Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Каталог радиолюбительских схем. “Вольтодобавка” в сварочном аппарате

Каталог радиолюбительских схем. “Вольтодобавка” в сварочном аппарате

“Вольтодобавка” в сварочном аппарате

Л. СТЕПАНОВ, г. Истра Московской обл.

Самодельные малогабаритные сварочные аппараты с переменным сварочным током и питанием от бытовой электросети просты в изготовлении и недороги, однако работать с ними трудно — устойчивость дуги недостаточна. Улучшить работу аппарата можно, если перевести его на постоянный сварочный ток [1].

Как показывает практика, при постоянном сварочном токе для горения дуги вполне достаточно напряжения 30…40 В. Но зажечь ее по-прежнему не просто. Для маломощного сварочного аппарата — это самый тяжелый режим, так как происходит замыкание вторичной обмотки на короткое время до момента отведения электрода от детали.

Облегчить процесс зажигания дуги можно повышением напряжения холостого хода сварочного аппарата. Однако повышение этого напряжения ограничено требованиями электробезопасности — оно не должно превышать 80 В согласно ГОСТ95-77Е [2].

К тому же, как уже было сказано, оптимум по условиям горения дуги находится, наоборот, в зоне меньших значений напряжения.

Поэтому я поставил себе задачу разработать сварочный аппарат, у которого напряжение холостого хода повышено “вольтдобавкой”, а после зажигания дуги уменьшается до оптимальных 30…40 В. Схема такого аппарата показана на рис. 1.

Сварочный трансформатор Т1 с диодным выпрямителем VD1—VD4 дополнен еще одной обмоткой III, выпрямителем VD5—VD8, дросселем L1 и переключательным диодом VD9. Обмотка III намотана на отдельном каркасе и рас-

положена рядом с катушкой, содержащей сетевую и основную обмотки I и II соответственно.

Основная вторичная обмотка II рассчитана на напряжение 30…40 В и ток 100… 120 А. Она обеспечивает рабочий сварочный ток в дуге. Дополнительная вторичная обмотка III рассчитана на напряжение 12… 14 В при токе 10 А. Она формирует напряжение “вольтдобавки”.

До момента касания электродом свариваемых деталей напряжение на нем равно сумме значений выпрямленного напряжения обеих обмоток, поскольку переключательный диод VD9 оказывается закрытым выходным напряжением моста VD5—VD8, а оба моста — включенными последовательно. Напряжение на электроде равно 42…54 В.

При касании электродом детали диод VD9 открывается, напряжение на нем уменьшается до 1,5 В, обеспечивая сварочный ток через зажженную дугу. Поскольку через диоды VD5—VD8 и дроссель L1 сварочный ток не протекает, для этого моста достаточно десятиам-перных диодов, а дроссель можно намотать на любом магнитопроводе сечением 10… 12 см2. Обмотку выполняют проводом ПЭВ-2 диаметром 1,6… 1,8 мм до заполнения окна. При сборке магнито-провода необходимо предусмотреть немагнитный зазор между его частями, вложив прокладку из прессшпана толщиной 0,5… 1 мм.

Вместо КД242Б можно использовать диоды Д305, Д214, КД213А, КД213В, КД2999А—КД2999В. Их надо установить на пластинчатые теплоотводы размерами 100x100x5 мм. Вместо ВК2-200 подойдут диоды Д161-250, Д161-320.

Эти диоды лучше всего смонтировать на теплоотводы заводского изготовления. Здесь могут быть полезны рекомендации, данные в [2].

Конструктивно устройство “вольтдобавки” может быть выполнено и в виде приставки к бытовому сварочному аппарату, переведенному на постоянный сварочный ток. Схема такой приставки показана на рис. 2. Магнитопровод трансформатора Т1 и его сетевая обмотка — от сетевого трансформатора ТС-270, используемого в старых ламповых телевизорах цветного изображения. Вторичную обмотку на 12 В при токе до 15 А надо намотать самостоятельно. Целесообразно предусмотреть у этой обмотки выводы на 13, 14и 15Вс тем, чтобы приставку можно было использовать и для других целей, в частности для зарядки аккумуляторных батарей.

Переключательный диод VD5 входит в состав приставки. Дроссель L1 такой же, как указано выше.

Если немного изменить схему на рис. 2, можно уменьшить число необходимых диодов, а значит, и громоздких теплоотводов для них, как показано на рис. 3. Работа этого узла аналогична описанному выше, разница лишь в том, что роль переключательных выполняют два диода VD1, VD3 выпрямительного моста аппарата. Они открываются поочередно на половину периода сетевого напряжения, когда дуга еще не зажжена, и закрыты, когда дуга горит.

В заключение следует заметить, что при изготовлении сварочного аппарата целесообразно воспользоваться информацией, изложенной в [2].

ЛИТЕРАТУРА

1.  Клабуков А., Бабинцев С. Доработка сварочного аппарата. — Радио, 2002, № 4, с. 42.

2.   Володин В. Сварочный трансформатор: расчет и изготовление. — Радио, 2002, № 11, с. 35, 36; №12, с. 38, 39.

РАДИО № 6, 2004, с.40





Вольтодобавочный трансформатор и линейные регуляторы напряжения

1. Определение

Вольтодобавочным трансформатором (ВДТ) называется устройство, состоящее из двух трансформаторов: последовательного, первичная обмотка которого включается в рассечку линии, и специального регулировочного трансформатора или автотрансформатора с переменным коэффициентом трансформации. Регулировочный автотрансформатор питается от обмотки низшего напряжения силового трансформатора.

Линейным регулятором называется трехфазное вольтодобавочное устройство, которое работает по автотрансформаторной схеме.

2. Назначение

Вольтодобавочные трансформаторы (линейные регуляторы) применяются для регулирования напряжения в отдельных линиях или в группе линий. Их применяют, например, для улучшения работы сетей, в которых используются трансформаторы без регулирования под нагрузкой. Линейные регуляторы позволяют создать в сети дополнительную ЭДС, которая складывается с вектором напряжения сети и изменяет его. На рис. 1 показано схематическое изображение вольтодобавочного трансформатора (линейного регулятора).

Рисунок 1 – Схемное изображение линейного регулятора

Установка вольтодобавочного трансформатора позволяет выравнивать напряжение в электросети; устранять несимметрию напряжения на определенном участке цепи; снижать опасные последствия отгорания нулевого проводника

3. Принцип работы

Вольтодобавочные трансформаторы имеют одну обмотку, включенную последовательно с линией, в которой регулируется напряжение. Эта обмотка питается от регулировочного (питающего) трансформатора, а первичная обмотка последнего – от сети или постороннего источника тока.

В зависимости от схемы соединения обмоток вольтодобавочные трансформаторы могут создавать добавочную ЭДС, сдвинутую по фазе относительно основного напряжения или совпадающую с ним. На рис. 2 изображена принципиальная схема включения вольтодобавочного трансформатора.

Рисунок 2 – Принципиальная схема включения вольтодобавочного трансформатора

  1. основной трансформатор
  2. последовательный трансформатор
  3. регулировочный трансформатор

4. Схема и конструкция

Более детальная схема линейного регулятора, иллюстрирующая также принцип переключения контактов, представлена на рис. 3.
На ней показаны регулировочный трансформатор 1 и последовательный трансформатор 2. Первичная обмотка 3 регулировочного трансформатора является питающей. Она может быть включена и на фазное А – 0 и на линейное напряжение (А – В, А – С). Вторичная обмотка 4 регулировочного трансформатора имеет такое же переключающее устройство 5 как и транс-форматор с РПН.

Один конец первичной обмотки 6 последовательного трансформатора присоединен к средней точке вторичной обмотки регулировочного трансформатора. Другой к переключающему устройству. Вторичная обмотка 7 последовательного трансформатора соединена последовательно с обмоткой силового трансформатора. Добавочная ЭДС в обмотке 7 складывается с ЭДС силового трансформатора и изменяет ее.

Рисунок 3 – Принцип работы вольтодобавочного трансформатора

На рис. 4 показана трехфазная схема включения в сеть вольтодобавочного трансформатора.

Рисунок 4 – Схема включения вольтодобавочного трансформатора в сеть

Линейные регуляторы работают по автотрансформаторной схеме и представляют собой маслонаполненную конструкцию, имеющую шесть линейных выводов для включения регулятора в рассечку линии в любой ее точке. Схема включения линейного регулятора показана на рис. 5.

  1. Обмотка возбуждения высшего напряжения
  2. Обмотка питания цепей управления
  3. Вольтодобавочная обмотка
  4. Подвижный контакт переключателя
  5. Вспомогательный контакт переключателя с активным токоограничивающим сопротивлением
  6. Неподвижные контакты

 

Рисунок 5 – Схема включения линейного регулятора

5.

Диапазон регулирования

ЭДС, создаваемая линейным регулятором зависит:

  • от величины питающего напряжения;
  • от фазы питающего напряжения;
  • от коэффициента трансформации линейного регулятора.

Включая первичную обмотку питающего трансформатора в разные фазы сети, можно получить разные напряжения на выходе регулятора. В линейном регуляторе выполняется пофазное регулирование. Различают продольное, поперечное и продольно-поперечное регулирование.

При продольном регулировании добавочная ЭДС линейного регулятора ∆Е совпадает по фазе с фазными напряжениями сети. Такой вид регулирования называют также регулирование по модулю.

При поперечном регулировании ЭДС силового трансформатора и добавочная ЭДС оказываются сдвинутыми на 90º. Такое сдвиг можно получить, если, например, для регулирования напряжения в фазе А, обмотку питающего трансформатора включить на линейное напряжение В-С. При этом результирующая ЭДС обмотки силового трансформатора и вторичной обмотки последовательного трансформатора изменяется по фазе. Поэтому такой вид регулирования называют также регулированием по фазе.
Продольно-поперечное регулирование позволяет регулировать исходное напряжение как по модулю, так и по фазе. Его можно выполнить для регулирования напряжения в фазе А при включении первичной обмотки питающего трансформатора на линейное напряжение А-В. Вектор добавочной ЭДС при этом будет направлен вдоль линейных напряжений.

Векторные диаграммы изображающие разные виды регулирования показаны на рис. 6.

Рисунок 6 – Регулирование напряжения с помощью линейного регулятора: а) продольное; б) поперечное; в) продольно поперечное.

Линейные регуляторы с продольным регулированием позволяют регулировать напряжения на проблемном участке протяженной сети или при отсутствии на трансформаторе устройства РПН.

Линейные регуляторы с поперечным или продольно-поперечным регулированием выполняют более узкие функции. С их помощью улучшаются условия работы неоднородных замкнутых сетей.

6. Технические характеристики

В настоящее время термин «вольтодобавочный трансформатор» сохранился только за серией специальных регулировочных трансформаторов типа ВРТДНУ, предназначенных для включения в нейтраль автотрансформаторов старых типов, не имеющих РПН в нейтрали или на стороне среднего напряжения. Указанная серия автотрансформаторов выпускается на мощность 120-750 МВА. Регулирование напряжение в радиальных линиях осуществляют при помощи линейных регуляторов типа ЛТМ: ЛТМН, ЛТДН.

7. Применение

Линейные регуляторы могут устанавливаться на отходящих линиях и последовательно с силовым трансформатором. При установке линейного регулятора на отходящих линиях силовой трансформатор выполняет стабилизацию напряжения на шинах подстанции на среднем уровне. Диапазон регулирования в этом случае может быть снижен, что позволяет существенно снизить мощность линейного регулятора, однако требуется установка нескольких регуляторов.

На рис. 7 а) показано схематичное изображение линейного регулятора при включении его последовательно обмотке силового трансформатора, на рис. 7 б) показано включение линейного регулятора на отходящих линиях электропередач.

