Электронный трансформатор схема: СХЕМА ТРАНСФОРМАТОРА

Содержание

СХЕМА ТРАНСФОРМАТОРА

Обычные трансформаторы на 220 вольт, в силу своих больших размеров, веса и дороговизны производства, постепенно вытесняются лёгкими и надёжными электронными трансформаторами, обеспечивающими значительный ток при размерах меньше пачки сигарет. Как правило все они китайского производства, пусть даже на коробке и написано “Сделано в Германии”. Принципиальная схема представляет из себя автогенератор, запускающийся только при подключении нагрузки (лампы).

Схема электронного трансформатора

К достоинствам этих трансформаторов, прежде всего, следует отнести их малые габариты и вес, что позволяет устанавливать их практически где угодно. Некоторые модели современных осветительных приборов, рассчитанные на работу с галогенными лампами, содержат встроенные электронные трансформаторы, иногда даже по несколько штук. Такая схема применяется, например, в люстрах. Известны варианты, когда электронные трансформаторы устанавливаются в мебели для устройства внутренней подсветки полок и вешалок.

Схема подключения в сеть

Для устройства освещения помещений трансформаторы могут устанавливаться за подвесным потолком или за гипсокартонными плитами стенных покрытий в непосредственной близости от галогенных ламп. При этом длина соединительных проводов между трансформатором и лампой должна быть не более метра, что обусловлено большими токами, а также высокочастотной составляющей выходного напряжения такого трансформатора. Индуктивное сопротивление провода увеличивается с увеличением частоты, а также его длины. В основном длина и определяет индуктивность провода. При этом общая мощность подключенных ламп, не должна превышать указанную на этикетке электронного трансформатора. Для повышения надежности всей системы в целом лучше, если мощность ламп будет, ниже на 20% мощности трансформатора.

Схема преобразователя в том виде, как она есть, достаточно проста и не содержит никаких «излишеств». После выпрямительного моста не предусмотрено даже просто конденсатора для сглаживания пульсаций выпрямленного сетевого напряжения.

Выходное напряжение прямо с выходной обмотки трансформатора также безо всяких фильтров подается прямо на нагрузку. Отсутствуют цепи стабилизации выходного напряжения и защиты, поэтому при коротком замыкании в цепи нагрузки сгорают сразу несколько элементов. И несмотря на такое несовершенство, схема ЭТ себя вполне оправдывает при использовании его в штатном режиме – для питания постоянной нагрузки, например галогенных ламп. Простота схемы обуславливает ее дешевизну и широкую распространенность.

Поделитесь полезными схемами

ПРОБНИК ЭЛЕКТРИКА

Универсальный пробник детектор – простой многофункциональный прибор для радиотелемастера, позволяющий проверить конденсаторы, прозвонить провода и т.д.

ПОДСТАВКА ДЛЯ НОУТБУКА СВОИМИ РУКАМИ
Владельцам нотубуков и нетбуков посвящается эта статья.

Хронический перегрев процессора – основной недостаток ноутбуков, из-за этого резко снижается производительность компьютера, а иногда это приводит к отказу работ некоторых программ или же ноутбука в целом.

КАК СДЕЛАТЬ МИГАЛКУ

Простая мигалка на шести светодиодах и двух резисторах, питающаяся от батарейки на 9 вольт.

СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ

Выпрямленный ток и напряжение на нагрузочном сопротивлении являются пульсирующими. Для сглаживания пульсаций параллельно нагрузочному сопротивлению можно включить конденсатор. Для более совершенного сглаживания пульсации вместо одного конденсатора между выпрямителем и нагрузочным сопротивлением R включают сглаживающий фильтр из элементов L и С.

Схема электронного трансформатора для галогенных ламп 12В.

Узнаем как устроен электронный трансформатор?

Работа трансформатора сроится на преобразовании тока от сети с напряжением 220 В. Устройства делятся по количеству фаз, а также показателю перегрузки. На рынке представлены модификации однофазного и двухфазного типов. Параметр перегрузки тока колеблется от 3 до 10 А. При необходимости можно сделать электронный трансформатор своими руками. Однако для этого в первую очередь важно ознакомиться с устройством модели.

Схема модели

Схема электронного трансформатора для галогенных ламп 12В предполагает использование пропускного реле. Непосредственно обмотка применяется с фильтром. Для повышения тактовой частоты в цепи имеются конденсаторы. Выпускаются они открытого и закрытого типа. У однофазных модификаций используются выпрямители. Указанные элементы необходимы для повышения проводимости тока.

В среднем чувствительность у моделей равна 10 мВ. При помощи расширителей решаются проблемы с перегрузками в сети. Если рассматривать двухфазную модификацию, то у нее используется тиристор. Указанный элемент, как правило, устанавливается с резисторами. Емкость их в среднем равна 15 пФ. Уровень проводимости тока в данном случае зависит от загруженности реле.

Как сделать самостоятельно?

Сделать электронный трансформатор своими руками можно легко. Для этого важно использовать проводное реле. Расширитель для него целесообразно подбирать импульсного типа. Для увеличения параметра чувствительности устройства используются конденсаторы. Многие специалисты рекомендуют резисторы устанавливать с изоляторами.

Для решения проблем со скачками напряжения припаиваются фильтры. Если рассматривать самодельную однофазную модель, то модулятор целесообразнее подбирать на 20 Вт. Выходное сопротивление в цепи трансформатора должно составлять 55 Ом. Непосредственно для подключения устройства припаиваются выходные контакты.

Устройства с конденсаторным резистором

Схема электронного трансформатора для галогенных ламп 12В предполагает использование проводного реле. В данном случае резисторы устанавливаются за обкладкой. Как правило, модуляторы используются открытого типа. Также схема электронного трансформатора для галогенных ламп 12В включает выпрямители, которые подбираются с фильтрами.

Для решения проблем с коммутацией необходимы усилители. Параметр выходного сопротивления в среднем составляет 45 Ом. Проводимость тока, как правило, не превышает 10 мк. Если рассматривать однофазную модификацию, то у нее имеется триггер. Некоторые специалисты для увеличения проводимости используют триггеры. Однако в данном случае значительно повышаются тепловые потери.

Трансформаторы с регулятором

Трансформатор 220-12 В с регулятором устроен довольно просто. Реле в данном случае стандартно используется проводного типа. Непосредственно регулятор устанавливается с модулятором. Для решения проблем с обратной полярностью имеется кенотрон. Использоваться он может с обкладкой или без нее.

Триггер в данном случае подсоединяется через проводники. Указанные элементы способны работать только с импульсными расширителями. В среднем параметр проводимости у трансформаторов данного типа не превышает 12 мк. Также важно отметить, что показатель отрицательного сопротивления зависит от чувствительности модулятора. Как правило, он не превышает 45 Ом.

Использование проводных стабилизаторов

Трансформатор 220-12 В с проводным стабилизатором встречается очень редко. Для нормальной работы устройства необходимо качественное реле. Показатель отрицательного сопротивления составляет в среднем 50 Ом. Стабилизатор в данном случае фиксируется на модуляторе. Указанный элемент в первую очередь предназначен для понижения тактовой частоты.

Тепловые потери при этом у трансформатора незначительные. Однако важно отметить, что на триггер оказывается большое давление. Некоторые эксперты в сложившейся ситуации рекомендуют использовать емкостные фильтры. Продаются они с проводником и без него.

Модели с диодным мостом

Трансформатор (12 Вольт) данного типа производится на базе селективных триггеров. Показатель порогового сопротивления у моделей в среднем равняется 35 Ом. Для решения проблем с понижением частоты устанавливаются трансиверы. Непосредственно диодные мосты используются с различной проводимостью. Если рассматривать однофазные модификации, то в этом случае резисторы подбираются на две обкладки. Показатель проводимости не превышает 8 мк.

Тетроды у трансформаторов позволяют значительно повысить чувствительность реле. Модификации с усилителями встречаются очень редко. Основной проблемой трансформаторов данного типа является отрицательная полярность. Возникает она вследствие повышения температуры реле. Чтобы исправить ситуацию, многие эксперты рекомендуют использовать триггеры с проводниками.

Модель Taschibra

Схема электронного трансформатора для галогенных ламп 12В включает в себя триггер на две обкладки. Реле у модели используется проводного типа. Для решения проблем с пониженной частотностью применяются расширители. Всего у модели имеются три конденсатора. Таким образом, проблемы с перегрузкой в сети возникают редко. В среднем параметр выходного сопротивления держится на уровне 50 Ом. Как утверждают специалисты, выходное напряжение на трансформаторе не должно превышать 30 Вт. В среднем чувствительность модулятора составляет 5,5 мк. Однако в данном случае важно учитывать загруженность расширителя.

Устройство RET251C

Указанный электронный трансформатор для ламп производится с выходным переходником. Расширитель у модели имеется дипольного типа. Всего в устройстве установлены три конденсатора. Резистор применяется для решения проблем с отрицательной полярностью. Конденсаторы у модели перегреваются редко. Непосредственно модулятор подсоединяется через резистор. Всего у модели установлены два тиристора. В первую очередь они отвечают за параметр выходного напряжения. Также тиристоры призваны обеспечивать стабильную работу расширителя.

Трансформатор GET 03

Трансформатор (12 Вольт) указанной серии пользуется большой популярность. Всего у модели имеются два резистора. Находятся они рядом с модулятором. Если говорить про показатели, то важно отметить, что частота модификации равняется 55 Гц. Подключение устройства осуществляется через выходной переходник.

Расширитель подобран с изолятором. С целью решения проблем с отрицательной полярностью используются два конденсатора. Регулятор в представленной модификации отсутствует. Показатель проводимости трансформатора составляет 4,5 мк. Выходное напряжение колеблется в районе 12 В.

Устройство ELTR-70

Указанный электронный трансформатор 12В включает в себя два проходных тиристора. Отличительной особенностью модификации считается высокая тактовая частота. Таким образом, процесс преобразования тока осуществятся без скачков напряжения. Расширитель у модели используется без обкладки.

Для понижения чувствительности имеется триггер. Установлен он стандартно селективного типа. Показатель отрицательного сопротивления составляет 40 Ом. Для однофазной модификации это считается нормальным. Также важно отметить, что устройства подключаются через выходной переходник.

Модель ELTR-60

Это трансформатор выделяет высокой стабильностью напряжения. Относится модель к однофазным устройствам. Конденсатор у него используется с высокой проводимостью. Проблемы с отрицательной полярностью решаются за счет расширителя. Он установлен за модулятором. Регулятор в представленном трансформаторе отсутствует. Всего у модели используются два резистора. Емкость у них составляет 4,5 пФ. Если верить специалистам, то перегрев элементов наблюдается очень редко. Выходное напряжение на реле равно строго 12 В.

Трансформаторы TRA110

Указанные трансформаторы работают от проходного реле. Расширители у модели используются разной емкости. В среднем показатель выходного сопротивления трансформатора составляет 40 Ом. Относится модель к двухфазным модификациям. Показатель пороговой частоты у нее равен 55 Гц. В данном случае резисторы используются дипольного типа. Всего у модели имеются два конденсатора. Для стабилизации частоты во время работы устройства действует модулятор. Проводники у модели припаяны с высокой проводимостью.

Ремонт электронного трансформатора своими руками

Мы постараемся ответить на вопрос: ремонт электронного трансформатора своими руками по рекомендациям подлинного мастера с максимально подробным описанием.

Электронные трансформаторы приходят на смену громоздким трансформаторам со стальным сердечником. Сам по себе электронный трансформатор, в отличие от классического, представляет собой целое устройство – преобразователь напряжения.

Применяются такие преобразователи в освещении для питания галогенных ламп на 12 вольт. Если вы ремонтировали люстры с пультом управления, то, наверняка, встречались с ними.

Вот схема электронного трансформатора

JINDEL (модель GET-03) с защитой от короткого замыкания.

Как видим, схема довольно проста и собрана из радиодеталей, которые легко обнаружить в любом электронном балласте для питания люминесцентных ламп, а также в лампах – “экономках”.

Нет тематического видео для этой статьи.

Видео (кликните для воспроизведения).

Основными силовыми элементами схемы являются n-p-n транзисторы MJE13009, которые включены по схеме полумост. Они работают в противофазе на частоте 30 – 35 кГц. Через них прокачивается вся мощность, подаваемая в нагрузку – галогенные лампы EL1. EL5. Диоды VD7 и VD8 необходимы для защиты транзисторов V1 и V2 от обратного напряжения. Симметричный динистор (он же диак) необходим для запуска схемы.

На транзисторе V3 (2N5551) и элементах VD6, C9, R9 – R11 реализована схема защиты от короткого замыкания на выходе (

short circuit protection).

Если в выходной цепи произойдёт короткое замыкание, то возросший ток, протекающий через резистор R8, приведёт к срабатыванию транзистора V3. Транзистор откроется и заблокирует работу динистора DB3, который запускает схему.

Резистор R11 и электролитический конденсатор С9 предотвращают ложное срабатывание защиты при включении ламп. В момент включения ламп нити холодные, поэтому преобразователь выдаёт в начале пуска значительный ток.

Для выпрямления сетевого напряжения 220V используется классическая мостовая схема из 1,5-амперных диодов 1N5399.

В качестве понижающего трансформатора используется катушка индуктивности L2. Она занимает почти половину пространства на печатной плате преобразователя.

В силу своего внутреннего устройства, электронный трансформатор не рекомендуется включать без нагрузки. Поэтому, минимальная мощность подключаемой нагрузки составляет 35 – 40 ватт. На корпусе изделия обычно указывается диапазон рабочих мощностей. Например, на корпусе электронного трансформатора, что на первой фотографии указан диапазон выходной мощности: 35 – 120 ватт. Минимальная мощность нагрузки его составляет 35 ватт.

Галогенные лампы EL1. EL5 (нагрузку) лучше подключать к электронному трансформатору проводами не длиннее 3 метров. Так как через соединительные проводники протекает значительный ток, то длинные провода увеличивают общее сопротивление в цепи. Поэтому лампы, расположенные дальше будут светить тусклее, чем те, которые расположены ближе.

Также стоит учитывать и то, что сопротивление длинных проводов способствует их нагреву из-за прохождения значительного тока.

Стоит также отметить, что из-за своей простоты электронные трансформаторы являются источниками высокочастотных помех в сети. Обычно, на входе таких устройств ставится фильтр, который блокирует помехи. Как видим по схеме, в электронных трансформаторах для галогенных ламп нет таких фильтров. А вот в компьютерных блоках питания, которые собираются также по схеме полумоста и с более сложным задающим генератором, такой фильтр, как правило, монтируется.

Стоят данные изделия не дорого, примерно 1рубль за один ватт. Их после доработки вполне можно использовать для питания радиолюбительских конструкций. В сети есть немало статей по этой теме. Хочу поделиться своим опытом переделки электронного трансформатора Taschibra 105W.

Нет тематического видео для этой статьи.

Видео (кликните для воспроизведения).

Рассмотрим принципиальную схему электронного преобразователя.
Напряжение сети через предохранитель поступает на диодный мост D1-D4 . Выпрямленное напряжение питает полумостовой преобразователь на транзисторах Q1 и Q2. В диагональ моста, образованного этими транзисторами и конденсаторами С1, С2, включена обмотка I импульсного трансформатора Т2. Запуск преобразователя обеспечивается цепью, состоящей из резисторов R1, R2, конденсатора С3, диода D5 и диака D6. Трансформатор обратной связи Т1 имеет три обмотки – обмотка обратной связи по току, которая включена последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора, и две обмотки по 3 витка, питающие базовые цепи транзисторов.

Выходное напряжение электронного трансформатора представляет собой прямоугольные импульсы частотой 30 кГц, промодулированные частотой 100 Гц.

Для того, чтобы использовать электронный трансформатор в качестве источника питания, его необходимо доработать.

Подключаем на выходе выпрямительного моста конденсатор, для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Емкость выбирается из расчета 1мкФ на 1Вт. Рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 400В.
При включении в сеть выпрямительного моста с конденсатором возникает бросок тока, поэтому нужно в разрыв одного из сетевых проводов включить терморезистор NTC или резистор 4,7 Ом 5Вт. Это ограничит пусковой ток.

Если необходимо другое выходное напряжение, перематываем вторичную обмотку силового трансформатора. Диаметр провода (жгута из проводов) выбирается исходя из тока нагрузки.

Электронные трансформаторы имеют ОС по току, поэтому выходное напряжение будет изменяться в зависимости от нагрузки. Если нагрузка не подключена, трансформатор не запустится. Для того чтобы этого не было, нужно изменить схему обратной связи по току на ОС по напряжению.
Обмотку обратной связи по току удаляем и вместо нее на плате ставим перемычку. Затем пропускаем гибкий многожильный провод через силовой трансформатор и делаем 2 витка, далее пропускаем провод через трансформатор обратной связи и делаем один виток. Концы, пропущенного через силовой трансформатор и трансформатор обратной связи провода, соединяем через два параллельно соединенных резистора 6,8 Ом 5 Вт. Этим токоограничивающим резистором устанавливается частота преобразования (примерно 30кГц). При увеличении тока нагрузки частота становится больше.
Если преобразователь не запустится необходимо изменить направление намотки.

В трансформаторах Taschibra транзисторы прижаты к корпусу через картон, что небезопасно при эксплуатации. К тому же бумага очень плохо проводит тепло. Поэтому лучше установить транзисторы через теплопроводящую прокладку.
Для выпрямления переменного напряжения частотой 30кГц на выходе электронного трансформатора устанавливаем диодный мост.
Наилучшие результаты показали, из всех опробованных диодов, отечественные КД213Б (200В; 10А; 100кГц; 0,17мкс). При больших токах нагрузки они греются, поэтому их необходимо установить на радиатор через теплопроводящие прокладки.
Электронные трансформаторы плохо работают с емкостной нагрузкой или не запускаются вообще. Для нормальной работы необходим плавный запуск устройства. Обеспечению плавного запуска способствует дроссель L1. Совместно с конденсатором 100мкФ он также выполняет функцию фильтрации выпрямленного напряжения.
Дроссель L1 50мкГ наматывается на сердечнике Т106-26 фирмы Micrometals и содержит 24 витка проводом 1,2мм. Такие сердечники (жёлтого цвета, с одной гранью белого цвета) применяются в компьютерных блоках питания. Внешний диаметр 27мм, внутренний 14мм, и высота 12мм. Кстати, в убитых блоках питания можно найти и другие детали, в том числе терморезистор.

Если у вас есть шуруповерт или другой инструмент, у которого аккумуляторная батарея выработала свой ресурс, то в корпусе этой батареи можно поместить блок питания из электронного трансформатора. В результате у вас получится инструмент, работающий от сети.
Для стабильной работы на выходе блока питания желательно поставить резистор приблизительно 500 Ом 2Вт.

В процессе наладки трансформатора нужно быть предельно внимательным и аккуратным. На элементах устройства присутствует высокое напряжение. Не касайтесь фланцев транзисторов, чтобы проверить греются они или нет. Необходимо также помнить, что после выключения конденсаторы остаются заряженными некоторое время.

Возьмём для примера стандартный электронный трансформатор маркированный 12V 50Ватт, который используется для питания настольного светильника. Принципиальная схема будет такая:

Схема электронного трансформатора работает следующим образом. Напряжение сети выпрямляется с помощью выпрямительного моста до полусинусоидаьльного с удвоенной частотой. Элемент D6 типа DB3 в документации называется “TRIGGER DIODE”, – это двунаправленный динистор в котором полярность включения значения не имеет и он используется здесь для запуска преобразователя трансформатора. Динистор срабатывает во время каждого цикла, запуская генерацию полумоста. Открытие динистора можно регулировать. Это можно использовать например для функции регулировки яркости подключенной лампы. Частота генерации зависит от размера и магнитной проводимости сердечника трансформатора обратной связи и параметров транзисторов, обычно составляет в пределах 30-50 кГц.

