©2004 Валентин Володин
Сайт Валентина Володина
Главная Статьи Книги и журналы Справочник Программы Ссылки
О себе RytmArc Схемы и описания Резервный форум Разное valvolodin.narod.ru
Гостевая книга Файловый архив Архив форума Форум ГОСТы Измерительные приборы
turbobit mega.co.nz depositfiles files.dp.ua ... imageup ... ... ... ...

Power Electronics

Посвящается различным источникам электропитания
Текущее время: 01-07, 06:30

Часовой пояс: UTC + 4 часа




Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 146 ]  На страницу 1, 2, 3, 4, 5 ... 10  След.
Автор Сообщение
СообщениеДобавлено: 22-05, 11:01 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 9103
Откуда: Одесса
Решил восстановить тему, которая была потеряна в связи с глюками форума. Копия темы находится в последнем архиве форума от 21 Февраля 2019 года.
Вот некоторые ключевые сообщение из этой темы:
Maikl писал(а):
Всё-таки я решил открыть новую тему по индукционным плитам (ИП).
В планах довести дело до логического конца. Предлагаю вначале рассмотреть и обсудить разные типы индукторов (конструирование, расчёт, моделирование и т.п.), а потом инвертор и др. Конечным результатом теоретических и конструктивных изысков должна состояться ИП, которую я буду делать (может кто-либо параллельно со мной) постепенно/параллельно, опираясь на положительные результаты дискуссии и, возможно, на практический опыт более продвинутых форумчан.
По ходу создания ИП, буду выкладывать фото, осциллограммы, результаты измерений, модели и результаты моделирования с соответствующим коментом, а также своё скромное мнение по разным вопросам, возникающими в ходе дискуссии.
Будущих участников дискуссии прошу говорить по существу в русле темы, а не о "погоде на Марсе".

Итак, поехали.
Есть два индуктора от индукционных плит (ИП) KITFORT KT-106 и ENDEVER IP-22. По паспортным данным мощность каждой ИП равна 2000Вт. Диаметр индуктора КТ-106 равен 140мм, а IР-22 160мм соответственно. Количество витков каждого индуктора равно 28. В индукторе КТ-106 видно 14вит., но дело в том, что оный намотан как бы в два слоя. На увеличенном снимке видна транспозиция витков, т.е. если половина витка находится в нижнем слое, то вторую половину в верхнем слое. Сечение провода в КТ-106 больше, нежели в IP-22 примерно в 1,2-1,4 раза. С обратной стороны индукторов расположены шесть ферритовых вставок. Индуктивность индукторов без посуды равна 100мкГн, с посудой 110мкГн.
Мне понятно, зачем нужна транспозиция витков в КТ-106, разное сечение провода, назначение ферритовых вставок и т.д.
Помощь нужна в создании корректной модели связки индуктор + кастрюля, в которой бы учитывался коэффициент связи индуктора + кастрюля, индуктивность рассеяния в связке и т.д.
Фото индукторов в облаке здесь: https://cloud.mail.ru/public/3pn5/KrMvjQTKC

ЗЫ. С электронными компонентами и измерительными приборами затруднений не испытываю.

Maikl писал(а):
Так понимаю, что должно получиться что-то похожее. Номиналы L3 и Rnag. (кастрюля) выбраны произвольно, "от фонаря".
Зелень без кастрюли, синь с оной соответственно.
Изображение Изображение

valvol писал(а):
Возможная схема стенда
Изображение
По сути, в качестве стенда предлагается использовать кусок силовой схемы индукционной плиты.
Здесь:
V1 - источник сетевого напряжения.
D1-D4 - выпрямительный мостик на 5-10А
R3 - резистор мощностью 10Вт (лучше проволочный), ограничивающий ток зарядки конденсаторов фильтра C1 и C2. Так как стенд потребляет небольшой ток, этот резистор может быть включенным постоянно.
C2 - электролитический конденсатор большой ёмкости.
С1, C3 - пленочные конденсаторы.
U1 - ключевой транзистор.
L1 - испытываемый индуктор.
Элементы U1, C3, C1 образуют высокочастотный контур и поэтому должны быть расположены поближе друг к другу.
Генератор импульсов служит для управления транзистором U1 и формирует короткие импульсы, длительностью 1-50мкс (для не нагруженного индуктора 1мкс, а для нормально нагруженного до 50мкс) с достаточно большим периодом следования 10мс.
Внимание! Так как стенд питается высоким напряжением и подключен к сетевому напряжению, необходимо принимать соответствующие меры предосторожности. Это я говорю не для Вас Михаил, так как Вы с этими мерами хорошо знакомы, а для тех, кто также захочет повторить такие же эксперименты.
В связи с этим, питание стенда желательно осуществлять через разделительный трансформатор 220B/220B мощностью 50-100Вт. Вход генератора импульсов подключить к затвору транзистора через гальваническую развязку. Согласно схемы, осциллограф находится под высоким напряжением. И если он имеет металлический корпус, то его питание также необходимо осуществить через разделительный трансформатор, сам осциллограф электрически изолировать от других приборов и от себя
.
Осциллограф измеряет напряжение амплитудой до 1000В. Поэтому необходимо использовать соответствующий щуп (обычно делитель 1/100). Если используется обычный делитель 1/10 рассчитанный на 300-500В, то во время эксперимента необходимо ограничивать длительность импульсов генератора, с тем чтобы напряжение не поднималось выше оговоренных значений.