Рисунок 7 – Включение линейного регулятора в сеть: а) последовательно обмотке силового трансформатора; б) на отходящих линиях электропередач

Линейные регуляторы, которые включаются последовательно в линию, обеспечивают регулирование напряжения в пределах ±10-15 %. Широкое применение линейные регуляторы находят на подстанциях с автотрансформаторами. На стороне СН регулирование напряжения обеспечивается встроенным в автотрансформатор устройством РПН, а на стороне НН устанавливается линейный регулятор, снабженный автоматическим регулированием напряжения.

 

Драйверы со схемой вольтодобавки (светодиодная подсветка).

Драйверы со схемой вольтодобавки

ветодиодная подсветка). 

 

 Светодиодная подсветка имеет значительно меньший уровень электромагнитного излучения, использование светодиодной подсветки более экологично, благодаря чему уменьшается утомляемость операторов при работе с такими мониторами.

“Зажечь” светодиод несложно – достаточно подключить его в прямом включении через ограничивающий резистор к источнику питания, но этот способ крайне неэкономичен, так как на ограничивающем резисторе создается большое падение напряжения, а значит, и большие потери (кроме того, ток через светодиод и яркость его свечения при подобном включении будут крайне нестабильны). Для повышения КПД и стабильности свечения светодиодов используются драйверы на специализированных микросхемах. 

Микросхемы драйверов для питания сверхъярких светодиодов используются в устройствах разной сложности: светодиодные фонари, мобильные телефоны, цифровые фотоаппараты, LCD-дисплеи компьютеров и т.д. 

Рассмотрим в качестве типового представителя этого типа, микросхему МР1519 (рис. 1), которая представляет собой драйвер для питания четырех белых светодиодов со схемой вольтодобавки (с питанием от источника 2,5…5,5 В). Компания MPS выпускает еще две микросхемы близких к МР1519 по схемотехнике и цоколевке – MP1519L (рассчитана на работу с тремя белыми светодиодами) и MP3011 (работает с двумя белыми светодиодами).

 

Рис. 1.

 

Микросхема МР1519 имеет миниатюрный 16-выводной корпус QFN16 (размером 3×3 мм). Назначение выводов этой микросхемы приведено в табл. 1. Микросхема МР1519 содержит в себе: датчик напряжения батареи, контроллер управления, генератор тока, источник опорного напряжения запретной зоны, четыре источника тока (стабилизатора) светодиодов и схему вольтодобавки. Последовательно с каждым светодиодом внутри микросхемы включен стабилизатор тока (источник тока), причем генератор тока управляет режимом всех четырех источников тока. Контроллер управления обеспечивает автоматический выбор режима вольтодобавки, “мягкий” старт и т.п. 

Таблица  1. 

Схема вольтодобавки преобразует напряжение питания в импульсы частотой 1,3 МГц, которые выпрямляются и заряжают накопительные конденсаторы С1 и С2. При использовании схемы вольтодобавки для питания светодиодов напряжение батареи суммируется с напряжениями на этих конденсаторах. Для правильной работы схемы вольтодобавки конденсаторы С1 и С2 должны иметь одинаковую емкость. Одной из особенностей микросхемы МР1519 является автоматическое переключение кратности вольтодобавки: 1х, 1,5х и 2х. Это обеспечивает оптимально-эффективную стабилизацию токов и яркость светодиодов при изменении напряжения источника питания (или батареи). При работе микросхема непрерывно контролирует ток светодиодов и напряжение батареи. Для предотвращения перегрузки батареи, в МР1519 используется режим “мягкого” запуска и “мягкое” переключение режимов вольтодобавки. Ток светодиодов задается резистором R1, сопротивление которого можно рассчитать по формуле: 


R1 (кОм) = 31,25/ILED (мА)


При наличии напряжения питания 2,5…5,5В на выв. 5 и 13 микросхемы, включение драйвера обеспечивается подачей высокого уровня напряжения на вход разрешения EN (выв. 12) микросхемы. При включении контроллер микросхемы МР1519 анализирует величину напряжения питания, ток светодиодов и включает тот или иной режим кратности вольтодобавки. Драйвер выключается (гашение светодиодов) низким уровнем на выв. 12 с задержкой 30 мкс.

По входу EN может осуществляться как аналоговый, так и ШИМ “димминг” светодиодов. Именно для ШИМ “димминга” необходима задержка выключения микросхемы. Для этого на вход разрешения EN подается внешний управляющий ШИМ сигнал частотой 50 Гц…50 кГц. Когда импульс управляющего сигнала заканчивается, ток светодиодов и их яркость плавно уменьшаются до нуля в течение 30 мкс. Чем больше скважность импульсов управления, тем меньше средняя яркость свечения светодиодов (при частоте сигнала управления более 50 кГц яркость регулируется неэффективно, а при частоте ниже 50 Гц становится заметным моргание светодиодов).

Для аналогового “димминга” на выв. 11 микросхемы МР1519 подается постоянное напряжение регулировки через делитель напряжения R2-R1 (рис. 2). Изменением этого напряжения от 0 до 3 В на входе делителя R2-R1 можно изменять ток светодиодов (0 – 15 мА).

 

 

 

 

В статье приведено описание простых регуляторов напряжения, выполненных с использованием обычного нерегулируемого понижающего трансформатора с секционированной вторичной обмоткой.

Предлагаемые устройства регулирования напряжения могут быть использованы в низковольтных электрических сетях напряжением до 1000 В, где возникает необходимость повышения или понижения напряжения на нагрузке несколькими ступенями как в сторону его увеличения, так и сторону понижения на определенную постоянную величину, при этом, при необходимости, регуляторы обеспечивают равенство напряжений входа и выхода устройства, т.е., к примеру, получение на выходе номинального напряжения при номинальном входном. В регуляторах используется обычный понижающий трансформатор с секционированной вторичной обмоткой.

Предлагаемые регуляторы являются усовершенствованием описанного в [1].

Регулятор [1] содержит вольтодобавочный трансформатор и два двухполюсных переключателя SA1 и SA2, подвижные контакты которых соединены между собой соответственно. Переключатель SA2 на два положения является переключателем выбора режима работы регулятора. В одном крайнем положении переключателя SA2, когда замкнуты его соответствующие контакты, обеспечивается работа регулятора в режиме вольтодобавки ±DU с помощью переключателя SA1, путем переключения его из одного крайнего положения «+DU» в другое «–DU», что меняет местами концы вторичной обмотки W2 вольтодобавочного трансформатора.

В другом положении переключателя режима работы SA2 последовательная обмотка W2 вольтодобавочного трансформатора отсоединена от сети, а соответствующие контакты полюсов переключателя замкнуты между собой перемычкой. В результате вольтодобавка на выходе регулятора отсутствует, DU=0 при любом положении переключателя SA1. Напряжение на выходе регулятора в этом случае равняется входному, а трансформатор работает в режиме «холостого хода», так как его обмотка W1 подключена к сети через контакты переключателей SA1 и SA2.

Таким образом, регулятор [1] обеспечивает трехступенчатое регулирование напряжения на выходе устройства, но его функциональные возможности могут быть расширены путем добавления еще двух дополнительных ступеней регулирования, что увеличивает диапазон регулирования напряжения на выходе регулятора.

Указанная цель достигается тем, что регулятор (рис.1) дополнительно снабжен однополюсным переключателем на три положения с нейтральным средним положением, а вторичная обмотка вольтодобавочного трансформатора выполнена секционированной.

 

Описание регулятора

Принципиальная схема регулятора показана на рис.1. Регулятор содержит вольтодобавочный трансформатор ВТ, два двухполюсных переключателя SA1 и SA2, подвижные контакты которых каждого полюса соединены между собой соответственно, и однополюсный переключатель SA3. Переключатель SA3 при замкнутых контактах 13-14 обеспечивает работу в режиме вольтодобавки половины витков вторичной обмотки W2 вольтодобавочного трансформатора ВТ, а при замкнутых контактах 13-15 – работу всей обмотки W2 трансформатора ВТ, что увеличивает число ступеней регулирования напряжения трансформатора до четырех. Переключатель SA2 на два положения является переключателем выбора режима работы регулятора. В одном крайнем положении переключателя SA2, когда замкнуты его контакты 7-8 и 10-11, обеспечивается работа регулятора в режиме вольтодобавки ±DU1 и ±DU2 с помощью переключателя SA1, путем переключения его из одного крайнего положения «+DU» в другое «–DU». При этом при замкнутых контактах 13-14 переключателя SA3 имеет место вольтодобавка ±DU1, а при замкнутых контактах 13-15 – ±DU2.

В другом положении переключателя режима работы SA2 замкнуты контакты 7-9, 10-12, и последовательная обмотка W2 вольтодобавочного трансформатора ВТ вместе с переключателем SA3 отсоединена от сети, а контакты 9 и 12 разных полюсов переключателя замкнуты между собой перемычкой. В результате вольтодобавка на выходе регулятора отсутствует, DU=0 при любом крайнем положении переключателя SA1. Напряжение на выходе регулятора в этом случае равняется входному, а трансформатор ВТ работает в режиме «холостого хода», так как его обмотка W1 подключена к сети через контакты переключателей SA1 и SA2. Этот режим соответствует пятой ступени регулировки напряжения регулятора.

 

Работа с устройством

В исходном состоянии регулятора подвижные контакты 2 и 4 двухполюсного переключателя на три положения SA1 находятся в среднем положении, и напряжение на выходе регулятора отсутствует.

Предположим на входе регулятора напряжение понижено, и для его повышения достаточно напряжения вольтодобавки от половины обмотки W2 трансформатора ВТ. В этом случае переключатель величины вольтодобавки SA3 переключают в положение, при котором замкнуты его контакты 13-14, т.е. вводят в работу половину обмотки W2 трансформатора. Затем переключатель выбора режима работы SA2 ставят в положение «Работа ±DU», при этом будут замкнуты его контакты 7-8 и 10-11. Далее переключатель SA1 переводят в положение «+DU», замыкая тем самым его контакты 2-5 и 4-6. В результате обмотка W1 и половина обмоткиW2 трансформатора ВТ включаются согласно и подключаются к сети и нагрузке, и напряжение на выходе регулятора будет повышено на величину +DU1 относительно напряжения на входе (сети). При недостаточной величине вольтодобавки +DU1 переключатель SA3 на три положения переводят в положение, при котором замыкаются его контакты 13-15, что включает в работу всю обмотку W2 трансформатора ВТ. В результате величина вольтодобавки удваивается и составляет +DU2.

При необходимости понижения напряжения сети на величину –DU (при завышенном напряжении в сети), переключатель SA1 переводят в другое крайнее положение «–DU». В этом случае будут замкнуты контакты 1-2 и 3-4 переключателя, и, соответственно, концы вторичной обмотки W2 трансформатора ВТ меняются местами. Следовательно, магнитные потоки обмоток трансформатора будут направлены встречно, и на выходе регулятора напряжение будет понижено на величину –DU1 или величину –DU2 относительно входного в зависимости от положения переключателя величины напряжения SA3.

Отключение регулятора от сети осуществляют переводом переключателя SA1 в среднее нейтральное положение, при этом размыкаются контакты 1-2 и 3-4 или 2-5 и 4-6, обмотка W2 отсоединяется от сети и током не обтекается, не обтекается током также нагрузка и первичная обмотка W1 трансформатора ВТ.

При отсутствии необходимости регулировки (напряжение сети номинальное или близкое к нему) переключатель режима работы SA2 ставят в положение «DU=0», при этом замыкаются контакты 7-9 и 10-12 переключателя, и обмотка W2 трансформатора вместе с переключателем SA3 выводится из работы. Затем переключатель SA1 переводят в любое крайнее положение («+DU» или «–DU»), и нагрузка тем самым напрямую через контакты переключателей SA1 и SA2 присоединяется к входу регулятора (т. е. к питающей сети 220 В / 50 Гц), т.е. минуя последовательную обмотку W2 трансформатора ВТ с переключателем SA3. Первичная обмотка W1 трансформатора остается включенной, в результате трансформатор ВТ остается в работе в режиме «холостого хода». При необходимости исключения режима «холостого хода» трансформатора ВТ, переключатель SA2 выбирают трехполюсным, контакты третьего полюса включают в разрыв первичной обмотки W1 трансформатора ВТ. На рис.1 третий полюс переключателя SA2 не показан.

