Power Electronics

Здесь можно предлагать проверенные, свои или позаимствованные, методики расчётов, а так же программное обеспечение.
Большая просьба, при использовании чужих материалов указывать первоисточник - автора, книгу, журнал, сайт ... и т.д. Кроме проявления элементарной порядочности, это позволит другим участникам форума, при необходимости изучить исходные материалы.

А можно как-нибудь в расчётах транса, учесть ёмкость снабера? Т.Е. сделать какую-то поправку.

Дублирую.

Иногда необходимо подсчитать какой-нибудь узел источника питания или вообще любой схемы начиная от токоограничивающего резистора и заканчивая трансформатором резонансного источника питания. Как показывает практика, множество расчётов - это обычная математика, где достаточно найти некоторое отношение или составить пропорцию, но при этом неохота писать большие формулы, путаться со знаками и степенями, запоминать промежуточные вычисления и т.п.

Тут у меня и родивлась такая идея: написать программу, которой бы достаточно было задать необходимые исходные данные, нажать, как говорится, любую клавишу и получить готовый результат. Таким образом в 2005 году возникла сначала маленькая программка, которая расчитывала элементарный делитель, потом я добавил туда ещё 2 функции, и на этом дело остановилось. Но вот теперь хочу её расширить, надеюсь, с Вашей помощью...

Вот поновее:


Тут расчитывается скин-слой, простой делитель, комапаратор:
http://slil.ru/24236647

ТРАНСФОРМАТОР ДЛЯ ПРЯМОХОДА

Тут не будет теории - голая арифметика. Расчет "от противного", т.е. имеется сердечник - на что он способен и в каких условиях? Расчет разделен на этапы по степени их необходимости для товарищей расчеты нелюбящих. За основу взята методика из статьи В.Володина Инверторный источник сварочного тока.

Оценка сердечника. После небольшой группировки известных соотношений получилось (для нелюбителей разбираться в методиках) всего две формулы для оценки возможности сердечника в прямоходовом однотактнике. Единицы: В, А, А/мм, см2, Тл, сек, Гц.

1. tи/dB = (Sc So j Ko)/(200 U2m Iсв (Кз^0,5)) и

2. W1 = (E1/(Sc 1*10^-4))(tи/dB), где tи = Кз/f, откуда f = Кз/tи.

Интересная штука математика - частота еще не выбрана, а первичка, удовлетворяющая ТЗ уже известна

На начальном этапе надо выбрать j исходя из своего представления о ПН, и грамотно задать примерную величину dB.

Пример. При каких условиях можно получить 140А с пары комплектов совковых Ш20х28. Sc=11, So=5.28, j=7.5, Ко=0.25, U2=100, Е1=300, Kз=0.45

tи/dB=11*5.28*7.5*0.25/200*100*140*0.45^0.5=57.98*10^-6 [сек/Тл]

W1=(300/11*10^-4)57.98*10^-6=15.8 [витков], не менее. Далее W может быть увеличено для получения желаемого Ктр, но уходить далеко от расчетной цифры - терять оптимальность трансформатора.

Обратите внимание! Получены две величины, независимые от частоты и индукции. Теперь величинами индукции и частоты можно поиграться (в пределах полученых величин):

Пусть dB=0.25, тогда tи=0.25*57.98*10^-6=14.495*10^-6 [сек]

И минимальная рабочая частота f=0.45/14.495*10^-6=31045 [Гц]

Это уже основная информация для оценки сердечника. Далее по параметрам феррита уточняется dB, и с учетом выбраного W уточняется расчет выше и расчитывается зазор.


Зазор. В расчете выше присутствует амплитуда индукции dB – что это? В отсутствии зазора, при одностороннем намагничивании dB=Bm-Br, последние присутствуют в параметрах феррита (обычно при100С) в связке с напряженностью поля Н, при этом даются Br при Н=0 и Нс при В=0.
Введение зазора позволяет снизить величину Br до В1, но уже НЕ при Н=0, а при другой величине Н1. В этом случае увеличивается возможная амплитуда индукции dB=Bm-B1. Геометрические построения (упрощенные) дают понимание величин В1 и Н1. Далее совсем просто, зазор:

3. б=(12,57*10^-7*lc*Н1)/В1 [мм], где

lc – средняя длина силовой магнитной линии сердечника, мм – тоже присутствует в параметрах сердечника (есть метода ее примерной оценки).

Например имеется сердечник с lc=150мм, Bm=0,33Тл, Hm=100А/м, Br=0,1Тл, Нс=12А/м. При этом получается dB=0,33-0,1=0,23Тл, не более. Введением зазора снизим Br до величины В1=0,03 и тогда dB=0,33-0,03=0,30Тл. Получение новых величин В1 и Н1 поясняет рисунок, а величина зазора составит:

б=(12,57*10^-7*150*8,4)/0,03=0,0528мм, что дает толщину прокладки 0,026мм.

Т.е. всего одна формула, немного геометрии и понимание параметров сердечника.