В настоящее время начался выпуск более продвинутых трансформаторов с микросхемой IR2161, которая обеспечивает как простоту конструкции электронного трансформатора и уменьшение числа используемых компонентов, так и высокими характеристиками. Использование этой микросхемы значительно увеличивает технологичность и надежность электронного трансформатора для питания галогенных ламп. Принципиальная схема приведена на рисунке.

Особенности электронного трансформатора на IR2161:
Интеллектуальный драйвер полумоста;
Защита от короткого замыкания нагрузки с автоматическим перезапуском ;
Защита от токовой перегрузки с автоматическим перезапуском ;
Качание рабочей частоты для снижения электромагнитных помех ;
Микромощный запуск 150 мкА;
Возможность использования с фазовыми регуляторами яркости с управлением по переднему и заднему фронтам ;
Компенсация сдвига выходного напряжения увеличивает долговечность ламп;
Мягкий запуск, исключающий токовые перегрузки ламп.

Входной резистор R1 (0,25ватт) – своеобразный предохранитель. Транзисторы типа MJE13003 прижаты к корпусу через изоляционную прокладку металлической пластинкой. Даже при работе на полную нагрузку транзисторы греются слабо. После выпрямителя сетевого напряжения отсутствует конденсатор, сглаживающий пульсации, поэтому выходное напряжение электронного трансформатора при работе на нагрузку представляет собой прямоугольные колебания 40кГц, модулированные пульсациями сетевого напряжения 50Гц. Трансформатор Т1 (трансформатор обратной связи) – на ферритовом кольце, обмотки подключенные к базам транзисторов содержат по пару витков, обмотка, подключенная к точке соединения эмиттера и коллектора силовых транзисторов – один виток одножильного изолированного провода. В ЭТ обычно используются транзисторы MJE13003, MJE13005, MJE13007. Выходной трансформатор на ферритовом Ш-образном сердечнике.

Чтоб задействовать электронный трансформатор в импульсном источнике питания, нужно подключить на выход выпрямительный мост на ВЧ мощных диодах (обычные КД202, Д245 не пойдут) и конденсатор для сглаживания пульсаций. На выходе электронного трансформатора ставят диодный мост на диодах КД213, КД212 или КД2999. Короче нужны диоды с малым падением напряжения в прямом направлении, способные хорошо работать на частотах порядка десятков килогерц.

Преобразователь электронного трансформатора без нагрузки нормально не работает, поэтому его нужно использовать там, где нагрузка постоянна по току и потребляет достаточный ток для уверенного запуска преобразователя ЭТ. При эксплуатации схемы надо учитывать, что электронные трансформаторы являются источниками электромагнитных помех, поэтому должен ставиться LC фильтр, предотвращающий проникновение помехи в сеть и в нагрузку.

Лично я использовал электронный трансформатор для изготовления импульсного источника питания лампового усилителя. Так-же представляется возможным питать ими мощные УНЧ класса А или светодиодные ленты, которые как раз и предназначены для источников с напряжением 12В и большим выходным током. Естественно подключение такой ленты производится не напрямую, а через токоограничительный резистор или с помощью коррекции выходной мощности электронного трансформатора.

Рассмотрим основные преимущества, достоинства и недостатки электронных трансформаторов. Рассмотрим схему их работы. Электронные трансформаторы появились на рынке совсем недавно, но успели завоевать широкую популярность не только в радиолюбительских кругах.

В последнее время в интернете часто наблюдаются статьи на основе электронных трансформаторов: самодельные блоки питания, зарядные устройства и многое другое. На самом деле электронные трансформаторы являются простым сетевым импульсным блоком питания. Это самый дешевый блок питания. Зарядное устройство для телефона стоит дороже. Электронный трансформатор работает от сети 220 вольт.

Генератором в этой схеме является диодный тиристор или динистор. Сетевое напряжение 220 В выпрямляется диодным выпрямителем. На входе питания присутствует ограничительный резистор. Он одновременно служит и предохранителем, и защитой от бросков сетевого напряжения при включении. Рабочую частоту динистора можно определить от номиналов R-С цепочки.

Таким образом можно увеличить рабочую частоту генератора всей схемы или уменьшить. Рабочая частота в электронных трансформаторах от 15 до 35 кГц, ее можно регулировать.

Трансформатор обратной связи намотан на маленьком колечке сердечника. В нем присутствуют три обмотки. Обмотка обратной связи состоит из одного витка. Две независимые обмотки задающих цепей. Это базовые обмотки транзисторов по три витка.

Это равноценные обмотки. Ограничительные резисторы предназначены для предотвращения ложных срабатываний транзисторов и одновременно ограничения тока. Транзисторы применяются высоковольтного типа, биполярные. Часто используют транзисторы MGE 13001-13009. Это зависит от мощности электронного трансформатора.

т конденсаторов полумоста тоже многое зависит, в частности мощность трансформатора. Они применяются с напряжением 400 В. От габаритных размеров сердечника основного импульсного трансформатора также зависит мощность. У него две независимые обмотки: сетевая и вторичная. Вторичная обмотка с расчетным напряжением 12 вольт. Наматывается она, исходя из требуемой мощности на выходе.

Первичная или сетевая обмотка состоит из 85 витков провода диаметром 0,5-0,6 мм. Используются маломощные выпрямительные диоды с обратным напряжением в 1 кВ и током в 1 ампер. Это самый дешевый выпрямительный диод, который можно найти серии 1N4007.

На схеме детально виден конденсатор, частотно задающий цепи динистора. Резистор на входе предохраняет от бросков напряжения. Динистор серии DB3, его отечественный аналог КН102. Также имеется ограничивающий резистор на входе. Когда напряжение на частотно задающем конденсаторе достигает максимального уровня, происходит пробой динистора. Динистор – это полупроводниковый искровой разрядник, который срабатывает при определенном напряжении пробоя. Тогда он подает импульс на базу одного из транзисторов. Начинается генерация схемы.

Транзисторы работают по противофазе. Образуется переменное напряжение на первичной обмотке трансформатора заданной частоты срабатывания динистора. На вторичной обмотке мы получаем нужное напряжение. В данном случае все трансформаторы рассчитаны на 12 вольт.

Он предназначен для питания галогенных ламп на 12 вольт.

Со стабильной нагрузкой, как галогенные лампы, такие электронные трансформаторы могут работать бесконечно долго. Во время работы схема перегревается, но не выходит из строя.

Подается напряжение 220 вольт, выпрямляется диодным мостом VDS1. Через резисторы R2 и R3 начинает заряжаться конденсатор С3. Заряд продолжается то тех пор, пока не пробьется динистор DB3.

Напряжение открытия этого динистора составляет 32 вольта. После его открытия на базу нижнего транзистора поступает напряжение. Транзистор открывается, вызывая автоколебания этих двух транзисторов VT1 и VT2. Как работают эти автоколебания?

Ток начинает поступать через С6, трансформатор Т3, трансформатор управления базами JDT, транзистор VT1. При прохождении через JDT он вызывает закрытие VT1 и происходит открытие VT2. После этого ток течет через VT2, через трансформатор баз, Т3, С7. Транзисторы постоянно открывают и закрывают друг друга, работают в противофазе. В средней точке появляются прямоугольные импульсы.

Частота преобразования зависит от индуктивности обмотки обратной связи, емкости баз транзисторов, индуктивности трансформатора Т3 и емкостей С6, С7. Поэтому частотой преобразования управлять очень сложно. Еще частота зависит от нагрузки. Для форсирования открытия транзисторов используются ускоряющие конденсаторы на 100 вольт.

Для надежного закрытия динистора VD3 после возникновения генерации прямоугольные импульсы прикладываются к катоду диода VD1, и он надежно запирает динистор.

Кроме этого, есть устройства, которые используют для осветительных приборов, питают мощные галогенные лампы в течение двух лет, работают верой и правдой.

Сетевое напряжение через ограничительный резистор поступает на диодный выпрямитель. Сам диодный выпрямитель состоит из 4-х маломощных выпрямителей с обратным напряжением в 1 кВ и током 1 ампер. Такой же выпрямитель стоит на блоке трансформатора. После выпрямителя постоянное напряжение сглаживается электролитическим конденсатором. От резистора R2 зависит время заряда конденсатора С2. При максимальном заряде срабатывает динистор, возникает пробой. На первичной обмотке трансформатора образуется переменное напряжение частоты срабатывания динистора.

Основное достоинство этой схемы – это наличие гальванической развязки с сетью 220 вольт. Основным недостатком является малый выходной ток. Схема предназначена для питания малых нагрузок.

Потребление тока 0,63 ампера, частота 50-60 герц, рабочая частота 30 килогерц. Такие электронные трансформаторы предназначены для питания более мощных галогенных ламп.

Если использовать приборы по прямому назначению, то имеется хорошая функция. Трансформатор не включается без входной нагрузки. Если вы просто включили в сеть трансформатор, то он не активен. Нужно подключить на выход мощную нагрузку, чтобы началась работа. Эта функция экономит электроэнергию. Для радиолюбителей, которые переделывают трансформаторы в регулируемый блок питания, это является недостатком.

Можно реализовать систему автовключения и систему защиты от короткого замыкания. Несмотря на имеющиеся недостатки, электронный трансформатор всегда будет самой дешевой разновидностью блоков питания полумостового типа.

В продаже можно найти более качественные недорогие блоки питания с отдельным генератором, но все они реализуются на основе полумостовых схем с применением самотактируемых полумостовых драйверов, таких как IR2153 и ему подобные. Такие электронные трансформаторы гораздо лучше работают, более стабильны, реализована защита от короткого замыкания, на входе сетевой фильтр. Но старая Taschibra остается незаменимой.

Они имеют ряд недостатков, несмотря на то, что они сделаны по хорошим схемам. Это отсутствие каких-либо защит в дешевых моделях. У нас простейшая схема электронного трансформатора, но она работает. Именно эта схема реализована в нашем примере.

На входе питания отсутствует сетевой фильтр. На выходе после дросселя должен стоять хотя бы сглаживающий электролитический конденсатор на несколько микрофарад. Но он тоже отсутствует. Поэтому на выходе диодного моста мы можем наблюдать нечистое напряжение, то есть, все сетевые и другие помехи передаются на схему. На выходе мы получаем минимальное количество помех, так как реализована гальваническая развязка.

Рабочая частота динистора крайне неустойчива, зависит от выходной нагрузки. Если без выходной нагрузки частота составляет 30 кГц, то с нагрузкой может наблюдаться довольно большой спад до 20 кГц, зависит от конкретной нагруженности трансформатора.

Еще одним недостатком можно назвать то, что на выходе этих электронных трансформаторов переменная частота и ток. Чтобы использовать его в качестве блока питания, нужно выпрямить ток. Выпрямлять нужно импульсными диодами. Обычные диоды тут не подходят из-за повышенной рабочей частоты. Поскольку в таких блоках питания не реализованы никакие защиты, то стоит лишь замкнуть выходные провода, блок не просто выйдет из строя, а взорвется.

Одновременно при коротком замыкании ток в трансформаторе увеличивается до максимума, поэтому выходные ключи (силовые транзисторы) просто лопнут. Выходит из строя и диодный мост, поскольку они рассчитаны на рабочий ток в 1 ампер, а при коротком замыкании рабочий ток резко увеличивается. Выходят также из строя ограничительные резисторы транзисторов, сами транзисторы, диодный выпрямитель, предохранитель, который должен предохранять схему, но не делает этого.

Еще несколько компонентов могут выйти из строя. Если у вас имеется такой блок электронного трансформатора, и он случайно выходит по каким-то причинам из строя, то ремонтировать его нецелесообразно, так как это не выгодно. Только один транзистор стоит 1 доллар. А готовый блок питания также можно купить за 1 доллар, совсем новый.

Сегодня в продаже можно найти разные модели трансформаторов, начиная от 25 ватт и заканчивая несколькими сотнями ватт. Трансформатор на 60 ватт выглядит следующим образом.

Производитель китайский, выпускает электронные трансформаторы мощностью от 50 до 80 ватт. Входное напряжение от 180 до 240 вольт, частота сети 50-60 герц, рабочая температура 40-50 градусов, выход 12 вольт.

На сегодняшний день, электромеханики достаточно редко занимаются починкой электронных трансформаторов. В большинстве случаев, я и сам не очень заморачиваюсь тем, чтобы потрудиться над реанимацией подобных устройств, просто потому что, обычно покупка нового электронного трансформатора обходится куда дешевле, чем ремонт старого. Однако, в обратной ситуации — почему бы и не потрудиться экономии ради. К тому же не у всех есть возможность добраться до специализированного магазина, чтобы подыскать там замену, или обратиться в мастерскую. По этой причине, любому радиолюбителю нужно уметь и знать, как производится проверка и ремонт импульсных (электронных) трансформаторов в домашних условиях, какие могут возникнуть неоднозначные моменты и как их разрешить.

Ввиду того, что не все имеют обширный объём знаний по теме, постараюсь представить всю имеющуюся информацию максимально доступно.

Прежде, чем приступить к основной части, сделаю небольшое напоминание о том, что же такое электронный трансформатор и для чего он предназначен. Трансформатор используется для преобразования одной переменной напряжения в другую (например, 220 вольт в 12 вольт). Это свойство электронного трансформатора очень широко используется в радиоэлектронике. Существуют однофазные (ток течёт по двум проводам – фаза и «0») и трёхфазные (ток течёт по четырём проводам – три фазы и «0») трансформаторы. Основным значимым моментом при использовании электронного трансформатора является то, что при понижении напряжения сила тока в трансформаторе увеличивается.

У трансформатора имеется как минимум одна первичная и одна вторичная обмотка. Питающее напряжение подключается на первичную обмотку, ко вторичной обмотке подключается нагрузка, либо снимается выходное напряжение. В понижающих трансформаторах провод первичной обмотки всегда имеет меньшее сечение, чем провод вторичной. Это позволяет увеличить количество витков первичной обмотки и как следствие её сопротивление. То есть при проверке мультиметром первичная обмотка показывает сопротивление в разы большее, чем вторичная. Если же по какой-то причине диаметр провода вторичной обмотки будет небольшим, то по закону Джоуля-Лэнса вторичная обмотка перегреется и спалит весь трансформатор. Неисправность трансформатора может заключаться в обрыве и или КЗ (коротком замыкании) обмоток. При обрыве мультиметр показывает единицу на сопротивлении.

На самом деле, чтобы разобраться с причиной поломки не нужно обладать огромным багажом знаний, достаточно иметь под рукой мультиметр (стандартный китайский, как на рисунке №2) и знать, какие цифры должен выдавать на выходе каждый из компонентов (конденсатор, диод и т.д.).

Мультиметр может измерить постоянное, переменное напряжение, сопротивление. Также он может работать в режиме прозвонки. Желательно, чтобы щуп мультиметра был обмотан скотчем, (как на рисунке №2), это убережёт его от обрывов.

Чтобы правильно производить прозвонку различных элементов трансформера рекомендую всё-таки выпаивать их (многие пытаются обойтись без этого) и исследовать отдельно, поскольку в противном случае показания могут быть неточными.

Нельзя забывать, что диоды прозваниваются только в одну сторону. Для этого мультиметр устанавливается в режим прозвонки, красный щуп прикладывается к плюсу, чёрный к минусу. Если всё в норме, то прибор издаёт характерный звук. При наложении щупов на противоположные полюса не должно происходит вообще ничего, а если это не так, то можно диагностировать пробой диода.

При проверке транзисторов, их также нужно выпаивать и прозванивать переходы база-эмиттер, база-коллектор, выявляя их проходимость в одну, и в другую сторону. Обычно, роль коллектора в транзисторе выполняет задняя железная часть.

Нельзя забывать проверять обмотку, как первичную, так и вторичную. Если возникают проблемы с определением того, где первичная обмотка, а где вторичная, то помните, что первичная обмотка даёт большее сопротивление.

Ёмкость конденсатора измеряется в фарадах (пикофарадах, микрофарадах). Для его исследования тоже используется мультиметр, на котором выставляется сопротивление в 2000 кОм. Положительный щуп прикладывается к минусу конденсатора, отрицательный к плюсу. На экране должны появляться всё возрастающие цифры вплоть до почти двух тысяч, которые сменяются единицей, что расшифровывается как бесконечное сопротивление. Это может свидетельствовать об исправности конденсатора, но лишь в отношении его способности накапливать заряд.

Ещё один момент: если в процессе прозвонки возникла путаница с тем, где расположен «вход», а где «выход» трансформатора, то нужно просто перевернуть плату и на обратной стороне на одном конце платы вы увидите небольшую маркировку «SEC» (второй), которой обозначается выход, а на другом «PRI» (первый) — вход.

А также, не забывайте, что электронные трансформаторы нельзя запускать без загрузки! Это очень важно.

Возможность попрактиковаться в починке трансформатора представилась не так давно, когда мне принесли электронный трансформатор от потолочной люстры (напряжение — 12 вольт). Люстра рассчитана на 9 лампочек, каждая по 20 ватт (в сумме – 180 ватт). На упаковке от трансформатора значилось также: 180 ватт.А вот пометка на плате гласила: 160 ватт. Страна производитель – конечно же,Китай. Аналогичный электронный трансформатор стоит не более 3$, и это на самом деле совсем немного, если сравнивать со стоимостью остальных компонентов устройства, в котором он был задействован.

В полученном мной электронном трансформаторе сгорела пара ключей на биполярных транзисторах (модель: 13009).

Рабочая схема стандартная двухтактная, на месте выходного транзистора поставлен инвертор ТОР(Thor), у которого вторичная обмотка состоит из 6-ти витков, а переменный ток сразу же перенаправляется на выход, то есть к лампам.

Такие блоки питания обладают весьма значимым недостатком: отсутствует защита против короткого замыкания на выходе. Даже при секундном замыкании выходной обмотки, можно ожидать весьма впечатляющего взрыва схемы. Поэтому рисковать подобным образом и замыкать вторичную обмотку крайне не рекомендуется. В целом, именно по этой причине радиолюбители не очень любят связываться с электронными трансформаторами подобного типа. Впрочем, некоторые наоборот пытаются их самостоятельно доработать, что, на мой взгляд, весьма неплохо.

Но вернёмся к делу: поскольку наблюдалось потемнение платы прямо под ключами, то не приходилось сомневаться, что они вышли из строя именно из-за перегрева. Тем более, что радиаторы не слишком активно охлаждают заполненную множеством деталей коробочку корпуса, да ещё и прикрываются картонкой. Хотя, если судить по исходным данным, также имела место перегрузка в 20 ватт.

Из-за того, что нагрузка превышает возможности блока питания, достижение номинальной мощности практически равнозначно выходу из строя. Те более, что в идеале, с расчётом на долговременное функционирование, мощность БП должна быть не меньше, а вдвое больше необходимого. Вот такая она китайская электроника. Снизить уровень нагрузки, сняв несколько лампочек, не представлялось возможным. Поэтому единственный подходящий, на мой взгляд, вариант исправления ситуации заключался в наращивании теплоотводов.

Чтобы подтвердить (или опровергнуть) свою версию, я запустил плату прямо на столе и дал нагрузку с помощью двух галогеновых парных ламп. Когда всё было подключено – капнул немного парафина на радиаторы. Расчёт был такой: если парафин будет таять и испаряться, то можно гарантировать, что электронный трансформатор (благо, если только он сам) будет сгорать меньше чем за полчаса работы по причине перегрева.После 5 минут работы воск так и не расплавился, получалось, что основная проблема связана именно с плохой вентиляцией, а не с неисправностью радиатора. Наиболее изящный вариант решения проблемы – просто подогнать другой более просторный корпус под электронный трансформатор, который обеспечит достаточную вентиляцию. Но я предпочёл подсоединить теплоотвод в виде алюминиевой полоски. Собственно, этого оказалось вполне достаточно для исправления ситуации.

