Chuyển đổi bộ chuyển đổi điện áp. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Bộ chuyển đổi điện áp, bộ chỉnh lưu, bộ biến tần

 Bình luận bài viết

Thần thoại, truyện cổ tích, truyền thuyết và nâng ly chúc mừng về máy biến áp xung

Có rất nhiều huyền thoại trên khắp thế giới về máy biến áp và cuộn cảm điện tần số cao. Hãy cố gắng vạch trần chúng. Thật không may, phần ít rõ ràng nhất của sách giáo khoa và sách hướng dẫn đề cập đến các thành phần từ tính, làm phức tạp thêm các vật thể và hiện tượng đơn giản hàng ngày. Đúng, có nhiều biến số chưa biết, vâng, có nhiều điều phức tạp cần được biết, nhưng lý thuyết không nói gì về chúng, và văn học đại chúng dối trá, đưa ra các công thức thực nghiệm cho các vấn đề cụ thể làm giải pháp cho mọi trường hợp. Ví dụ.

Chuyện hoang đường. Tỷ lệ phần trăm diện tích cửa sổ lõi được lấp đầy bằng đồng càng lớn - lý tưởng là 100% - thì càng tốt. Sai. Trong nhiều thiết kế, việc lấp đầy 100%, so với 75% (cùng số vòng, mặt cắt dây khác nhau) sẽ dẫn đến tổn thất lớn hơn ở HF. Bạn không thể chuyển các phương pháp tính toán một cách mù quáng từ 50 Hz sang 500 kHz.

Huyền thoại thứ hai. Trong một máy biến áp tối ưu, tổn hao trên điện trở cuộn dây và tổn hao trong lõi bằng nhau. Sai. Thông thường, một con số tổn thất khác với con số khác 1-2 bậc độ lớn. Vậy thì sao - đây hoàn toàn không phải là tiêu chí chính của nhà thiết kế. Cách tiếp cận này cũng là di sản của “năm mươi Hertz” - đây là cách đảm bảo cân bằng nhiệt độ trong các máy biến áp mạng lớn. Nhưng toàn bộ cuộn dây của chúng tôi chỉ có một hoặc hai lớp và điều kiện truyền nhiệt đơn giản hơn nhiều.

Chuyện hoang đường ba. Độ tự cảm rò rỉ phải bằng 1% độ tự cảm từ hóa. Sai. Nó phải ở mức thấp nhất có thể mà không ảnh hưởng đáng kể đến các thông số quan trọng khác. Nếu bạn có thể đưa nó lên 0.1% - thật tuyệt. Và đôi khi bạn phải dừng ở mức 10%.

Huyền thoại Bốn. Độ tự cảm rò rỉ là một hàm của tính thấm của lõi. Sai. Độ tự cảm rò rỉ của cuộn dây thực tế không phụ thuộc vào việc có lõi trong vòng dây hay không. Chính xác hơn, toàn bộ sự khác biệt nằm trong khoảng 10% (và con số này là vài nghìn!). Anh có thể kiểm tra.

Năm huyền thoại. Mật độ dòng điện tối ưu trong cuộn dây là 2A trên mỗi mm vuông. Hoặc 4A. Hoặc 8A. Và con chó ở bên anh ta. Mật độ hiện tại không thành vấn đề. Điều quan trọng là khả năng tản nhiệt trong dây và khả năng hoặc không có khả năng của toàn bộ cấu trúc trong việc đảm bảo cân bằng nhiệt ở nhiệt độ chấp nhận được. Tùy thuộc vào hiệu suất làm mát (từ bức xạ vào chân không đến làm mát trong pha sôi), mật độ dòng điện cho phép thay đổi theo hai bậc độ lớn. Ridley đã chế tạo máy biến áp được 20 năm nhưng chúng tôi vẫn chưa biết được "mật độ dòng điện tối ưu" - tất cả những gì quan trọng đối với chúng tôi là nhiệt độ của máy biến áp.

Huyền thoại thứ sáu. Trong một máy biến áp tối ưu, tổn thất ở cuộn sơ cấp và thứ cấp bằng nhau. Sai. Và nếu chúng không bằng nhau thì sao? Điều chính là không ai trong số họ quá nóng.

Thần thoại thứ bảy. Nếu đường kính của dây nhỏ hơn độ sâu của hiệu ứng da thì không có tổn thất đáng kể ở RF. Một câu nói rất có hại. Ở cuộn dây nhiều lớp, ngay cả với dây rất mỏng cũng sẽ có tổn hao.