Ток намагничивания. Тоже может быть расчитан

4. Im=(796Bm*б+0,001Hm*lc)/W1, [A] - тут надо отметить интресный момент. Поскольку параметры сердечника уже выбраны (Bm, Hm, lc), то возможностей для воздействия на Im практически нет - W1 и б. Последние для оптимального (неизбыточного) транса определены уже довольно жестко. Т.о. ток намагничивания ПОЛУЧАЕТСЯ.

Пример. Данные из примеров выше

Im=(796*0,33*0,053+0,001*100*150)/16=1,81А

PS. Ввиду особого отношения отдельных товарищей к допустимой плотности тока, оставлены за кадром вопросы расчета сечений и возможности их размещения в окне. Хотя это тоже считается.

Ну и что тут сложного? Пожалуй только достоверные данные о феррите.

Позже сформировалась такая метода. По формулам 1 и 2 грубо оценивается число витков, например 21/7. Далее в виде таблицы просчитываются и соседние варианты 18/6 и 24/8 в такой последовательности:
- по числу виков, площади окна и заполнению окна определяются возможные плотности токов J=(I2эW2)/(50SoKo) (формула для одной обмотки распространена на весь транс, I2э=IсвКз^0,5)
- для этих плотностей токов по формуле 1 определяется минимальная частота.
Глядя на такую таблицу можно выбрать предпочтительный вариант или создать промежуточный.

_________________
Время - лучший эксперт. ОНО может блестеть так же, но золото дольше.

ДРОССЕЛЬ ДЛЯ ПРЯМОХОДА.

Свернуть расчет аналогично трансформатору не получилось. Потому, в угоду нелюбителей расчетов, просто отброшена теория и внесены мелкие доработки. За основу (как и для транса) взята методика из статьи В.Володина Инверторный источник сварочного тока. Единицы: В, А, Гн, Гц, Тл, см2, см4, мм.

Минимальная индуктивность зависит от частоты инвертора и минимального тока:

1. Lmin=(Um - Ud)*Ud/(2Um*Imin*F), [Гн], где

2. Ud=18+0,05Imin, [B] – напряжение на дуге.

Габарит сердечника определяют максимальный ток и индуктивность:

3. ScSo=100L*Imax^2/(B*j*Ko), [см4], где Sс – «чистое» сечение железа.

В окне выбранного железа помещается:

4. W=100So*Ko*j/Imax, [витков]

Отсутствие насыщения на максимальном токе обеспечивает зазор:

5. б=Imax*W/(796Bm), [мм]

Получившаяся индуктивность проверяется *:

6. L=1,25*10^-7*Sc*W^2/б, [мм]

* В случае выбора сердечника с запасом, индуктивность получится больше необходимой и имеет смысл уменьшить число витков для уменьшения потерь или увеличить зазор для снижения индукции, что предпочтительнее для работы инвертора.

Пример. Данные для примера из расчета трансформатора выше: Imax=140A, Um=100B, Кз=0,45, F=31кГц и пусть Imin=5A. Кроме того примем для ленточного сердечника Bm=1,4Тл **, Ко=0,25 и J=5А/мм2.

Напряжение дуги Ud=18+0,05*5=18,25В

Минимальная индуктивность Lmin=(100-18,25)18,25/(2*100*5*31000)=48,1*10^-6 Гн (или 48,1мкГн)

Минимальный габарит сердечника ScSo=(100*48,1*10^-6*140^2)/(1,4*5*0,25)=53,9см4

Из того, что в тумбочке, ближайший подходящий оказался ШЛМ25х40: ScSo=64см4, Sc=9,5см2, So=6,75см2

В его окне помещается W=(100*6,75*0,25*5)/140=6 витков

Величина зазора б=(140*6)/(796*1,4)=0,754мм, не менее

Получившаяся индуктивность L=(1,25*10^-7*9,5*6^2)/0,754=56,7*10^-6Гн (или 56,7мкГн) – больше необходимой

Т.о. зазор может быть увеличен до б1=0,754*56,7/48,1=0,89мм, что несколько уменьшает величину индукции, которую можно получить из формулы [5]/

** Справочники дают для ленточных сердечников Вm=1,4…1,6Тл. В статье рекомендовано для линейного дросселя выбрать B=1Тл. Дроссель, работающий на предельной индукции, на больших токах будет уменьшать свою индуктивность, что скажется увеличением пульсаций. Если Bm в дросселе будет превышена, то в результате насыщения его индуктивность резко уменьшится до индуктивности катушки без сердечника. В примере показан расчет дросселя, достаточно предельного.
И еще момент. Максимальный ток аппарата обычно является священной коровой для разработчика-любителя, чего не скажешь о токе минимальном. А от минимального тока пропорционально зависят массо-габаритные параметры дросселя. Тем, кто не планирует специальные виды сварки своим аппаратом имеет смысл ограничить снизу минимальный ток величиной, скажем, 30-40А. Но и сильно снижать индуктивность дросселя не следует - рост пульсаций выходного тока это рост импульсов тока через выпрямительные диоды и, опосредовано через Ктр, через ключи.