Maikl писал(а):
Вчера провёл худшую из своих лаб, которая окончилась выносом ключа и драйвера.
Для того, чтобы не выкладывать много скринов ограничусь одним с пояснением.
В лабе отсутствовал резистор R3 и D1. Номинал резистора R1=9 Ом, конденсатор С4 был подключен к дросселю L2 со стороны регулируемого стабилизатора напряжения (0-50В с токовой защитой 3,2А). На генераторе выставил 100Гц. Длительность импульса накачки 2мс (меньше установить невозможно), паузы 8мс. Без подачи питания на силовую часть проверил наличие и форму импульсов на затворе ключа (всё ОК). Начал подымать напряжение на силовой части. При достижении 3,5В начала срабатывать токовая защита и ограничила дальнейший подъём напряжения. Конденсатор С4 перепаял параллельно С3. Начал подъём напряжения. Затарахтела кастрюля на индукторе. Больше 4В напряжение не смог поднять из-за токовой защиты. Дабы уменьшить длительность импульса перешёл на частоту около 20кГц и параллельно повышал напряжение питания (до 23В), следя за напряжением на ключе, токовой защитой и др. В конце первой-второй минуты ключ отошёл в мир иной утянув с собой драйвер. Транзистор был горячий аки утюг (навскидку выше 100гр.С), поскольку в надёге на авось на радиатор оный не установил.
С досады отругал себя, почесал репку и решил сотворить стенд с генератором на TL498+HCPL3180 с функциями регулировки частоты и скважности (решается просто). Вот думаю - надо-ли колхозить тепловую защиту (?), ибо усложнять схему дюже не хочется. Естественно, ключ будет посажен на радиатор площадью около 150кв.см.
Изображение

Maikl писал(а):
Valvol, я собрал схему стенда. Пока не включал, поскольку при моделировании просматривается большой скачок тока ключа (160А) при включении оного (заряд конденсатора контура). Увеличив затворный резистор до 33 Ом - ток уменьшился. ПМСМ, для накачки контура с индуктивностью скорость нарастания тока всё равно ограничена номиналом индуктивности и, полагаю, что ничего страшного в 33 Ом_ах нет. Для быстрого закрытия ключа, как обычно, поставил диод параллельно затворному резистору.
Дабы мне не погрязнуть в лишних измерениях при эксперименте какие осцил. фотографировать?
Модель здесь: https://cloud.mail.ru/public/7e7o/Yc4RpD8Aw

Maikl писал(а):
Фото осциллограмм - накачка 10мкс, пауза 1мс.
https://cloud.mail.ru/public/CtFh/3CdfQtdG5
Индуктивность измерю и внесу в таблицу после снятия осцил. при накачке 20мкс и паузе 1мс. В планах на сегодня, поскольку наловчился и измерения, аки горячие блинчики со сковороды :D

ЗЫ. Вчера, после окончания, хотел скинуть фото на комп и дальше на форум, но карта памяти фотоаппарата запросила форматирование. Никак не получалось. Плюнул, отформатировал, а сегодня с утра пришлось всё заново снимать.

Рис. стенда:
Изображение

Maikl писал(а):
Фото осциллограмм - накачка 20мкс, пауза 1мс.
https://cloud.mail.ru/public/7e7o/Yc4RpD8Aw
В файл "Лаба_10мкс_1мс" внёс измеренные значения индуктивности.

Перед началом измерений включил стенд и скоп для прогрева, а сам пошёл в соседнее помещение (в гараже) перекурить. Прихожу, трогаю кружку на индукторе, а она тёплая, примерно градусов 40.
Воткнул электронный термометр. Поскольку жало термометра острое, то соприкосновение с дном кружки точечное, поэтому показания и занижены. А ведь это при 50В питания и длительности импульса накачки 20мкс и паузы 1мс! :wacko:
Изображение

valvol писал(а):
Осциллограммы подходящие. :good:
Пока не стоит заниматься переделкой индукторов, т.к. конкретные соображения по этому поводу возникнут только после того, как будут обработаны результаты экспериментов.
Maikl писал(а):
Для удобства просмотра и сравнения осциллограмм оба файла объединил. Т.о. фото осцил. с одной и той же посудой, но разным временем накачки контура, располагаются рядом.
https://cloud.mail.ru/public/7e7o/Yc4RpD8Aw

Смотрю, Вы аккуратно подчищаете предыдущие файлы. А я, к сожалению, не могу обнаружить модель стенда на своем компе. Вроде бы и сохранял. Думаю, с зачисткой файлов торопиться не стоит. Места занимают они немного, зато каждый желающий присоединиться к беседе мог бы их скачать.

Принцип обработки результатов не сложен. Сначала нужно добиться хорошего соответствия модели и стенда. Для этого необходимо измерить ёмкость резонансного конденсатора в стенде и прописать это значение в модель для С3.
Далее, для каждой экспериментальной осциллограммы, создать соответствующий файл модели. В этом файле, подбором значения резистора R7 добиться максимальной похожести характера затухания колебаний. Причем не обязательно стремиться к совпадению абсолютных значений. Достаточно, чтобы амплитуды соседних пиков в модели имели такое же отношение, как и на реальной осциллограмме.
Так как индуктивность индуктора зависит от уровня и типа нагрузки, то, параллельно с подгонкой R7, в модели необходимо подогонять и индуктивность L1. Так чтобы количество колебаний за определённый период времени совпадало в модельных и экспериментальных данных.
Работа конечно скрупулезная и нудноватая, но без этого ни как :live-14:

Используя полученные данные, можно будет создать реалистичные модели существующих индукторов и погонять индукторы в модельных печках. Затем, зная, из эксперимента, степень поглощения энергии для имеющихся индукторов, можно будет определить параметры индуктора большего диаметра (или нескольких индукторов). Создав модель такого индуктора, можно будет выяснить необходимость использования многоиндукторной или одноиндукторной концепции.