Huyền thoại thứ tám. Tần số cộng hưởng của mạch máy biến áp khi không có tải phải vượt quá đáng kể tần số chuyển đổi. Sai. Cô ấy không quan trọng. Trong một máy biến áp lý tưởng, độ tự cảm có xu hướng vô cùng, do đó tần số cộng hưởng khi đứt có xu hướng bằng 0... vậy thì sao? Và thực tế là sự cộng hưởng quan trọng không phải đối với mạch hở mà đối với ngắn mạch ở mạch thứ cấp. Sự cộng hưởng này phải cao hơn ít nhất hai bậc độ lớn so với tần số sóng mang.

Đo trở kháng máy biến áp

Tùy chọn kết nối thiết bị

Trong cấu hình này, máy phân tích hiển thị trở kháng máy biến áp từ 10Hz đến 15 MHz, đối với các điều kiện ngắn mạch và tải mở. Đối với máy biến áp xung có cuộn dây ngắn, cần đảm bảo đoản mạch theo đường đi ngắn nhất với tổn thất tối thiểu. Xét cho cùng, một nửa vòng đóng, thậm chí có đường kính vài cm, đã có độ tự cảm tương đương với độ tự cảm rò rỉ của sơ cấp. Độ tự cảm rò rỉ phụ thuộc vào tần số! Là một chấn lưu Rsense R=0.1..1 Ohm. Chỉ đo điện trở ohm của cuộn dây bằng cầu có điện trở thấp hoặc ôm kế bằng máy phát điện. Sau một loạt phép đo, bạn có thể xác định:

Độ tự cảm từ hóa - Điện trở cuộn dây - Độ tự cảm rò rỉ - Hệ số tần số và chất lượng cộng hưởng khi ngắn mạch và mạch hở - Điện dung cuộn dây (lên đến 3 pF mỗi vòng).

Về điều khiển hiện tại

Giới hạn dòng điện chu kỳ, được thực hiện chính xác, cho phép bạn tạo ra nguồn điện áp không thể phá hủy. Để thực hiện điều này, cảm biến hiện tại phải nhanh (độ trễ vài nano giây) và được tải trực tiếp vào đầu vào điều khiển của IC điều khiển.

Việc kích hoạt sai chức năng bảo vệ chống lại các vụ nổ ký sinh bị ngăn chặn bởi bộ lọc thông thấp RC. Đây là lúc bạn cần quyết định thỏa hiệp khả năng miễn nhiễm nhiễu tốc độ, để quá trình lọc quá mức không bỏ sót dòng điện dư thừa thực sự.

Bộ điều khiển vô hiệu hóa tính năng bảo vệ ở cạnh đầu của xung cũng không phải là thuốc chữa bách bệnh. Độ trễ 100 ns (hoặc hơn) trong thời gian bảo vệ bị mù cũng có thể giết chết tải trọng. Do đó, có thể nên hạn chế cưỡng bức tốc độ chuyển mạch của bóng bán dẫn (điều này cũng làm giảm mức độ nhiễu và bức xạ cả vào cảm biến dòng điện và vào không gian).

Làm thế nào để kiểm tra bảo vệ hiện tại?

Đoản mạch đầu ra PN - sau bộ chỉnh lưu và bộ lọc đầu ra. Thật không may, trong trường hợp ngắn mạch trong chính bộ chỉnh lưu, không có biện pháp bảo vệ dòng điện nào có thể giúp ích cho bóng bán dẫn của bạn.

Kết nối đầu dò với cảm biến hiện tại. Tăng dần điện áp cung cấp cho đến khi bộ điều khiển bắt đầu tạo ra sóng mang. Bạn sẽ thấy các đỉnh hẹp trên máy hiện sóng - mạch bảo vệ sẽ nhanh chóng tắt các bóng bán dẫn đang mở. Biên độ xung phải tương ứng với ngưỡng bảo vệ. Tăng điện áp nguồn lên mức tối đa. Thời lượng của các xung sẽ thu hẹp. Biên độ có thể tăng (do độ trễ trong việc truyền phản hồi hiện tại), nhưng không đáng kể. Và nếu nó tăng tỷ lệ thuận với điện áp đầu vào - hãy dừng lại, hệ điều hành của bạn quá chậm.

Sau đó - đây là điều cơ bản - chu trình đo phải được lặp lại ở nhiệt độ không khí tối thiểu và tối đa

Điều này rất quan trọng: các thông số của ferrite mà máy biến dòng được quấn trên đó có thể dao động rất nhiều theo nhiệt độ đến mức có vẻ như không nhiều.

Về snubbers

Snubber (snubber - van điều tiết) - Mạch RC song song với cuộn dây - để tắt tiếng chuông HF. Tiếng chuông phải được triệt tiêu, nếu không có thể xảy ra lỗi, nhiễu quá mức và mất ổn định của bộ chuyển đổi. Thông thường, một shunt RC đủ để làm dịu các cuộn dây không ổn định nếu tần số chuông vượt quá sóng mang khoảng hai bậc độ lớn hoặc cao hơn. Và nếu không, thì chúng ta cần tìm cách giải quyết, vì khi đó một phần đáng kể sóng mang và các hài gần nhất của nó sẽ rơi vào dải thông song song.

Đầu tiên. Xác định tần số dao động ký sinh. Để bắt đầu, hãy chạy mạch ở dòng tải thấp. Đầu dò dao động - để không làm thay đổi mạch điện - phải có điện dung nội tại tối thiểu. Nếu không, hãy thử di chuyển đầu dò đến mạch chuông mà không tiếp xúc với điện. Xin lưu ý rằng tần số chuông thay đổi theo điện áp của mạch sơ cấp.

Thứ hai. Tính mạch RLC tương đương cho tần số và hệ số chất lượng của dao động. Ở phía sơ cấp, độ tự cảm rò rỉ đã được biết (phải biết!). Ở phía thứ cấp, điện dung của điốt đã được biết.

Trở kháng đặc tính Z = 2 * Pi * f * L (đối với L đã biết), Z = 1 / (2 * Pi * f * C) đối với C đã biết

Ngày thứ ba. Để bắt đầu, chúng ta hãy thử chỉ R-shunt, R=Z. Hãy tính tổn thất nhiệt trên shunt. Nếu chúng quá cao, chúng tôi bổ sung liên kết với dung lượng C = 1 / (Pi * f * R). Tăng điện dung là vô ích - tổn thất tăng, khả năng triệt chuông không được cải thiện (điện dung HF hoàn toàn dẫn điện).

Thứ tư. Hãy tính lại tổn thất điện năng theo R: P = 2* C * V * Fkhông sấy là tổn hao chỉ chất mang mà không toả nhiệt trong quá trình đổ chuông. Hãy kiểm tra nó trong một mạch thực sự. Phép tính gần đúng đầu tiên - như một quy luật - ngay lập tức phù hợp với hầu hết các trường hợp.

Về chip điều khiển

Vị trí và định tuyến thành phần gần IC là cực kỳ quan trọng! Điều này được lặp lại trong mọi biểu dữ liệu, nhưng việc lặp lại nó một lần nữa cũng không có hại gì.

Trước hết là công suất cài đặt tần số của máy phát. Đặt nó ở chân IP. Không phải năm milimét, nhưng càng gần thì càng tốt. Mặt khác, có thể xảy ra những hiện tượng không thể giải thích được - ví dụ: một mạch được thiết kế cho tần số 100 kHz sẽ tạo ra ở tốc độ megahertz, một nàng tiên cá sẽ xuất hiện từ Yauza, v.v. Hơn nữa, nó có thể không xuất hiện trên nguyên mẫu, nhưng trên dây chuyền sản xuất, nó sẽ xuất hiện với tất cả vinh quang.

Thứ hai, điện dung trong mạch điện cũng phải được hàn càng gần chân của IC càng tốt.

Đầu ra của máy cưa máy phát điện (nơi có thể tiếp cận từ bên ngoài) không thích bị tải (như tôi). Do đó, khi chọn tín hiệu từ đầu ra này, hãy cẩn thận - ngay cả tải 100 kOhm cũng có thể thay đổi hình dạng của cưa. Tốt nhất nên tạo cưa song song, không nối với mạch sơ cấp của máy phát.

IC 3842, 3843 cho phép bạn đặt tạm dừng giữa các xung từ 5% đến 30% thời gian. 3844, 3845 - lên tới 70%. Nếu bạn cần kéo dài thời gian tạm dừng, bạn có thể khắc phục những hạn chế này bằng cách thay đổi thời gian của R, C. Sau đó, thêm một điện trở khác từ chân RTCT vào cực dương - điều này sẽ tăng tốc độ sạc và làm chậm quá trình phóng điện, kéo dài thời gian sạc. thời gian tạm dừng có sẵn.

IC UC3825 - thời gian tạm dừng tối thiểu (tuyệt đối, tính bằng mili giây) được thiết lập chặt chẽ bởi điện dung Ct, xem tài liệu. Nhưng cũng có thể thực hiện như mô tả ở trên - bằng cách kết nối một điện trở với Ct. Chỉ là thời gian này sẽ trôi nổi liên tục theo điện áp nguồn.