_________________
Время - лучший эксперт. ОНО может блестеть так же, но золото дольше.

Диаметр литца
Давно пользую простую и удобную программу построения и анализа графиков Advanced Grapher - http://valvolodin.mylivepage.ru/file/153_Soft Часто свои посты иллюстрирую с ее помощью. А сейчас прикинул диаметр литца в зависимости от числа жил 0,47 (привожу как пример). Взял кусок провода 1м, сделал две пробных скрутки (32шт и 72шт) и их диаметр нанес на график. Дополнил его еще двумя точками (логически) - 0/0 и 1/0,47. Получилась ломаная кривая. Далее запускается функция "Регрессивный анализ" и из предложенных выбирается функция с наименьшей погрешностью. Все, теперь по графику функции можно определить диаметр литца с любым количеством жил 0,47.

_________________
Время - лучший эксперт. ОНО может блестеть так же, но золото дольше.

_________________
Время - лучший эксперт. ОНО может блестеть так же, но золото дольше.

Трибун
Уже давно не маньячил с литцами. А вот почему.
Рассмотрим провод. Диаметр его D. Глубина скина d.
Итого получаем что полезное сечение такого проводника
Ап = Ао - Ас. Где Ас - сечение которое не работает в проводнике из за скина.
Ап = pi D^2 / 4 - (pi/4) ( D- 2d ) ^ 2 =
= (pi/4) ( D^2 - D^2 - 4Dd - 4d^2 ) = pi( Dd - d^2 )

для частоты 30кГц глубина скина 0.38 при 25 градусах меди.
Пусть проводник 1мм для него Ао = 0.7854 а Ап = 0.7397.
Отношение Ап к Ао составит - 0.94 . Берем 4 провода по 1мм и получаем 2.9588. Считай три квадрата полезного сечения. Эти 4 провода легко скрутить и облудить и при намотке они займут на-а-а-много менее места чем если мы крутили из 0.38 сечение которого 0.113. Для трех квадратов нам понадобиться 26-27 штук.
Трансики из 4 проводков по единичке в первичке вполне достойно пашут. Не скажу что холодные, но и перегревов особых нету. А сравнить с тем что из 0.3 делал когда-то, как маньяк, дык вроде разницы никакой. И то и другое греется но не фатально. Обдув существенно снимает тепло.

Это справедливо для варианта, когда на выходе мы имеем малые напряжения и большие токи, а что до обратного, скажем, для автоэлектроники, когда в качестве первичного источника мы имеем аккумулятор? При этом можно повысить частоту. На сайте IR множество статей, посвящённых этому вопросу в качестве вывода рекомендуют для своих полевиков использовать частоту около 300КГц. Не берусь утверждать, что это истина в последней инстанции, но мои эксперименты показывают что впринципе это здравое решение. Единственным камнем предкновения пока что остаётся предел времени обратного восстановления диодов, не подымающийся ниже 15нс. Я как раз экспериментировал с высоковольтными диодами серии etx. При мостовом включении (вых. мощностью около 500Вт) на один диод приходилось 5А на частоте 160кГц, диод за час нагревался градусов до 40-ка, без радиатора, сам диод выполнен в корпусе to220full

sam_soft
Mister
Виноват. Разместил тут нечто, не имеющее отношения к практическим методикам еще и незавершенное. Пост о диаметре литца оставляю, пост о его оптимизации удаляю. Сожалею, что навлек сюда коментарии, к теме тоже не относящиеся - место им в моточных узлах.

_________________
Время - лучший эксперт. ОНО может блестеть так же, но золото дольше.

Вот интересно, считаем количество витков первички, что может уместиться в окне сердечника, рисуем сердечник и провод в каком-нибудь графическом пакете (AutoCAD) получаем несколько другие результаты

Вручную или означеный пакет позволяет заполнить окно проводом автоматически?

_________________
Время - лучший эксперт. ОНО может блестеть так же, но золото дольше.

Вручную. При чём по-разному располагая жилы в косе: в основе квадрат, пятиугольник, шестиугольник и т.п. Реально когда мотаю косу а потом откусываю со стороны, где она была зафисирована всегда квадрат получается. Хотя отчасти из-за того, что всегда по расчётам получалась коса из чётного количества жил. Значит ли это, что при расчёте кол-ва витков умещающихся в окне, коэффициент заполнения окна - эмпирическая величина

_________________
Внимание! В документации EPCOS на сердечник ETD29 допущена ошибка: на стр.2 в таблице "Gapped" для материала №87 при зазоре 0,2мм коэффициент индуктивности не 383 а 483!

Кто-нибудь пользовалься программой расчета Ferrite Magnetic Design Tool от EPCOS?
Что за топология "single-ended" ? и что за нереальные значения dB в районе 0,45 Т ?
Ну и вообще хотелось бы получить общие инструкции по использованию этой программы и мнение пользователей о ней.

_________________
Я всё умею делать сам,
И я не верю чудесам!
Сам! Сам! Сам!
(песенка Самоделкина) (с)

Решил посчитать трансформатор в "EPCOS - Ferrite Magnetic Design Tool", выходит какая-то мизерная индуктивность обмоток, или я что-то не понимаю.

_________________
Это не дым, это души погибших полупроводников ...