 

Внимание!

При работе регулятора недопустимо размыкать обмотку W1 трансформатора ВТ, так как в этом случае трансформатор переходит в режим трансформатора тока с разомкнутой обмоткой W1, что приводит к перегреву трансформатора и возможному самовозгоранию, а также к появлению на концах разомкнутой обмотки высокого напряжения, опасного для жизни и изоляции трансформатора.

 

Данный регулятор является пятиступенчатым, в отличие от трехступенчатого регулятора [1]. Это позволяет изменять выходное напряжение регулятора в пределах ±DU1, ±DU2 и сохранять его на выходе на уровне входного (DU=0), что позволяет более гибко решать вопросы экономии электроэнергии в низковольтных электрических сетях.

 

На рис.2 показана принципиальная схема пятиступенчатого регулятора напряжения, выполненного на базе двух вольтодобавочных трансформаторов. Их первичные обмотки W1 соединены параллельно и согласно, а вторичные W2 – последовательно и согласно с выводом 16 от точки их соединения. Этот вывод 16 эквивалентен среднему выводу 16 вольтодобавочного трансформатора ВТ схемы регулятора, показанной на рис.1. Поэтому принцип работы такого регулятора ничем не отличается от вышеописанного. При замкнутых контактах 13-14 переключателя SA3 включена в режим вольтодобавки вторичная обмотка W2 трансформатора ВТ1, что соответствует вольтодобавке ±DU1, а при замкнутых контактах 13-15 этого же переключателя включены в режим вольтодобавки вторичные обмотки W2 трансформаторов ВТ1 и ВТ2, что обеспечивает величину вольтодобавки, равную ±DU2. Такое решение позволяет использовать в регуляторе готовые трансформаторы ВТ без среднего вывода, что зачастую на практике представляет приемлемое техническое решение, несмотря на более высокую стоимость и повышенные габариты.

 

7-ступенчатый регулятор

На рис.3 показана принципиальная схема семиступенчатого регулятора напряжения с двумя секционными выводами вторичной обмотки, что позволяет увеличить число ступеней регулирования напряжения до шести плюс одна ступень DU=0. Принцип работы регулятора не отличается от вышеописанных. При замкнутых контактах 13-14 переключателя SA3 обеспечивается вольтодобавка, равная ±DU1, при замкнутых контактах 13-15 ‑ ±DU2 и при замкнутых контактах 13-16 ‑ ±DU3. Естественно, при трех секционных выводах можно получить девятиступенчатый регулятор напряжения и т.д.

На рис.4 показан один из переключателей регулятора напряжения (SA1) типа ПКП25-24-115-У3 на 25 А 380 В.

На фото в начале статьи показан внешний вид вольтодобавочного трансформатора, в качестве которого использован однофазный трансформатор типа ОСМ – 0,63 мощностью 0,63 кВА 220/42 В.

 

Отличительной чертой предлагаемых регуляторов является простота конструкции и схемного решения, использование нерегулируемых понижающих трансформаторов в качестве вольтодобавочных, синусоидальность выходного напряжения, малый вес, габариты и, соответственно, стоимость.

 

Детали

Единственными элементами предлагаемых регуляторов являются переключатели и понижающие трансформаторы в качестве вольтодобавочных. Порядок их выбора и требования, предъявляемые к ним, подробно изложены в [1].

 

Литература

1. Коломойцев К.В. Трехступенчатый регулятор переменного напряжения для мощной нагрузки // Электрик. – 2011. – №6. – С.35–37.

2. Коломойцев К. В. Простые вольтодобавочные устройства // Электрик. – 2003. – №1. – С.6‑8.

Сварочный аппарат с вольтодобавкой и плавной регулировкой тока

Вниманию читателей предлагается описание простого в изготовлении и надёжного в работе сварочного аппарата. Он позволяет выполнять сварку как постоянным, так и переменным током, причём в обоих случаях возможна его не только ступенчатая, но и плавная регулировка. Чтобы облегчить зажигание дуги, предусмотрена вольтодобавка.

Сегодня в продаже имеется огромное число разнообразных сварочных аппаратов. Портативные сварочные аппараты (так называемые инверторы) работают только на постоянном токе. Их дешёвые модели, предназначенные для непрофессионального применения, сравнительно небольшой мощности и недостаточно надёжны. Сварочные аппараты на низкочастотных трансформаторах большой мощности выпускают в основном для промышленного использования. Они имеют, как правило, большую мощность, значительные массу и габариты и сравнительно дороги. Кроме того, они допускают возможность длительной непрерывной работы. Сварочный ток в таких аппаратах регулируется плавно или ступенчато путём изменения индуктивности дополнительного дросселя или индуктивности рассеяния самого сварочного трансформатора. Большая масса и высокая цена делают покупку такого аппарата для личного (не профессионального) применения нецелесообразной.

Бывают в продаже и дешёвые маломощные сварочные аппараты на низкочастотных трансформаторах. Но в формировании нужной нагрузочной характеристики в них принимает участие активное сопротивление обмоток. Поэтому такие сварочные аппараты сильно нагреваются при работе.

Многие делают сварочные трансформаторы самостоятельно. Для этого необходимы лишь подходящие магнитопровод и обмоточный провод. Но для выполнения высококачественной сварки самодельный аппарат должен обеспечивать возможность выбора рода тока (постоянный или переменный) и регулирования сварочного тока. Кроме того, для облегчения зажигания дуги при низком напряжении желательно иметь в аппарате вольтодобавку.

Ниже приводится описание простого и надёжного в работе сварочного аппарата с трансформатором на основе статора асинхронного трёхфазного электродвигателя и обеспечивающего выполнение перечисленных выше требований. Он имеет ряд существенных особенностей, которые значительно улучшают его характеристики и уменьшают трудоёмкость изготовления по сравнению с ранее описанными в радиолюбительской литературе и в Интернете.

Схема аппарата приведена на рис. 1. Сетевое напряжение через ступенчатый реостат, состоящий из проволочных резисторов R1-R4 и переключателя SA1, поступает на обмотку I сварочного трансформатора T2. Узел, состоящий из трансформатора тока T1, выпрямителя на диодах VD1, VD2 и измерительной головки PA1, измеряет ток, потребляемый от сети. Напряжение с обмотки II трансформатора T2 через переключатель SA2 и двухполупериодный выпрямитель на диодах vD5, VD7 и тринисто-рах VS1, VS2 подаётся в сварочную цепь.

Рис. 1

 

Выпрямитель совмещён с регулятором сварочного тока. При крайнем правом по схеме положении движков переменных резисторов R5 и R6 тринисторы VS1 и VS2 открываются при незначительно отличающемся от нуля мгновенном значении напряжении на обмотке II трансформатора T2. В этом случае угол отсечки тока близок к 180 град. и сварочный ток максимален. При перемещении движков этих резисторов влево напряжение открывания тринисторов VS1 и VS2 увеличивается, а угол отсечки тока уменьшается до 90 град. В результате сварочный ток уменьшается приблизительно в два раза по сравнению с максимальным. При дальнейшем увеличении сопротивления регулирующих резисторов тринисторы выпрямителя открываться перестают, поэтому выходное напряжение и ток становятся равными нулю.

Транзистор VT1 служит усилителем управляющего тока. Его можно исключить из схемы, но тогда сопротивление резисторов R5 и R6 придётся уменьшить приблизительно в 30 раз. При этом на резисторах R5 и R6 в некоторых режимах станет рассеиваться мощность в несколько ватт. Найти переменные резисторы с достаточно большой допустимой мощностью рассеяния трудно, поэтому в регуляторе было решено применить высокоомные резисторы с транзисторным усилителем тока. Два переменных резистора, соединённых последовательно, позволили обеспечить плавную регулировку тока в большом интервале его изменения.

В некоторых сварочных аппаратах применяют тринисторные регуляторы тока, обеспечивающие плавное изменение угла отсечки в интервале от 0 до 180 град., чему соответствует изменение тока от нуля до максимума. Тринисторами в таких регуляторах управляют, как правило, с помощью коротких импульсов. Но эти регуляторы сложнее и недостаточно стабильно работают на нагрузку с малым дифференциальным сопротивлением (сварочную дугу или заряжающуюся аккумуляторную батарею). Нестабильность проявляется в том, что при неизменном положении ручки регулятора выходной ток хаотично изменяется относительно заданного среднего значения. Регуляторы, в которых тринисторами управляют постоянным током, в этих условиях работают более стабильно. Кроме того, регулятор сварочного тока должен регулировать сварочный ток, но не амплитуду выходного напряжения сварочного аппарата. А при изменении угла отсечки от 90 до 0 град. амплитуда импульсов напряжения на выходе выпрямителя уменьшается, что нежелательно, так как ухудшаются условия зажигания дуги.

Чтобы расширить пределы регулировки тока, не усложняя тринисторный регулятор, в аппарате предусмотрен мощный ступенчатый реостат на резисторах R1-R4. Такие реостаты нередко включают в цепь вторичной обмотки сварочного трансформатора. Но включение его последовательно с первичной обмоткой даёт несколько преимуществ. В частности, трансформатор в этом случае работает при меньшем напряжении, поэтому меньше нагревается. Кроме того, в этом случае проще подобрать высокоомный провод для изготовления резисторов реостата, а в качестве переключателя SA1 можно использовать типовой пакетный переключатель на ток до 30 А.

Цепь вольтодобавки представляет собой однополупериодный выпрямитель на диоде VD3, последовательно с которым в качестве ограничителя тока включена лампа накаливания EL1. В режиме холостого хода (когда сварочная дуга не горит) конденсатор C1 заряжается через диод VD3 до напряжения около 76 В при любом положении переключателя SA2. Поскольку сопротивление холодной нити накаливания лампы минимально, конденсатор C1 заряжается быстро. После зажигания дуги напряжение на конденсаторе C1 становится меньше. В этом режиме ток, протекающий через диод VD3, ограничен сопротивлением лампы EL1, которое растёт по мере разогрева нити, поэтому ток остаётся в допустимых для диода пределах и лишь незначительно увеличивает сварочный ток.

Вольтодобавка – очень полезное устройство. При её отсутствии и низком напряжении холостого хода на выходе сварочного аппарата дуга зажигается с трудом, что снижает производительность труда сварщика и сильно его утомляет. Повышение напряжения холостого хода без применения вольтодо-бавки резко уменьшает КПД сварочного аппарата и увеличивает нагрузку на электрическую сеть. Но во многих случаях узлы вольтодобавки слишком сложны, а в некоторых случаях недостаточно эффективны. Например, в [1] этот узел выполнен так, что при горении дуги через цепь вольтодобавки может протекать довольно большой ток, ограниченный только активным сопротивлением дросселя. Чтобы сохранить этот ток в допустимых пределах, напряжение вольтодобавки выбрано небольшим (10…12 В), что снижает её эффективность. Желательно, чтобы вольтодобавка повышала напряжение холостого хода до 80…90 В.

Кроме того, в устройстве, описанном в [1], выходной ток в момент зажигания дуги ограничен индуктивным сопротивлением дросселя, что дополнительно затрудняет её образование. Практика показывает, что дуга лучше всего зажигается в случае, когда на выходе сварочного выпрямителя установлен конденсатор. Немного хуже результат бывает, когда у выпрямителя нет вообще никакого сглаживающего фильтра. Но тяжелее всего дуга зажигается, если сглаживающий фильтр состоит только из дросселя или заканчивается дросселем.

Ёмкость конденсатора C1 должна быть такой, чтобы обеспечить быстрый переход искрового разряда в маломощную дугу. Практика показывает, что для этого достаточно его ёмкости в 3000 мкФ. Сгладить переменную составляющую сварочного тока такой конденсатор не может, да и необходимости в этом нет. При горении сварочной дуги напряжение на конденсаторе C1 пульсирует от нуля до амплитудного значения. Поэтому конденсатор C1 должен выдерживать пульсацию напряжения с такой амплитудой. При этом нужно иметь в виду, что допустимая амплитуда пульсаций напряжения на оксидных конденсаторах обычно не превышает 10…20 % их номинального рабочего напряжения.