Trình điều khiển đầu ra IC không thích tải cảm ứng - chẳng hạn như máy biến áp cách ly - dẫn đến tín hiệu bị dội lại ở cổng. Hơn nữa, nếu nó không thể hiện trong phòng thí nghiệm, thì trong đời thực, nó chắc chắn sẽ xuất hiện vào thời điểm không thích hợp nhất. Rốt cuộc, các thông số của máy biến áp phao... Do đó, nên bảo vệ cổng bằng điốt và song song với dây sơ cấp của đầu dò - bằng một điện trở.

Bộ điều khiển thế hệ đầu tiên, đặc biệt là các bộ điều khiển cũ, có thể cực kỳ không ổn định cả về điện áp tham chiếu (bạn có thể chấp nhận điều này) và về mặt tham số thời gian, cho đến trình tự kích hoạt không chính xác và độ lệch quá mức của tần số sóng mang (tùy thuộc vào sự ổn định của các mức tham chiếu). Nếu bạn muốn, hãy sử dụng IP từ năm phát hành gần đây hoặc có hậu tố biểu thị các tùy chọn “cải tiến”. Những thứ kia. TL594 chứ không phải TL494, v.v.

Ví dụ: một tính năng không có giấy tờ của Bryansk IC KR1156EU2 (analog 3825) - với nguồn điện 12V, nối dây chính xác, có mức ức chế ở đầu vào ILIM, đầu ra 14 ở mức thấp (bình thường) và ngắn, khoảng 11 ns các đỉnh xuất hiện ở đầu ra 100 - mặt trước “cắt xén” của biên độ sóng mang lên tới 9V. Ở đâu đó trình kích hoạt không hoạt động như bình thường. Nhưng những mảnh vụn này đủ để mở màn trập và (nếu) làm hỏng mạch điện.

Giới thiệu về tần số cắt vòng lặp hệ điều hành

Về việc đo mức tăng PN bằng vòng phản hồi kín - tốt nhất nên đo nó như mô tả trong phần tiếp theo, sử dụng máy phân tích phổ (máy phát là không đủ).

Đối với PN thuận và flyback khi được điều khiển bằng điện áp, tần số cắt không được lớn hơn một phần tư tần số 0 của hàm truyền ở nửa bên phải của mặt phẳng phức. Nếu việc đáp ứng điều kiện này không cho phép đầu ra được ổn định một cách đáng tin cậy thì cần phải làm lại bộ lọc đầu ra.

Đối với tất cả PN - tần số cắt không được vượt quá 1/8 tần số sóng mang.

Việc tăng tần số cắt bị hạn chế bởi tiếng ồn không thể tránh khỏi, tiếng chuông và các hiện tượng ký sinh khác trong PN ở mức khoảng 15 kHz. Nếu vì lý do nào đó bạn cần hiểu nó, thì sự phức tạp của mạch là không thể tránh khỏi - đưa bộ khuếch đại lỗi tốc độ cao bên ngoài vào vòng lặp hệ điều hành.

Điều quan trọng nhất là tần số cắt của hệ điều hành tự nó không phải là dấu chấm hết. Điều quan trọng là trở kháng đầu ra trên dải tần mà tải yêu cầu, triệt tiêu sự mất ổn định điện áp đầu vào và triệt tiêu nhiễu đầu vào.

Đo vòng lặp hệ điều hành

Đảm bảo đo hoạt động của vòng lặp hệ điều hành trước khi đưa thiết bị vào hoạt động.

Thiết bị được thảo luận bên dưới đưa nguồn điện áp (bộ tạo quét) vào mạch hở của HĐH (điểm 1-2). Sau đó, phổ tín hiệu được ghi lại tại hai điểm bất kỳ của mạch và đáp ứng tần số theo tỷ lệ của các phổ này được hiển thị. Tỷ lệ của phổ đầu ra với phổ đầu vào là đặc tính truyền (theo biên độ). Bạn có thể tái tạo thiết bị một cách hiệu quả bằng cách sử dụng máy phát điện có đầu ra máy biến áp và ổn định điện áp trên cuộn dây thứ cấp và máy hiện sóng.

Đo thông số vòng lặp bằng máy phân tích phổ AR102V - PN có cách ly bộ ghép quang

Các điểm kết nối cho đầu dò kênh A và B cho phép bạn đo các hàm truyền khác nhau