valvol писал(а):
По экспериментальным, данным для кастрюльки диаметром 210 мм, сделал модель, которая честно потребляет от сети 2000 Вт и отдает в кастрюльку 1900 Вт.
Изображение
На источнике V5 выполнен "прикуриватель", который инициирует начальный старт преобразователя. В реальной печке эта функция лежит на контроллере. Но, при желании, можно обойтись и без контроллера, имитируя его основные функции.

valvol писал(а):
Попробовал погреть в симуляторе алюминиевый казанок. В принципе это возможно. Но чтобы получить нормальную мощность придётся использовать специальный индуктор, имеющий меньшее количество витков. Т.е. если нормальный индуктор содержит 28 витков, то, для алюминиевой посуды, он должен содержать 13 витков. Сечение провода в 5 раз больше исходного. Резонансный конденсатор ёмкостью 1.5 мкФ (в 5 раз больше исходного). Так как "алюминиевый" индуктор имеет меньшую индуктивность, то через него протекают большие импульсные тока. Следовательно, вместо одного ключевого транзистора, придётся использовать 5-6.
Изображение
Модель печки для алюминиевой посуды.

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


Вернуться к началу
 Профиль  
 
СообщениеДобавлено: 22-05, 11:21 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 9103
Откуда: Одесса
Maikl писал(а):
Пока суть да дело, даю инфу по измеренным индуктивностям
1. Индуктивность нижнего индуктора =99мкГ
Изображение
2. Индуктивность нижнего индуктора с положенным сверху аналогичным индуктором с разомкнутыми выводами=124мкГ. Ферритовые вставки нижнего и верхнего индукторов совмещены. Здесь и далее - между индукторами стекло толщиной 5мм.
Изображение
3. Индуктивность нижнего индуктора положенного сверху аналогичного индуктора с разомкнутыми выводами=120мкГ. Ферритовые вставки нижнего и верхнего индукторов повёрнуты на 30гр относительно друг друга.
Изображение
4. Индуктивность нижнего индуктора с положенным сверху аналогичным индуктором с замкнутыми выводами=45мкГ. Ферритовые вставки нижнего и верхнего индукторов совмещены.
Изображение
Значение индуктивности не меняется при повороте одного индуктора относительно другого.

Maikl писал(а):
Сделал пробное фото.
Индукторы расположены друг над другом через стеклянную вставку. Ферритовые вставки совмещены. Индуктор сверху не нагружен, т.е. на ХХ.
Накачка 20мкс, напряжение питания 46В (больше не смог выдавить).
Канал А (верхняя осц.) 1кл.=50В/200мкс
Канал В (нижняя осц.) 1кл.=20В/200мкс
Изображение
Растянуто
Канал А (верхняя осц.) 1кл.=50В/100мкс
Канал В (нижняя осц.) 1кл.=50В/100мкс
Изображение

valvol писал(а):
Прикидочное моделирование показывает, что вариант с адаптером к стандартной индукционной плитке можно использовать для питания различных специализированных индукторов.
Изображение
В нашем случае индуктора большого диаметра. К сожалению, такой способ не позволяет греть алюминиевую посуду. Впрочем, греть алюминий и не требовалось.
Если этот вариант принимается в качестве рабочего, то видится следующий порядок деятельности:
1. Изготовить и испытать уже проверенным способом макет индуктора большого диаметра. Количество витков индуктора произвольное. Кроме этого, ИМХО, для большого индуктора можно не использовать ферритовые вставки. Скорей всего, благодаря его размерам, связь с кастрюлей и так получится хорошая. По крайней мере, это можно выяснить в процессе моделирования.
Очень желательно замеры для индуктора произвести при двух значениях резонансного конденсатора - 0.3мкФ и 0.6мкФ. Это позволит определить частотную зависимость его параметров.
2. По результатам моделирования, изготовить второй макет большого индуктора. На основе этого макета, собрать адаптер и испытать его на стенде. Затем кратковременное испытание (на потребляемую мощность) с плиткой. Если все в порядке, то можно разрабатывать конструктив и заказывать его изготовление (или делать самому из подручных материалов).

Maikl писал(а):
Осциллограммы и др. по проведённому эксперименту с самопальным индуктором здесь:
https://cloud.mail.ru/public/XYrJ/69nA4DQUK
Индуктор закреплён на листе ДВП толщиной 3мм. С креплением витков нитками не стал связываться, поскольку укладка получается корявой, витки стараются запрыгнуть друг на друга или скукожиться в гармошку... Начальный виток закрепил нитками, а потом после намотки каждых 3-5 витков проливал оные быстросохнущим клеем Суперцемент. В результате витки склеились между собой и листом ДВП. Конструкция получилась довольно-таки жёсткая.
Характеристики индуктора:
Внутренний диаметр – 75мм;
Наружный диаметр – 280мм;
Количество витков – 24;
Собственная индуктивность – 98мкГн;
Ферритовые вставки отсутствуют.
Между индуктором и дном посуды вкладка из стекла толщиной 5мм.

Индуктивность с посудой из нержавеющей стали с дном диаметром:
- 210мм -- 81мкГ;
- 220мм -- 84мкГ;
- 260мм -- 78мкГ;
- 285мм -- 95мкГ.

При проведении эксперимента:
- напряжение питания стенда – 46,8В;
- длительность импульса накачки – 20мкс;
- период следования импульсов – 1мс.

Из общего ряда измеренной индуктивности индуктора с посудой выделяется кастрюля с диаметром дна 260мм. Объяснений сему пока найти не могу.

Valvol, какие измерения ещё провести?
ПМСМ, измерения с длительностью накачки больше/меньше 20мкс не имеет смысла, ибо будет меняться всего лишь размах амплитуды импульсов.