Вопрос о том, какой сглаживающий фильтр лучше использовать в выпрямителе сварочного аппарата, является дискуссионным. Многие авторы статей, опубликованных в журналах и особенно в Интернете, считают, что в фильтре выпрямителя сварочного аппарата лучше применять дроссель. Например, бытует мнение, что его наличие предотвращает прилипание электрода к свариваемой детали. Но причина прилипания заключается обычно в недостаточной мощности источника сварочного тока (или в неумении выполнять сварку). При этом маломощная дуга немного расплавляет электрод и деталь, а для того чтобы создать мощную дугу, у источника не хватает мощности. В результате при случайном касании электродом свариваемой детали расплавленный металл электрода при соприкосновении с более холодной деталью кристаллизуется и электрод приваривается к детали.

Дроссель не может и облегчить зажигание дуги, потому что в режиме холостого хода он не запасает в себе энергии. В момент касания электродом детали ток начинает нарастать от нуля, дроссель начинает запасать энергию. В это время энергия источника идёт не на создание дугового разряда, а накапливается в магнитном поле дросселя.

В описаниях сварочных аппаратов, трансформаторы которых изготовлены на базе асинхронных электродвигателей, обычно рекомендуют удалять бандажные полосы, расположенные на внешней стороне пакета статорных пластин, и выступы на внутренней стороне этих пластин. При этом готовый трансформатор крепят в корпусе сварочного аппарата подобно маломощным трансформаторам с тороидальными магнитопроводами. Но сварочный трансформатор имеет большую массу, а при работе может сильно нагреваться. Вес трансформатора при таком креплении давит на изоляцию проводов обмотки, что может привести к её повреждению и межвитковым замыканиям. Эта проблема особенно сильно проявляется при недостаточно термостойкой изоляции проводов.

Удаление бандажных полос и выступов статорных пластин – очень трудоёмкая и не только бесполезная, но даже вредная операция. Однако считается, что бандажные полосы следует удалить, чтобы они не замыкали между собой статорные пластины. Удаление выступов вообще никак не обосновывают. Может быть, это делают, чтобы увеличить площадь окна магнитопровода или немного уменьшить расход провода.

Но дело в том, что размер окна магнитопровода, как правило, вполне достаточен, а экономия провода получается очень небольшой. Удаляют выступы пластин и бандаж обычно с помощью зубила и молотка. После такого удаления между пластинами образуется множество точек электрического контакта, которые могут создать в магнитопроводе пути для вихревых токов.

Магнитный поток в кольцевой части магнитопровода электродвигателя и трансформатора течёт параллельно бандажным полосам, не пересекая их, и не может создать в них вихревые токи. Разница только в том, что в статоре двигателя поток разделяется на две половины, текущие в диаметрально противоположных участках кольцевого магнитопровода в одну сторону, а в трансформаторе по кольцу течёт единый поток. Поэтому эффективное сечение одного и того же магнитопровода в трансформаторе получается приблизительно в два раза меньше, чем в двигателе, а средняя длина силовой линии – больше. В результате необходимое число витков обмотки трансформатора больше, чем обмотки двигателя на то же напряжение. Определять его лучше экспериментальным путём.

Конструкция магнитопровода трансформатора предлагаемого сварочного аппарата изображена на рис. 2. Бандажные полосы и выступы статорных пластин оставлены на месте. Для того чтобы витки обмоток не проваливались между выступами статорных пластин, к торцам их пакета 5 крепят две кольцевые пластины 3. Между выступами статорных пластин расположены четыре шпильки 4, изолированные от статорных пластин (используются прокладки, которые применялись в электродвигателе для изоляции обмоток). Шпильки ввинчены в стойки 2 с внутренней резьбой, закреплённые на деревянном основании 1. Поэтому нагрузка от веса трансформатора передаётся на основание 1 только через стойки 2, а не через изоляцию проводов. Это позволяет повысить максимально допустимую рабочую температуру трансформатора без риска деформации изоляции проводов и замыканий.

Рис. 2

 

В верхней части магнитопровода на двух из четырёх стягивающих пакет шпильках 4 закреплены кронштейны 6 с ручкой 7 из немагнитного материала (например, алюминия). Желательно из такого же материала изготовить и кронштейны 6, и стойки 2, но большой необходимости в этом нет. Чтобы оставить больше места для размещения обмотки, можно использовать только три шпильки, расположив их (в виде сверху) в вершинах равностороннего треугольника, но тогда придётся изменить конструкцию ручки.

В качестве собственно магнитопровода применён статор асинхронного двигателя мощностью 7,5 кВт. Обмотка I состоит из 305 витков алюминиевого провода сечением 4 мм2 в тугоплавкой пластмассовой изоляции. Обмотка II намотана двумя сложенными вместе алюминиевыми проводами АПВ-10 сечением 10 мм2 каждый. Она содержит 77 витков. Отводы сделаны от 48, 58 и 69-го витков.

Для определения необходимого числа витков на магнитопровод была намотана пробная обмотка и измерена её индуктивность. Затем было рассчитано число витков обмотки I для получения индуктивного сопротивления 220 Ом на частоте 50 Гц. В результате ток холостого хода трансформатора получился около 1 А. Затем, исходя из необходимого коэффициента трансформации, было вычислено число витков обмотки II.

Трансформатор тока T1 выполнен на магнитопроводе от выходного трансформатора кадровой развёртки ТВК-110. Его первичная обмотка – один виток монтажного провода сечением 2,5 мм2. Вторичная обмотка содержит 100 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,5 мм.

Если в качестве измерительной головки PA1 использовать стрелочный авометр на пределе измерения 0,5 А, то его стрелка будет полностью отклоняться при токе 100 А через обмотку I. Такой запас по току полного отклонения необходим вследствие того, что в процессе сварки измеряемый ток непрерывно и резко изменяется. В результате стрелка прибора с малым током полного отклонения часто бьётся об упоры, что приводит к быстрому выходу измерительного механизма из строя.

Узел измерения тока можно без проблем перенести в цепь обмотки II трансформатора T2. Но большой необходимости в этом нет. Коэффициент трансформации известен, и зная ток в обмотке I, значение сварочного тока всегда можно вычислить.

Резисторы R1-R4 реостата изготовлены из трёх сложенных вместе нихро-мовых проводов от электронагревательной спирали мощностью 2 кВт. Эти резисторы при работе сварочного аппарата могут сильно нагреваться, поэтому они установлены на термостойком основании из огнеупорного облегчённого кирпича с отверстиями, через которые и пропущены нихромовые провода. Чтобы сделать реостат более компактным, можно распилить кирпич на две части и использовать только одну половину.

Вместо реостата можно применить дроссель с несколькими отводами от обмотки. Но масса и габариты дросселя получаются значительно большими, чем у реостата, изготовленного из кирпича и нихромового провода. Целесообразность регулирования сварочного тока дросселем зависит от нескольких обстоятельств. Например, при выполнении большого объёма сварочных работ дроссель позволит уменьшить расход электроэнергии и, следовательно, её стоимость, так как рассеиваемая им активная мощность незначительна.

Если необходимо выполнять сварку переменным током, то сварочную цепь следует включить в разрыв провода в точке A (см. рис. 1). При этом выводы конденсатора C1 должны быть замкнуты перемычкой, способной без заметного нагревания выдержать сварочный ток. В этом случае регулятор тока работает как обычно, но вольтодобавка отсутствует.

Перед выполнением сварочных работ рабочий режим сварочного аппарата рекомендуется устанавливать в следующем порядке. Сначала в зависимости от необходимой мощности сварочной дуги переключателем SA2 установить необходимое выходное напряжение, а движки переменных резисторов R5 и R6 перевести в правое (по схеме) положение. Затем следует поставить в нужное положение переключатель SA1 и, не включая аппарат, соединить перемычкой выводы конденсатора C1. Включив аппарат в сеть, с помощью переменных резисторов R5 и R6 установить ток короткого замыкания на 30. ..50 % больше необходимого сварочного тока.

Режим короткого замыкания должен быть кратковременным, не более 2…3 с, после чего следует отключить аппарат от сети и удалить перемычку с выводов конденсатора C1. Теперь можно вновь включать аппарат и приступать к выполнению сварки. В дальнейшем переменными резисторами R5 и R6 при необходимости можно подрегулировать ток. Типовые режимы сварки различных деталей приводятся в специальной литературе.

Применённый в описанном сварочном аппарате тринисторный регулятор по стабильности выходного тока аналогичен описанному, например, в [2], но по схеме заметно проще. Это связано с тем, что в нём отсутствует дополнительный выпрямитель для питания цепи управляющего электрода тринистора. Но его можно ввести, построив сварочный аппарат по схеме, изображённой на рис. 3. Дополнительная обмотка III трансформатора T2 должна содержать 10 витков монтажного провода сечением 1,5 мм2 (для механической прочности). При этом выпрямленное напряжение на резисторе R5, сглаженное конденсатором C1, будет около 10 В. Ток управляющих электродов тринисторов станет не пульсирующим, а постоянным, зависящим от положения движка переменного резистора R5.

Рис. 3

 

Литература

1. Степанов Л. “Вольтодобавка” в сварочном аппарате. – Радио, 2004, № 6, с. 40.

2. Жеребцов И. П. Основы электроники. – Л.: Энергоатомиздат, 1985.

Автор: А. Сергеев, г. Сасово Рязанской обл.

Стабилизатор сетевого напряжения. Автоматика в быту. Электронные устройства автоматики.

 

СТУПЕНЧАТЫЙ   СТАБИЛИЗАТОР  ПЕРЕМЕННОГО  НАПРЯЖЕНИЯ

         Ступенчатые стабилизаторы переменного напряжения  ввиду простоты изготовления и отсутствия дефицитных элементов наиболее оптимальны для  самостоятельного изготовления,  не содержат  быстроизнашивающихся механических  элементов  и  простыми средствами позволяют достичь большой выходной мощности.    Принцип работы таких стабилизаторов основан на вольтодобавке к сетевому напряжению с помощью коммутируемых отводов вторичной обмотки силового трансформатора, которая должна обеспечивать рабочий ток, равный максимальному току на выходе стабилизатора.  Например, при максимальной выходной мощности стабилизатора 3 кВт вторичная обмотка силового трансформатора должна обеспечить ток около 15А.   Требуемая мощность силового трансформатора определяется путём перемножения максимального рабочего тока на напряжение вольтодобавки  и,  в большинстве случаев, ниже выходной мощности стабилизатора в 4 -6 раз.  В большинстве случаев достаточно  3- 4 ступеней регулирования выходного напряжения с шагом 10 … 20В.  Для коммутации отводов трансформатора можно применить  мощные реле, пускатели, тиристоры или симисторы.  При использовании последних  схема управления значительно усложняется, т.к. требуется гальваническая развязка цепей управления тиристорами или симисторами каждой ступени и  исключение возможности включения симистора следующей ступени, если не отключился симистор предыдущей ступени.   При  расчёте  числа  витков  обмоток  трансформатора   для  каждой  ступени  следует учитывать  соответствующее уменьшение сетевого напряжения в этой рабочей точке.  Если, например,  выбранное напряжение каждой ступени составляет 15В, количество витков  первой ступени (А) следует считать исходя из уровня напряжения в электрической  сети   205В  (коэффициент трансформации равен 205/15= 13,7).  Второй ступени (В) – исходя из уровня сетевого напряжения 190В  (коэффициент трансформации равен 190/15= 12,7),  коэффициент трансформации третьей ступени (С)    175/15 = 11,7   и т.д.  Сечение проводника вторичной обмотки  должно составлять не менее 1мм2 на каждые 6А.  Вариант такого стабилизатора представлен ниже.   

