Power Electronics

Пару недель назад получил письмо с просьбой помочь в моделировании магнитного усилителя. В общем-то, магнитный усилитель в SPICE симуляторе моделируется без особых проблем.
Однако, т.к. в модели усилителя обычно используется идеальный трансформатор (ИТ), то необходимо позаботится о том, чтобы в начальный момент моделирования токи всех обмоток ИТ равнялись нулю.
Углубившись в данную тему, решил осуществить давнюю задумку и промоделировать параметрический трансформатор (ПТ) из книги Многофункциональные трансформаторы в средствах вторичного электропитания от Г.П.Задерей и П.Н.Заика.
Этот трансформатор работает только за счёт насыщения определённых участков его магнитопровода и способен поворачивать на 90гр фазу входного напряжения. Эта интересная особенность, например, позволяет создать на его основе простой преобразователь однофазного напряжения в трёхфазное.
В принципе классический магнитный усилитель так же является одной из разновидностей ПТ. Но ПТ, из указанной выше книги, имеет сложный магнитопровод, что создает определённые проблемы при его моделировании. Пользуясь рекомендациями из книги

и материалами собственной статьи мне удалось создать модель ПТ, расчёт которого произведён на страницах 61-63 книги.
Ниже приведены осциллограммы полученного в модели трёхфазного напряжения.

Кроме этого ПТ имеет ещё множество различных применений, такие как стабилизация напряжения, умножение частоты, фильтрация...

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

...и деления частоты (в силовых цепях) http://scbist.com/scb/uploaded/1056_faza_25.djvu страница 25.Возможно вас заинтересует

Спасибо за интересную брошюрку!
По эффективности и плотности мощности таким преобразователям конечно трудно тягаться с полупроводниковыми, но зато по надежности им нет равных.
Возможно подобные преобразователя до сих пор используются на ЖД.
И, скорей всего, через некоторое время их ожидает повторный ренессанс уже в содружестве с современной электроникой

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

Несколько проще в реализации паратранс параллельного типа, см. книгу "Основы построения устройств электропитания ЭВМ", Ж. А. Мкртчян, 1990г, стр199-206.
На первой картинке импровизированный буквально за пару минут паратранс подобного типа. Осциллограммы. На первой желтым напряжение на вторичке, синим – на первичке, параметрического резонанса ещё нет. Вторая осциллограмма – поднял напряжение на первичке на доли вольт. Характерный щелчок в сердечнике, напряжение на вторичке скачком подпрыгнуло и застабилизировалось, параметрический резонанс во всей красе. На последней осц. напряжение на первичке уменьшено раза в три, однако видно, что напряжение на вторичке практически неизменно.

Да, этот гораздо проще моделировать. В ближайшее время попытаюсь что-то на нём сотворить

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

thickman,
показанный на рис. транс состоит из 2-х Ш-образных половинок между которыми проложен ферритовый брусок? Или это немагнитный материал?

_________________
Есть только миг между прошлым и будущим, именно он называется ЖИЗНЬ ©

Maikl, на фото сердечник от строчного трансформатора с магнитным шунтом. В качестве магнитного шунта я использовал кусок замыкающей пластины от сердечника ELP. Поперечное сечение шунта должно быть меньше сечения сердечника. Конфигурация Ш или EI также применима, и даже более предпочтительна, поскольку число нежелательных зазоров будет меньше. Первичные и вторичные обмотки при такой конфигурации располагают на противоположных концах узких кернов, а роль нелинейного магнитного шунта будет выполнять средний керн. Часть среднего керна в этом случае нужно заузить для обеспечения периодического насыщения магнитного шунта, причем поперечное сечение и длину зауженной части желательно выбрать оптимальными таким образом, чтобы обеспечить максимально возможную модуляцию магнитного сопротивления шунта.

thickman,
удалось намоделировать нечто похожее на экспериментальные данные.
Однако, если для прямоугольного входного и синусоидального выходного фазовый сдвиг заметен, то, в случае синусоидального входного и выходного напряжений, фазового сдвига между ними практически не видно (близко к 0 или 180гр. В зависимости от фазировки обмоток).
Кроме этого, пока сомнительным выглядит заявление о большей эффективности паратранса параллеьного типа. Ведь в нём насыщаемый фрагмент работает с максимально возможным размахом индукции. В то время как в паратрансе ортогонального типа насыщение отдельных участков достигается за счёт смещения (постоянной составляющей). При этом размах индукции, а следовательно и потери, меньше.
Где-то в инете нашел функциональную схему простого бесперебойника на паратрансе параллельного типа

Это для тех, кому требуются очень надежные решения!

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

Да, греется эта штуковина будь здоров как, причем не только шунт, но и вся половина магнитопровода за шунтом на вторичной стороне, заметно сильнее чем половинка сердечника с первичной обмоткой . Поэтому на повышенных частотах малопригодно, но некоторые частные случаи могут быть интересными, главным образом из за необязательной тесной магнитной связи между обмотками. Например, высоковольтные устройства с повышенными требованиями к электробезопасности, или супержесткие требования по кондуктивным помехам. Другие бонусы, такие как мягкая коммутация ключей преобразователя и отсутствие схемы управления для стабилизации напряжения и защиты от кз не так уж привлекательны на фоне повышенных потерь в сердечнике. Возможно ортогональная конструкция для повышенных частот будет интереснее, но реализация сложнее, ферритовых сердечников подходящей конфигурации нет.

Ортогональный паратранс можно собрать на Ш-образном сердечнике. На среднем керне мотается первичная обмотка. На крайних кернах мотается вторичная обмотка, так чтобы создаваемый ею поток не замыкался через средний керн.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

valvol, спасибо, но в голове параметрический резонанс не укладывается для такой конструкции, умозрительно не получается запустить такую систему "вразнос". Вы пробовали моделировать подобный вариант?

thickman, спасибо за разъяснение!
valvol на ваш взгляд, какую мощность можно снять при приемлемом массогабарите?

_________________
Есть только миг между прошлым и будущим, именно он называется ЖИЗНЬ ©

Основные габаритные узлы здесь паратранс и конденсатор. Габариты первого SoSc раза в 1.5-2 больше габаритов трансформатора соответствующей мощности. Реактивная мощность конденсатора тоже раза в полтора больше максимальной мощности нагрузки. Т.е. аппарат скорей всего будет достаточно массивным. Это минус. В качестве плюсов можно указать высокую надежность, простоту (изготовить может человек который больше электрик, чем электронщик). Автоматически реализуется защита от перегрузки и КЗ, стабилизируется выходное напряжение при работе как от аккумулятора, так и от сети, а также осуществляется исправление искажений входного напряжения.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

Для запуска, в трансформатор необходимо ввести некоторую неоднородность. Например, крайние керны выполнить с различным сечением или намотать на них различное количество витков.
Позже постараюсь сделать модель.

_________________
"Древние украли все наши лучшие идеи!"
- Марк Твен.

Уже помучил Ш-ортогональник. Есть параметрический резонанс, как с перекошенными вторичными обмотками, так и с симметричными. Если интересно, завтра-послезавтра выложу серию картинок. Потери в сердечнике пока не радуют, попробую на феррите максимального качества, N49 например, но большого чуда при таком нахальном насыщении ждать не приходится. А вот для сетевой частоты 50 Гц можно надеяться на вполне вменяемые потери.