Power Electronics

Посчитал, что первый-бракованный не в счёт... Амплитуда напряжение импульса, до резистора 5 В.
А вот следующая-неудачная осциллограмма, снята при 15 вольтах и сопротивлении резистора 5.6 К.
Но если вторая картинка нормальная, то давайте отталкиваться от неё?

_________________
Ученье свет,а не ученье-чуть свет и на работу.

Предварительный расчет показал, что сопротивление потерь обмотки порядка 5 кОм. В свою очередь, величина тестового резистора должна на 1...2 порядка (в 10...100 раз) превышать это значение. В противном случае результаты будут сильно искажены. Поэтому принятая раньше величина тестового резистора 81 кОм более подходящая по сравнению с последующим значением 5.6 кОм. Да и по осциллограмме видно, что тестовый резистор 5.6 кОм практически полностью демпфирует резонансный процесс в LC контуре.

Хорошо. Используйте образец расчета.

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

Для моделирования лучше использовать модель с параллельным Rp, а не последовательным Rs резистором потерь. Величину эквивалентного параллельного резистора можно найти по формуле:
Rp = L/(C*Rs)
Полученная модель хорошо соответствует эксперименту.

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

Сильно не пинайте . Знаю, виноват.
Резистор был уменьшен до значения 23.6 К, чтобы поднять амплитуду. И я это не озвучил, как и то, что импульсное напряжение 4.5 В , а не 5 В.
Далее привожу результаты расчетов:

И результаты моделирования:

Схожесть есть, но не прям один в один.

_________________
Ученье свет,а не ученье-чуть свет и на работу.

Ранее уже говорилось:

Так как тестовый резистор прикладывается параллельно сопротивлению потерь обмотки трансформатора.

Для этого надо поднимать амплитуду входного импульса. Это сделать достаточно просто при помощи источника требуемого напряжения (лабораторного блока питания) и дополнительного MOSFET, который открывается короткими импульсами логического уровня.

Есть ошибки. Вы же сами указали длительность полупериода 110 мкс, а в расчетах фигурирует длительность периода 225 мкс (полупериод 112.5 мкс). Затем амплитуда второго и третьего импульсов 625.8 и 95.9 мВ, а в расчетах 584 и 68.7 мВ. Или опять что-то напутали?

Пока привожу свою версию расчета:
1. Определяем частоту затухающих колебаний в контуре, если длительность полупериода 0.5*Tp = 110 мкс. Следовательно, Tp = 220 мкс, а частота затухающих колебаний равна:
F = 1/Tp = 1/0.00022 = 4545 Гц
2. Определим коэффициент затухания B. В нашем случае, за один полупериод 0.5*Tp=110 мкс, амплитуда колебаний уменьшилась с Va = 625.8 до Va = 96.9 мВ. Следовательно, коэффициент затухания B равен:
B=ln(Va1/Va2)/(0.5*Tp)=ln(625.8/96.9)/0.00011=16958
3. Определим собственную частоту колебательного контура:
Fo=sqrt((2*pi*F)^2+B^2)/(2*pi)=sqrt((2*pi*4545)^2+16958^2)/(2*pi)=5286 Гц
4. Зная частоту собственных колебаний и величину резонансного конденсатора C2=6.1нФ, определяем индуктивность катушки индуктора L:
L=1/((2*pi*Fo)^2*C2)=1/((2*pi*5286)^2*0.0000000061)=0.148513 Гн
5. Зная коэффициент затухания B и индуктивность L определим сопротивление потерь Rs, включенное последовательно с L:
Rs=B*2*L=16958*2*0.148513=5040 Ом.
6. Перейдем к параллельному сопротивлению потерь:
Rp = L/(C*Rs) = 0.148513/(0.0000000061*5040) = 4830

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

Эксперименты и расчеты похоже подходят к концу и уже пора думать о практической реализации ключа и демпфера. Вы как собираетесь включать симистор? В произвольные моменты времени или в пике синусоиды? Если в произвольные моменты, то трансформатор будет регулярно подвергаться сильной электромагнитной нагрузке (насыщаться) и условия работы демпфера будут практически неопределенные. Поэтому трансформатор лучше включать в пике синусоиды. Вы уже сделали таймер на контроллере и поэтому организовать требуемый режим включения, скорей всего, также сможете.

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

Уменьшил я его до того, как был сделан акцент о необходимой его величине. Напряжение поднимал до 15 В, осциллограмму прилагал... Если сопротивление оставить 81 К, приемлемой картины на осциллографе не получалось увидеть...

Понимаю прекрасно, что утомил неточностью. Осциллограмма в "реальном времени" дребезжит, поэтому работал с статичной картинкой. А она не всегда одинаковая. Поэтому оставил Ваши расчеты.
Вот осциллограмма в формате GIF.

_________________
Ученье свет,а не ученье-чуть свет и на работу.

"Контролер" как я писал ранее, уже готовый. Поэтому программная часть затрагиваться не будет.
Имеет такой вид:

Насколько я понял, тиристор открывается в нуле синусоиды. В подтверждение тому, говорит и тот факт, что регулируется две величины. "Время" и мощность.
И здесь видео:

Автор удивляется поведению симистора... Ну да ладно, видео не для критики прикрепил, а из за осциллограммы.
Кстати! А как бы реализовали открытие симистора в пике синусоиды? Программно считали бы 5 мс, по прерыванию от момента перехода через ноль? Или усложнили бы схемотехнику и детектировали непосредственно пик синусоиды?

_________________
Ученье свет,а не ученье-чуть свет и на работу.

Похоже на то. Не самое лучшее решение. Скорей всего, именно этим вызван спад тока в первом полупериоде, следующий после пика синусоиды напряжения. Трансформатор просто насыщается.

Используете какую-то схему детектора перехода через ноль сетевого напряжения. Допустим, каждый переход через ноль вызывает прерывание контроллера и тот считает длительность полупериода в своих тиках. Потом делит количество тиков пополам (сдвигом вправо на 1 бит) и получает середину полупериода, которую сохраняет в неком регистре. Далее, когда надо включить симистор, дожидаемся очередного перехода через ноль, загружаем в другой счетчик половину полупериода и запускаем счет. По окончанию счета тот должен вызвать соответствующее прерывание, которое включит симистор. После включения симистора считается время сварки. После завершения этого времени выключаем симистор.
При этом надо помнить, что симистор не полностью управляемый прибор. Включается он тогда, когда мы захотим, а вот выключается только тогда, когда обнулится ток, протекающий через него. Т.е. после перехода кривой тока через ноль. А после этого активизируется RC демпфер, который предотвратит самопроизвольное повторное включение симистора. И так далее ...

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

Пример моделирования демпфера.
Для низкочастотных данных строим модель, позволяющую нам определить условия (скорость изменения тока и напряжение смещения) предшествующие моменту коммутации.

Моделирование показывает, что если симистор включается в пике синусоиды сетевого напряжения, ток в первичной обмотке трансформатора сразу принимает некое установившееся значение, которое практически не меняется в последующих периодах сетевого напряжения.
Отключение симистора происходит после того, как ток, протекающий через него, достигнет нулевого значения. Согласно моделирования, модуль скорости изменения тока в этот момент составляет 1.747 кА/сек. Напряжение смещения равно амплитудному значению сетевого напряжения Vs = 310 В.
Для высокочастотных данных строим модель, имитирующую работу демпфера.

Моделирование показывает, что демпфер ограничивает скорость возрастания напряжения на закрытом симисторе до 10 МВ/сек.
Аналогичные расчет и моделирование нужно провести для случая нагруженной вторичной обмотки трансформатора.

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

Это все понятно, это самая простая реализация, самое простое решение, что приходит на ум. Не уверен, что меня посетит вдохновение, писать прошивку для "контактной сварки". Потому как это обреченный проект и попросту убитое время. Повторять его никто не станет, Китайцы со своими конструкциями, "впереди планеты всей".


К сожалению отталкиваюсь от того, что есть в наличии. Если только в Китайскую плату внести изменения, в детектор перехода через ноль. Чтобы сместить синхроимпульс на пол полупериода. Но тогда программная (а следовательно и аппаратная) часть, станет работать неадекватно. А диапазон регулировки времени будет сильно усечен.

Вторичная обмотка на подопытном отсутствует (на быструю руку, конечно можно намотать, правда не полным сечением по меди). Как не крути, первопричина в том, что симистор открывается "не вовремя"

_________________
Ученье свет,а не ученье-чуть свет и на работу.

Без проблем. Если вдруг вдохновение появится, то пишите. Продолжим обсуждение.

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

Спасибо за помощь и потраченное время
В образовательных целях, решил посмотреть в интерне, конструкции которые эксплуатируются и принципы их работы. Надеюсь ссылка на сторонний форум не будет считаться "преступлением". Разумеется все источники и материалы прилагать не стану. Смысл в том, что тиристоры-симистор коммутируют трансформатор почти в нуле синусоиды. Собственно тому есть простое объяснение. Всегда присутствует необходимость в регулировке мощности в импульсе, а не только его длительности. Точнее в подстройке мощности. Ведь даже если предположить, что свариваемые элементы не будут менять своих физических и механических свойств и будут величиной постоянной. То характеристики сварочной цепи и сварочного аппарата в целом, это как раз величина переменная, по определению.
Рыськова З.А.Трансформаторы для электрической контактной сварки.1990.djvu начиная со стр. 280 рассматривается режим фазового регулирования мощности.

_________________
Ученье свет,а не ученье-чуть свет и на работу.

Сначала по переходным процессам. Читаем второй абзац на стр.283 книги по вашей ссылке. Там написано, что переходные процессы в трансформаторе отсутствуют, если включение производится в нуле тока. Для трансформатора без вторичной обмотки (дросселю), как в вашем случае, этот момент соответствует пику синусоиды напряжения. Если же трансформатор имеет вторичную обмотку, которая замкнута на сварочную точку, то нуль тока смещается ближе к нулю напряжения (появляется активная составляющая в полном сопротивлении первичной обмотки). При нулевой индуктивности рассеяния трансформатора ноль тока вообще практически совпадет с нулем напряжения. Однако, если индуктивность рассеяния велика (как в случае использования трансформатора от микроволновки с дисковыми обмотками), эффект будет гораздо менее заметным.
Теперь по насыщению. Сердечник трансформатора перемагничивается в течении одной полярности напряжения от -Bm до +Bm. И, соответственно, при другой полярности напряжения наоборот от +Bm до -Bm. Если вы стартуете трансформатор, когда его сердечник размагничен, в начале синусоиды напряжения, то в пике синусоиды он доедет до Bm, а дальше намагничиваться будет некуда, т.к. там уже Bs рядом.
Поэтому, если желаете регулярно включать трансформатор в нуле напряжения, мотайте соответствующую этому случаю первичную обмотку. Или меняйте эпизодически симисторы.

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