        Схема обеспечивает 4 ступени регулирования выходного напряжения.  В основе работы  устройства положен принцип сравнения  установленных на входах  счетверённого компаратора  уровнях  напряжений с величиной, пропорциональной уровню напряжения в сети.   При уменьшении сетевого напряжения  на выходах компараторов (по схеме сверху вниз) последовательно появляются  сигналы напряжением около 10В,  которые поступают на  дешифратор (микросхемы D1, D2, D3).  Дешифратор  служит  для  экономичного включения реле – при любом напряжении в сети срабатывает только одно реле К1 – К4.  Схему можно переработать, снизив напряжение питания  микросхем до 5В и вместо трёх логических микросхем использовать  четырёхразрядный двоичный дешифратор, например КР1533ИД3  (SN74ALS154N). 

       Тип реле, применяемых в схеме, зависит от выходной мощности стабилизатора.  При  требуемом токе нагрузки свыше 15А  для коммутации  отводов вторичной обмотки следует установить магнитные пускатели,  катушки которых  соответственно подключаются  к  отводам силового трансформатора через контакты маломощных реле К1 … К4, а общий провод  соединяется с выводом  “Ф” вилки сетевого питания. Это делается для того, чтобы при пониженном напряжении в сети напряжение катушек пускателей  соответствовало номинальному.

 

           Для  устойчивой работы стабилизатора напряжения  конденсаторы измерительной цепи должны иметь малую утечку.  Электролитический конденсатор С1  лучше использовать танталовый или ниобиевый, а конденсатор С3  должен быть  плёночным лавсановым.  Резисторы измерительных цепей R1, R6  должны быть  стабильного ряда.  Настройку  схемы начинают при отключенных реле К1 … К4  с установки  напряжения +5,00В в точке Е  с помощью многооборотного подстроечного резистора R6  при напряжении  в сети равным точно 220В.  Далее с помощью подстроечных резисторов R2 – R5   настраивают пороговые напряжения  срабатывания компараторов.  Уровни напряжений настройки каждой ступени  рассчитываются по формуле:  UA=UE * U 1 ступени / 220B;   UB=UE * U 2 ступени / 220B; UС=UE * U 3 ступени / 220B и  т. д.   Все настройки осуществляют с помощью цифрового мультиметра.  Для исключения дребезга реле при  напряжении в сети, близком к напряжению срабатывания порога,  компараторы имеют небольшой гистерезис характеристики, который определяется соотношением  сопротивлений резисторов R12/R7,  R13/R8  ый определяется соотношением  сопротивлений резисторов R12/R7,  R13/R8  и т.д.  Это соотношение должно быть около  50 … 60, что обеспечивает гистерезис  порядка 5 … 10В    в рабочих  точках  сетевого напряжения.    Транзисторы могут быть любыми n-p-n   с достаточным  для коммутации реле током коллектора и предельным напряжением не менее 50В  и коэффициентом усиления не менее 100.  Сопротивление резистора  R21 полностью зависит от типа применяемых реле  и величины напряжения на  отводах вторичной обмотки силового трансформатора.

 

 

      В схему можно ввести индикацию срабатывания порогов, подключив светодиоды  параллельно катушкам реле через гасящий резистор, как показано на рисунке.

 


Уважаемые посетители!
Все материалы сайта в случае их некоммерческого использования предоставляются бесплатно, хотя автор затрачивает достаточно большие средства на их обновление расширение и размещение.
Если Вы хотите, чтобы автор отвечал на Ваши письма, обновлял и добавлял  новые материалы – активней используйте контекстную рекламу,  размещённую на страницах – для себя  Вы  узнаете много нового и полезного,
а автору  позволит частично компенсировать собственные затраты  чтобы  уделять
Вам больше внимания.

ВНИМАНИЕ!

Вам нужно разработать сложное электронное устройство?

Тогда Вам сюда. ..

 

Микросхема STK79315A выходной каскад кадровой развертки телевизора


Рис. 1. Расположение и назначение выводов микросхемы STK79315A

Микросхема STK79315A предназначена для применения в мониторах с повышенным разрешением в качестве выходного каскада кадровой развертки. Микросхема выпускается в корпусе SIP18. Расположение выводов микросхемы показано на рис. 1. Микросхема включает в себя генератор кадровой частоты, формирователь пилообразного сигнала, выходной усилитель, схему вольтодобавки для формирования импульса обратного хода, встроенный диод схемы вольтодобавки и схему центровки по вертикали.


Рис. 2.Структурная схема микросхемы STK79315A

Сигнал TTL уровня поступает на вход синхронизации генератора кадровой частоты (вывод 18). Внешняя цепь генератора подключена к выводу 16. Выходной сигнал генератора поступает в схему формирования пилообразного сигнала. Внешний конденсатор формирователя подключен к выводу 11. Цепь обратной связи формирователя, определяющая линейность выходного сигнала, соединяется с выводом 14. Амплитуда сигнала пилы определяется потенциалом на выводе 12. С выхода формирователя сигнал кадровой пилы поступает на усилитель сигнала кадровой развертки. На другой вход усилителя от внешних цепей поступает сигнал обратной связи, определяющий усиление каскада и его линейность. После усиления пилообразный сигнал кадровой развертки подается в выходной каскад. На выходе выходного каскада (вывод 3) формируется ток отклонения. Для питания выходного каскада во время обратного хода используется схема вольтодобавки со встроенным диодом и внешним конденсатором (выводы 5 и б). Управление схемой вольтодобавки производится выходными импульсами через вывод 4 микросхемы. Для регулировки центровки используется встроенная схема центровки по вертикали. Центровка осуществляется изменением потенциала постоянного уровня на выводе 2.

Характеристики микросхемы STK79315A

Параметр Значение
Максимальное напряжение питания Vcc1 14В
Максимальное напряжение питания Vcc2 80В
Максимальное напряжение питания выходного каскада VH 160В
Максимальный выходной отклоняющий ток 4 А
Максимальное напряжение питания Vcc2 80 В
Напряжение питания Vcc1 (типовое) 12В
Напряжение питания Vcc2 (типовое) 35 В
Схема простого усилителя напряжения

с использованием транзисторов

Схема повышения напряжения постоянного тока усиливает сигнал постоянного тока низкого уровня, а именно от 1,5 В до 3 В, до значительно более высокого уровня постоянного тока. они обычно используются в приложениях, требующих гораздо более высокого входного напряжения постоянного тока (от 60 до 80 В постоянного тока). Итак, в этом проекте мы собираемся разработать простую и недорогую схему усилителя напряжения на транзисторах.

По сути, преобразователи постоянного тока / бустеры представляют собой электронные схемы, которые повышают или понижают напряжение постоянного тока для получения желаемого уровня напряжения.Во многих промышленных приложениях требуется преобразование источника постоянного напряжения с фиксированным напряжением в источник постоянного напряжения с переменным напряжением. Преобразователь постоянного тока можно рассматривать как эквивалент постоянного тока трансформатору переменного тока с плавно регулируемым соотношением витков. Как и трансформатор, он может понижать или повышать напряжение источника постоянного тока. Преобразователи постоянного тока могут также служить в качестве регуляторов режима переключения для преобразования постоянного напряжения, обычно нерегулируемого, в регулируемое выходное напряжение постоянного тока.

Компоненты оборудования

Для сборки этого проекта вам потребуются следующие детали.

[inaritcle_1]
2N3904 Распиновка
Принципиальная схема

Рабочее объяснение

Эта простая схема повышения напряжения может повысить напряжение 1,5 В батареи AA до 40–70 В постоянного тока. Выходной ток схемы составляет около 20 мА. Схема может работать в любом приложении, требующем высокого напряжения и низкого тока на входе. Мощность зависит от используемой индуктивной катушки. Например, с катушкой 220 мкГн максимальная выходная мощность цепи будет около 40 В постоянного тока.Точно так же катушка 470 мкГн может выдавать до 70 В постоянного тока.

Требуемый уровень напряжения достигается подключением стабилитрона параллельно выходным клеммам. Например, если вы хотите 18 В постоянного тока, вы можете использовать стабилитрон 18 В.

Приложения

  • Обычно используется в таких устройствах, как бытовая техника и небольшие машины.
  • Используется для таких процессов, как создание импульсов в академических и исследовательских целях.

Высоковольтные повышающие и инвертирующие преобразователи для связи

Сфера электронных коммуникаций быстро расширяется во все аспекты повседневной жизни.Для обнаружения, передачи и приема данных требуется широкий спектр устройств, таких как оптические датчики, RF MEMS, PIN-диоды, APD, лазерные диоды и ЦАП высокого напряжения, и это лишь некоторые из них. Во многих случаях для работы этих устройств требуется несколько сотен вольт, что требует применения преобразователей постоянного тока в постоянный, отвечающих строгим требованиям к эффективности, занимаемому пространству и стоимости.

LT8365 компании Analog Devices представляет собой универсальный монолитный повышающий преобразователь, который объединяет переключатель на 150 В, 1,5 А, что делает его идеальным для высоковольтных приложений в области связи, включая портативные устройства.Высоковольтные выходы легко получить из входов от 2,8 В до 60 В. Он имеет дополнительную частотную модуляцию с расширенным спектром, которая может помочь уменьшить электромагнитные помехи, и многие другие популярные функции, подробно описанные в технических характеристиках.

Преобразователи, показанные на рисунках 1 и 2, использовались для обеспечения шин положительного и отрицательного напряжения для высоковольтных ЦАП, MEMS, высокочастотных переключателей и операционных усилителей высокого напряжения от источника входного напряжения 12 В. Эти преобразователи работают в режиме прерывистой проводимости (DCM) и выдают до 10 мА с выходными напряжениями +250 В и –250 В с эффективностью преобразования около 80%.

Рис. 1. 2-ступенчатый повышающий преобразователь с входа 12 В на выход 250 В.

Рисунок 2. Вход 12 В на выход –250 В 2-ступенчатый инвертирующий преобразователь.

Передаточное число> 1:40

Одним из преимуществ работы DCM в повышающем преобразователе является возможность достижения высокого коэффициента повышения независимо от рабочего цикла. Кроме того, можно уменьшить значения и физические размеры катушки индуктивности и выходного конденсатора, что приведет к уменьшению общей занимаемой площади на печатной плате. Схема на Рисунке 3 легко помещается на площади менее 1 см 2 .

Бывают ситуации, когда доступен только очень низкий входной источник и требуется высокое выходное напряжение. Преобразователь, показанный на рисунке 3, можно использовать для управления различными лавинными фотодиодами, PIN-диодами и другими устройствами, требующими высоких напряжений смещения. Этот повышающий преобразователь вырабатывает 125 В от входного источника 3 В при токе нагрузки до 3 мА.

Рисунок 3. Повышающий преобразователь от входа 3 В до выхода 125 В.

Преобразователь, показанный на Рисунке 4, расширяет выход 125 В до 250 В от источника входного сигнала 3 В и поддерживает около 1,5 мА. В области связи существует множество устройств, требующих таких высоких напряжений смещения от источников с низким входным напряжением.

Рис. 4. 2-ступенчатый повышающий преобразователь с входа 3 В на выход 250 В.

Как высоко или низко вы можете подняться?

В ситуациях, когда требуется очень высокое напряжение, положительное или отрицательное, повышающий преобразователь может использовать каскады умножения для увеличения выходного сигнала в 2, 3 или более раз. Преобразователи на рисунках 1 и 2 показывают, как удвоить напряжение переключения в обоих направлениях, положительном и отрицательном. Трехступенчатый повышающий преобразователь, показанный на Рисунке 5, выдает 375 В при 8 мА от входного источника 12 В.

Обратите внимание, что доступный выходной ток должен уменьшаться по мере увеличения выходного напряжения, поскольку коммутационная способность не изменяется. Например, одноступенчатый преобразователь, рассчитанный на передачу 20 мА, будет выдавать около 10 мА при добавлении второй ступени. По мере добавления дополнительных ступеней всегда проверяйте, чтобы пиковый ток переключения оставался в пределах гарантированного предела тока переключения.