В эксперименте использовал лишь те кастрюли, которые будут использоваться с проектируемой ИП.

valvol писал(а):
Maikl писал(а):
Характеристики индуктора:
Внутренний диаметр – 75мм;
Наружный диаметр – 280мм;
Количество витков – 24;
Собственная индуктивность – 98мкГн;
Ферритовые вставки отсутствуют.
Между индуктором и дном посуды вкладка из стекла толщиной 5мм.

Параметры параллельной LR модели этого индуктора, при использовании нержавеющей посуды диаметром 285 мм, аппроксимируются следующими выражениями:
L(uH)=(1.5428007*10^(-8))*F^2-0.0018553*F+104.3183109
R(Ohm)=(9.6357772*10^(-9))*F^2-(2.2069374*10^(-4))*F+20.1152881
где F-частота в Гц.

valvol писал(а):
Моделирование показывает, что, для получения максимальной мощности, количество витков целевого индуктора L4 должно быть увеличено до 33. При этом внешний и внутренний диаметры индуктора должны остаться прежними. В обмотке индуктора будет протекать действующий ток 15.1А. Это значительно меньше, чем в обмотке штатного индуктора плитки L2. Там протекает действующий ток 24А. Эту информацию можно использовать для выбора сечения провода целевого индуктора. При этом надо стремиться к максимально возможному сечению. Это снизит потери и проблемы с перегревом.
К вторичной обмотке воздушного трансформатора L3 целевой индуктор подключается через резонансный конденсатор C7. Без этого конденсатора требуемой мощности не получить. Конденсатор набирается из нескольких пленочных напряжением 630-1000В. Например, из 10-ти конденсаторов 47нФ х 1000В. На практике, скорей всего, его ёмкость придется уточнить. Это можно сделать исходя из критерия потребления плиткой максимальной мощности из сети (ожидается потребление порядка 2000 Вт).
При изготовлении адаптера, между L3 и L4 необходимо сделать зазор ~50мм. Он необходим для исключения взаимного влияния этих индукторов, а также для охлаждения. Туда можно вдувать охлаждающий воздух. В этой же полости можно разместить и резонансные конденсаторы.
Изображение
Модель можно взять здесь.

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


Вернуться к началу
 Профиль  
 
СообщениеДобавлено: 22-05, 11:34 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 9103
Откуда: Одесса
Maikl писал(а):
Точечно приклеил фер. пластины непосредственно на витки индуктора. Поскольку провод индуктора в изоляции, то полагаю, что с этой стороны всё тип-топ. Со стороны установки кастрюль под оные пришлось делать картонные отрезки и выравнивать плоскость дна кастрюли относительно плоскости ДВП, т.к. с этой стороны выходит вывод индуктора из центра. Таким образом расстояние между витками индуктора и дном кастрюли составляет около 7мм +0,5мм.
Фото разместил здесь:
https://cloud.mail.ru/public/C7bA/KB7J92KHo
Очерёдность следования:
- индуктор с ферритовыми пластинами;
- осцил. без посуды L=121мкГн;
- дно 210мм, L=99мкГн;
- дно 220мм, L=104мкГн;
- дно 260мм, L=97мкГн;
- дно 285мм, L=122мкГн
На всех осц. 1кл=50В.
Для осц. без посуды 1кл=0,2мс (осц. смещена вниз на 1кл), с посудой 1кл=20мкс.
Время накачки - 20мкс.
Для удобства на экране скопа две осциллограммы. Верхняя 1кл=50В/0,2мс, нижняя растянута в 10раз, т.е. 1кл=50В/20мкс.

valvol писал(а):
Maikl писал(а):
Точечно приклеил фер. пластины непосредственно на витки индуктора. Поскольку провод индуктора в изоляции, то полагаю, что с этой стороны всё тип-топ. Со стороны установки кастрюль под оные пришлось делать картонные отрезки и выравнивать плоскость дна кастрюли относительно плоскости ДВП, т.к. с этой стороны выходит вывод индуктора из центра. Таким образом расстояние между витками индуктора и дном кастрюли составляет около 7мм +0,5мм.
Фото разместил здесь:
https://cloud.mail.ru/public/C7bA/KB7J92KHo

Отлично! Теперь осталось определить элементы эквивалентной схемы индуктора и вставить его в модель.

valvol писал(а):
Maikl писал(а):
Кстати, дабы более-менее определиться с витками и размером основы индуктора измерил индуктивность с начала и конца спирали самопального индуктора посредством прокалывания ПВХ изоляции иглой. Для достижения 98-100мкГн надо смотать 2 витка с внешнего периметра или 5 витков с внутреннего.

Можно было просто рассчитать. Если экспериментальный индуктор имеет Nr=24 витка и Lr=121 мкГн, а требуется Lt=100 мкГн, то требуемые витки Nt рассчитываются по формуле:
Nt=Nr*sqrt(Lt/Lr)=24*sqrt(100/121)=21.8
Если округлить до меньшего целого значения Nt=21, индуктивность составит:
L(21)=Lr*(Nt/Nr)^2=121*(21/24)^2=92мкГн
Если округлить до большего целого значения Nt=22, индуктивность составит:
L(22)=Lr*(Nt/Nr)^2=121*(22/24)^2=102мкГн
Maikl писал(а):
... какую плотность тока выбирать при расчёте сечения провода индуктора с учётом скин и эффекта близости полагая, что охлаждение будет раза в 2 интенсивней, нежели в существующей ИП ?

Обмотка нового индуктора длиннее (11.245 метров (если 22 витка), против 8.796 метров). Следовательно, чтобы сохранить уровень потерь на прежнем уровне, необходимо увеличить сечение обмотки по крайней мере в 1.3 раза. Материал для обмотки тот-же, что и для штатного индуктора.

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


Вернуться к началу
 Профиль  
 
СообщениеДобавлено: 22-05, 11:42 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 9103
Откуда: Одесса
valvol писал(а):
Параметры последовательной LR модели индуктора необходимо подбирать в симуляторе путем пошагового изменения величины индуктора L1 и сопротивления потерь R3 до полного совпадения реальной и модельной картинок. Такой подход требует времени и не обеспечивает необходимой точности. Процесс можно значительно ускорить, если использовать следующую аналитическую методику.
Вот эта методика. Для примера, используем график колебаний не нагруженного индуктора из последних измерений.
1. Определяем частоту затухающих колебаний в контуре. Для этого считаем количество полных колебаний Nk за определённый промежуток времени Tp. Например, за 0.8мс имеем 21 колебание. Следовательно частота затухающих колебаний равна:
F=Nk/Tp=21/0.0008=26250 Гц
2. Определим коэффициент затухания B. В нашем случае, например, за период Tp=0.8мс, двойная амплитуда (от пика до пика) колебаний уменьшилась с Va1=100 до Va2=58 вольт. Следовательно, коэффициент затухания B равен:
B=ln(Va1/Va2)/Tp=ln(100/58)/0.0008=680
3. Определим собственную частоту колебательного контура:
Fo=sqrt((2*pi*F)^2+B^2)/(2*pi)=sqrt((2*pi*26250)^2+680^2)/(2*pi)=26250.223 Гц
Затухание незначительное и поэтому частота затухающих колебаний практически равна собственной частоте колебательного контура.
4. Зная частоту собственных колебаний и величину резонансного конденсатора C2=0.3мкФ, определяем индуктивность катушки индуктора L1:
L1=1/((2*pi*Fo)^2*C2)=1/((2*pi*26250.223)^2*0.0000003)=122.533 мкГн
5. Зная коэффициент затухания B и индуктивность L1 определим сопротивление R3, включенное последовательно с L1:
R3=B*2*L1=680*2*0.000122533=0.166645 Ом.
Подставляем полученные данные в модель стенда и сравниваем результаты с экспериментом. Всё сходится.
Изображение
Теперь определим параметры последовательной LR модели индуктора, нагруженного на нержавеющую посуду с диаметром дна 285 мм.
1. Определяем частоту затухающих колебаний в контуре. Для этого удобно исследовать картинки в каком-то редакторе, позволяющем считать пиксели изображения. Например, одно полное колебание занимает Tkp=342 пикселя, в то время как 100 мкс занимают T100=1108 пикселей. Следовательно, частота затухающих колебаний равна:
F=T100/(Tkp*100u)=1108/(342*0.0001)=32397 Гц
2. Определим коэффициент затухания B. В нашем случае, например, за один период 1/F=1/32397=30.8мкс, амплитуда колебаний уменьшилась с Va1=117 до Va2=21 вольт. Следовательно, коэффициент затухания B равен:
B=ln(Va1/Va2)/Tp=ln(117/21)/0.0000308=55768
3. Определим собственную частоту колебательного контура:
Fo=sqrt((2*pi*F)^2+B^2)/(2*pi)=sqrt((2*pi*32397)^2+55768^2)/(2*pi)=33591 Гц
В данном случае затухание более значительное и поэтому частота затухающих колебаний ощутимо ниже собственной резонансной частоты колебательного контура.
4. Зная частоту собственных колебаний и величину резонансного конденсатора C2=0.3мкФ, определяем индуктивность катушки индуктора L1:
L1=1/((2*pi*Fo)^2*C2)=1/((2*pi*33591)^2*0.0000003)=74.83 мкГн
5. Зная коэффициент затухания B и индуктивность L1 определим сопротивление R3, включенное последовательно с L1:
R3=B*2*L1=55768*2*0.00007483=8.346 Ом.
Подставляем полученные данные в модель стенда и сравниваем результаты с экспериментом. Всё также прекрасно сходится.
Изображение
Однако видно, что в модели первоначальный выброс напряжение значительно ниже, чем в реальности. Несоответствие вызвано тем что мы используем последовательную RL модель. Здесь величина R3, требуемая для обеспечения затухания, гораздо выше собственного сопротивления обмотки индуктора, полученного в предыдущем эксперименте. В результате индуктор не получает требуемого тока накачки. В модели печки, где напряжение питания гораздо выше, это несоответствие будет минимизировано, но что-то всё равно останется.
Выход может быть в использовании параллельной RL модели индуктора. Параметры последовательной RL модели можно пересчитать в параллельную, используя формулы:
Изображение
Здесь
w=2*pi*F - круговая частота. Где F - резонансная частота контура;
Rs - последовательное сопротивление;
Ls - последовательная индуктивность;
Rp - параллельное сопротивление;
Lp - параллельная индуктивность.
Расчет дает следующие эквивалентные значения для частоты F=32397 Гц:
Rp=35.75 Ом; Lp=96.2 мкГн.
Но, параллельная модель, с используемым типом преобразователя, не совсем корректно отражает мощность.
Поэтому гораздо лучше использовать трансформаторную модели индуктора. Последняя наиболее реалистично имитирует его свойства. Однако, трансформаторная модель индуктора требует измерения индуктивности рассеяния или коэффициента связи индуктора.
Индуктивность рассеяния можно измерить, уложив индуктор на сплошной медный (в крайнем случае алюминиевый) лист. При этом между индуктором и листом нужно установить рабочий зазор (7мм +0,5мм). Размер листа должен быть больше размера индуктора.

