
| Требуется внешний диод Шоттки | № | № | |||||
| Упаковка | 2 мм × 3 мм DFN 6L | 3 мм × 3 мм DFN 10L | |||||
После того, как решение о встроенном драйвере IGBT принято, выбор текущего варианта является вопросом баланса внутреннего компромисса между входным током и временем зарядки.Для данного размера конденсатора фотовспышки устройство, обеспечивающее максимальный входной ток, обеспечивает самое быстрое время зарядки. Предел того, какой ток может потреблять зарядное устройство для фотовспышки, обычно устанавливается в зависимости от используемой технологии батареи и от того, с какой нагрузкой они могут справиться. LT3485-3 обеспечивает самое быстрое время зарядки среди рассмотренных здесь зарядных устройств.
Следующее уравнение предсказывает время зарядки (T) в секундах для семи частей:
, где C OUT – значение конденсатора фотовспышки в фарадах, V OUT (FINAL) – целевое выходное напряжение, V OUT (INIT) – начальное выходное напряжение, V IN – напряжение батареи к которому подключен обратный трансформатор, а t – коэффициент времени заряда, указанный в таблице 1.
Коэффициенты времени зарядки для каждой части различаются в зависимости от трансформатора из-за различий в эффективности и среднем входном токе. Коэффициенты времени зарядки приведены для трансформаторов Kijima Musen и TDK, а номера деталей и типовые характеристики этих трансформаторов указаны в таблице 2.
| Для использования с | Название трансформатора | Размер (Ш × Д × В) мм | л PRI (мкГн) | L PRI -Утечка (нГн) | N | R PRI (МОм) | R SEC (Ом) | Продавец |
| LT3484 / 5-0 LT3484 / 5-2 LT3484 / 5-1 | СБЛ-5.6-1 SBL-5.6-1 SBL-5.6S-1 | 5,6 × 8,5 × 4,0 5,6 × 8,5 × 4,0 5,6 × 8,5 × 3,0 | 10 10 24 | 200 Макс 200 Макс 400 Макс | 10,2 10,2 10,2 | 103 103 305 | 26 26 55 | Кидзима Мусен Офис в Гонконге 852-2489-8266 (тел.) kijimahk @ netvigator.com (электронная почта) |
| LT3484 / 5-0 LT3484 / 5-1 LT3484 / 5-2 LT3485-3 | LDT565630T-001 LDT565630T-002 LDT565630T-003 LDT565630T-041 | 5,8 × 5,8 × 3,0 5,8 × 5,8 × 3,0 5,8 × 5,8 × 3,0 5,8 × 5,8 × 3,0 | 6 14,5 10,5 4,7 | 200 Макс 500 Макс 550 Макс 150 Макс | 10.4 10,2 10,2 10,4 | 100 Макс 240 Макс 210 Макс 90 Макс | 10 Макс 16,5 Макс 14 Макс 16,4 Макс | TDK Офис продаж в Чикаго (847) 803-6100 (тел.) www.tdk.com |
| LT3485-0 LT3485-1 LT3485-1 LT3485-3 | Т-15-089 Т-15-089 Т-15-083 Т-17-109А | 6.4 × 7,7 × 4,0 6,4 × 7,7 × 4,0 8,0 × 8,9 × 2,0 6,5 × 7,9 × 4,0 | 12 12 20 5,9 | 400 Макс 400 Макс 500 Макс 300 Макс | 10,2 10,2 10,2 10,2 | 211 Макс 211 Макс 675 Макс 78 Макс | 27 Макс 27 Макс 35 Макс 18.61 Макс | Tokyo Coil Engineering Офис в Японии 0426-56-6262 (тел.) www.tokyocoil.com |
LT3484 и LT3485 предоставляют простые и эффективные решения для зарядки конденсаторов для цифровых фотоаппаратов и встроенных цифровых фотоаппаратов в сотовых телефонах. Благодаря высокому уровню интеграции уменьшается количество внешних компонентов, а также обеспечивается строго контролируемое распределение выходного напряжения и среднего входного тока. Три ограничения по току в семействе LT3484 и четыре ограничения по току в семействе LT3485 обеспечивают гибкость в выборе компромисса между входным током и временем зарядки.LT3485 экономит еще больше места для некоторых приложений за счет интеграции драйвера IGBT и монитора выходного напряжения.
.