Рис. 5. Трехступенчатый повышающий преобразователь от входа 12 В до выхода 375 В.

Упрощенное определение выходного напряжения

LT8365 предлагает один вывод FBX для измерения выходного напряжения. Простой резистивный делитель, подключенный к выводу FBX, определяет выходное напряжение независимо от выходной полярности, как это видно на всех схемах, представленных в этой статье.

Заключение

LT8365 подходит для приложений, требующих компактного, эффективного, повышающего преобразования с высоким выходным напряжением из входных напряжений всего 2.8 В, что является обычным явлением в области связи. Его также можно использовать в качестве инвертирующего преобразователя и в популярных топологиях, таких как преобразователи CUK и SEPIC. LT8365 выпускается в небольшом 16-выводном корпусе MSOP с термическим усилением.

Схема повышающего преобразователя USB на 12 В и 9 В

Повышающие преобразователи напряжения используются там, где нам нужно увеличить входящее напряжение от заданного источника напряжения. Источник питания USB стал очень популярным в наши дни. Выход 5 В от источников питания USB очень легко доступен.Имея это в виду, вот схема, которая повышает входное напряжение USB с 5 В до 12 В и 9 В. В этой схеме используется специальная микросхема преобразователя постоянного тока LT1618 от Linear Technology и другие дискретные компоненты для повышения входящего напряжения.

Связанная цепь: Цепь повышения мощности от 19 В до 300 В

Работа цепи повышающего преобразователя напряжения USB в 12В:

Работа этой схемы начинается от источника питания USB. Контакты Vcc и Gnd разъема USB служат для подключения и питания этой схемы.8-й контакт – вывод выключения этого чипа необходимо подтянуть выше 1 В, чтобы включить этот чип и, в свою очередь, повысить входящее напряжение. Если напряжение на выводе выключения упадет ниже 0,3 В, LT1618 перестанет работать, и, следовательно, входное напряжение не будет увеличиваться. 4-й контакт I Adj позволяет ограничить выходной ток любым заданным пределом. Подача напряжения на этот вывод изменит выходной ток LT1618. В этой настройке нет необходимости, поэтому этот вывод подключен к высокому логическому уровню.

V c или 9-й контакт этого электронного устройства предназначен для входа компенсации внутреннего усилителя ошибки. Компенсация для этой схемы не требуется, поэтому RC-цепь с 2 кОм и 10 нФ подключается к этому выводу, как указано в таблице данных.

Выходное напряжение 12 В и 9 В:

Наиболее важным аспектом этой схемы является выходное напряжение. Выходное напряжение микросхемы LT1618 устанавливается напряжением, подаваемым на FB или на 1-й вывод. Это входное напряжение устанавливается с помощью пар резисторов – R2 и R3 и R4 и R5.Выходное напряжение этого повышающего преобразователя определяется формулой

R1 = R2 (В ВЫХ / 1,263 -1)

Для заданных номиналов резисторов R1 и R2 и R3 и R4 выходное напряжение можно рассчитать следующим образом. Используя эту электронную схему, мы намерены повысить входное напряжение 5 В до 12 В и 9 В. Переключение переключателя SPDT SW2 для подключения пары резисторов R1 и R2 даст 12 В на выходе. В то время как перемещение SW2 для подключения пары резисторов R3 и R4 даст выход 9 В.

Если установить значение R2 как 107k в приведенной выше формуле для выхода 12 В, значение резистора R1 будет равно

.

R1 = 107к (12В / 1,263 – 1)

= 107 КБ (8,502)

= 909,7 тыс.

R1 = 902k (ближайшее значение)

Аналогично для 9 В, используя резисторы R3 и R4, фиксируем значение R4 как 102 кОм

R3 = 102к (9В / 1,263 – 1)

= 102 КБ (6,182)

= 630 тыс.

R3 = 680к (ближайшее значение)

Установка резисторов R1, R2, R3 и R4 на указанные выше значения позволит пользователю переключаться между 12В и 9В на выходе.

Выбор индуктора:

Технический паспорт

советует нам использовать индукторы с ферритовым сердечником для достижения максимальной эффективности. Также убедитесь, что выбран индуктор, способный выдерживать максимальный ток, подаваемый на нагрузку. В этой конструкции мы решили использовать индуктивность 10 мкГн. Диод Шоттки B120 предотвращает обратный ток, а также обеспечивает низкое падение напряжения на входе.

Надеюсь, эта схема была вам полезна. Просмотрите множество схем, сгруппированных в зависимости от их функциональности, в нашей библиотеке электронных схем.Если у вас есть какие-либо вопросы или предложения по этой схеме, опубликуйте их в поле для комментариев ниже.

Связанное содержание

Топология повышающих DC-DC преобразователей сверхвысокого напряжения с простой стратегией управления

В данной статье представлена ​​топология работы понижающего преобразователя постоянного тока DC-DC в повышающем режиме для приложений сверхвысокого напряжения. Традиционные повышающие преобразователи постоянного тока используются в высоковольтных приложениях, но они не экономичны из-за ограниченного выходного напряжения, эффективности и требуют двух датчиков со сложным алгоритмом управления.Кроме того, из-за влияния паразитных элементов выходное напряжение и эффективность передачи мощности DC-DC преобразователей ограничены. Эти ограничения преодолеваются с помощью метода подъема напряжения, который открывает хороший способ улучшить рабочие характеристики преобразователя постоянного тока в постоянный. В данной статье этот метод применяется к преобразователю постоянного тока в постоянный и упрощенному алгоритму управления. Производительность контроллера исследуется как для линейных, так и для нагрузочных помех. Эти преобразователи выполняют преобразование с увеличением положительного напряжения постоянного тока в постоянное с высокой плотностью мощности, высоким КПД, низкой стоимостью, простой структурой, небольшими колебаниями и широким диапазоном регулирования.Результаты моделирования наряду с теоретическим анализом представлены для проверки его производительности.

1. Введение

Продолжение к бумажной работе [1], две другие топологии разработаны для сверхвысокого напряжения. Приложения. Традиционные повышающие преобразователи используются в сверхвысоких напряжениях. Приложения. Но они не экономичны из-за ограниченного выходного напряжения, эффективность, и для них требуется два датчика со сложным алгоритмом управления. Потому что влияние паразитных элементов, выходного напряжения и Передаточная эффективность преобразователей ограничена.Техника подъема напряжения популярный метод, широко применяемый в проектировании электронных схем. Это успешно применяется в преобразователях [1–5] в последние годы, и открыли путь к разработке преобразователей усиления высокого напряжения. Выходное напряжение постепенно увеличивается в геометрической прогрессии. Чтобы преодолеть эти ограничения и чтобы сделать преобразователь с простым контуром управления, новый метод, названный используется метод подъема напряжения [6–11].

В этой статье анализируется новая серия топологий преобразователей, отличная от классической. повышающий преобразователь.Эта бумага представляет повышающие преобразователи с положительным выходом, используемые с подъемом напряжения метод, реализующий увеличение выходного напряжения в простой геометрической форме. прогрессия. Они также эффективно увеличивают коэффициент передачи напряжения в соответствии с степенные термины. По своим характеристикам этот преобразователь превосходит классический. с сокращенной схемой управления. Производительность этого Преобразователь превосходит классический со следующими преимуществами. (i) Он выполняет аналогичные к классическому повышающему преобразователю со сравнительно высоковольтной передачей соотношение.(ii) Широкий диапазон регулирования с плавной пульсацией выходного напряжения является дополнительным преимуществом предлагаемого преобразователя. (iii) Высокая удельная мощность с более высоким КПД, чем у классического повышающего преобразователя. (iv) Замкнутый контур контроллеру требуется только один датчик. В этой статье операционная и математическая представлен анализ предлагаемых преобразователей I и II. Алгоритм разработан для генерации импульсов ШИМ для -канальных полевых МОП-транзисторов. Имитационная модель преобразователя: разработан в MATLAB7 с использованием инструментария simulink.Проведено моделирование для изучения производительности преобразователя при линейные и нагрузочные нарушения. В представлены результаты моделирования, которые полностью совпадают с теоретическими. Результаты. Эффективность преобразователя показана путем сравнения производительность с классическим повышающим преобразователем.

2. Цепи повышающего преобразователя
2.1. Топология-I

Предлагаемая топология новой серии повышающих преобразователей основана на способствовать росту схема преобразователя.Топология-I представляет собой схему повышающего преобразователя с компонентами подъема напряжения, то есть с тремя дополнительными ступенями индуктивности и конденсатора наряду с основной схемой. показаны на рисунке 1. В этой топологии коммутатор – канал питания Устройство MOSFET (NMOS) управляется сигналом переключения с широтно-импульсной модуляцией (PWM) с переменной частотой и коэффициентом проводимости. Для этого цепь, нагрузка обычно резистивная,


Основной принцип этой схемы в повышение выходного напряжения – это зарядка и разрядка реактивных элементов в нагрузку, контроль уровней заряда и, следовательно, выходного напряжения с помощью включение и выключение питания цепи на очень высоком уровне частоты.Они включают диод свободного хода для защиты переключателя от индукторы имеют высокие обратные токи, и это также гарантирует, что генерируемые к нагрузке прикладывается энергия индуктора. Конденсаторы подключены параллельно с нагрузкой для фильтрации пульсаций на выходе и поддержания постоянного выходного напряжения.

Состоит из пассивных компонентов: одна статическая переключатель, диоды, четыре катушки индуктивности и конденсаторы. Конденсаторы выполняют функции для повышения напряжения конденсатора. Направления всех напряжений и токов определены и показаны на рисунке 1.Будем считать, что все компоненты идеальны, а конденсаторы достаточно большие. Мы также предполагаем, что схемы работают в режиме непрерывной проводимости. Выходное напряжение и ток есть, а входное напряжение и ток равны и.

2.2. Анализ топологии-I

Когда переключатель включен, его эквивалент Схема приведена на рисунке 2. Мгновенный ток источника равен Ток нагрузки возникает в результате сложения двух напряжений. Это напряжение источника и напряжение на конденсаторе в период ВКЛЮЧЕНИЯ.Также конденсаторы и заряжается до входного напряжения при включении. Все индукторы ток увеличивается во время включения. Когда переключатель выключен, источник ток равен нулю. Накопленная энергия в катушках индуктивности и конденсаторах разряжает и заряжает конденсатор. с направлением, показанным на рисунке 3. Одновременно через нагрузку протекает ток, который поддерживается индуктором. Токи уменьшаются во время период выключения.



В установившемся режиме среднее напряжение индуктора за период равны нулю. Таким образом

Ток индуктора увеличивается в период включения и уменьшается в период отключения. Соответствующие напряжения по горизонтали и -.

Следовательно,

Аналогично,

Во время включения напряжение на конденсаторе равно напряжению источника плюс напряжение на конденсаторе. Поскольку мы предполагаем, что и являются достаточно большой, во время включения, Следовательно, из эквивалентная схема периода выключения,

Коэффициент передачи напряжения режим непрерывной проводимости (CCM)

Выходное напряжение, ток и Коэффициент передачи напряжения суммируется следующим образом:

Среднее напряжение

Средние токи

2.3. Топология-II

Топология-II повышающего преобразователя полученный из топологии-I. Топология-II такая же, как топология-I. цепь с дополнительными компонентами подъема напряжения, то есть конденсатором и индукторы в дополнение к индуктивности цепи топологии I. Выходное напряжение и ток этого преобразователь плавный. Выходное напряжение этого преобразователя в четыре раза больше входного напряжения источника. Он состоит статического переключателя, диоды индуктивности конденсаторы и выходной конденсатор.Видно, что есть один добавлен конденсатор, одна катушка индуктивности и два диода в цепь. Конденсаторы выполняют характеристики для повышения напряжения конденсатора в четыре раза по сравнению с источником Напряжение . Направления всех напряжений и токов являются определены и показаны на рисунке 4.