Примечание
Ранее Maikl приводил значения индуктивности катушки индуктора для различных типов нагрузки.
Maikl писал(а):
...индуктор с ферритовыми пластинами;
- осцил. без посуды L=121мкГн;
- дно 210мм, L=99мкГн;
- дно 220мм, L=104мкГн;
- дно 260мм, L=97мкГн;
- дно 285мм, L=122мкГн

Из этого перечня видно, что для холостого хода измеренные прибором и на стенде индуктивности достаточно хорошо сходятся. Однако, в присутствии посуды, индуктивность сильно изменяется. Кроме этого, для нагрузки в виде кастрюли с диаметром дна 285мм, прибор показывает индуктивность L=122 мкГн, а на стенде мы получаем L=74 мкГн. Разница вызвана различным характером (амплитуда и частота) испытательных сигналов. Перечисленные факты, к сожалению, превращают все эти простенькие формулы для расчета катушек, которые предлагает Andr в "филькину грамоту". Расчет индуктора для индукционного нагрева является гораздо более сложной задачей. И в настоящее время практически отсутствуют методики адекватного расчета спиральных (блинных, дисковых) катушек индукторов. По крайней мере мне такие не встречались.
В общем-то поэтому мы тут и занимаемся экспериментами.

valvol писал(а):
Построение трансформаторной модели индуктора.
1. По экспериментальным данным, согласно ранее опубликованной методики, строиться последовательная RL модель индуктора для холостого хода.
Изображение Изображение
Здесь L1 определяет частоту колебаний, а R3 коэффициент затухания этих колебаний.
2. Теперь измеряем значение индуктивности катушки индуктора Ls, перекрытой медным или алюминиевым листом. Лист ложится на индуктор с зазором, равным рабочему (обычно 5-7мм). Зная Ls (38 мкГн), можно рассчитать коэффициент связи идеального трансформатора K1, входящего в модель индуктора.
Изображение
Коэффициент связи трансформатора определяется по формуле:
K=sqrt((L-Ls)/L)
где,
L - индуктивность не нагруженного индуктора, определённая на предыдущем шаге (L1).
Ls - индуктивность индуктора, перекрытого медным или алюминиевым листом.
С помощью резистора R4 подгоняем картину затухания к экспериментальной. Также, для подстройки частоты колебаний, возможно, потребуется подстройка коэффициента связи K1.
3. По экспериментальным данным нагруженного индуктора достраиваем модель нагруженного индуктора.
Изображение Изображение
При помощи дополнительной индуктивности L3 подгоняем частоту колебаний, а при помощи того же R4 или включив последовательно с ним другой резистор, настраиваем характер затухания. Так как оба элемента (L3 и R4) имеют взаимную зависимость, придётся немного повозиться для получения хорошего соответствия с экспериментом.
После этого, можно вставить модель индуктора в модель печки.

valvol писал(а):
Maikl писал(а):
Каким образом определить реактивку в симуляторе?

Энергии, запасенной в контуре, должно хватить, чтобы за счет резонанса снизить напряжение на ключевом транзисторе до нуля (условие ZVS). Ранее этот эффект обсуждался для стенда.
Изображение
В данном случае слишком много энергии уходить в нагрузку (в комплексном сопротивлении индуктора присутствует слишком большая доля активной составляющей) и напряжение не долетает до нуля. В результате ключ коммутируется жестко.
Увеличение накачки улучшает ситуацию. Однако, при этом увеличивается выходная мощность (более 3кВт) и выброс напряжения на закрытом транзисторе.
По хорошему, необходимо добиться того, чтобы условие ZVS сохранялось не только при номинале (2кВт), но и при снижении мощности до 1 кВт.
Maikl писал(а):
Было бы неплохо, если бы вы выложили методику определения Ксв/Ls для связки индуктор+посуда, тогда бы и я параллельно занимался какими-либо расчётами.

Это является конечной целью. Сформированные методики я выкладываю практически сразу.
Maikl писал(а):
Можно увеличить/уменьшить расстояние, снять или добавить/убавить феррит, витки и др.

Возможно, для сохранения полной аналогии с исходным вариантом, при увеличении диаметра индуктора, необходимо в такой же пропорции увеличивать и расстояние от индуктора до посуды. Чтобы с этим определиться, необходимо изучить варианты с различными вариантами посуды. Однако, если даже с меньшей посудой всё будет нормально, это вряд-ли будет утешением. Необходимо чтобы печка принимала любые из перечисленных вариантов, и максимальный диаметр прежде всего.

valvol писал(а):
Моделирование показывает, что индуктор без ферритов ведет себя значительно лучше. При мощности в кастрюле 2 кВт транзисторы работают в режиме близком к ZVS. Коммутационные потери на них порядка 8 Вт (на каждом).
Витковые данные удовлетворительные. Можно такие и оставить.
Изображение
При эксперименте с индуктором использовался дистанционная вставка 5 мм. При увеличении зазора до 7 мм, картина с коммутацией должна улучшиться. Эти тонкости лучше обкатывать на реальном железе. Можно считать, что экспериментальную фазу мы уже прошли.
Модель последнего варианта печки можно взять здесь.