В качестве ещё одного примера починки электронного трансформатора я хотел бы рассказать о ремонте устройства, обеспечивающего понижение напряжения с 220 на 12 Вольт. Оно использовалось для галогенных ламп на 12 Вольт (мощность – 50 Ватт).

Рассматриваемый экземпляр перестал работать без всяких спецэффектов. До того, как он оказался у меня в руках, от работы с ним отказалось несколько мастеров: некоторые не смогли найти решение проблемы, другие, как уже и говорилось выше, решили, что это экономически нецелесообразно.

Для очистки совести я проверил все элементы, дорожки на плате, нигде не обнаружил обрывов.

Тогда я решил проверить конденсаторы. Диагностика мультиметром вроде бы прошла успешно, однако, с учётом того, что накопление заряда происходило на протяжении целых 10 секунд (это многовато для конденсаторов подобного типа), возникло подозрение, что неполадка именно в нём. Я произвёл замену конденсатора на новый.

Тут нужно небольшое отступление: на корпусе рассматриваемого электронного трансформатора имелось обозначение: 35-105 VA. Эти показания говорят о том, при какой нагрузке можно включать устройство. Включать его вообще без нагрузки (или, если по-человечески, без лампы), как уже говорилось ранее, нельзя. Поэтому я подсоединил к электронному трансформатору лампу на 50 Ватт (то есть значение, которое вписывается между нижней и верхней границей допустимой нагрузки).

Рис. 4: Галогеновая лампа на 50Ватт (упаковка).

После подключения никаких изменений в работоспособности трансформатора не произошло. Тогда я ещё раз полностью осмотрел конструкцию и понял, что при первой проверке не обратил внимания на термопредохранитель (в данном случае модель L33, ограничение до 130C). Если в режиме прозвонки этот элемент даёт единицу, то можно говорить о его неисправности и обрыве цепи. Изначально термопредохранитель не был проверен по той причине, что при помощи термоусадки он вплотную крепится к транзистору. То есть для полноценной проверки элемента придётся избавляться от термоусадки, а это весьма трудоёмко.

Рис.5: Термопредохранитель, прикреплённый термоусадкой к транзистору (элемент белого цвета, на который указывает ручка).

Впрочем, для анализа работы схемы без данного элемента, достаточно закоротить его «ножки» на обратной стороне. Что я и сделал. Электронный трансформатор тут же заработал, да и произведённая ранее замена конденсатора оказалась не лишней, поскольку ёмкость установленного до этого элемента не отвечала заявленной. Причина, вероятно, была в том, что он просто износился.

В итоге, я заменил термопредохранитель, и на этом ремонт электронного трансформатора можно было считать завершённым.

Электронный трансформатор — сетевой импульсный блок питания, который предназначен для питания галогенных ламп 12 Вольт. Подробнее о данном устройстве в статье «Электронный трансформатор (ознакомление)».

Устройство имеет достаточно простую схему. Простой двухтактный автогенератор, который выполнен по полумостовой схеме, рабочая частота порядка 30кГц, но этот показатель сильно зависит от выходной нагрузки.

Схема такого блока питания очень не стабильна, не имеет никаких защит от КЗ на выходе трансформатора, пожалуй именно из-за этого, схема пока не нашла широкого применения в радиолюбительских кругах. Хотя в последнее время на разных форумах наблюдается продвижение данной темы. Люди предлагают различные варианты доработки таких трансформаторов. Я сегодня попытаюсь все эти доработки совместить в одной статье и предложить варианты не только доработки, но и умощнения ЭТ.

В основу работы схемы углубляться не будем, а сразу приступим к делу.
Мы попытаемся доработать и увеличить мощность китайского ЭТ Taschibra на 105 Ватт.

Для начала хочу пояснить, по какой причине я решил взяться за умощнение и переделку таких трансформаторов. Дело в том, что недавно сосед попросил сделать ему на заказ зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, который был бы компактным и легким. Собирать не хотелось, но позже я наткнулся на интересные статьи в которых рассматривалась переделка электронного трансформатора. Это натолкнуло на мысль — почему бы не попробовать?

Таким образом, были приобретены несколько ЭТ от 50 до 150 Ватт, но опыты с переделкой не всегда завершались успешно, из всех выжил только ЭТ на 105 Ватт. Недостатком такого блока является то, что трансформатор у него не кольцевой, в связи с чем неудобно отмотать или домотать витки. Но другого выбора не было и пришлось переделать именно этот блок.

Как нам известно, эти блоки не включаются без нагрузки, это не всегда является достоинством. Я планирую получить надежное устройство, которое можно свободно применять в любых целях, не боясь, что блок питания может перегореть или выйти из строя при КЗ.

Доработка №1

Суть идеи заключается в добавлении защиты от КЗ, также устранения вышеуказанного недостатка (активация схемы без выходной нагрузки или с маломощной нагрузкой).

Глядя на сам блок, мы можем увидеть простейшую схему ИБП, я бы сказал, что схема не до конца отработана производителем. Как мы знаем, если замкнуть вторичную обмотку трансформатора, то меньше, чем за секунду схема выйдет из строя. Ток в схеме резко возрастает, ключи в миг выходят из строя, иногда и базовые ограничители. Таким образом, ремонт схемы обойдется дороже стоимости (цена такого ЭТ порядка 2,5$).

Трансформатор обратной связи состоит из трех отдельных обмоток. Две из этих обмоток питают базовые цепи ключей.

Для начала удаляем обмотку связи на трансформаторе ОС и ставим перемычку. Эта обмотка включена последовательно с первичной обмоткой импульсного трансформатора.
Затем на силовом трансформаторе мотаем всего 2 витка и один виток на кольце (трансформаторе ОС). Для намотки можно использовать провод с диаметром 0,4-0,8мм.

Далее нужно подобрать резистор для ОС, в моем случае он на 6,2 ОМ, но резистор можно подобрать с сопротивлением 3-12 Ом, чем выше сопротивление этого резистора, тем меньше ток защиты от КЗ. Резистор в моем случае использован проволочный, чего делать не советую. Мощность этого резистора подбираем 3-5 ватт (можно использовать от 1 до 10 ватт).

Во время КЗ на выходной обмотке импульсного трансформатора ток во вторичной обмотке падает (в стандартных схемах ЭТ при КЗ ток возрастает, выводя из строя ключи). Это приводит к уменьшению тока на обмотке ОС. Таким образом, прекращается генерация, сами ключи запираются.

Единственным недостатком такого решение является то, что при долговременном КЗ на выходе, схема выходит из строя, поскольку ключи греются и достаточно сильно. Не стоит подвергать выходную обмотку КЗ с длительностью более 5-8 секунд.

Схема теперь будет заводиться без нагрузки, одним словом мы получили полноценный ИБП с защитой от КЗ.

Доработка №2

Теперь постараемся, в какой-то мере сгладить сетевое напряжение от выпрямителя. Для этого будем использовать дроссели и сглаживающий конденсатор. В моем случае использован готовый дроссель с двумя независимыми обмотками. Данный дроссель был снят от ИБП DVD проигрывателя, хотя можно использовать и самодельные дросселя.

После моста следует подключить электролит с емкостью 200мкФ с напряжением не менее 400 Вольт. Емкость конденсатора подбирается исходя из мощности блока питания 1мкФ на 1 ватт мощности. Но как вы помните, наш БП рассчитан на 105 Ватт, почему же конденсатор использован на 200мкФ? Это поймете уже совсем скоро.

Доработка №3

Теперь о главном — умощнение электронного трансформатора и реально ли это? На самом деле есть только один надежный способ умощнения без особых переделок.

Для умощнения удобно использовать ЭТ с кольцевым трансформатором, поскольку нужно будет перемотать вторичную обмотку, именно по этой причине мы заменим наш трансформатор.

Сетевая обмотка растянута по всему кольцу и содержит 90 витков провода 0,5-0,65мм. Обмотка мотается на двух сложенных ферритовых кольцах, которые были сняты от ЭТ с мощностью 150 Ватт. Вторичная обмотка мотается исходя от нужд, в нашем случае она рассчитана на 12 Вольт.

Планируется увеличить мощность до 200 Ватт. Именно поэтому и нужен был электролит с запасом, о котором говорилось выше.

Конденсаторы полумоста заменяем на 0,5мкФ, в штатной схеме они имеют емкость 0,22 мкФ. Биполярные ключи MJE13007 заменяем на MJE13009.
Силовая обмотка трансформатора содержит 8 витков, намотка делалась 5-ю жилами провода 0,7мм, таким образом, имеем в первичке провод с общим сечением 3,5мм.

Идем дальше. Перед и после дросселей ставим пленочные конденсаторы с емкостью 0,22-0,47мкФ с напряжением не менее 400 Вольт (я использовал именно те конденсаторы, которые были на плате ЭТ и которые пришлось заменить для увеличения мощности).

Далее заменяем диодный выпрямитель. В стандартных схемах применяются обычные выпрямительные диоды серии 1N4007. Ток диодов составляет 1 Ампер, наша схема потребляет немало тока, поэтому диоды стоит заменить на более мощные, во избежание неприятных результатов после первого включения схемы. Можно использовать буквально любые выпрямительные диоды с током 1,5-2 Ампер, обратное напряжение не менее 400 Вольт.

Все компоненты, кроме платы с генератором смонтированы на макетной плате. Ключи были укреплены на теплоотвод через изоляционные прокладки.

Продолжаем нашу переделку электронного трансформатора, дополнив схему выпрямителем и фильтром.
Дросселя намотаны на кольцах из порошкового железа (сняты от компьютерного БП), состоят из 5-8 витков. Намотку удобно сделать сразу 5-ю жилами провода с диаметром 0,4-0,6мм каждая жила.

Сглаживающий конденсатор подбираем с напряжением 25-35 Вольт, в качестве выпрямителя применен один мощный диод шоттки (диодные сборки из компьютерного блока питания). Можно использовать любые быстрые диоды с током 15-20 Ампер.

Автор статьи: Артем Кондратьев

Добрый день! Я Артем. Чуть меньше 9 лет работаю слесарем и мне нравиться работать руками. Когда создаешь новые полезные вещи или возвращаешь к жизни сломанные предметы. Разве это не прекрасно? Рекомендую, перед реализацией идей с моего сайта, проконсультироваться со специалистами. Удачного рабочего дня!

✔ Обо мне ✉ Обратная связь Оцените статью: Оценка 1.5 проголосовавших: 47

Трансформатор электронный схема. Зу для аккумуляторов из электронного трансформатора

Недавно в магазине на глаза попался электронный трансформатор для галогенных ламп. Стоит такой трансформатор копейки – всего 2,5$, что в разы дешевле стоимости используемых в нем компонентов. Блок был куплен для опытов. Как позже оказалось, он не имел защиту и при КЗ случился настоящий взрыв… Трансформатор был довольно мощным (150 Ватт), поэтому на входе был установлен предохранитель, который буквально лопнул. После проверки, оказалось, что половина компонентов сгорело. Ремонт обойдется дорого, да и незачем тратить нервы и время, лучше купить новый. На следующий день были куплены сразу три трансформатора на 50, 105 и 150 ватт.

Планировалось доработать блок, поскольку это был ИБП – без каких-либо фильтров и защит.

После доработки должен был получиться мощный ИБП, основная особенность которого – компактность.
Для начала блок был снабжен сетевым фильтром.

Дроссель был выпаян из блока питания DVD проигрывателя, состоит из двух идентичных обмоток, каждая содержит по 35 витков провода 0.3мм. Только проходя через фильтр, напряжение подается на основную схему. Для сглаживания НЧ помех использовались конденсаторы на 0.1 мкФ (подобрать с напряжением 250-400 вольт). Светодиод показывает наличие сетевого напряжения.

Регулятор напряжения

Была использована схема с применением всего одного транзистора. Эта самая простая схема из всех существующих, содержит пару компонентов и работает очень хорошо. Недостаток схемы – перегрев транзистора при больших нагрузках, но все не так уж и страшно. В схеме можно использовать любые мощные биполярные НЧ транзисторы обратной проводимости – КТ803,805,819,825,827 – рекомендую использовать последние три. Подстроечник можно брать с сопротивлением 1…6.8к, дополнительный защитный резистор берем с мощностью 0,5-1 Ватт.
Регулятор готов, идем дальше.

Защита

Еще одна простая схема, по сути это защита от переплюсовки. Реле буквально любое на 10-15 Ампер. Диод тоже можно применить любой выпрямительный, с током 1 ампер и более (отлично справляется широко применяемый 1N4007). Светодиод сигнализирует о неправильной полярности. Эта система отключает напряжение, если на выходе КЗ или неправильно подключено проверяемое устройство. БП можно использовать для проверки работоспособности самодельных УНЧ, преобразователей, автомагнитол и т.п., при этом не нужно боятся, что вдруг перепутаете полярность питания.

В дальнейшем мы рассмотрим еще несколько простых переделок электронного трансформатора, ну а пока у нас есть простой, компактный и мощный ИБП, который можно использовать в качестве лабораторного блока для начинающего.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Магазин	Мой блокнот
Т1	Биполярный транзистор	КТ827А	1	Поиск в Fivel	В блокнот
VD1	Выпрямительный диод	1N4007	1	Поиск в Fivel	В блокнот
	Диодный мост		1	Поиск в Fivel	В блокнот
С1, С2	Конденсатор	0.1 мкФ	2

Хорошее и малогабаритное зарядное устройство для аккумуляторов можно собрать из обычного 12В электронного трансформатора. Как известно, электронный трансформатор можно использовать в самых разных конструкциях. Это достаточно неплохой импульсный блок питания, хотя уровень выходных помех несколько завышен.

При доработке электронного трансформатора, можно построить неплохой ИБП с весьма внушительными характеристиками. Для того, чтобы ответить на вопрос — можно ли ЭТ превратить в высококачественное импульсное ЗУ для автомобиля, пришлось переделать (перемотать) трансформатор.

Штатный трансформатор во вторичной обмотке содержит 8 витков, после измерения стало ясно, что обмотка дает 10,75 вольт, а я планировал регулируемое ЗУ 0…30 вольт.

Родной трансформатор был выпаян, снята вторичная обмотка и на ее место намотана новая. Обмотка состоит из 23 витков, намотка делалась 6-ю жилами с диаметром 0,5 мм каждая, то есть мы имеем обмотку с сечением провода 3 мм (этого должно хватить для зарядки даже автомобильного аккумулятора.

В этой статье я решил представить новинки этого года, речь пойдет о технологический изобретениях, которые уже можно найти на рынке. В основном все устройства представленные в данной статье связаны с […]

Такой интересный компонент, как электронный трансформатор, так и просится для разнообразных радиолюбительских поделок. Цена его составляет всего пару долларов, и его легко можно приобрести и переделать в блок питания или компактное автомобильное зарядное устройство. Сегодня мы расскажем, как можно сделать блок питания из электронного трансформатора.

Основу нашего блока питания составит китайский электронный трансформатор с защитой от короткого замыкания под названием Taschibra , мощностью 105 Вт , схема которого изображена ниже.

Использовать его как обычный блок питания без доделки практически невозможно т.к. основная проблема в том, что на выходе электронного трансформатор переменное напряжение высокой частоты. Также такой трансформатор не способен работать без минимальной нагрузки.

Мы расскажем о методе переделки, при котором электронный трансформатор даже не придется разбирать, достаточно к его выходу подключить небольшую плату. На схеме ее компоненты выделены красной рамкой.

Она состоит из диода (обязательно используется диод Шоттки и фильтрующего конденсатора). Для запуска блока к его выходу должна быть подключено небольшая лампочка.

Как подобрать диод Шоттки. Первым делом нужно знать выходное напряжение электронного трансформатора. Как правило, оно составляет 12 В, а также максимальную силу тока, у нашего трансформатора она будет порядка 8 А. В зависимости от этих параметров и подбирается диод Шоттки.

Подбирать диод нужно с максимальным обратным напряжением как минимум в 3 раза выше, чем напряжение на выходе электронного трансформатора. По току лучше выбрать диод, прямой ток которого как минимум в 1,5 раза больше максимально выдаваемого с Вашего БП.

Примерно так выглядит наша плата.

Как видим, БП из электронного трансформатора работает, и на выходе мы уже имеем постоянный сглаженный ток. Если есть желание и возможность, тогда лучше составить более качественный фильтр и не ограничиваться лишь одним электролитическим конденсатором на выходе. Также при эксплуатации транзисторы и диод Шоттки необходимо установить на радиатор.

Где применять такой мощный блок питания из электронного трансформатора, решать только Вам. Конечно, он не подойдет для питания приемников или высококачественных усилителей, но с легкостью справится со светодиодной лентой, небольшим двигателем или другими нетребовательными приборами.

Вконтакте

Доработка №1

Схема теперь будет заводиться без нагрузки, одним словом мы получили полноценный ИБП с защитой от КЗ.

Доработка №2

Доработка №3

Стандартные трансформаторы, собранные на электротехнической стали, давно уже не используются в современной электронной радиоаппаратуре. Все без исключения современные телевизоры, компьютеры, музыкальные центры и ресиверы имеют электронные трансформаторы в блоках питания. Причин тут несколько:

Экономия . При нынешних ценах на медь и сталь, гораздо дешевле установить небольшую плату с десятком деталей и маленьким импульсным трансформатором на ферритовом сердечнике.

Габариты . Аналогичный по мощности электронный трансформатор будет иметь размер в 5 раз меньше, и на столько же меньший вес.

Стабильность . В ЭТ чаще всего уже встроена защита от замыканий и перегрузок по току (кроме дешёвых китайских), а диапазон входных напряжений составляет 100-270 вольт. Согласитесь – ни один обычный трансформатор не даст стабильности выходных напряжений при таком разбросе питания.

Поэтому не удивительно, что и радиолюбители стали всё чаще использовать эти импульсные преобразователи напряжения для питания своих самодельных конструкций. Как правило, такие ЭТ выпускают на напряжение 12В, но повысить или понизить его, а так-же добавить ещё несколько дополнительных напряжений (например при создании двухполярного источника питания УНЧ), можно домотав несколько витков на ферритовом кольце.

И вам не придётся тратить сотни метров провода, так как в отличии от обычного трансформатора на железе, здесь идёт примерно 1 виток на вольт. А в более мощных электронных трансформаторах пол витка и менее – смотрите на фото ниже, где показаны 60-ти и 160-ти ваттные трансформаторы.

В первом случае 12-ти вольтовая обмотка содержит 12 витков, а во втором всего 6. Следовательно чтоб получить допуустим 300 вольт выходного напряжения (для питания лампового усилителя), нужно будет домотать всего 150 витков. Если надо получить меньшее напряжение, чем 12В – делаем отвод от штатной обмотки. Типовая :

Только следует учесть, что большинство таких импульсных трансформаторов не запускаются с током нагрузки менее 1А. Для различных моделей минимальный ток может отличаться. А здесь читайте подробнее о доработках китайских ЭТ , позволяющих запускаться им даже при малых токах и не боятся КЗ.

О мощности электронных трансформаторов. Не слишком доверяйте написанному на корпусе ЭТ. Если он маркирован, как трансформатор 160 ватт, то уже при 100 ваттах нагрев будет такой, что возникнет риск выхода из строя выходных ключевых транзисторов. Поэтому мысленно делите её пополам. Или ставьте транзисторы на нормальные радиаторы не забывая про термопасту.

Цены на электронные трансформаторы сравнимы с аналогичными на железе. Так ЭТ 160 ватт стоит в нашем магазине электротоваров 5 долларов, а более слабый ЭТ на 60 ватт – 3 доллара. В общем единственным недостатком электронных трансформаторов можно считать повышенный уровень ВЧ помех и меньшую надёжность в работе. Если вы его спалили – чинить нет смысла, вероятность удачного ремонта не высока (если конечно проблема не в предохранителе на входе 220В). Дешевле просто купить новый.

Обсудить статью ТРАНСФОРМАТОР ЭЛЕКТРОННЫЙ ПОНИЖАЮЩИЙ

Электронный трансформатор. Ремонт своими руками.

Немного о трансформаторах

Рис.1: Трансформатор.

Как проверять электронные трансформаторы?

Рис 2: Мультиметр.

Диоды

Транзисторы

Обмотка

Конденсаторы (радиаторы)

А также, не забывайте, что электронные трансформаторы нельзя запускать без загрузки! Это очень важно.

Ремонт электронного трансформатора

Пример 1

В полученном мной электронном трансформаторе сгорела пара ключей на биполярных транзисторах (модель: 13009).

Рис.3: Биполярный транзистор MOROCCO-13009.

Пример 2

Рис. 4: Импульсный трансформатор от LUXMAN.

Для очистки совести я проверил все элементы, дорожки на плате, нигде не обнаружил обрывов.

Рис. 4: Галогеновая лампа на 50Ватт (упаковка).

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Похожее

Электронный трансформатор схема taschibra. Переделка электронного трансформатора в более мощный. Трансформаторы для галогеновых ламп

Содержание:

В настоящее время существует немало электроинструмента, работающего от аккумуляторных батарей. Однако через определенное время ресурс батарей постепенно снижается и не обеспечивает инструменту достижение нужной мощности. В таких случаях не помогает даже более частая зарядка, поэтому приходится решать, что делать дальше: вообще отказаться от агрегата или перевести его на питание от общей сети. Поскольку новая батарея по цене может сравниться с самим инструментом, можно самостоятельно изготовить блок питания из электронного трансформатора, что обойдется значительно дешевле.

Технические условия изготовления

Переделать электронный трансформатор в импульсный блок питания не так просто, как это оказывается на практике. Помимо трансформатора потребуется установка выпрямительного моста на выходе и сглаживающего конденсатора. В случае необходимости и подключение нагрузки.

Необходимо учитывать, что запуск преобразователя невозможен без нагрузки или при недостаточной нагрузке. Это легко проверить с помощью светодиода, подключаемого к выходу выпрямляющего устройства с использованием ограничительного резистора. В итоге все дело закончится лишь одной вспышкой светодиодного источника света в момент включения.

Для того чтобы появилась еще одна вспышка, преобразователь необходимо сначала выключить, а затем снова включить в сеть. Добиться постоянного свечения вместо вспышек возможно путем подключения выпрямителя к дополнительной нагрузке, которая производит отбор полезной мощности с выделением тепла. Данная схема может использоваться только при постоянной нагрузке, управляемой через первичную цепь.

Если же нагрузка требует более 12 вольт, выдаваемых электронным трансформатором, необходимо перемотать выходной трансформатор. Существуют и другой вариант решения этой проблемы, более эффективный и менее затратный.

Как создать импульсный блок питания не разбирая трансформатор

Изготовление такого блока питания осуществляется в соответствии с представленной схемой. Его основой служит электронный трансформатор, мощность которого 105 ватт. Кроме того, переделка электронного трансформатора в блок питания потребует использования дополнительных элементов – выпрямительного моста VD1-VD4, выходного дросселя L2, согласующего трансформатора Т1 и сетевого фильтра.

Для изготовления трансформатора Т1 потребуется ферритовое кольцо с размерами К30х18х7. Провод в первичной обмотке уложен вдвое, скручен в жгут и намотан в таком виде в количестве 10 витков. Лучше всего подойдет провод диаметром 0,8 мм, например, ПЭВ-2. Вторичная обмотка состоит из такого же провода с такой же укладкой, намотанного в 2х22 витка. В итоге получается двойная симметричная обмотка с общей средней точкой, получаемой путем соединения начала одной обмотки с концом другой.

Дроссель L2 также изготавливается своими руками. Он состоит из такого же ферритового кольца, как и трансформатор. Для обмоток используются аналогичные провода ПЭВ-2, наматываемые по 10 витков. Сборка выпрямительного моста выполняется с помощью диодов КД213 или КД2997, которые могут функционировать при минимальной рабочей частоте 100 кГц. В случае использования других элементов, например, КД242, они будут лишь нагреваться, но не обеспечат требуемого напряжения. Площадь радиатора для установки диодов должна быть не меньше 0,6-0,7 м2. Радиатор используется вместе с изолирующими прокладками.

В цепочку электролитических конденсаторов С4, С5 включено три элемента по 2200 мкф, соединенные параллельно. Данный вариант используют все импульсные источники питания с целью снижения общей индуктивности электролитических конденсаторов. В некоторых схемах могут параллельно с ними подключаться керамические конденсаторы на 0,33-0,5 мкф для сглаживания высокочастотных колебаний.

Сетевой фильтр устанавливается на входе блока питания, хотя вся система сможет функционировать и без него. Входной фильтр оборудуется готовым дросселем марки ДФ50ГЦ, который можно взять в телевизоре. Все узлы и элементы блока монтируются на общую плату методом навесного монтажа. Для платы используется изоляционный материал, а вся готовая конструкция помещается в латунном или жестяном корпусе с вентиляционными отверстиями.

При правильной сборки источника питания, какая-либо дальнейшая наладка не требуется, поскольку устройство сразу начинает нормально функционировать. Однако, проверить работоспособность все-таки необходимо. С этой целью на выходе блока питания подключаются резисторы на 240 Ом и минимальной мощностью 5 ватт в качестве нагрузки.

Блок питания для использования в особых условиях

Довольно часто возникают ситуации, когда применение становится проблематичным из-за специфических условий эксплуатации. Это может быть слишком малое потребление тока или его изменение в широком диапазоне, в результате, блок питания просто не запускается. Характерным примером становится люстра, в которую устанавливаются светодиодные лампы вместо галогенных, несмотря на то, что в приборе освещения имеется встроенный электронный трансформатор. Решить эту проблему поможет упрощенная схема этого трансформатора, представленная на рисунке.

На данной схеме обмотка управляющего трансформатора Т1, отмеченная красным, служит для обеспечения обратной связи по току. То есть, когда ток не идет через нагрузку или проходит в очень малом количестве, трансформатор просто не будет включаться. Это значит, что устройство не станет работать, если к нему подключить лампочку на 2,5 Вт.

Данная схема может быть доработана, что позволит устройству работать вообще без нагрузки. Прибор окажется защищен от короткого замыкания. Как все это осуществить на практике, показано на следующем рисунке.

Работа электронного трансформатора при минимальной нагрузке или вообще без нее, обеспечивается путем замены обратной связи по току, обратной связью по напряжению. С этой целью обмотка обратной связи по току убирается, а взамен ее в плату впаивается перемычка из проволоки, не затрагивая ферритовое кольцо.

Затем на управляющем трансформаторе TR1, установленном на малом кольце, следует намотать обмотку, состоящую из 2-3 витков. На выходном трансформаторе наматывается еще один виток, после чего выполняется соединение обеих дополнительных обмоток. Если устройство не начнет функционировать, рекомендуется поменять расположение фаз на какой-либо обмотке.

Резистор, устанавливаемый в цепь обратной связи, должен иметь сопротивление в диапазоне от 3 до 10 Ом. С его помощью определяется глубина обратной связи, определяющая значение тока, при котором наступает срыв генерации. Это и будет током срабатывания против короткого замыкания, в зависимости от сопротивления резистора.

Доработка №1

Схема теперь будет заводиться без нагрузки, одним словом мы получили полноценный ИБП с защитой от КЗ.

Доработка №2

Доработка №3

Многие начинающие радиолюбители, и не только, сталкиваются с проблемами при изготовлении мощных источников питания. Сейчас в продаже появилось большое количество электронных трансформаторов, используемых для питания галогенных ламп. Электронный трансформатор представляет собой полумостовой автогенераторный импульсный преобразователь напряжения.
Импульсные преобразователи имеют высокий КПД, малые размеры и вес.
Стоят данные изделия не дорого, примерно 1рубль за один ватт. Их после доработки вполне можно использовать для питания радиолюбительских конструкций. В сети есть немало статей по этой теме. Хочу поделиться своим опытом переделки электронного трансформатора Taschibra 105W.

Электронные трансформаторы начали входить в моду совсем недавно. По сути, он является импульсным блоком питания, который предназначен для понижения сетевых 220 Вольт до 12 Вольт. Такие трансформаторы применяются для питания галогенных ламп 12 Вольт. Мощность выпускаемых ЭТ на сегодня 20-250 Ватт. Конструкции почти у всех схем подобного рода схожи друг с другом. Это простой полумостовой инвертор, достаточно нестабильный в работе. Схемы лишены защиты от КЗ на выходе импульсного трансформатора. Еще одним недостатком схемы является то, что генерация происходит только тогда, когда на вторичную обмотку трансформатора подключают нагрузку определенной величины. Я решил написать статью, поскольку считаю, что ЭТ может быть использован в радиолюбительских конструкциях в качестве источника питания, если внести некоторые простые альтернативные решения в схему ЭТ. Суть переделки – дополнить схему защитой от КЗ и заставить ЭТ включаться при подаче сетевого напряжения и без лампочки на выходе. На самом деле переделка достаточно проста и не требует особых навыков в электронике. Схема показана ниже, красным – изменения.

На плате ЭТ мы можем увидеть два трансформатора – основной (силовой) и трансформатор ОС. Трансформатор ОС содержит 3 отдельные обмотки. Две из них являются базовыми обмотками силовых ключей и состоят из 3-х витков. На этом же трансформаторе есть еще одна обмотка, которая состоит всего из одного витка. Эта обмотка последовательно подключена к сетевой обмотке импульсного трансформатора. Именно эту обмотку нужно снять и заменить перемычкой. Дальше нужно поискать резистор с сопротивлением 3-8 Ом (от его величины зависит срабатывания защиты от КЗ). Затем берем провод диаметром 0,4-0,6мм и мотаем два витка на на импульсном трансформаторе, затем 1 виток на трансформаторе ОС. Резистор ОС подбираем с мощностью от 1 до 10 ватт, он будет нагреваться, и достаточно сильно. В моем случае использован проволочный резистор с сопротивлением 6,2 Ом, но не советую использовать их, поскольку проволока имеет некоторую индуктивность, что может повлиять на дальнейшую работу схемы, хотя точно сказать не могу – время покажет.

При КЗ на выходе тут же сработает защита. Дело в том, что ток во вторичной обмотке импульсного трансформатора, а также и на обмотках трансформатора ОС резко спадет, это приведет к запиранию ключевых транзисторов. Для сглаживания сетевых помех на входе питания установлен дроссель, который был выпаян от другого ИБП. После диодного моста желательно установить электролитический конденсатор с напряжением не менее 400 Вольт, емкость подобрать исходя от расчета 1мкФ на 1 ватт.

Но даже после переделки, не стоит замыкать выходную обмотку трансформатора более 5 секунд, поскольку силовые ключи будут греться и могут выйти из строя. Переделанный таким образом импульсный БП включится без выходной нагрузки вообще. При КЗ на выходе генерация срывается, но схема не пострадает. Обычный же ЭТ при замыкании выхода, просто мгновенно сгорает:

Продолжая экспериментировать с блоками электронных трансформаторов для питания галогенных ламп, можно доработать сам импульсный трансформатор, например для получения повышенного двухполярного напряжения для питания автомобильного усилителя.

Трансформатор в ИБП галогенных ламп выполнен на ферритовом кольце, и по виду с этого кольца можно выжимать нужные ватты. С кольца были сняты все заводские обмотки и на их место были намотаны новые. Трансформатор на выходе должен обеспечивать двухполярное напряжение – 60 вольт на плечо.

Для намотки трансформатора использовался провод от китайских обычных железных трансформаторов (входили в комплект приставки сега). Провод – 0,4 мм. Первичная обмотка – мотается 14-ю жилами, сначала 5 витков по всему кольцу, провод не отрезаем! После намотки 5 витков делаем отвод, скручиваем провод и мотаем еще 5. Такое решение избавит от трудной фазировки обмоток. Первичная обмотка готова.

Вторичка мотается также. Обмотка состоит из 9-ти жил того же провода, одно плечо состоит из 20 витков, тоже мотается по всему каркасу, затем отвод и мотаем еще 20 витков.

Для очищения лака я просто поджег провода зажигалкой, затем очистил их монтажным ножом и вытер кончики растворителем. Должен сказать – работает великолепно! На выходе получил требуемые 65 вольт. В дальнейших статьях мы рассмотрим варианты такого рода, а также добавим выпрямитель на выходе, превращая ЭТ в полноценный импульсный блок питания, который может быть использован практически для любых целей.

Для сборки самодельных мощных источников питания можно использовать электронные трансформаторы, применяемые для питания галогенных ламп. Электронный трансформатор представляет собой полумостовой автогенераторный импульсный преобразователь напряжения. Стоят такие импульсные трансформаторы достаточно дёшево, и после небольшой доработки их можно использовать для питания своих самодельных устройств требующих мощного источника питания.
При небольших размерах они обеспечивают большую выходную мощность, но у них есть определённые недостатки, такие как: нежелание запуститься без нагрузки, выход из строя при коротком замыкании, и очень сильный уровень помех.

Классическая схема электронного трансформатора на примере Taschibra
, но это может быть и любой другой электронный трансформатор, к примеру ZORN New, приведена ниже.

Напряжение сети поступает на диодный мост. Выпрямленное напряжение питает полумостовой преобразователь на транзисторах. В диагональ моста, образованного этими транзисторами и конденсаторами С1, С2, включена обмотка I импульсного трансформатора Т2. Запуск преобразователя обеспечивается цепью, состоящей из резисторов R3, конденсатора С3, диода D5 и диака D6. Трансформатор обратной связи Т1 имеет три обмотки – обмотка обратной связи по току, которая включена последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора (то есть чем больше ток нагрузки – тем больше ток базы ключей, поэтому трансформатор не запускается без нагрузки, или при малой нагрузке напряжение меньше 12В, да и при коротком замыкании базовый ток ключей растет и они выходят из строя, а часто еще и резисторы в базовых цепях), и две обмотки по 3 витка, питающие базовые цепи транзисторов. Выходное напряжение электронного трансформатора представляет собой прямоугольные импульсы частотой 40 кГц, промодулированные частотой 100 Гц.

Внешний вид платы ZORN New 150 и обратная сторона

Первая проблема отсутствия запуска без нагрузки или при малой нагрузке устраняется довольно просто – меняем ОС (обратную связь) по току на ОС по напряжению. Удаляем обмотку ОС по току на коммутирующем трансформаторе и ставим вместо нее перемычку. Далее наматываем 1-2 витка на силовом трансформаторе и 1 на коммутирующем, используем резистор в ОС от 3-10 Ом мощностью не меньше 3 – 5 ватт, чем выше сопротивление – тем меньше ток защиты от КЗ. Этим токоограничивающим резистором устанавливается частота преобразования. При увеличении тока нагрузки частота становится больше. Если преобразователь не запустится необходимо изменить направление намотки.

Подключаем на выходе выпрямительного моста конденсатор, для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Емкость выбирается из расчета 1 – 1,5 мкФ на 1Вт. Рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 400В. При включении в сеть выпрямительного моста с конденсатором возникает бросок тока, поэтому нужно в разрыв одного из сетевых проводов включить терморезистор NTC или резистор 4,7 Ом 5Вт.

Если необходимо другое выходное напряжение, перематываем вторичную обмотку силового трансформатора. Самое простое, это посчитать количество витков вторичной обмотки на силовом трансформаторе, к примеру в электронном трансформаторе ZORN New 150 – 8 витков вторичной обмотки при выходном напряжении 11,8 вольт, соответственно получаем 1,47 вольт/виток. Необходимо также учитывать что, под нагрузкой напряжение упадет, примерно на 2 вольта. Диаметр провода выбирается исходя из тока нагрузки. Таким образом можно получить широкий спектр выходных напряжений от единиц до нескольких сотен вольт. Также можно намотать несколько обмоток для получения нескольких напряжений с одного блока питания, естественно при этом нужно учитывать суммарную мощность электронного трансформатора.

Для выпрямления переменного напряжения на выходе электронного трансформатора устанавливаем диодный мост. Электронные трансформаторы плохо работают с емкостной нагрузкой или не запускаются вообще. Для нормальной работы необходим плавный запуск устройства. Обеспечению плавного запуска способствует дроссель L1. Совместно с конденсатором он также выполняет функцию фильтрации выпрямленного напряжения. Емкость выходного конденсатора желательно подобрать из расчёта не менее 10 мкф на 1 ватт потребляемой нагрузки. Параллельно желательно поставить конденсатор емкостью 0.1 мкф.

Схема электронного трансформатора с переделками.

В нём применяются транзисторы . Даташит на него

Динистор И немного о динисторе.

DB3 – популярный зарубежный двусторонний динистор – диак. Выполнен в стеклянном цилиндрическом корпусе с гибкими проволочными выводами.

Наибольшее распространение прибор DB3 нашел в схемах сетевых регуляторов мощности нагрузки (диммеров).

Динистор DB3 является двунаправленным диодом (триггер-диод), который специально создан для управления симистором или тиристором. В основном своем состоянии динистор DB3 не проводит через себя ток (не считая незначительный ток утечки) до тех пор, пока к нему не будет приложено напряжение пробоя.

В этот момент динистор переходит в режим лавинного пробоя и у него проявляется свойство отрицательного сопротивления. В результате этого на динисторе DB3 происходит падение напряжения в районе 5 вольт, и он начинает пропускать через себя ток, достаточный для открытия симистора или тиристора.

Поскольку DB3 является симметричным динистором (оба его вывода являются анодами), то нет абсолютно ни какой разницы, как его подключать.

Характеристики:

(I откр — 0.2 А), В 5 – это напряжение при открытом состоянии;
Среднее максимально допустимое значение при открытом состоянии: А 0.3;
В открытом состоянии импульсный ток составляет А 2;
Максимальное напряжение (во время закрытого состояния): В 32;
Ток в закрытом состоянии: мкА — 10;
Максимальное импульсное не отпирающее напряжение составляет В 5.
Диапазон рабочих температур: C -40…70

ИБП из электронного трансформатора – Блоки питания (импульсные) – Источники питания

Я вообще не особенно любитель изготавливать блоки питания, если только он сам по себе не является целью всей конструкции. Однако на протяжении уже около 4х лет, в качестве блока питания или даже ЗУ для автомобильного аккумулятора я использую обычный электронный трансформатор для галогенных ламп. Подобный транс можно приобрести в любом магазине электро товаров.

В интернете уже есть кое какие статьи по переделке таких трансов в блок питания, кто то даже усиленно исследует этот девайс Да и в журнале Радио за какой то год есть статья по этой теме. Ну и я решил вставить свои пять копеек

Вообще все просто до нельзя, изготовить более простой и надежный ИБП да и еще купив детали для него в любом хоз магазине я думаю нереально

Итак, схема…. Схема это обычный автогенератор, имеющий обратную связь по току. Т.е. если нагрузки на выходе нет то и по сути весь электронный трансформатор не работает. Причем нагрузка должна быть довольно приличной. Бывали такие случаи, когда меня просили подобный девайс поремонтировать, мол не работает. При этом подключали к нему лампочку 0.25 Вт и делали вывод – устройство не фурычит, наипали в магазине

Опять же при увеличении нагрузки, весь наш трансик успешно превращается в угли. Очевидно, что все это как то не особо подходит для наших целей. Нам бы сделать так, чтобы все работало на холостом ходу, да и еще бы имело защиту от КЗ. Как ни странно, все это можно реализовать модернизировав простенькую схемотехнику электронного трансформатора. Причем сам ответ как это сделать лежит на поверхности.

Всего то нужно заменить ОС (обратную связь) по току, обратной связью по напряжению.

Красным цветом на схеме обозначены необходимые изменения. Сама схема может иметь некоторые вариации… например отсутствовать диод VD1. Токовую обмотку ОС, W3 удаляем и на ее место ставим перемычку. Наматываем на основном трансформаторе TV1 обмотку обратной связи Woc1 – 1 – виток, Woc2 – 2-3 витка на трансформаторе обратной связи Toc (маленькое колечко, кто не в курсе ). Следует соблюдать начало с концом обмоток, ну если не правильно то просто нет генерации. Резистором R4 регулируется глубина ОС, которая в свою очередь влияет на ток при которым происходит срыв генерации автогенератора, откуда мы собственно и получаем защиту от КЗ. При увеличении резистора R4, соответственно, при меньшем выходном токе будет происходить срыв генерации. Вместо резистора R4 можно поставить пленочный конденсатор, это даже более предпочтительно, если кого то раздражает нагрев R4. Величину конденсатора можно выбрать в пределах от 10n до 330n. Подбирается опытным путем.

Вторичку можно намотать со средней точкой, или же обычную. Тогда потребуются 4 диода в выпрямителе. Диоды разумеется с барьером Шотки. Сколько мотать, ориентируемся по вторичке которая была. Я ее как правило полностью удаляю. Дроссель L не обязателен, но весьма желателен. Величина не критична 10… 100 мкГн. Ну и по высокой стороне устанавливаем электролит C4, это улучшит качество выходного напряжения при нагрузке (не будет пульсаций, до определенного предела конечно). Выковырять подобный маленький электролит можно например из энергосберегающей лампочки. Да и еще забыл, нужно на ноги электролита (паралельно) поставить разрядный резистор 220К, мощностью 1Вт. НА схеме нарисовать забыл (дорисовывать лень ), он способствует ускоренной разрядке электролита, и без него преобразователь после выключения и быстрого повторного включения может не запускаться. Это связано с запускающим диаком DB3.

На выход выпрямителя, если требуется, лепим стабилизаторы напряжения… короче кто на что горазд)

Ну и весьма желательно поставить сетевой фильтр L1, C7, C6. Помех от подобных девайсов в сети море, вообще не понятно как китаезы проходят нормы по эл. совместимости. Судя по всему никак… Так что, ставим фильтр.

ПС: на фотке нет сетевого фильтра, на момент написания статьи он где то ехал по бескрайним просторам нашей страны в виде посылки…..

Анализ схем типичного электронного трансформатора

Схема самозапускающегося полумостового генератора

В этом посте я проведу анализ конструкции базового электронного трансформатора, обычно используемого для обеспечения питания 12 В для галогенного освещения. Конкретно конструкция общей схемы самозапускающегося полумостового генератора . Я не буду вдаваться в фактическое вычисление значений компонентов, но хочу больше узнать о том, почему схема устроена так, как она есть, и о назначении каждого компонента в схеме.Глядя на окончательную схему схемы, довольно сложно, но это действительно элегантно простая схема для объяснения. Понимание этого откроет для вас целый мир, поскольку вы увидите элементы этой схемы, встроенные во многие другие схемы, например, внутренние для управления светодиодами и CFL . К концу этого поста вы должны быть знакомы с конструктивными особенностями этой конкретной схемы.

Содержание

Базовый обзор электронного трансформатора
Что такое H-мост и для чего он нужен?
Что такое полумостовая схема?
Как работает схема полумоста?
Как работает осциллятор?
Как инициализируется или запускается генератор?
Что такое мостовой выпрямитель?
Зачем нужен шумовой фильтр и для чего он нужен?
Дополнительные защитные элементы

Базовый обзор электронного трансформатора
В моем предыдущем посте Трансформаторы, электронные трансформаторы и импульсные источники питания я обсуждал их различия и коснулся каждой из их операций.Полезно понять, в чем их отличия, хотя бы для того, чтобы защититься от давления продавца, «делающего все по-крупному».

Есть много способов генерировать более высокую частоту, но наиболее часто используемый метод – это элегантная схема, называемая схемой самозапускающегося полумостового генератора. Основными активными компонентами являются два силовых транзистора, которые попеременно переключают выпрямленную сеть через выходной трансформатор. Расположение транзисторов – отсюда и название «полумост».Это только одна сторона H-моста, а на другой – два конденсатора. Вот блок-схема, показывающая схему черного ящика внутренних рабочих строительных блоков электронного трансформатора. Я взял на себя смелость добавить гиперссылки на компоненты в диаграмме. Если вы не можете дождаться и хотите перейти к конкретному разделу этой статьи, щелкните нужный блок.

Модель корпуса электронного трансформатора

Не паникуйте! «Самозапускающаяся схема полумостового генератора» – это элегантно простая схема, которая используется в слегка измененных формах во многих ситуациях, например, в электронных балластах для люминесцентных ламп.Если вы сможете следовать следующей логике в сообщении ниже, вы сможете ошеломить своих друзей своими обширными знаниями. Но будьте осторожны, не используйте эти новые знания на инженерах-электронщиках, поскольку они, вероятно, будут достаточно заинтересованы, чтобы задавать неудобные вопросы, потенциально разрушающие иллюзию, которую вы только что создали.

Что такое H-мост и для чего он нужен?

Понимание работы схемы “H-мост” упростит понимание схемы “полумоста”.К счастью, это очень простая концепция. По сути, он используется как метод управления двигателем постоянного тока (DC) вперед и назад с помощью устройства переключения от одностороннего источника постоянного тока. Буква «H» в H-мосте не является аббревиатурой или аббревиатурой, а является буквальным обозначением схемы подключения. Как вы можете видеть ниже, он немного похож на заглавную букву «H». По сути, это четыре переключателя, которые позволяют пропускать ток через нагрузку, чаще всего двигатель постоянного тока. Я считаю, что причина использования термина «мост» в его названии заключается в том, что он находится между положительной и отрицательной шинами питания постоянного тока.

Н-мостовая схема с 4 переключателями и двигателем постоянного тока

Эта компоновка позволяет переключать постоянный ток, позволяя двигателю вращаться вперед и назад. Каждый переключатель должен переключаться в противоположных парах, чтобы изменить путь тока через двигатель, как показано на схемах ниже.

Путь тока через пары переключателей, позволяющих управлять направлением двигателя

Итак, никакой драмы! Вместо использования механических переключателей, таких как реле, можно использовать твердотельные переключатели, такие как транзисторы, расположенные таким же образом.

Твердотельное состояние означает, что это физический компонент без движущихся частей.

Поскольку эта схема будет использоваться для питания трансформатора, который используется для подачи галогена низкого напряжения, я также покажу на следующих схемах замененный двигатель схематическим изображением трансформатора и электрической лампочки. H-мост был разработан для передачи высокого тока через двигатель постоянного тока, что позволяет ему работать в обоих направлениях. Нетрудно понять, как эту схему можно использовать для управления трансформатором, поскольку трансформатор требует переменного тока.

H Мостовая схема с твердотельными переключателями с разными нагрузками

Схема моста H объясняется только в этом посте, но она предлагает больше преимуществ, чем просто запуск двигателя постоянного тока вперед и назад, например, индуктивный разрыв, но объяснение этого выходит за рамки этого поста.

Что такое полумостовая схема?

Энергетические потребности трансформатора намного скромнее, и из-за сочетания дешевизны и эффекта ограничения энергии, которая может проходить через трансформатор, два полупроводниковых переключателя на основе транзистора могут быть заменены конденсаторами.Поскольку это уже не полная буква “H”, она теперь называется “полумостовой” схемой.

Схема полумостовой схемы с выходным трансформатором и светом

Эта компоновка имеет дополнительный эффект: два переключателя, а не четыре.

Он предотвращает повреждение транзисторов, когда цепь не колеблется, поскольку другой конец трансформатора подключен к двум конденсаторам, которые естественным образом блокируют путь постоянного тока.

Он останавливает чрезмерное потребление тока, поскольку между шинами питания нет пути постоянного тока.

Избыточная неиспользованная энергия в трансформаторе перерабатывается в колпачки и не пытается повредить транзисторы.

Емкость конденсаторов достаточно велика, чтобы удерживать энергию любого одного цикла, и поэтому не вызывает проблем с нелинейным выпрямленным коэффициентом мощности нагрузки.

Я написал статью о коэффициенте мощности и объяснил два типа коэффициента мощности.Тип коэффициента мощности электронного трансформатора – это нелинейная выпрямленная нагрузка, при которой наблюдается скачок мощности, вызывающий чрезмерные гармоники. Поскольку емкость мала, а зарядка и разрядка происходят в каждом цикле с частотой от 20 000 до 100 000 Гц, этот коэффициент мощности практически не поддается обнаружению.

Как работает полумостовая схема?

Я сделал следующие диаграммы, чтобы проиллюстрировать, как ток проходит через трансформатор, когда транзисторы переключаются поочередно.Для этого объяснения нас интересуют только два состояния.

Один, когда биполярный транзистор T1 выключен, а T2 включен.

Другое состояние – это виза.

Путь тока через полумост во время работы

В момент непосредственно перед включением транзистора T2 мы должны предположить, что конденсатор C2 будет заряжен, а конденсатор C1 разряжен.Также транзистор Т1 включен и проводит ток. Когда транзистор T2 включается, транзистор T1 также переходит в состояние разомкнутой цепи (выключено) и больше не может проводить ток. Напряжение на стороне транзистора трансформатора падает до отрицательной шины постоянного напряжения (достаточно близко). Это заставляет конденсатор C1, который ранее был разряжен, заряжаться, так как теперь на нем появляется постоянное напряжение. Одновременно конденсатор C2, который ранее был заряжен, теперь разряжается, но снова через трансформатор.В результате через трансформатор будет проходить ток, равный току заряда и разряда, см. Первую диаграмму выше. Стрелки показывают путь тока в цепи.

После того, как конденсатор C1 заряжен, а C2 разряжен. Транзистор T2 размыкается, останавливая ток, и T1 включается, позволяя току проходить через него. Это изменение заставит транзисторную сторону трансформатора перейти от отрицательной шины питания постоянного тока к положительной шине питания постоянного тока (достаточно близко).Это означает, что конденсатор С2, который ранее был разряжен, начнет заряжаться. Когда напряжение между C1 и C2 возрастает, заряженный конденсатор C1 должен будет разрядить свою энергию, посылая ток обратно к источнику постоянного тока (см. Вторую диаграмму выше). Результатом этого разряда является протекание тока от конденсатора C1 через транзистор T1. В итоге ток, протекающий через трансформатор, складывается из зарядного и разрядного токов через C2 и C1 соответственно, см. Вторую диаграмму выше.На этом этапе мы готовы вернуться к исходной точке, так как конденсатор C2 будет заряжен, а конденсатор C1 разряжен.

Как описано в моем предыдущем посте, энергия, содержащаяся в магнитном потоке каждого цикла, крошечная по сравнению со стандартным силовым трансформатором. Мощность достигается за счет существенно более высокой частоты передачи. Следовательно, коэффициент мощности индуктивного типа (вызванный остаточным магнитным потоком) также очень мал, и, как правило, электронный трансформатор можно безопасно использовать с диммером по задней кромке.Обычно это означает, что его можно использовать со всеми диммерами.

Обязательно соблюдайте инструкции производителя относительно выбора диммеров.

Выбор C1 и C2 следует рассматривать в свете того, что выходной трансформатор является индуктором и, следовательно, имеет свойство, называемое «реактивное сопротивление». Это свойство может быть воспринято как стремление катушки индуктивности попытаться поддерживать уровень тока, проходящего через нее, поэтому он не хочет меняться.

Это фактически вызвано созданием и схлопыванием магнитного потока.Как описано в моем предыдущем посте о трансформаторах, этот поток является временным накопителем энергии. Будьте уверены, у индуктора нет эмоций.

Если транзисторы не изменяются в идеальном согласии, может быть точка, в которой выходной трансформатор на мгновение подключается к высокому сопротивлению с одной стороны. Из-за свойства сопротивления это позволит напряжению внезапно измениться на трансформаторе, поскольку он пытается поддерживать ток, проходящий через него. В таком случае напряжение между конденсаторами C1 и C2 может быть больше или меньше, чем напряжение на шине питания постоянного тока источника постоянного тока, что фактически вызывает суперположительное или отрицательное напряжение в этом узле.Это означает, что при выборе физической конструкции конденсатора для C1 и C2 необходимо учитывать ситуацию, когда полярность напряжения меняется на противоположную.

Электролитические конденсаторы – плохой выбор, поскольку они не выдерживают обратного напряжения. Обычно выбирается керамический или полиэфирный колпачок с комфортным номинальным напряжением 400 В (при условии, что сеть переменного тока 240 В).

Из-за того же свойства реактивного сопротивления существует также опасность того, что трансформатор может попытаться запустить биполярные транзисторы в обратном направлении, поэтому для защиты от этого потенциального риска в схему часто добавляются диоды обратного хода.На схеме ниже D1 и D2 – обратные диоды.

У ранних электронных трансформаторов их не было, но я заметил, что они чаще встречаются в более поздних моделях.

Полумост с дополнительными обратными диодами

Принцип их работы таков: если напряжение трансформатора становится суперположительным или отрицательным между транзисторами T1 и T2, будет альтернативный безопасный токопроводящий путь через эти диоды.Я заметил, что эти обратные диоды являются обычным явлением, если вы ищете в Интернете схемы электронных трансформаторов, но C1 и C2 должны смягчать переход T1 и T2, если они выбраны правильно. Поэтому для следующего анализа схемы я не включил их в свои схемы.

Когда я говорю «суперположительное» или «отрицательное», я имею в виду, что напряжение поднялось выше или ниже соответствующих шин постоянного напряжения. Это фактически означало бы, что ток пытается пройти через транзистор в обратном направлении.Диод установлен в обратном направлении по сравнению с источником постоянного тока, но на самом деле это правильное направление, позволяющее этому постороннему току и, следовательно, возрастающему напряжению обходить транзистор.

Как работает осциллятор?

Транзисторы управляются отрицательной обратной связью, что создает генератор с малым числом компонентов. Такое устройство обратной связи является причиной того, что его называют «автоколебательным» или, точнее, «автогенератором».«Эта конструкция используется для создания поля в трансформаторе для переключения базы на транзисторе, таким образом изменяя его состояние. Первоначально это было бы через дополнительные обмотки на основном выходном силовом трансформаторе. Поскольку требуется лишь крошечный ток и простота , второй крошечный тороид используется только с одним витком на первичной обмотке. См. схему ниже.

Полумост, подсвечивающий компоненты автогенератора второй миниатюрный тороидальный трансформатор, используемый для переключения.Маленькая точка на схеме представляет направление обмотки и, следовательно, ток, протекающий через тороидальный трансформатор TR2 относительно каждой обмотки.

Энергия индуцируется в первичной обмотке TR2, которая электрически согласована с выходным трансформатором TR1 главного тороида. Это индуцирует ток в двух других отдельных вторичных обмотках трансформатора TR2, питая базу транзисторов T1 и T2. Точки показывают, что ток инвертирован, поэтому транзисторы всегда находятся в противоположном состоянии друг к другу, поэтому T1 и T2 переключаются поочередно.

Когда компоненты находятся в электрическом соединении, это называется последовательным соединением, поэтому ток через один проходит через другой одинаково.

Возьмем случай, когда транзистор T1 «выключен», поэтому напряжение во вторичной обмотке трансформатора TR2, подключенной к базе T1, равно нулю или отрицательно. Поскольку состояния транзисторов симметрично противоположны, другая вторичная обмотка TR2, которая подключена к базе транзистора T2, должна быть положительной, таким образом, включая его. Это вызывает протекание противоположного тока через трансформаторы TR1 и TR2.Поскольку ток течет в этом новом направлении через первичную обмотку TR2, он индуцирует противоположное напряжение во вторичной обмотке, включая транзистор T1 и выключение T2. Это изменение заставляет ток течь в противоположном направлении через трансформаторы TR2 и TR1, что снова меняет состояние транзисторов. Это зачатки колебаний, известные как «самовозбуждающие колебания».

Это действие допускает самоподдерживающееся колебание. Резисторы должны ограничивать ток от TR2 к базе транзисторов.

Наличие отдельного переключающего тороида TR2 позволяет отличать магнитные свойства переключающего тороида от основного выходного трансформатора TR1, даже если они имеют одинаковый ток. Такое свойство называется гистерезисом прямоугольной петли, которое является внутренним свойством сердечника трансформатора. Этот гистерезис, по сути, представляет собой остаточную магнитную поляризацию материала сердечника, проявляющуюся как частичный и кратковременный магнит. Гистерезис с прямоугольной петлей эффективно означает, что магнитопровод блокирует переход изменения магнитного потока до тех пор, пока он не достигнет определенного уровня (порогового уровня).Ток в первичной обмотке должен быть достаточно высоким, чтобы генерировать поток, достаточный для превышения порогового уровня. Как только порог будет достигнут, поток в сердечнике внезапно изменится на противоположный, что приведет к резкому выходу вторичных обмоток, а не к хорошей синусоиде. Преимущество этого состоит в том, что переключающие транзисторы T1 и T2 переводятся в состояния «включено» и «выключено» поочередно и быстро, а не постепенно.

Свойство гистерезиса прямоугольной петли означает, что вторичный выход трансформатора действует больше как переключатель, чем просто соединение первичной обмотки со вторичной, как в большинстве трансформаторов.

Это также причина, по которой вы часто будете видеть минимальную нагрузку , заявленную как на электронном трансформаторе, указанную производителем. По сути, если через трансформатор TR2 недостаточно энергии, не будет достаточно энергии для переключения состояний транзисторов T1 и T2.

Вы часто увидите схемы, включающие дополнительные конденсаторы, такие как схема ниже.

Полумост с подсветкой компонентов автогенератора и конденсаторов

Честно говоря, я не уверен, что C3 и C4 делают в этой ситуации.На первый взгляд и зная, что эта схема будет колебаться примерно на 20-100 кГц, конденсаторы будут пропускать больший ток в базу транзисторов на более высоких частотах. Возможна ли возможность переключения на более высокую частоту? Обратите внимание, что также будет фазовая задержка между первичным током, индуцированным в TR2, и генерируемым током в двух вторичных обмотках TR2. Это ограничит максимальную частоту колебаний. Конденсаторы также могут использоваться для создания резонанса между индуктивной обмоткой TR2, помогая ему достичь оптимальной резонансной частоты, но я не уверен, так ли это на самом деле.

Как инициализируется или запускается генератор?

Предыдущее объяснение работы автогенератора довольно просто, но предполагает, что схема уже колеблется. При первоначальном включении цепи она не будет находиться в состоянии колебаний, и для ее запуска требуется какой-то метод.

Изначально при включении через трансформатор TR2 не протекает ток, поэтому нет возможности запустить или вызвать автоколебание.

Полумост с подсветкой запуск компонентов

Это, вероятно, самая сложная часть схемы для объяснения. При инициализации и по мере увеличения постоянного напряжения конденсатор C3 будет заряжаться через резистор R3. При повышении напряжения диод переменного тока (DIAC) VD2, подключенный к базе транзистора T2, достигнет своего триггерного напряжения и перейдет из своего первоначального высокого сопротивления в проводящее состояние.Как только VD2 станет проводящим, транзистор T2 будет включен, начиная цикл колебаний. Как только транзистор T2 начинает проводить, конденсатор C3 разряжается через диод D1, и DIAC VD2 выключится и вернется в состояние высокого сопротивления. Поскольку колебания бывают быстрыми, и резистор R3 выбран так, чтобы конденсатор C3 не мог достаточно зарядиться, прежде чем снова разрядиться через комбинацию транзистора T2 и диода D1. Это гарантирует, что DIAC VD2 не сработает снова, потенциально нарушая самоподдерживающееся колебание.

Примечание. Cap C2 также будет частично заряжен через R3, D1, TR2, TR1 и C1. Это означает, что необходимо тщательно выбирать номинал резистора, чтобы гарантировать, что он сможет достаточно быстро зарядить C3, чтобы VD2 мог своевременно достичь своего триггерного напряжения.

Это эффективно описывает «самозапускающуюся» часть схемы «полумостового генератора». Аналогия заключается в том, что это действие похоже на перещипывание гитарной струны. Первоначальный отрыв позволяет гитарной струне свободно колебаться с желаемой частотой, и нота на струне не зависит от скорости или мощности начального отрыва.

Что такое мостовой выпрямитель?

Приведенное выше объяснение предполагает источник постоянного тока, но мы знаем, что электронный трансформатор питается от бытовой сети, которая представляет собой переменный ток (AC). Для простоты сеть, питающая транзисторы, сначала выпрямляется с помощью мостового выпрямителя, обычно состоящего из четырех отдельных диодов («мостовая» часть имени не определяется этим битом схемы). Необработанная выпрямленная сеть подключается непосредственно к силовым транзисторам без позаботился о каком-нибудь сглаживающем конденсаторе.

Штатное решение – мостовой выпрямитель. Его часто рисуют как ромб из диодов, но я изменил это на схеме из эстетических соображений, но они электрически идентичны.

Самозапускающийся полумостовой осциллятор с подсветкой компонентов мостового выпрямителя

Выпрямленная мощность сети не хранится в сглаживающем конденсаторе в качестве резервуара, как в большинстве источников питания.Таким образом, хотя он выпрямлен, он проходит фазу нулевого напряжения дважды за цикл. В этот момент автоколебание прекращается, поскольку в цепи нет энергии для его поддержания. Самозапускающаяся часть схемы, описанная ранее, позволяет перезапускать автоколебание дважды за цикл сети.

Отсутствие сглаживающего конденсатора важно для диммирования, поскольку диммер работает, отключая мощность на части основного цикла. Если бы был сглаживающий конденсатор, это могло бы сделать / могло бы сделать диммирование неэффективным.

Зачем нужен шумовой фильтр и для чего он нужен?

Чтобы закончить объяснение принципиальной схемы, добавлен сетевой фильтр помех. Это действительно для того, чтобы удалить коммутирующий шум, создаваемый электронным трансформатором, а не изменять коэффициент мощности. Есть много конструкций для этой части, но я опишу тот, который я предпочитаю, в котором используется трансформатор, подключенный в линию, для подавления энергии шума, эффективно индуцируя его как энергию синфазного режима.

Примечание: для устранения шума необходимо либо рассеивать, либо нейтрализовать, либо потреблять энергию.Конденсаторы позволяют подавлять высокие частоты, а трансформатор позволяет сочетать рассеяние и подавление.

Обратите внимание, если трансформатор подключен неправильно, вы действительно можете усугубить сетевой шум. В отличие от отдельных катушек индуктивности, при таком расположении проводка имеет правильную ориентацию.

Самозапускающийся полумостовой генератор с подсветкой компонентов фильтра сетевого шума

Дополнительные защитные элементы

As транзисторы обычно находятся в двух состояниях, полностью «включены» или полностью «выключены», они не стремятся потреблять энергию сами по себе.

Потребляемая мощность описывается уравнением I ² R. «R», обозначающее сопротивление, равно 0 или ∞ (бесконечность) в любом состоянии транзистора. Когда он равен ∞, ток, протекающий через транзистор, обозначенный буквой «I», равен 0А (разомкнутая цепь). Все, что умножено на ноль, равно нулю, поэтому в результате мощность, потребляемая транзисторами, “близка” к нулю.

На самом деле нет ничего идеального, и транзистор должен находиться между нулевым и бесконечным сопротивлением, и в течение этого короткого периода он имеет кратковременное сопротивление и, следовательно, выделяет тепло.К счастью, это незначительно, но обычно имеется схема тепловой защиты, которая предотвращает любое возможное тепловое повреждение.

Тепловой компонент обычно находится на выводах, достаточно длинных, чтобы обеспечить наилучший тепловой контакт с компонентами, которые он должен защищать. В данном случае это транзисторы. Хотя есть два транзистора, можно «предположить», что они будут выделять одинаковое тепло, поэтому необходимо установить только один тепловой компонент.

Полумостовой автогенератор с подсветкой компонентов тепловой защиты

В этой конкретной конструкции Th2 используется для замыкания первичной обмотки TR2, замедляя колебания.FS1 – это плавкий элемент, который используется в качестве общей меры защиты.

Для дальнейшего чтения и ссылок: пожалуйста, посетите мою страницу ресурсов

Электронный галогенный трансформатор

Электронный галогенный трансформатор заменяет традиционный линейный трансформатор для галогенных ламп. (Его, конечно, можно использовать также для негалогенных ламп и других типов резистивных нагрузок, которые не возражают против радиочастотного тока.) Работает по принципу импульсного блока питания. В отличие от обычного импульсного источника питания, он не имеет вторичного выпрямителя, потому что лампочке не обязательно постоянное напряжение. В нем также нет сглаживающего электролита после сетевого моста. Пульсация 100 Гц, потому что лампочка не имеет значения. Просто уменьшив эф. напряжение примерно на 30%. Из-за отсутствия электролита термистор не нужен, а также решает проблемы с коэффициентом мощности (который составляет почти 1).Схема спроектирована как полумост с полевыми МОП-транзисторами и управляющей схемой IR2153, который оснащен плавающим верхним драйвером полевого МОП-транзистора и собственный RC-генератор. Схема работает на частоте около 50 кГц. На первичной обмотке импульсного трансформатора эффективное напряжение составляет примерно 107 В, согласно расчету:
U _ef = (U _vst-2). 0,5. √ (т-2. время смерти) / т
Где U _vst – входное линейное напряжение, мертвое время в IR2153 всегда равно 1,2 мкс, а t – период, в случае 50 кГц это 20 мкс.После замены:
U = (230-2). 0,5. √ (20-2,1,2) / 20 = 106,9В .
Напряжение уменьшается на 2 В на диодном мосту, делится на 2 на емкостном делителе из конденсаторов 1 мк / 250 В. и, наконец, эффективное значение уменьшается из-за мертвого времени.
Трансформатор Tr1 – это импульсный трансформатор на ферритовом сердечнике (EE или EI), который может быть получен от компьютерных блоков питания, таких как AT или ATX. Жила должна иметь поперечное сечение около 90 – 140 мм2.Количество оборотов, вероятно, потребуется отрегулировать в зависимости от лампочки. При расчете скорости трансформации мы предполагаем, что в первичной обмотке находится эффективное напряжение 107 В (в случае линейного входа 230 В). Трансформатор от AT или ATX обычно имеет 40 витков на первичной обмотке. Первичный блок разделен на 2 части по 20 витков в каждой, один находится под второстепенным, а другой – над ним. Этот метод намотки используется для уменьшения магнитной утечки. При настройке трансформатора вам нужно будет размотать верхнюю половину исходной первичной обмотки и всю вторичную обмотку.Затем замените вторичный, который будет иметь примерно от 2,4 до 3 В на оборот. Для лампочки 12 В я рекомендую 4 витка (может быть около 4-5). Требуемое напряжение выбираем 11,5 В (для галогенных ламп напряжение обычно выбирается с запасом). Рассчитан коэффициент трансформации: 107 В / 11,5 В = 9,304 . На вторичном уровне у нас 4t, поэтому у первичного должно быть 9.304. 4т = 37т . Потому что в нижней половине оставшейся первичной Остается оригинал 20з, накручиваем верхний слой 37т – 20т = 17т .Если вы сможете узнать, каково было исходное количество витков на вторичной обмотке, это будет намного проще. Если вы обнаружите, что некоторые из вторичных обмоток имеют 4 оборота, то просто раскрутите 3 оборота от верха первичной обмотки, и все готово :). Похожая процедура была бы даже с лампочкой на 24В, за исключением того, что в качестве вторичной мы выбрали 8-10 витков.
С полевыми МОП-транзисторами STP9NK50Z или IRF840 без радиатора это электронный трансформатор может быть использован для вывода примерно 80-100 Вт. Точно так же будет с STP10NK60Z, STP11NK50Z или STP9NC60FP.Для большей мощности используйте радиатор и / или более мощные полевые МОП-транзисторы, такие как IRFP460, IRFP460LC, STP15NK50ZFP, STW20NK50Z, STP25NM50N, STB25NM50N-1 или 2SK2837. У них должно быть напряжение Uds 500-650V. Приводить к лампочке не должно слишком долго, потому что присутствует высокочастотное напряжение, которое может вызвать помехи и падение напряжения из-за их индуктивности. Выходное напряжение нельзя измерить мультиметром.

Предупреждение ! Почти все части схемы электрически подключены к сети.В случае плохой конструкции TR1, на выходе может присутствовать сетевое напряжение.

Принципиальная схема электронного галогенного трансформатора

Экспериментальная доска

Тестирование с лампочкой 24V 75W в качестве нагрузки

Для наших целей применимы различные трансформаторы из комплекта поставки ATX PC. Этот маленький верхний левый угол не самый лучший :). Вторичные устроены иначе. Иногда это 2х 7т и 2х 3т, иногда сливаются в 4-3-3-4т.Эти обмотки обеспечивают напряжение 5В и 12В. У некоторых трансформаторов есть даже вторичные обмотки напрямую для выхода 3,3 В, тогда у них есть дополнительные 2x 2t.

Выход Tr1 на прицел. Слева вы можете видеть компонент 100 Гц и компонент 50 кГц справа.

дом

Типы электрических трансформаторов, используемых в электронных схемах

Из-за большого разнообразия типов электрических трансформаторов, используемых в электронных схемах, мы описываем ниже в этой статье наиболее часто используемые типы электрических трансформаторов.
Трансформатор – это электрическое устройство, которое посредством электромагнитной индукции преобразует электрическую энергию из одной или нескольких цепей в одну или несколько других цепей с той же частотой, но обычно с другим значением напряжения и тока.
Также трансформатор обеспечивает изоляцию по постоянному току между входной линией и выходом. Он также выполняет функцию повышения и / или понижения напряжения для источника питания.
Если трансформатор спроектирован неправильно, это может отрицательно повлиять на работу источника питания
и надежность полупроводников.
Все типы электрических трансформаторов, используемых в электронных схемах, в основном состоят из двух индукторов. Один из этих индукторов предназначен для подачи переменного тока от внешнего источника и называется первичной обмоткой. Другая катушка, в которой первичная обмотка индуцирует напряжение, известна как вторичная обмотка.
Если две катушки расположены рядом друг с другом, изменение магнитного потока в одной катушке приведет к срезанию витков другой катушки и вызовет в ней напряжение. Тогда говорят, что эти две катушки имеют взаимную индуктивность.

Типы электрических трансформаторов, используемых в электронных схемах:
Доступны два типа трансформаторов питания:
– понижающий трансформатор, понижающий напряжение переменного тока;
– повышающий трансформатор, повышающий напряжение переменного тока.
Выходная частота переменного тока от трансформатора всегда совпадает с входной частотой переменного тока.
Bellow описаны некоторые типы электрических трансформаторов, используемых в электронных схемах.
Преобразователь звуковой частоты (AFT)
Эти трансформаторы используются в усилителях звука и аналогичны силовым трансформаторам, но отличаются конструкцией и материалом сердечника.
Преобразователь звуковой частоты предназначен для работы на звуковых частотах в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц.Они похожи на силовые трансформаторы, но отличаются конструкцией и материалом сердечника. Они всегда используются для соединения одной ступени с другой и доступны в обоих типах как повышающие, так и понижающие трансформаторы.
Радиочастотный трансформатор (RFT)
Радиочастотные (RF) трансформаторы работают на очень высоких частотах и обычно используются с конденсаторами для формирования резонансных контуров.
Радиочастотный трансформатор также используется для межкаскадной связи в электронных схемах и для передачи сигнала к антенне и от нее.
Преобразователь промежуточной частоты (IFT)
Диапазон промежуточных частот лежит между звуковой частотой и диапазоном радиочастот. Эти трансформаторы предназначены для работы на фиксированной частоте, известной как промежуточная частота. Трансформаторы
IFT также используются в звуковой части телевидения между несущими (ТВ-приемник).
Автотрансформатор
В автотрансформаторе одна и та же катушка используется для обеспечения витков как для первичной, так и для вторичной обмотки. Если вся часть катушки используется в качестве первичной обмотки, а небольшая часть катушки используется в качестве вторичной обмотки, то она называется понижающим трансформатором.
Если небольшая часть всей обмотки используется в качестве первичной обмотки, а вся обмотка используется в качестве вторичной обмотки, то это называется повышающим трансформатором. Они также имеют фиксированные или регулируемые отводы для изменения вторичного напряжения.
Изолирующий трансформатор
Снижает вероятность поражения электрическим током от оборудования. Он также используется в звуковом оборудовании и для блокировки составляющей постоянного тока.
Изолирующий трансформатор имеет две катушки с соотношением витков 1: 1, одинаковое количество витков для первичной обмотки и вторичной обмотки, тогда сформированный трансформатор известен.
Драйвер трансформатора.
Управляющие трансформаторы похожи на межкаскадные трансформаторы, но они необходимы для подачи тока (или базового тока) на управляющий каскад. Трансформаторы драйвера рассчитаны на соотношение импеданса первичной и вторичной обмоток.

границ | Модель гибридного силового электронного трансформатора для количественной оценки преимуществ на уровне системы в системах распределения энергии тепловые насосы увеличивают нагрузку на существующие системы распределения, создавая такие проблемы, как повышение напряжения, тепловая перегрузка, более высокое присутствие гармоник и более высокие потери в системе (Walling et al., 2008; Прокопью и Очоа, 2017). Распределительные сети традиционно проектировались исходя из предположения, что единственным источником энергии в сети является первичная подстанция, и поэтому наличие сильно изменчивых распределенных энергетических ресурсов (DER) приводит к рабочим ситуациям, которые не были предусмотрены в обычных системах (Walling и др., 2008). В этом отношении распределительный трансформатор, один из наиболее важных и надежных компонентов, работающих на стыке между системами передачи и распределения, имеет ограниченные возможности справляться с воздействием этих новых технологий на электрическую сеть, что приводит к потенциально увеличению эксплуатационных расходов и потери (Aeloiza et al., 2003). Дополнение сети интеллектуальным и активным контролем представляется хорошим вариантом для решения некоторых из предполагаемых проблем и потенциального снижения потребности в усилении сети (Bala et al., 2012; Navarro-Espinosa A. and Ochoa L. F., 2015). В настоящее время многие решения, предлагаемые для достижения более гибкой, управляемой и стабильной сети, основаны на силовых электронных устройствах для их реализации, таких как активные фильтры, HVDC, FACTS-устройства, электронные выключатели и, в частности, силовые электронные трансформаторы (PET) (Liserre и другие., 2016).

ПЭТ – относительно новое устройство, в котором используются силовые электронные преобразователи для преобразования электроэнергии не только между разными уровнями переменного напряжения, но и между разными частотами и формами (например, преобразование переменного тока в постоянный и постоянного в переменный). Среди нескольких различных предложенных топологий и реализаций ПЭТ, возможно, наиболее изученным подходом является трехэтапный ПЭТ из-за его высокого уровня управляемости и гибкости (Wang et al., 2012; Yang et al., 2016; Ferreira Costa et al. ., 2017). PET обеспечивает новые функции активного управления для распределительных сетей переменного тока с точки зрения, например, управления потоком мощности, регулирования напряжения и ограничения нейтральных токов и токов короткого замыкания, которые не могут быть реализованы с помощью традиционных низкочастотных трансформаторов железо-медь (LFT) ( She et al., 2013; Chen et al., 2019). Кроме того, становится возможна более удобная интеграция распределенной генерации постоянного тока, аккумуляторов и нагрузок постоянного тока с трехступенчатым ПЭТ, поскольку эти устройства могут быть напрямую подключены к портам постоянного тока трансформатора, повышая эффективность и снижая затраты за счет исключения ступеней преобразования (Hunziker и Шульц, 2017).В более широком смысле, ПЭТ предлагает возможности для онлайн-автоматического управления и децентрализованной работы в интеллектуальных сетях, снижая эксплуатационные расходы и повышая надежность энергосистем в условиях очень разрушительных сложных явлений, таких как каскадные отказы (Pournaras and Espejo-Uribe, 2017).

Помимо этого, есть важные аспекты, которые следует учитывать при сравнении полного ПЭТ с обычным LFT. Хотя топологии, методы управления и технологии, применяемые к конструкции ПЭТ, постоянно совершенствуются, его высокая стоимость и относительно низкая эффективность по-прежнему являются одними из проблем, с которыми сталкивается это устройство при широком использовании в существующей электрической системе (Huber and Kolar , 2014).Целевой максимальный КПД для современных конструкций из ПЭТ составляет от 95 до 98%, в то время как для маслозаполненных LFT мощностью более 500 кВА он обычно превышает 99% (She et al., 2013). Как следствие, общая стоимость владения (TCO) ПЭТ в настоящее время крайне неблагоприятна по сравнению с совокупной стоимостью владения LFT; капитальные затраты на ПЭТ оцениваются как минимум в пять раз выше (Huber and Kolar, 2014), и ожидается, что эксплуатационные расходы также увеличатся из-за более длительного обслуживания в течение срока службы ПЭТ.

Гибридная версия силового электронного трансформатора возникает как возможное решение некоторых из основных ограничений, которые имеет полный ПЭТ в приложениях сети переменного тока.Гибридный ПЭТ (HPET) – это особый тип трансформатора, полученный в результате комбинации обычного низкочастотного трансформатора (LFT) с одним или несколькими электронными преобразователями. Чтобы поддерживать максимально высокий КПД, электронный преобразователь рассчитан на обработку только части номинальной мощности LFT, обеспечивая некоторый уровень управляемости, в то время как общий КПД не подвергается значительному влиянию (Burkard and Biela, 2015; Huber and Kolar , 2019). Ожидается, что капитальные затраты на HPET будут значительно ниже капитальных затрат на полиэтилентерефталат, а повышенная эффективность приведет к значительному снижению общих потерь в течение срока службы HPET, что приведет к гораздо более выгодной совокупной стоимости владения.Кроме того, в случае отказа электронного преобразователя HPET имеет возможность обойти электронный преобразователь и остаться работоспособным как обычный трансформатор, что приведет к более высокой надежности. Вышеупомянутые преимущества делают HPET жизнеспособной альтернативой полноценному ПЭТ в сетях переменного тока. Тем не менее, очевидно, что из-за пониженного номинала управляемой силовой электронной части, HPET будет иметь более строгие ограничения на управление, которое он может осуществлять.

В предыдущих работах изучалось влияние ПЭТ в сетях низкого и среднего напряжения с использованием упрощенных моделей при моделировании потока мощности (Guerra and Martinez-Velasco, 2017; Hunziker and Schulz, 2017; Huber and Kolar, 2019).Эти исследования пришли к выводу, что, хотя ПЭТ является наиболее удобным вариантом для сетей постоянного тока и гибридных сетей, необходимо еще больше повысить эффективность и надежность, чтобы ПЭТ был экономически эффективной альтернативой в системах переменного тока. В связи с этим можно провести аналогичные исследования, чтобы изучить преимущества системы, которые могут иметь различные топологии HPET в возможных будущих сценариях. Однако разработка моделей, необходимых для такого рода анализа, еще не освещена в текущей литературе по HPET.Чтобы устранить этот пробел, в данной работе представлена методология разработки упрощенных моделей среднего потока мощности для HPET и демонстрируется интеграция этих моделей в моделирование потока мощности. Эти модели облегчают количественную оценку требований к управляемости для напряжения, активной и реактивной мощности, становясь новым инструментом для определения наиболее полезных функций и топологий HPET.

Предлагаемая методология обладает гибкостью для представления важных характеристик электронного преобразователя, влияющих на системный уровень, таких как различные номинальные мощности и потери для каждого из преобразователей и различные стратегии для регулируемых переменных.Внося небольшие изменения в представленную модель, можно представить различные конфигурации схем и топологий HPET, а затем протестировать их в симуляциях потока мощности в моделях распределительных сетей. Таким образом, предлагаемая методология моделирования HPET становится полезным инструментом не только для оценки и количественной оценки некоторых преимуществ системного уровня, которые могут быть получены с помощью этих устройств, но и для разработки сетевых проектов HPET. Разработанная модель вместе с платформой моделирования, созданной для получения результатов, представленных в этой работе, остается разработкой с открытым исходным кодом на Python и находится в свободном доступе для академического сообщества и утилит распространения (Prystupczuk et al., 2021).

2 Инструменты топологии и моделирования HPET

2.1 Комбинированный шунтирующий блок HPET

В этом разделе представлена концепция HPET с использованием синусоидального установившегося состояния. Для ясности в этом разделе используются уравнения без потерь; представление потерь HPET будет рассмотрено позже в разделе 3. Однофазная принципиальная схема комбинированного HPET с последовательным шунтом представлена на рисунке 1. Эта комбинированная топология с последовательным шунтом состоит из объединения двух электронных модулей в задней части. конфигурация с обратной связью (BtB) с трехобмоточным LFT: модуль 1 электромагнитно соединен с LFT посредством шунтирующего соединения с третичной обмоткой, а модуль 2 соединен последовательно с вторичной обмоткой.

РИСУНОК 1 . Однофазная схема HPET с преобразователем BtB с магнитной связью.

Шунтирующий преобразователь постоянного тока в переменный может обеспечивать реактивную мощность в низковольтную сеть через третичную обмотку LFT. Эту функцию можно использовать для поддержки напряжения в вышестоящей сети или для компенсации реактивной мощности за счет ввода реактивной мощности, аналогично D-STATCOM (Liu et al., 2009; Hunziker and Schulz, 2017; Burkard and Biela, 2018). Выходное напряжение модуля 1, v⃗C1, фактически создается трансформатором, поэтому преобразователь может действовать только как источник тока, управляющий потоком PQ.Модуль 1 может обеспечивать управляемую реактивную мощность Q _{C 1}, которая подается от конденсатора промежуточного контура. В то же время, как в прямом, так и в обратном потоке мощности, модуль 1 с параллельным подключением работает как порт питания постоянного тока, который регулирует напряжение конденсатора постоянного тока путем управления активной мощностью P _{C 1}. Этот поток активной мощности установлен для регулирования напряжения промежуточного контура для любых изменений, вызванных активной мощностью P _{C 2}, потребляемой модулем 2, а также для компенсации потерь во всем электронном преобразователе.Потоки реактивной мощности в Модуле 1 и Модуле 2 развязаны благодаря конденсатору промежуточного контура (Яздани и Иревани, 2010).

С другой стороны, модуль 2 преобразователя с источником напряжения (VSC) последовательно соединен с вторичной обмоткой LFT, действуя как источник напряжения, который подает напряжение v⃗C2 последовательно с v⃗T для регулирования напряжения v⃗LV во вторичной обмотке. . Комбинированное последовательное соединение шунтов обеспечивает путь для прохождения активной мощности через преобразователь BtB, позволяя HPET независимо управлять потоками активной и реактивной мощности и управлять ими.Благодаря последовательному соединению ток во вторичной обмотке и ток в модуле 2 одинаковы. Доля α , которая представляет собой соотношение между максимальной мощностью модуля 2 и номинальной мощностью вторичной обмотки, может быть выражена согласно (уравнение 1).

Где:

S _{C 2 max} Максимально допустимая полная мощность модуля 2

S _Tmax Номинальная мощность вторичной обмотки.

Поскольку комбинированная топология может одновременно регулировать напряжение на вторичной стороне и поток реактивной мощности на первичной стороне, возможность компенсации реактивной мощности будет зависеть от фактической активной мощности, мгновенно вырабатываемой электронным преобразователем.Таким образом, уравнения для компенсации полной реактивной мощности на первичной стороне следующие:

QC1avail = (α⋅STmax) 2 − PC12 (2) QMV = 0if (QT≤QC1avail) QT − QC1availif (QT> QC1avail) (4 )

Где:

Q _{C 1 avail} Реактивная мощность, доступная для компенсации в модуле 1

Альтернативная комбинированная топология серии шунтов HPET может быть достигнута с помощью двухобмоточного LFT с электронным преобразователем подключены параллельно вторичной обмотке, как показано на рисунке 2.В этом случае необходимо включить инжекционный трансформатор для адаптации номинального напряжения электронного преобразователя к желаемому последовательному напряжению v⃗C2 на выводе низкого напряжения. Инжекционный трансформатор также может быть подключен между вторичной обмоткой и модулем 2, поэтому модуль 1 будет напрямую подключен к LFT. Это изменение приведет к снижению тока и повышению номинального напряжения электронного преобразователя. Преимущество этой топологии состоит в том, что она может быть реализована с использованием обычного двухобмоточного распределительного трансформатора, что позволяет на практике усовершенствовать установленные в настоящее время устройства с добавлением преобразователя BtB.

РИСУНОК 2 . Однофазная схема комбинированной топологии HPET с последовательным подключением шунтов с прямой связью.

2.2 Моделирование потока мощности

Для проведения моделирования потока мощности с использованием разработанных моделей HPET использовался имитатор открытой системы распределения OpenDSS. Этот инструмент моделирования с открытым исходным кодом может выполнять почти все синусоидальные стационарные анализы, которые обычно используются в исследованиях распределительных систем, такие как несбалансированный многофазный поток энергии, квазистатические временные ряды, анализ неисправностей, гармонический анализ, анализ мерцания и т. Д. и т.п.Интерфейс модели компонентных объектов (COM) также предоставляется для облегчения новых типов исследований и пользовательских режимов решения и функций из внешнего программного обеспечения. Например, OpenDSS может полностью управляться внешними программами, написанными на Python или Matlab, что позволяет использовать все функции OpenDSS внутри внешнего программного обеспечения (Dugan and Montenegro, 2020). Следовательно, OpenDSS дает возможность практично и гибко реализовывать модели ПЭТ с различными функциями и анализировать их влияние в сети с помощью различных инструментов анализа синусоидальных устойчивых состояний.

В платформе OpenDSS также предусмотрены различные типы моделей трансформаторов. В то время как программное обеспечение предлагает специальные определения для обычных многофазных многообмоточных трансформаторов, можно сделать различные варианты, соединив несколько из этих трансформаторов в один трансформатор. Например, трехфазный трансформатор можно смоделировать, используя его специальное определение или также используя три однофазных трансформатора, правильно соединяя каждую из их обмоток. Этот подход полезен для выполнения нестандартного последовательного соединения вторичной обмотки HPET, показанного на рисунках 1 и 2.OpenDSS также обеспечивает представление потерь в сердечнике и обмотке трансформатора с помощью параметров % Noloadloss и % Loadloss , соответственно. Параметр % Noloadloss представляет собой процент потерь при номинальном напряжении без нагрузки и вызывает добавление резистивной параллельной ветви в модель трансформатора. Параметр % Loadloss представляет собой процент потерь при номинальной нагрузке и добавляет процентное сопротивление для каждой обмотки на базе номинальной кВА.Процент намагничивающего тока можно также смоделировать с помощью параметра % imag , который включает индуктивность, параллельную резистивной ветви, которая представляет потери в сердечнике. Все эти параметры, наконец, встроены в модель трансформатора, поскольку вычисляется примитивная матрица Y (формулировка узловой проводимости модели трансформатора) (Dugan and Montenegro, 2020).

3 метода. Модель HPET для моделирования потока мощности

В этом разделе представлена полная разработка синусоидальной стационарной модели трехфазного HPET.Цель этой модели – служить инструментом в исследованиях потока мощности в распределительных системах, направленных на оценку возможностей HPET с точки зрения системного уровня. Эта новая модель была разработана в OpenDSS путем реализации комбинированной топологии последовательного шунта, показанной на рисунке 1, и основана на работе, представленной Геррой и Мартинес-Веласко (2017). Принципиальная схема модели представлена на рисунке 3 в трехфазном представлении. Обратно-обратный преобразователь был смоделирован как комбинация трехфазной управляемой нагрузки и трехфазного управляемого источника напряжения.Как видно на рисунке 3, трехфазный элемент нагрузки устанавливает потоки активной и реактивной мощности P _{C 1}, Q _{C 1} во вспомогательной обмотке, а Vsource Элемент устанавливает величину и фазу напряжения v⃗C2, обеспечивая при этом P _{C 2}, Q _{C 2}. Оба элемента Load и Vsource связаны потоком активной мощности, как это описано в уравнениях 5, 6.Таким образом, элементы Load и Vsource имитируют поведение модуля 1 и модуля 2 соответственно в преобразователе BtB на рисунке 1. Величины v⃗C2 и Q _{C 1} являются управляющими переменными, которые решаются. согласно принятой стратегии контроля.

РИСУНОК 3 . Полная трехфазная модель комбинированного ТЭТ с последовательным шунтом с магнитной связью.

Трехфазный трехобмоточный трансформатор железо-медь, включенный в HPET на рисунке 3, был смоделирован с использованием трех моделей однофазных трехобмоточных трансформаторов в OpenDSS.Эти модели включают представление потерь в обмотке и сердечнике с помощью параметров % LoadLoss и % NoLoadLoss соответственно, а также процентных реактивных сопротивлений трансформатора с помощью параметров X12 , X23 и X13 (Dugan и Черногория, 2020). В случае реальных железо-медных трансформаторов все эти параметры обычно можно найти в таблицах технических характеристик производителя или каталогах (Siemens, 2017).

Одним из ключевых моментов, которые следует учитывать при анализе преимуществ HPET на системном уровне, являются потери преобразователя.По этой причине представление потерь электронного преобразователя включено в разработанную модель HPET путем присвоения кривой эффективности каждому из двух электронных модулей, показанных на рисунке 1. Кривая эффективности может зависеть от различных факторов, таких как уровень нагрузки, температура, частота переключения, напряжение промежуточного контура и т. д., в зависимости от глубины, необходимой при моделировании. Уровень нагрузки – это параметр, который имеет наибольшее влияние на КПД электронного преобразователя, и это тот параметр, который учитывается в модели потока мощности.

Разработанная модель может иметь дело с двунаправленным потоком мощности, где для обратной мощности элемент нагрузки Load на Рисунке 3 становится отрицательным, вводя активную мощность в трансформатор (Guerra and Martinez-Velasco, 2017). В уравнениях 5, 6 активная мощность в электронном преобразователе выражается соответственно для операций прямого и обратного потока мощности. Таким же образом, как это было описано в разделе 2, потоки реактивной мощности Q _{C 1} и Q _{C 2} на Рисунке 3 разделены между собой и могут независимо контролироваться каждым модулем системы. электронный преобразователь.

Прямой поток мощности: PC1 = PC2 + Ploss (5) Обратный поток мощности: PC1 = PC2-Ploss (6)

После того, как модель HPET интегрирована в модель распределительной сети в OpenDSS, необходимо выполнить ряд вычислений в последовательном способ получения решения для каждого временного шага, как это описано в блок-схеме на рисунке 4. Первоначально элементы Vsource и Load пассивированы, что означает, что v⃗C2 = 0, P _{C 1} = 0 и Q _{C 1} = 0.Следовательно, на первом временном шаге только первичная и вторичная обмотки LFT передают энергию. Для любого нового временного шага все значения, полученные в предыдущем решении, будут уже установлены в OpenDSS (шаг 1), поэтому требование, соответствующее текущему временному шагу, должно быть обновлено (шаг 2). Решение на шаге 3 обеспечит новое потребление и результирующие напряжения на каждой обмотке трансформатора. На этапе 4 вторичное напряжение регулируется путем изменения напряжения элемента Vsource на фиг. 3 в соответствии с принятой стратегией регулирования напряжения.Расчет необходимого напряжения реализован в виде алгоритма во внешнем программном обеспечении (см. Подраздел 3.1), и полученные значения загружаются в конфигурацию элемента Vsource в OpenDSS. Затем необходим новый анализ потока мощности (шаг 5), чтобы найти новые результирующие требования и напряжения в цепи. На этом этапе значения P _{C 1}, Q _{C 1} для элемента нагрузки на рисунке 3 вычисляются алгоритмом во внешнем программном обеспечении в соответствии с принятой компенсацией реактивной мощности. стратегия (см. подраздел 3.2). Вычисленное значение P _{C 1} также учитывает потери в электронном преобразователе, полученные с помощью модели эффективности, описанной в подразделе 3.3. Новое решение запускается на шаге 7 с использованием новых заданных значений в OpenDSS. Шаги с 4 по 7 повторяются до тех пор, пока относительные инкрементные ошибки напряжения и реактивной мощности, ϵ _V и ϵ _Q соответственно, не станут ниже определенного предела (в данном случае 0,01).

РИСУНОК 4 . Рабочий процесс для получения каждого временного шага решения с использованием модели HPET на рисунке 3.

3.1 Регулировка напряжения на вторичном выводе

В этом подразделе описывается алгоритм регулирования напряжения v⃗LV на вторичном выводе HPET. Расчеты выполняются независимо с использованием фазовых комплексных векторов, как это подробно описано в уравнениях 7, 8 и на рисунке 5. Вектором напряжения V̄C2 можно управлять с помощью элемента Vsource (рисунок 3), чтобы довести вторичное напряжение V̄LV до заданного значения. целевое значение.На рисунке 5 V̄T (t − 1) и V̄C2 (t − 1) представляют векторы напряжения, унаследованные от решения предыдущего временного шага. Во время шага 3 рабочего процесса моделирования (рисунок 4) новое решение потока мощности, возникающее в результате текущего требования временного шага, обеспечивает новое значение вторичного напряжения, которое необходимо регулировать, обозначенное как V̄LV (шаг 3) на рисунке 5. На шаге 4 новый вектор V̄C2 (t) вычисляется согласно (7) и (8), чтобы привести V̄LV к целевому значению.

V̄T (t) = V̄LV (step3) −V̄C2 (t − 1) (7) V̄C2 (t) = V̄LVtarget − V̄T (t) (8)

Где:

V̄T (t) Вектор результирующего напряжения на вторичной обмотке для текущего временного шага

V̄C2 (t) Результирующий вектор напряжения на элементе Vsource для текущего временного шага

V̄C2 (t − 1) Вектор напряжения на элементе Vsource , вычисленный на предыдущем временном шаге

V̄LV (этап 3) Вектор напряжения на вторичном выводе HPET, вычисленный на промежуточном этапе 3

V̄LVtarget Требуемый вектор напряжения на вторичном выводе HPET

РИСУНОК 5 .Пофазное векторное представление алгоритма регулирования выходного напряжения.

3.2 Компенсация реактивной мощности

В этом подразделе описывается алгоритм компенсации реактивной мощности первичной стороны. Этот алгоритм соответствует расчетам, которые выполняются на этапе 4 блок-схемы, описанной на рисунке 4. Стратегия регулирования реактивной мощности направлена на обеспечение компенсации для поддержания единичного коэффициента смещаемой мощности (DPF) на первичной стороне, когда это возможно. .Как поясняется в разделе 2.1, подключенный к шунту Модуль 1 (Рисунок 1) может управлять Q _{C 1} независимо от Q _{C 2} из-за развязки, обеспечиваемой промежуточным звеном постоянного тока. конденсатор. Реактивная мощность, доступная для компенсации, зависит от номинальной мощности S _{C 1 1 max} модуля 1 и фактической активной мощности P _{C 1} передается в промежуточный контур, как есть описанный в формуле.9. В схемах рисунков 1 и 2 реактивная мощность, вводимая электронным преобразователем, должна быть отрицательной по отношению к реактивной мощности, выдаваемой вторичной обмоткой, чтобы компенсировать реактивную мощность в первичной обмотке, как это описано в формуле . 11.

QC1avail = SC1max2 − PC12 (9) QC1 = −QTif | QT | ≤QC1avail− | QT | QTQC1availif | QT |> QC1avail (11)

3.3 Моделирование потерь в электронном преобразователе

В большинстве соответствующих публикаций, Расчет потерь получается путем умножения потока активной мощности на КПД преобразователя в рабочей точке, причем КПД зависит от уровня нагрузки и DPF (Qin and Kimball, 2010; Guerra and Martinez-Velasco, 2017; Rocha et al. al., 2019; Longo et al., 2020). Хотя этот подход может обеспечить точные результаты при моделировании с высокими значениями DPF, он может привести к нереально низким потерям в ситуациях с низким DPF, поскольку он рассматривает только поток активной мощности как источник потерь внутри преобразователя. В случае представленной модели HPET элемент нагрузки Load на рисунке 3 будет работать с очень низким DPF большую часть времени, когда он компенсирует реактивную мощность. Следовательно, в этом случае необходим другой подход к моделированию потерь.

Для разработки более точного представления потерь, которое учитывает зависимость потерь от потока реактивной мощности, в Matlab / Simulink была разработана трехполюсная модель инвертора, состоящая из шести силовых полевых МОП-транзисторов VMO1200-01F IXYS, включая потери в полупроводниках и тепловые модель, представленная Giroux et al. (2021 г.). Был проведен ряд моделирования при различных уровнях нагрузки, при изменении DPF при сохранении постоянного уровня нагрузки. Полученные результаты можно увидеть на Рисунке 6, где полная мощность S _out, выдаваемая инвертором, и потери инвертора P _потери измеряются при различных уровнях нагрузки.На полученных кривых можно заметить, что вариации для различных DPF незначительны, и поскольку при единичном DPF количество S _out / ( S _out + P _потеря) равен КПД инвертора, то для расчета входной мощности плюс потери можно использовать одну кривую КПД, даже если инвертор вырабатывает в основном реактивную мощность. Это приводит к подходу к моделированию потерь, описанному уравнениями 12–17 и рис. 7 для случая прямого потока мощности.

Ploss1 = Pdc2 + QC121η1−1 (16)

РИСУНОК 6 . S _out / ( S _out + P _потеря) кривые, полученные для различных сажевых фильтров при постоянной полной мощности.

РИСУНОК 7 . Активный и реактивный прямой поток мощности через преобразователь BtB.

Представленный подход к моделированию потерь был продемонстрирован с использованием инвертора MOSFET, но он также применим к другим типам устройств, таких как IGBT, из-за природы потерь, генерируемых внутри полупроводников.Этот метод представляет собой практический способ реализации расчета потерь при моделировании потока мощности для любой ситуации DPF с использованием единой кривой эффективности, которая обычно приводится в технических данных различных преобразователей силовой электроники.