Предполагается, что все компоненты идеальны и конденсаторы достаточно большие. Также предполагается, что схемы работают в режиме непрерывной проводимости.Выходное напряжение и ток и, в то время как входное напряжение и ток равны и. Topology-II выполняет переход от положительного к положительному преобразование напряжения с высокой эффективностью, высокой плотностью мощности и дешевой топологией в простой конструкции.

2.4. Анализ топологии-II

Когда переключатель включен, эквивалент Схема показана на рисунке 5. Мгновенный ток источника равен Ток нагрузки протекает от сложения двух напряжений, то есть источника напряжение и напряжение на конденсаторе во время включения.Также конденсаторы заряжены до входное напряжение при включенном состоянии. Все ток катушки индуктивности повышается во время включения. Когда переключатель S выключен, ток источника равен нулю и эквивалентная схема показано на рисунке 6. Накопленная энергия в катушках индуктивности и конденсаторах разряжает и заряжает конденсатор в направлении, как показано на рисунке 6. Одновременно через нагрузка, которую выдерживает индуктор Все токи катушек индуктивности уменьшаются в течение периода выключения.



В установившемся режиме среднее напряжение индуктора за период равны нулю. Таким образом,

Во время включения,

Также

Ток индуктора увеличивается при включении период и уменьшается в период отключения. Соответствующие напряжения поперек и -.

Следовательно,

Аналогично для

С периода отключения эквивалентная схема,

Выходное напряжение, ток и передача напряжения коэффициенты усиления приведены ниже

Среднее напряжение

Средние токи

Таблица 1 иллюстрирует сравнение анализируемых преобразователей с классическими. повышающий преобразователь.Из таблицы это Понятно, что предложенная топология преобразователя дает более высокое выходное напряжение.


преобразователи Выходное напряжение () (вольт) Выходной ток () (амперы)

Классический буст конвертер
Топология повышающего преобразователя-I
Топология повышающего преобразователя-II

3.Контроллер с обратной связью для предлагаемого повышающего преобразователя

Схема управления с обратной связью для предлагаемого Топология повышающего преобразователя показана на рисунках 7 и 8. Схема управления по существу состоит только из одного датчика напряжения с простой структурой управления по сравнению с классическим повышающим преобразователем. для чего требуются датчики как напряжения, так и тока. подается напряжение на нагрузку обратно и сравнивается с опорным напряжением, и ошибка дается к контроллеру для стабилизации ошибки и сигнала, полученного от Контроллер является модулирующим сигналом для схемы ШИМ.Сигнал от контроллер сравнивается с высокочастотным линейным сигналом для получения необходимого импульс для переключателя -канального MOSFET для получения опорного напряжения на нагрузка. В этой статье для приведенная выше модель преобразователя [12, 13] с использованием метода Циглера-Николса 1 is (метод -образной кривой), применяемый при разработке контроллера.



Пошаговый ввод применяется к модели предприятия и ответ представляет собой кривую в форме. Проведя касательную к -образной кривая в точке перегиба относительно оси, времени задержки и постоянная времени рассчитано.Используя [12] диаграмму Циглера-Николса, значение и рассчитывается. Контроллер, разработанный описанным выше способом, испытывается при различных условия и результаты возмущений приведены для обоснования. Закрыто схемы управления для обоих топологии одинаковые и параметры настройки и разные.

4. Результаты моделирования

Результаты моделирования предлагаемых топологий повышающих преобразователей с упрощенным контроллером схемы представлены и обсуждаются далее.Расчет индуктивности и емкости основан на 5% пульсации на выходе [14], и значения одинаковы для обеих нагрузок и поднимите часть цепи.

Моделирование параметры, взятые для анализа:

Входное напряжение = 10 В,

Индуктивность = 100? µ H,

Емкость = 5? µ F,

Сопротивление нагрузки = 44 Ом,

Коэффициент заполнения = 0,6666,

Частота переключения = 50 кГц.

контроллер передаточная функция:

На рисунке 9 показано выходное напряжение преобразователь в номинальном состоянии, поддерживающий 90 В при сопротивлении нагрузки 44 Ом, и соответствующий выходной ток 2.045 ампер показано на рисунке 10. Рисунок 11 показано изменение линейного напряжения, приложенное к топологии-I, первоначально 10 вольт поддержал и ввел изменение на 9 вольт через 0,03 секунды для анализа производительность линейных помех. На рисунке 12 показано изменение сопротивления нагрузки. применительно к топологии-I, изначально поддерживаются 48 Ом, и внесены изменения до 44 Ом за 0,05 секунды для анализа характеристик возмущения нагрузки. Фигура 13 показано выходное напряжение для топологии-I как под линией, так и под нагрузкой. возмущений, выходное напряжение стабилизировалось в 0.005 секунд для обоих искажений условия контроллером с обратной связью. На рисунке 14 показан результат. ток для топологии-I при линейных и нагрузочных нарушениях, как сопротивление нагрузки уменьшается с 48 Ом до 44 Ом за 0,05 секунды ток нагрузки увеличивается от 1,875 ампер до 2,045 ампер.







На рисунке 15 показано выходное напряжение преобразователь в номинальном состоянии, поддерживая 120 В при сопротивлении нагрузки 44 Ом и соответствующий выходной ток 2.7272 ампер показано на рисунке 16. Рисунок 17 показано изменение линейного напряжения, приложенное к топологии-I, первоначально поддерживается 10 В и ввел изменение на 9 вольт через 0,02 секунды для анализа линии нарушение производительности. На рисунке 18 показано изменение сопротивления нагрузки. для топологии-I, изначально поддерживается 48 Ом и внесено изменение до 44 Ом на 0,04 секунды для анализа характеристик возмущения нагрузки. Рисунок 19 иллюстрирует выходное напряжение для топологии-I как при линейных возмущениях, так и при нагрузке, выходное напряжение стабилизировано в 0.005 секунд для обоих условий искажения Контроллер с обратной связью. На рисунке 20 показан выходной ток для топологии-I. при линейных и нагрузочных помехах, поскольку сопротивление нагрузки снижается с 48 Ом до 44 Ом за 0,05 секунды ток нагрузки увеличивается с 2,5 ампера до 2,7272 ампера.







5. Эффективность предлагаемого преобразователя

Эффективность предлагаемого преобразователя топологии показаны в таблице 2 путем сравнения результатов моделирования с классическими повышающий преобразователь.Из таблицы 2 видно, что выходное напряжение изменяется от От 33,33 до 300 вольт для топологии-I и от 44,44 до 400 вольт для топология-II соответственно для скважности от 0,1 до 0,9. Тем не менее классический преобразователь выдает максимум 90 вольт. Это показывает, что предлагаемые преобразователь обеспечивает более высокое выходное напряжение.

9022 9022 9022 9022

Новая серия наддува Предложены топологии преобразователей. В топологиях используется метод подъема напряжения для получения более высокого выходного напряжения, чем у классического повышающего преобразователя для тех же самых коэффициент заполнения.Техника также преодолевает влияние паразитных элементов и сводит к минимуму пульсации выходного напряжения. Упрощенный контроллер с один датчик предназначен для поддержания выходного напряжения на необходимом уровне для нагрузка и линейные помехи. Результаты моделирования подтверждают теоретический анализ. Предлагаемые топологии преобразователя находят применение в компьютерных периферийных схемах, медицинском оборудовании и промышленном приложения, требующие более высоких напряжений.

Разработка и реализация схемы повышения напряжения для приводов форсунок высокого давления в двигателях GDI

[1] А. Цзянцзянь; Б. Гао Сиянь; Ч. Яо Чунде, Экспериментальное исследование системы впрыска топлива и выброса небольшого двигателя GDI, Труды 2-й Международной конференции IEEE / ASME по мехатронным и встроенным системам и приложениям, стр.1-6, (2006).

DOI: 10.1109/mesa.2006.296988

[2] Shyue-Bin Chang, Wen-Chang Tsai et al., Разработка усовершенствованной системы малых одноцилиндровых экологически чистых и энергосберегающих двигателей, 3-й год – Годовой технический отчет проекта TDPA № 98-EC-17-A-16-S1-100, (2011).

[3] Шюэ-Бин Чанг, Вен-Чанг Цай, Пэн-Ченг Ю, Кун-Хе Чен, Цин-Джанг Гуо, Применение системы управления на базе ПК для повышения производительности и выбросов при работе GDI и PFI на испытательном стенде двигателя мотоцикла объемом 500 куб. ICIC Express Letters, т.5, вып. 5, (2011).

[4] Вен-Чанг Цай, Пэн-Ченг Ю, Конструкция бензинового привода высокого давления с прямым впрыском для мотоциклетного двигателя объемом 500 куб. См, Международный журнал инженерии и промышленности, вып.1, вып. 1, стр. 1-6, февраль (2011).

DOI: 10.4156 / ijei.vol2.issue1.9

[5] Цюнь Чжао и Ф.К. Ли, Высокоэффективные преобразователи постоянного тока в постоянный с большим повышением, IEEE Transaction on Power Electronics, pp.65-73, vol. 18 января (2003).

DOI: 10.1109 / tpel.2002.807188

Что такое повышающий преобразователь? Принцип работы и форма сигнала понижающего преобразователя

Определение : Иногда повышающие преобразователи, также известные как повышающие прерыватели, представляют собой тип цепей прерывателей, которые обеспечивают выходное напряжение, превышающее входное напряжение.В случае повышающих преобразователей преобразование постоянного тока в постоянное происходит таким образом, что схема обеспечивает большую величину выходного напряжения, чем величина входного источника питания.

Он получил название « boost », потому что полученное выходное напряжение выше входного.

Введение

В начале мы уже упоминали, что повышающие преобразователи – это разновидности цепей прерывателя. В схемах прерывателя, как мы уже говорили, он выполняет преобразование постоянного тока в постоянный, т.е.е., фиксированное постоянное напряжение изменяется на регулируемое постоянное напряжение.

Ранее мы видели другой тип схемы прерывателя, то есть понижающий преобразователь. Понижающие преобразователи генерируют выходное напряжение ниже входного. Таким образом, мы можем сказать, что повышающие преобразователи – это те, которые выполняют обратную операцию понижающего преобразователя. Из-за типа работы, выполняемой повышающими преобразователями, они называются повышающими прерывателями .

Здесь следует отметить, что поскольку произведение напряжения и тока дает мощность, то с увеличением выходного напряжения выходной ток через цепь автоматически уменьшается.

В схемах прерывателя силовые MOSET, BJT, IGBT и т. Д. Используются в качестве переключателей, в то время как тиристоры не используются для таких целей, и причина того же заключается в том, что для коммутации устройства требуется внешняя схема коммутации.

Принцип действия повышающего преобразователя

На приведенном ниже рисунке представлена ​​схема повышающего преобразователя:

Схема здесь представляет собой элементарную форму повышающего прерывателя, который обязательно требует большого индуктора L, последовательно соединенного с источником напряжения.Вся схема работает таким образом, что помогает поддерживать регулируемый сигнал постоянного тока на выходе.

Давайте разберемся, как работает данная схема, чтобы обеспечить повышенный сигнал постоянного тока на нагрузке.

Первоначально, когда прерыватель CH находится во включенном состоянии, тогда при наличии источника питания входной постоянный ток начинает течь по замкнутому пути цепи, то есть проходя через катушку индуктивности, как показано на рисунке ниже.

Здесь полярность индуктора будет соответствовать направлению протекания тока.В этом конкретном случае диод в конфигурации находится в состоянии обратного смещения, и поэтому ток не может проходить через эту конкретную часть схемы во включенном состоянии прерывателя. В результате на нагрузке появится напряжение на прерывателе.