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


Вернуться к началу
 Профиль  
 
СообщениеДобавлено: 22-05, 13:31 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 9103
Откуда: Одесса
valvol писал(а):
Maikl писал(а):
Пожалуйста, расшифруйте составляющие директивы .params vp=1 vic=vp*200k/210.1k ktr=22/24 и её назначение.

vp - напряжение задания выходной мощности. При vp=1 достигается номинальная выходная мощность ~2000 Вт. При дальнейшем повышении vp растет выходная мощность и выбросы напряжения на запертых ключевых транзисторах. Например, при vp=1.1 выходная мощность 2560 Вт, амплитуда выбросов почти 1100 вольт. Уровень управления 0...1 вольт обычно используется в бытовых индукционных плитках.
vic - параметр определяющий начальное напряжение на С6. Использование этого параметра позволяет исключить переходной процесс (и изменение мощности), связанный с зарядкой этого конденсатора.
ktr - коэффициент трансформации модели индуктора. Позволяет менять витковые данные индуктора. В данной версии модели не используется (забыл удалить).
Maikl писал(а):
Кстати, если изменить параметры времязадающей цепочки С4R6 (пила)

Подобные манипуляцией с номиналами схемы приводят к изменению диапазона регулировки, с соответствующим изменением уровня выходной мощности. Если цель состоит в изменении выходной мощности, то проще это делать заданием параметра vp.
Maikl писал(а):
как измерить динамическую мощность, выделяющуюся на ключе и привести её к приемлемой в процессе наладки?

Чем ближе режим коммутации транзисторов к ZVS (коммутация при нулевом напряжении), тем меньше потери коммутации.
Контролировать наличие или отсутствие ZVS можно при помощи обычного осциллографа, наблюдая напряжение на ключевых транзисторах. Например, на левой картинке полная ZVS не достигается. В то время, как на правой картинке коммутация производится в режиме ZVS.
Изображение Изображение
Если есть в наличии индукционная печка, то можно посмотреть как там обстоят дела с коммутацией при максимальной нагрузке.
При измерениях в цепях, имеющих гальваническую связь с промышленной или бытовой сетью, необходимо соблюдать все меры предосторожности! Щуп осциллографа подключается к измерительным точкам заранее, при отключенной от сети плитке. Осциллограф включается через разделительный трансформатор. Корпус осциллографа изолируется и исключается касание к оголенным (неизолированным) частям осциллографа.
Вы Maikl опытный электрик и поэтому не мне Вам это говорить. Однако, не устану повторять эти элементарные правила безопасности тем, кто только делает свои первые шаги в освоении силовой электроники.

Maikl писал(а):
valvol писал(а):
На приведённых графиках вижу максимум 3кВт пиковой мощности.

Так ведь это начало синусоиды 50Гц сетевого питания. К 5-ти ms раскроется вся краса пика. Модель ваша, последняя. Поскольку у меня в библиотеке отсутствуют ключи из вашей модели, то я использовал IRGP30B120KDE. Транзисторы FGL40N120AND "тяжеловаты" для симулятора и время симуляции затягивается.
Цитата:
Данный тип преобразователя не способен обеспечивать ZVS в полном диапазоне нагрузок.

Цитата:
Вывод - не стоит использовать преобразователь за границами ZVS.

Вот-вот... и это меня удручает.
Может есть смысл глянуть на другие топологии "силы"? Например, самовозбуждающийся мост (полумост). Ведь у них, насколько помню из моделирования, коммутационные потери также малы.
Давным-давно, когда форум Мастеров был жив, Бигсон и Гиратор дискутировали по самовозбуждающемуся мосту в качестве сварочного аппарата как альтернатива классическому с ШИМ. Да и Мультик, насколько помню, тоже увлекался этой идеей.
Две модели самовозбуждающегося моста Гиратора здесь:
https://cloud.mail.ru/public/dvi6/68ZYqY7bU

Конечно, можно использовать схему классической печки "прикрутив" к ней некоторые опции, дабы режим ZVS соблюдался во всём диапазоне мощностей, но надо глянуть, посчитать... где будет меньше временных и др. расходов.

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


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Курилка
СообщениеДобавлено: 22-05, 13:39 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 9103
Откуда: Одесса
Maikl писал(а):
Вопрос был по индукционной плите, которой занимались 1-2 года назад.
Методика в ссылке. Там же модель индукционной печки по резонансной топологии. Регулировка тока осуществляется изменением частоты вверх.
https://cloud.mail.ru/public/iB1M/bA6wS1nmq

Maikl писал(а):
Регулировка мощности осуществляется изменением напряжения V5...
Защита от ХР не нужна, поскольку посуда с ИП будет сниматься очень редко.

Как макет работать будет. Однако, в качестве рабочего прототипа лучше не использовать.


PS. Создал тему Индукционная варочная плита своими руками в Сделай сам и выборочно выложил туда некоторые сообщения из сохранившегося архива форума.
Можно продолжить беседу там.

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


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Курилка
СообщениеДобавлено: 22-05, 15:52 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 31-12, 20:51
Сообщения: 5886
Откуда: Ростовская обл.
valvol писал(а):
Как макет работать будет. Однако, в качестве рабочего прототипа лучше не использовать.
Почему?
valvol, благодарю за восстановление темы! :frends:

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


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Курилка
СообщениеДобавлено: 22-05, 23:12 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 9103
Откуда: Одесса
Maikl писал(а):
Почему?

Защита это во-первых. А во вторых, как обеспечить настройку в резонанс с гарантией сохранения условия мягкой коммутации ZVS? По амперметру это сложно сделать. Желательно иметь какую-то систему ФАПЧ, которая ограничит изменения фазового сдвига, для поддержания ZVS.

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


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Курилка
СообщениеДобавлено: 23-05, 09:12 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 31-12, 20:51
Сообщения: 5886
Откуда: Ростовская обл.
valvol писал(а):
Защита это во-первых.
Надеюсь, что токовой защиты с ТТ достаточно?
Цитата:
А во вторых, как обеспечить настройку в резонанс с гарантией сохранения условия мягкой коммутации ZVS? По амперметру это сложно сделать. Желательно иметь какую-то систему ФАПЧ, которая ограничит изменения фазового сдвига, для поддержания ZVS.
Что такое ФАПЧ знаю, но дел с ней не имел.
valvol, если вы мою модельку прогнали через симулятор, то могли заметить, что установленная частота генератора TL494 немного выше, нежели резонансная частота последовательного контура индуктора с кастрюлей, дабы, как раз и обеспечить минимум коммутационных потерь в ключах при переключении. На этой частоте выбранная мощность максимальна. Уменьшение мощности осуществляется увеличением частоты генератора TL494.
Да, конечно, я понимаю, что резонансная частота индуктора от воздействия внешних факторов (особенно от температуры) изменится, но насколько? Неужели она уйдёт вниз настолько, что окажется фатальной для ключей? Ведь при наладке, по большому счёту, создав экстремальные условия (температура, питающее напряжение 220В...) можно установить безопасную частоту, используя осциллограф. Опять же, если я собираюсь рулить мощностью посредством изменения частоты, то как увязать это с ФАПЧ?
Да, кстати, есть ли специализированные контроллеры (с ФАПЧ) для таких задач?

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


Вернуться к началу
 Профиль  
 
СообщениеДобавлено: 23-05, 10:30 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 9103
Откуда: Одесса
Maikl писал(а):
Неужели она уйдёт вниз настолько, что окажется фатальной для ключей?

Может быть минимальная частота и будет оставаться нормальной, а может быть и нет. Есть множество плывущих параметров. В некоторых пределах дрейфуют (температурный и временной дрейф) параметры частотозадающих компонентов, внутренние параметры осциллятора ШИМ контроллера, параметры резонансного конденсатора и индуктора...
Событие произойдет незаметно, так как мгновенных фатальных последствий не будет. Просто вдруг начнут вылетать транзисторы, которые до этого были почти "холодными". И это при условии, что поставленная на печку кастрюля, уже никогда не будет сниматься.
Т.е. печка будет ненадежным элементом, за которым нужно будет регулярно наблюдать. И это сводит на нет всю дальнейшую автоматизацию процесса.
Maikl писал(а):
Да, кстати, есть ли специализированные контроллеры (с ФАПЧ) для таких задач?

Есть различные микросхемы ФАПЧ. В основном CD4046 и подобные ей КМОП версии 74HC4046. Модели последних есть в моей библиотеке. Однако фазовый детектор можно собрать на паре (или даже одной) обычных микросхем.
Хорошим вариантом было бы использование PDM с работой на резонансной частоте. Регулировка мощности осуществляется "выкусыванием" отдельных импульсов. При этом каких-то акустических эффектов обычно не наблюдается, т.к. процесс идет с высокой частотой. Параллельно PDM может защитить генератор и в случае холостого хода индуктора.

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


Вернуться к началу
 Профиль  
 
СообщениеДобавлено: 23-05, 17:20 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 31-12, 20:51
Сообщения: 5886
Откуда: Ростовская обл.
valvol писал(а):
Есть различные микросхемы ФАПЧ. В основном CD4046 и подобные ей КМОП версии 74HC4046. Модели последних есть в моей библиотеке. Однако фазовый детектор можно собрать на паре (или даже одной) обычных микросхем.
Хорошим вариантом было бы использование PDM с работой на резонансной частоте. Регулировка мощности осуществляется "выкусыванием" отдельных импульсов. При этом каких-то акустических эффектов обычно не наблюдается, т.к. процесс идет с высокой частотой. Параллельно PDM может защитить генератор и в случае холостого хода индуктора.
Спасибо!
С PDM, буду разбираться. ПМСМ, что-то похожее на алгоритм Брезенхема.
В сети нашёл инвертор на 2кВт с PDM Кухтецкого С.В. http://www.icct.ru/node/87
Помнится, что вы также занимались плавкой металлов, что-то сделали и выложили (не помню где). У вас какой принцип используется?

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


Вернуться к началу
 Профиль  
 
СообщениеДобавлено: 23-05, 22:43 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 06-09, 12:59
Сообщения: 9103
Откуда: Одесса
В ближайшее время постараюсь подготовить модель с PDM, в основе которой будет элементная база Вашей модели.

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


Вернуться к началу
 Профиль  
 
СообщениеДобавлено: 24-05, 09:33 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 31-12, 20:51
Сообщения: 5886
Откуда: Ростовская обл.
valvol писал(а):
В ближайшее время постараюсь подготовить модель с PDM, в основе которой будет элементная база Вашей модели.
Было бы замечательно, но мне, право, как-то неудобно, что вы тратите своё время на меня.
Спасибо! :frends:

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


Вернуться к началу
 Профиль  
 
СообщениеДобавлено: 24-05, 11:15 
Не в сети
Участник

Зарегистрирован: 15-09, 18:44
Сообщения: 67
Maikl писал(а):
valvol писал(а):
В ближайшее время постараюсь подготовить модель с PDM, в основе которой будет элементная база Вашей модели.
Было бы замечательно, но мне, право, как-то неудобно, что вы тратите своё время на меня.
Спасибо! :frends:

Вот схемка PDM с ФАПЧ для литейки..давно это было.
PS.. как картинку вставить?


Вернуться к началу
 Профиль  
 
СообщениеДобавлено: 24-05, 11:50 
Не в сети
Магистр
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 31-12, 20:51
Сообщения: 5886
Откуда: Ростовская обл.
e-nik, загляни сюда: topic306.html

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


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 146 ]  На страницу 1, 2, 3, 4, 5 ... 10  След.

Часовой пояс: UTC + 4 часа


Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 0


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения

Перейти:  

| |

cron
Powered by Forumenko © 2006–2014
Русская поддержка phpBB
turbobit mega.co.nz depositfiles files.dp.ua ... imageup ... ... ... ...
Рейтинг@Mail.ru