4 Результаты

Чтобы охарактеризовать диапазон возможностей регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности в зависимости от номинала модуля PET, были выполнены два тестовых примера, и соответствующие результаты показаны в этом разделе.В обоих моделированиях используется гибридный ПЭТ мощностью 800 кВА, 10 кВ – 400 В. В подразделе 4.1 описываются возможности регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности разработанной модели HPET с использованием простой настройки, показанной на Рисунке 8 в OpenDSS. Моделирование состоит из независимой развертки v⃗MV и Q _LV в диапазонах, которые значительно шире, чем при нормальной работе в реальной распределительной сети, и эти развертки повторяются для различных номинальных значений мощности α преобразователя BTB (см. Рисунок 1).Поведение HPET при превышении возможностей регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности показано на Рисунке 9.

РИСУНОК 8 . Настройка в OpenDSS для тестирования возможностей регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности разработанной модели HPET.

РИСУНОК 9 . Результаты регулирования выходного напряжения по | v⃗LV | против | v⃗MV | а Q _{C 1} = 0 (A) . Компенсация реактивной мощности первичного контура при В _MV = 1pu (B) .DPF первичной стороны и DPF вторичной стороны, а V _MV = 1pu (C) . Пунктирными линиями показаны теоретические значения, полученные с помощью уравнения. 4.

В подразделе 4.2 моделирование потока мощности во временном ряду выполняется с использованием одной из моделей распределительных сетей, разработанных компанией Electricity North West и Манчестерским университетом для проекта LVNS, полученных из данных ГИС реальных распределительных сетей в г. север Англии (Navarro-Espinosa A.и Очоа Л., 2015). Это второе моделирование использовалось для сравнения производительности разработанной модели HPET на Рисунке 3 с существующей моделью PET (Guerra and Martinez-Velasco, 2017) и стандартной моделью LFT, представленной в OpenDSS, с точки зрения регулирования напряжения, коррекции DPF. , и потери. Модели, скрипты и все данные, упомянутые в этом разделе, используемые для получения представленных результатов, общедоступны в репозитории HPET_PowerFlow_Model GitHub (Prystupczuk et al., 2021).

4.1 Тестовый пример 1. Автономное регулирование напряжения и компенсация реактивной мощности

Используя схему, показанную на рисунке 8, алгоритм регулирования напряжения, представленный в подразделе 3.1, тестируется путем линейного изменения амплитуды v⃗MV между 1,0 и 0,6 о.е., в то время как реактивная мощность, вводимая источником электронный преобразователь во вспомогательную обмотку LFT поддерживается на нуле. Трехфазная нагрузка, подключенная к вторичной клемме, остается постоянной, поэтому она требует номинальной мощности HPET. На рисунке 9A полученные результаты представлены в виде амплитуды напряжения низкого напряжения (которая в идеале должна регулироваться на уровне 1 о.е.) для различных коэффициентов номинальной мощности α электронного преобразователя.Кривые показывают, как HPET регулирует v⃗LV, когда v⃗MV начинает уменьшаться: вторичное напряжение успешно регулируется до тех пор, пока не превышаются максимальные возможности по мощности и напряжению электронного преобразователя. В этом случае, когда потребление установлено на постоянное значение, когда электронный преобразователь достигает своего максимального напряжения, HPET не может регулировать напряжение, и v⃗LV приводит к значению ниже номинального. Нанесенные на график значения соответствуют измерениям, выполненным с использованием элементов монитора OpenDSS, подключенных непосредственно к терминалам HPET.

Алгоритм компенсации реактивной мощности, представленный в формуле. 11 был аналогичным образом испытан путем линейного изменения реактивной мощности Q _LV, требуемой на вторичной клемме, от 0,0 до 0,6 о.е. В этом моделировании входное напряжение на первичной стороне v⃗MV поддерживается на уровне 1 о.е., что означает, что вторичное напряжение не требует компенсации. Следовательно, модуль 2 не потребляет активную мощность, и способность электронного преобразователя к компенсации реактивной мощности максимальна, как показано в формуле.9. На фиг. 9В изображена взаимосвязь между реактивной мощностью на первичной и вторичной сторонах для различных номинальных мощностей α электронного преобразователя. Кривые показывают, как HPET компенсирует Q _MV, когда Q _LV начинает увеличиваться с нуля: реактивная мощность первичной стороны успешно компенсируется до тех пор, пока максимальная мощность электронного преобразователя составляет не превышено, т.е. Q _LV ≤ S _{C 1 max}.Здесь стоит напомнить, что доля α определяется как соотношение между номинальной мощностью вторичной обмотки LFT S _Tmax и номинальной мощностью электронного преобразователя S _{C 2 макс}, как указано в уравнении. 1. Поскольку на рисунке 9B основой для обозначения единиц измерения является общая номинальная мощность HPET (т. Е. Сумма номинальных мощностей вторичной обмотки и электронного преобразователя), можно видеть, что электронный преобразователь с номинальной мощностью 30% обеспечит меньше 0.3 о.е. компенсации реактивной мощности. Это также является причиной неравномерного промежутка между дорожками на фиг. 9В, в то время как разница между номинальными значениями мощности электронного преобразователя фактически одинакова.

На рисунке 9C, первичный и вторичный DPF, которые являются результатом моделирования развертки, представлены, где измеренные значения (сплошные линии) сравниваются с теоретически рассчитанными значениями (пунктирные линии) из уравнения. 4. В случае DPF первичной стороны, PF _MV, разница наблюдается как следствие потерь, которые присутствуют в LFT, которые вызывают увеличение DPF на стороне MV из-за более высокий поток активной мощности.Результаты, полученные в этом тестовом примере, демонстрируют, что разработанная модель может эффективно и точно отображать поведение гибридного ПЭТ в широком диапазоне рабочих точек. Они также количественно показывают ограничения, налагаемые номинальной мощностью электронного преобразователя.

4.2 Контрольный пример 2. Моделирование потока мощности в распределительной сети Модель

Чтобы проиллюстрировать, как модель HPET может быть включена в моделирование потока мощности в распределительной сети, была использована сетевая модель № 12, разработанная в проекте LVNS. занятые (Navarro-Espinosa A.и Очоа Л., 2015). Этот тестовый пример направлен на демонстрацию производительности разработанной модели HPET, а также на сравнение возможностей HPET для регулирования напряжения и управления реактивной мощностью с возможностями полной модели PET, представленной Guerra и Martinez-Velasco (2017). Для сравнения также включены результаты, полученные с использованием стандартной модели LFT (без регулирования напряжения или компенсации реактивной мощности), доступной в OpenDSS. Технические характеристики трех используемых моделей трансформаторов приведены в таблице 1.Модель используемой сети вместе с другими 24 моделями распределительных сетей публично доступна на сайте Electricity North West (2014).

ТАБЛИЦА 1 . Параметры, используемые в различных моделях трансформаторов.

Для моделирования потерь PET и HPET была использована модель потерь, представленная в подразделе 3.3, но смоделированная кривая на рисунке 6 была заменена кривой эффективности имеющегося в продаже инвертора (рисунок 10) для более реалистичных результатов. В случае HPET одна и та же кривая была назначена как модулю 1, так и модулю 2 преобразователя BtB (рис. 1), поэтому результирующая эффективность BtB является продуктом эффективности каждого модуля; е.g., поскольку пиковая эффективность кривой для инвертора равна 0,9918, пиковая эффективность всего преобразователя BtB составляет 0,9837. Для полного ПЭТ используется только одна кривая для представления всей эффективности ПЭТ в соответствии с моделью, представленной Геррой и Мартинес-Веласко (2017). Но поскольку это трехступенчатое устройство (AD-DC, DC-DC и DC-AC), следует ожидать более низкого уровня эффективности, поэтому кривая на рисунке 11 была масштабирована для получения максимальной эффективности 0,975. для используемой модели ПЭТ, что соответствует экспериментальным результатам, полученным Ferreira Costa et al., 2017.

РИСУНОК 11 . Напряжение между фазой и нейтралью В _LV на вторичной клемме трансформатора (A) . Общий поток реактивной мощности Q _MV на первичном выводе трансформатора (B) . Итоговые внутренние потери в трех проанализированных моделях трансформатора (C) . Пофазный поток активной мощности P _MV через линию MV (D) .Активная мощность P _{C 1} и реактивная мощность Q _{C 1} задается элементом Нагрузка (E) . Активная мощность P _{C 2} и реактивная мощность Q _{C 2} устанавливается элементом Vsource (F) .

Важно подчеркнуть, что для представленного моделирования потока мощности LFT и HPET рассчитаны на 800 кВА, а PET – на 400 кВА.Обычные железо-медные трансформаторы обычно рассчитываются на основе метода пиковой нагрузки, который учитывает самый высокий спрос в течение, например, последнего года, в результате чего трансформаторы увеличенного размера, которые большую часть времени работают вблизи точки максимального КПД (Luze, 2009). . В случае полного ПЭТ принятие той же номинальной мощности будет означать, что электронные преобразователи будут большую часть времени работать в нижней части кривой эффективности, что приведет к увеличению потерь по сравнению с LFT.Таким образом, если размер ПЭТ составляет половину размера LFT, уровень нагрузки в этом моделировании потока мощности колеблется между 15% и 80% для ПЭТ и между 10% и 40% для LFT и HPET. случаев, примерно.

Распределительная сеть LVNS № 12, которая использовалась для моделирования потока мощности с тремя различными моделями трансформатора, первоначально состояла из радиальной сети низкого напряжения с 330 бытовыми потребителями и одним трансформатором 800 кВА, 10 кВ – 400 В. .Чтобы допустить колебания напряжения на первичной стороне трансформатора, исходная сеть была дополнена линией среднего напряжения длиной 10 км, которая соединяет трансформатор с подстанцией, обозначенной в OpenDSS как резервная шина системы. Набор профилей нагрузки, состоящий из коэффициентов ZIP с разрешением 5 минут, полученных из Ригони и Кин (2020), используется для моделирования спроса на каждом временном шаге от каждого из 330 клиентов. Платформа моделирования, используемая для этого второго тестового примера, была разработана с использованием Python и OpenDSS на основе модели Open-DSOPF, представленной Ригони и Кин (2020).Open-DSOPF – это основанная на Python модель с открытым исходным кодом, интегрированная с OpenDSS, для постановки задач несбалансированного трехфазного оптимального потока мощности в распределительных сетях.

Полученные результаты можно увидеть на Рисунке 11. Напряжение на вторичной стороне трансформаторов показано по фазам на Рисунке 11. Принятая стратегия регулирования напряжения направлена на поддержание вторичного напряжения на уровне 1 о.е., хотя и другое напряжение. цель может использоваться в зависимости от потребностей исследования.Как видно, как модели PET, так и HPET обеспечивают идеальное регулирование напряжения в течение всего времени моделирования.

На рисунке 11 показан результирующий поток реактивной мощности на стороне среднего напряжения. Принятая стратегия компенсации заключается в поддержании единства первичного сажевого фильтра. Зеленая кривая показывает общую реактивную мощность (т. Е. Сумму трех фаз), которая протекает через линию среднего напряжения при использовании обычного LFT. Модель PET обеспечивает компенсацию полной реактивной мощности в течение всего моделирования.С другой стороны, модель HPET, оснащенная электронным преобразователем с номиналом α = 0,1, не может компенсировать весь поток реактивной мощности в некоторых точках моделирования временных рядов. В таких ситуациях способность HPET компенсировать реактивную мощность ограничивается фактической активной мощностью, обрабатываемой электронным преобразователем. Причина такого поведения объясняется в формуле. 9, и его можно наблюдать на рисунке 11, где нескомпенсированная реактивная мощность появляется в моменты более высокой активной мощности, потребляемой модулем 2 (см. Рисунок 11).

Потери в трансформаторе и результирующий поток активной мощности в линии СН соответственно представлены на Рисунке 11 соответственно. Кроме того, расчет энергии и потерь в различных точках системы представлен в таблице 2. Как и ожидалось, полный корпус из ПЭТ дает самый высокий уровень потерь (примерно в 7,9 раз выше, чем в случае обычного LFT), в то время как случай HPET приводит к потерям, немного превышающим потери в обычном случае LFT (примерно в 1,3 раза выше), как видно в таблице 2.Общие системные потери, то есть потери в распределительном трансформаторе плюс потери в линии в остальной части сети, в 3,1 раза выше для ПЭТ и в 1,1 раза для HPET. На рисунке 11 поток активной мощности в линии среднего напряжения нанесен по фазам, демонстрируя балансирующий эффект компенсации реактивной мощности от PET и HPET, а также более высокий уровень мощности, протекающей через линию среднего напряжения из-за более высокого уровня мощности. потери в ПЭТ.

ТАБЛИЦА 2 . Результаты расчетов энергии и потерь при моделировании перетока мощности.

Наконец, на рисунке 11 показаны потоки активной и реактивной мощности через модуль 1 и модуль 2 HPET соответственно. Как можно видеть, в то время как модуль 2 все время работает с очень низким уровнем нагрузки, модуль 1 выдает большое количество реактивной мощности, чтобы поддерживать DPF первичной стороны в единицу. Из рисунка 11 очевидно, что подход к моделированию потерь, который учитывает только DPF и поток активной мощности, не обеспечит точное представление потерь, вызванных большими реактивными токами, которые имеют место в модуле 1.Отсюда необходимость в предлагаемой модели потерь, представленной в подразделе 3.3. На рисунке 11 также можно увидеть, что между 10-м и 12-м часами, а также между 18-м и 20-м часами моделирования временного ряда компенсация реактивной мощности модуля 1 достигает максимума, что приводит к появлению красных всплесков, которые можно увидеть на рис. Рисунок 11. Возможность компенсации реактивной мощности может быть увеличена за счет увеличения номинальной мощности модуля 1 с возможным увеличением потерь BtB.

Результаты, представленные в этом разделе, демонстрируют полезность разработанной модели для количественной оценки преимуществ на уровне системы от включения гибридных силовых электронных трансформаторов в систему распределения.В этом кратком примере можно увидеть, что HPET, оснащенный преобразователем BtB с номиналом 10%, может обеспечивать регулировку напряжения и коррекцию DPF почти в той же степени, что и полный PET, но со значительно меньшими потерями. Потоки мощности, представленные на рисунке 11, показывают, что в этом конкретном примере существует большое несоответствие между мощностью, поставляемой модулем 1 и модулем 2 в предлагаемом сценарии (см. Рисунок 1). Это говорит о том, что возможно оптимальную конфигурацию BtB можно найти, используя разные номинальные мощности для двух модулей BtB.

Что касается возможных ограничений и улучшений представленной модели HPET, как это можно увидеть в рабочем процессе на Рисунке 4, необходимо несколько моментальных снимков потока мощности, чтобы получить одно окончательное решение для каждого временного шага, что, возможно, делает подход к моделированию неадекватным в течение длительного времени. краткосрочные исследования или моделирование с высоким разрешением. Возможное улучшение, которое могло бы дать более быстрые решения, – это создание настраиваемого модуля HPET в OpenDSS с использованием преимуществ открытого исходного кода инструмента путем встраивания уравнений и алгоритмов, описанных в этой работе, в общедоступный код OpenDSS.Таким образом, алгоритмы, представляющие поведение HPET, объединяются в один моментальный снимок.

Также важно упомянуть, что дальнейшие улучшения могут быть сделаны в отношении моделирования эффективности полного ПЭТ, поскольку в этом представленном случае используется оптимистическая единственная кривая эффективности для всего устройства. Более реалистичный подход рассматривает модульную реализацию полного ПЭТ, в которой его номинальная мощность может изменяться путем включения и отключения внутренних модулей в зависимости от фактической потребляемой мощности (Андресен и др., 2016).

5 Заключение

Активное и интеллектуальное управление в распределительной сети представляется хорошим вариантом для решения некоторых из предполагаемых проблем, созданных растущим присутствием распределенной генерации и новыми типами управляемых нагрузок, которые увеличивают нагрузку на электрическую сеть. сетки. Растет интерес к возможностям замены пассивных распределительных трансформаторов активными интеллектуальными устройствами на основе силовой электроники, такими как силовые электронные трансформаторы (ПЭТ).Однако, хотя эти устройства обеспечивают высокий уровень управляемости и гибкости сети, их стоимость, потери и надежность по-прежнему являются основными препятствиями, препятствующими их широкой интеграции в сеть. Необходимо адекватно количественно оценить чистую выгоду, которую могут обеспечить полные и гибридные ПЭТ, используя трансформаторы и сетевые модели для проведения моделирования в различных будущих сетевых сценариях.

По этой причине в данной работе представлен подход к моделированию гибридных силовых электронных трансформаторов (HPET) для исследования потока мощности вместе с новым представлением потерь в силовых электронных преобразователях.Модель потока мощности HPET, изображенная в Разделе 3, позволяет моделировать стационарное поведение на основной частоте HPET в распределительной сети, что позволяет проводить различные исследования на уровне системы, направленные на количественную оценку чистых преимуществ системы. Моделирование потерь, представленное в подразделе 3.3, обеспечивает точные результаты даже в случаях низкого коэффициента мощности, а также практический способ моделирования потерь различных топологий преобразователя с использованием единой кривой эффективности, которая легко интегрируется в представленную модель HPET.

Представленные результаты демонстрируют, как модель HPET работает в различных диапазонах напряжения, активной и реактивной мощности, а также как модель HPET, интегрированная в симуляцию сети, облегчает сравнение между различными типами трансформаторов. Эта работа представляет собой полезный инструмент, который позволяет проводить полные исследования сети, которые могут количественно оценить преимущества гибридных ПЭТ на системном уровне с точки зрения управления напряжением, снижения потерь в сети, управления перегрузками и снижения нагрузки, и он находится в свободном доступе в открытом доступе. -развитие источников (Prystupczuk et al., 2021). Несмотря на то, что разработка была выполнена с использованием OpenDSS, предложенная методология действительна для любого другого решателя анализа потока мощности.

Хотя гармонический анализ не был включен в эту работу, анализ гармонического потока доступен в OpenDSS, а разработанная модель потока мощности HPET способна обрабатывать гармоники. Проведение гармонического анализа было бы желательно не только для улучшения представления нагрузки, но также для изучения и количественной оценки преимуществ для системы от дополнительных услуг, которые могут быть предоставлены HPET, таких как подавление гармоник.Этот анализ оставлен для будущего исследования.

Заявление о доступности данных

Наборы данных, созданные для этого исследования, можно найти в репозитории HPET PowerFlow Model на GitHub: https://github.com/fprystupczuk/HPET_PowerFlow_Model.

Вклад авторов

FP, VR, AN и TO внесли свой вклад в концепцию и дизайн исследования. Компания FP разработала модель HPET, модель потерь инвертора, разработала платформу моделирования потока мощности, провела моделирование и написала рукопись.RA разработала модель инвертора Simulink, используемую в представленной модели потерь. Все авторы внесли свой вклад в доработку рукописи, прочитали и одобрили представленную версию.

Финансирование

Эта работа была поддержана Научным фондом Ирландии под номером гранта SFI / 16 / IA / 4496.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Примечание издателя

Все претензии, выраженные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно относятся к их аффилированным организациям или заявлению издателя, редакторов и рецензентов. Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или заявление, которое может быть сделано его производителем, не подлежат гарантии или одобрению со стороны издателя.

Ссылки

Aeloiza, E.C., Enjeti, P. N., Morán, L.A., and Pitel, I. (2003). «Распределительный трансформатор нового поколения: для решения проблемы качества электроэнергии для критических нагрузок», в отчете PESC – Ежегодная конференция специалистов по силовой электронике IEEE, Акапулько, Мексика, 15–19 июня 2003 г., 1266–1271.doi: 10.1109 / PESC.2003.1216771