Кроме того, в момент, когда канал CH находится в выключенном состоянии, тогда часть цепи, по которой раньше протекал ток, в этом случае не будет активна. Однако, поскольку индуктор накапливает энергию в виде магнитного поля, и поэтому ток через него не погаснет мгновенно.
Кроме того, мы знаем, что согласно закону Ленца будет индуцирован обратный ток, который будет противодействовать причине, которая его породила. Таким образом, из-за индуцированного тока полярность индуктора изменится на обратную. Эта обратная полярность индуктора смещает вперед диод, присутствующий в цепи. Это обеспечивает прохождение тока через диод, который протекает через нагрузку в выключенном состоянии прерывателя, то есть T off . Однако мы должны отметить здесь, что ток через катушку индуктивности имеет убывающую природу и через определенный момент времени исчезнет.

Таким образом, полное напряжение на нагрузке будет иметь вид:

Это означает, что выходное напряжение превышает приложенное входное напряжение. Таким образом, выполняет повышающее преобразование, поскольку энергия, запасенная в катушке индуктивности в течение периода T на , высвобождается в течение периода T на период .

В течение периода T на период напряжение на катушке индуктивности будет иметь вид:

Давайте посмотрим на изображение формы сигнала повышающего прерывателя, показанное ниже:

Во время периода T на период ток через катушку индуктивности изменится с i 1 на i 2 , это ясно показано выше.В то время как во время периода T от , ток катушки индуктивности изменится с i 2 на i 1 . Теперь, говоря о напряжении, во время включения напряжение на катушке индуктивности будет равно входному напряжению источника питания. Но когда CH выйдет из строя, то при применении KVL на рисунке, показанном выше, мы получим

Это означает, что

Учитывая, что выходной ток изменяется линейно, энергия, подводимая источником к катушке индуктивности, когда CH включен, определяется как:

Кроме того, энергия, которую катушка индуктивности передает нагрузке, когда канал CH выключен, определяется как:

Для системы без потерь, сравнивая две энергии, мы получим

Об упрощении,

Так как мы знаем, T = T на + T на , следовательно,

Поскольку, как мы знаем, скважность i.е., α = T на / T

Таким образом, мы можем сделать вывод, что среднее напряжение нагрузки может повышаться с изменением рабочего цикла.

Приложения

Благодаря принципу действия повышающих прерывателей они находят применение в рекуперативном торможении двигателей постоянного тока. Наряду с этим они используются в различной бытовой электронике, системах питания от батарей, схемах усилителей мощности, схемах коррекции коэффициента мощности, автомобильном оборудовании и т. Д.

Как работает простой усилитель напряжения

Пора абстрагироваться.

Простой усилитель напряжения – содержание

В прошлый раз я построил действительно простой импульсный источник питания, который повышает напряжение 1,5 В постоянного тока от одиночного сухого элемента до напряжения, достаточного для включения зеленого светодиода. Зеленым светодиодам требуется 2,2 В. Если напряжение слишком низкое, светодиоды ничего не делают. Не тускло загорается, не моргает, просто ничего. Один сухой элемент не может загореться зеленым светодиодом – если вы не повысите напряжение.

Теперь я собираюсь объяснить, как эта глупо выглядящая груда проволоки и скотча работает.

Но сначала я вернусь и немного отвлечусь.

В электронике используется язык. Это не просто слова (вольт, ток, индуктор и т. Д.). Нет, этот язык отчасти визуальный.

Каждый раз, когда обсуждают электронные схемы, будут представлены их чертежи.На чертежах используются стандартные символы для обозначения общих электронных компонентов.

Символы на схемах имеют названия (обозначения) с номерами, чтобы облегчить обращение к конкретным частям.

Я собираюсь ввести несколько символов, а затем использовать их, чтобы обсудить простой усилитель напряжения.

Это таблица частей, используемых в простом усилителе напряжения, вместе с символами, используемыми на чертежах принципиальных схем:

Несколько комментариев к деталям и символам:

  1. Знак плюс ($ + $) на батарее соответствует выступу наверху сухого элемента.Это положительный полюс.
  2. Количество витков в символе индуктора не имеет ничего общего с количеством витков на реальной катушке индуктивности.
  3. Плоская сторона светодиода соответствует полосе на символе светодиода (вывод 1.) Ток течет, когда на выводе 2 напряжение выше, чем на выводе 1.
  4. Переключатель, используемый в простом усилителе, не очень похож на обычный переключатель, но работает как он. Он точно так же открывает и замыкает цепь, несмотря на то, что он сделан из куска проволоки и напильника.

А теперь простой усилитель напряжения, изображенный в виде правильной принципиальной схемы:


Коэффициент заполнения () Выходное напряжение () классическое преобразователь Выходное напряжение () предложенная топология-I Выходное напряжение () предлагаемая топология-II

0.1 1,11 33,33 44,44
0,2 2,5 37,5 50
0,3 4,28 42,8302 9022 9022 9022 9022 9022 9022 42,84 9022 9022 66,66
0,5 10 60 80
0,6 15 75 100
0,7 23.33 100 133,33
0,8 40 150 200
0,9 90 300 400
Схема усилителя

На первый взгляд, это не сработает.

  • Светодиод закорочен индуктором.
  • Светодиод направлен назад – полоса на нем направлена ​​в сторону $ + $, а другой конец – в сторону $ – $, что противоположно направлению, в котором она должна быть.

Когда переключатель замкнут, ток течет через L1 (индуктор) и проходит мимо D1 (светодиод.) Никакой ток не будет проходить через светодиод – светодиод направлен назад, поэтому ток не может пройти через светодиод , а индуктор представляет собой всего лишь отрезок провода.

Что ж, неудивительно. Мы видели это, играя с простым бустером в прошлый раз. Вы касаетесь провода к файлу, и ничего не происходит – загорается светодиод , а не .

Но что-то происходит с и с . Проволока в катушке не действует так же, как прямой кусок проволоки.

Когда ток течет по любому проводу, вокруг него создается магнитное поле.Когда провод наматывается в катушку, создается гораздо более сильное магнитное поле.

Если у вас под рукой есть магнитный компас, вы можете убедиться в этом сами. Поместите магический компас рядом с катушкой и включите переключатель на простом усилителе. Стрелка компаса сойдет с ума. Подсоедините провод к напильнику и не перемещайте его, стрелка компаса повернется, чтобы указать на катушку, и останется на месте.

Итак, все время, когда выглядело , ничего не происходило с , происходило что-то , что-то .Ток делал магнит из катушки.

Текущий поток выглядит так, когда переключатель замкнут:

Ускоренная зарядка

Что касается индукторов, то для их превращения в магнит требуется энергия. Чем больше витков проволоки в катушке, тем больше магнит и тем больше энергии требуется для создания магнита. Но он может удерживать только энергии, пока вы поддерживаете ток через катушку индуктивности.

Если вы перестанете пропускать ток через индуктор, он перестанет быть магнитом. Чтобы перестать быть магнитом, он должен избавиться от энергии, которая в нем хранилась. Он делает это (по сути) становясь своего рода маленькой батареей. Он подает ток , а не просто пропускает его.

Ток, который течет, когда индуктор теряет свою энергию, течет в том же направлении, что и ток, который изначально заряжал индуктор.

Если остановить ток от АКБ, то ток будет выглядеть так:

Индуктор хочет избавиться от энергии

Еще одна особенность индукторов заключается в том, что они стараются поддерживать ток , который течет после отключения, как и во время зарядки.Напряжение значения не имеет. Напряжение будет расти до тех пор, пока не станет достаточно высоким, чтобы ток протекал так же, как и раньше.

Теперь , это под рукой. Вся проблема заключалась в том, что нам нужно более высокое напряжение, чем может обеспечить батарея, чтобы загорелся зеленый светодиод. Катушка делает это за нас, как только мы перестаем питать ее током.

Он принимает ток от источника низкого напряжения и может выдавать его как более высокое напряжение, но с тем же током.

Это означает, что , а не , означает, что мы получили энергию бесплатно. Мы накопили немного энергии и высвобождаем ее более удобным способом. Это все .

Мы вводим ток при низком напряжении на короткий период времени и получаем тот же ток при более высоком напряжении в течение более короткого периода времени.

Это сохранение энергии.

\ [Ток * Напряжение * Время = Энергия \]

Вы можете манипулировать этими тремя факторами как хотите, но ваша энергия равна всем , что у вас есть.

В катушке индуктивности ток фиксируется во время разряда (индуктор об этом заботится). Запасенная энергия фиксирована – она ​​зависит от размера катушки и тока, и это фиксированные значения (более или менее фиксированные – они зависят от на батарее и сопротивлении проводов и переключателя, и они остаются почти такими же.) Все, что осталось, это напряжение и время. Так как напряжение должно повыситься с 1,5 В (напряжение батареи) до 2,2 В (напряжение светодиода), прежде чем может течь ток, время , время , в которое может течь ток, должно быть короче.(Это произведение тока, напряжения и времени должно давать то же значение, что и запасенная энергия.)

А вот как выглядит ток, когда напряжение на катушке индуктивности поднимается настолько, чтобы светодиод мог проводить:

Усилитель освещения светодиодный

Обратите внимание на маленькие отметки $ + $ и $ – $, которые я поставил возле индуктора? Проследите за проводами, и вы увидите, что светодиод правильно подключен, чтобы проводить ток от катушки (но не от батареи.) В течение короткого времени после размыкания переключателя катушка индуктивности подает на светодиод ток с немного более высоким напряжением. Катушка представляет собой слабую батарею, которая на короткое время питает светодиод.

И это все. Катушки индуктивности просто хотят постоянно поддерживать одинаковый ток. Если вы прекратите подачу тока, они будут повышать напряжение до тех пор, пока что-то не исчезнет, ​​и ток снова не сможет течь.

Весь цикл выглядит так:

  1. Переключатель включения
  2. Индуктор накапливает энергию в своем магнитном поле
  3. Переключатель разомкнут
  4. Индуктор увеличивает напряжение, чтобы высвободить его энергию
  5. Напряжение превышает требуемое для светодиода, и течет ток
  6. Светодиод горит
  7. Индуктор отдает всю свою энергию через светодиод
  8. Светодиод гаснет из-за отсутствия тока
  9. Повторить

В реальном повышающем преобразователе переключатель управляется электроникой.Он включается и выключается с контролируемой скоростью для обеспечения стабильного выхода. Обычно на выходе есть конденсатор, чтобы сгладить его и создать приятный, устойчивый постоянный ток, а не царапающие импульсы, которые обеспечивает простой усилитель.

Для простого бустера было важнее сделать его простым , чем сделать его обычным. Он должен был быть простым в построении и простом объяснении. Каждая дополнительная часть просто скрывает основной принцип.

Вы сомневаетесь, что катушка имеет значение?

Ну тогда картонную трубку оторвите, не отсоединяя проводов.Распутайте катушку до тех пор, пока у вас не останется одна длинная петля из проволоки.

Теперь посмотрим, получится ли загореться светодиод.


О индукторе:

Вы могли заметить, что я дал значение 49 микрогенри для катушки, используемой в простом усилителе. Это расчетная индуктивность с учетом используемого мною провода (диаметр меди 0,6 мм плюс изоляция), диаметра картонной трубки (42 мм) и проницаемости для воздуха. Значение было выбрано специально. Есть коммерческая ИС, которая делает то же самое, что и простой бустер.В нем используется индуктор 47 мкГн и один элемент AA. Я знал, что комбинация индуктивности и доступного тока обеспечит достаточный импульс для работы без риска сгорания светодиода.

Точное значение не является критическим, и сомнительно, что катушка с ручным заводом действительно достигает этих 49 мкГн. Хотя это не имеет значения. Он достаточно близко, чтобы работать, и, вероятно, может быть в несколько раз выше, не создавая проблем, или в несколько раз меньше, но при этом дает достаточно света, чтобы видеть.

Если вы инженер, вы можете рассчитать такие вещи.Если вы такой же любитель, как я, вы используете ярлыки, а не выполняете кучу вычислений, чтобы получить точное число.

(Я вернулся и пересчитал размер катушки индуктивности. Оказалось, что я немного ошибся.)

(Если вам интересно, что подсказало мне идею этой схемы и почему бустер устроен именно так, посмотрите здесь.)

Простой усилитель напряжения – содержание

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *