Мощный генератор напряжения произвольной формы Опции

[vrmsumy]

Добрый вечер!

Разрабатываю интересный проект - генератор напряжения мощностью от 0 до 5кВт, амплитуда выходного напряжения 10-300 вольт, форма выходного напряжения - любая (непериодическая, несинусоидальная, несимметричная относительно нуля). Форма обеспечивается ШИМ с минимальной шириной импульса 50мкс.
Пока нахожусь на этапе моделирования схемотехники в LTSpice. В основе - два параллельно работающих прямоходовых преобразователя - один обеспечивает положительную "полуволну" напряжения, второй - отрицательную.

Столкнулся с такой проблемой - как обеспечить быстрое размагничивание сердечника импульсного трансформатора так, чтобы при этом минимум энергии попало в нагрузку?
Сейчас получается, что при закрывании ключа происходит размагничивание сердечника через размагничивающую обмотку, при этом на нагрузке возникает импульс напряжения отрицательной полярности. Как сделать так, чтобы этого импульса не было или он был минимальным? Поставить диод в цепь нагрузки - очень нежелательно.

Буду благодарен за любые идеи.

[Herz]

Вы хотите обеспечить меня полным комплектом КД, рассчитать мне тепловой режим, выбрать корпус+СО и изготовить несколько опытных образцов? Извините, но вроде бы я пишу не в тему "Предлагаю работу"

Нет, все го лишь хочу предотвратить неверные догадки и ненужные обсуждения. Кроме того, Вам ведь известна поговорка: правильно сформулированный вопрос содержит половину ответа?
С последними тремя пунктами тоже советую не торопиться. Минимизировать можно только то, что уже вырисовалось. Пока... задача выглядит в такой постановке нерешаемой.

Вы имеете ввиду ток обмотки размагничивания?
Наверное, его, потому что ток первичной и вторичной обмоток ничем не отличается от токов обычного "классического" прямохода.
По поводу тока обмотки размагничивания - он во столько раз меньше тока первичной обмотки, во сколько раз количество витков в обмотке размагничивания больше количества витков в первичной обмотке. Коэффициент трансформации, однако.

Магнитный поток: Ф=L*I - по закону коммутации не может измениться мгновенно.

Вот именно. А индуктивность размагничивающей обмотки растёт пропорционально квадрату её витков. Вот и выбирайте: либо размагничиваем быстро килоамперами, либо амперами, но до-о-о-о-лго....

Интересно, как вы представляете сигнал с периодом 10с пропускать через нежелезный трансформатор?

ШИМом.

ШИМом - это, конечно, замечательно, но надо только помнить, что нижняя гармоника ШИМа - как раз та, с периодом 10с...

Понял, спасибо. Сетевой трансформатор - имеется ввиду для гальванической развязки с питающей сетью?

Только так, по-видимому. Если для гальванической развязки использовать трансформатор (а что ещё на 5кВт?), то применять его нужно там, где есть симметрия.

[vrmsumy]

Вот именно. А индуктивность размагничивающей обмотки растёт пропорционально квадрату её витков. Вот и выбирайте: либо размагничиваем быстро килоамперами, либо амперами, но до-о-о-о-лго....

Ок. Считаем. Для простоты будем считать что сопротивление нагрузки бесконечность, трансформатор идеальный, ключи идеальные, потерь в меди нет.
Дано: индуктивность 1-го витка Al=10мкГн, в первичной обмотке Npri=10 витков, во вторичной 10 витков, в обмотке размагничивания Nrazm=100 витков. Напряжение источника питания U=300 В. Основной силовой ключ был включен 10 мкс.
1. Индуктивность первичной обмотки Lpri=Al*Npri^2=1000 мкГн, вторичной обмотки такая же, обмотки размагничивания Lrazm=Al*Nrazm^2=100000 мкГн
2. За время включения основного силового ключа ток в первичной обмотке возрос от 0 до Ipri.max=U/L*t=300/0.001*0.000010=3 А
3. За время включения основного силового ключа в сердечнике возник магнитный поток Ф=Lpri*Ipri.max=0.001*3=0.003 Вб
4. Все время включения основного силового ключа (10мкс) на вторичной обмотке было напряжение 300 вольт (коэффициент трансформации первичной обмотки ко вторичной 1:1).
5. Основной ключ закрылся, ключ обмотки размагничивания открылся, магнитный поток по закону коммутации остался таким же.
6. В обмотке размагничивания возник ток Irazm.max=Ф/Lrazm=0.003/0.1=0.03 А
7. Ключ обмотки размагничивания был открыт время, достаточное для спадания тока обмотки размагничивания от Irazm.max до 0: t=Irazm.max*Lrazm/U=0.03*0.1/300=0.000010 сек
8. Сердечник полностью размагнитился, за время открытия ключа на вторичной обмотке было напряжение -30 вольт (коэффициент трансформации обмотки размагничивания ко вторичной обмотке 10:1).

Килоампер не вижу. Получили что хотели - на вторичной обмотке импульс +300 вольт длительностью 10 мкс, а за ним импульс -30 вольт длительностью 10 мкс. Проинтегрировали фильтром - получили нужную форму напряжения с постоянной составляющей.

В чем неправ?

ШИМом - это, конечно, замечательно, но надо только помнить, что нижняя гармоника ШИМа - как раз та, с периодом 10с...

Если в процессе формирования нужной формы напряжения не возникает насыщения сердечника трансформатора в принципе - то какая разница чему равен период 1-й гармоники - 10 секунд или 10 лет?

[injener]

Если в процессе формирования нужной формы напряжения не возникает насыщения сердечника трансформатора в принципе - то какая разница чему равен период 1-й гармоники - 10 секунд или 10 лет?

Открываем какой-нибудь букварь по трансформаторам и видим, что сечение сердечника пропорционально напряжению и обратнопропорционально частоте и виткам, а также индукции...

Посмотрите на 50Гцовые трансформаторы, на их габариты и ответьте, на сколько вырастут габариты 0,1Гцового трансформатора? Именно из-за это развязываться, на мой взгляд, лучше по сети.

[vrmsumy]

Открываем какой-нибудь букварь по трансформаторам и видим, что сечение сердечника пропорционально напряжению и обратнопропорционально частоте и виткам, а также индукции...

Вы определитесь пожалуйста, какие в "букваре" требования к трансформатору. Может быть два взаимоисключающих подхода:
1. Известно напряжение, частота и параметры сердечника - нужно найти количество витков (то есть нужную индуктивность первичной обмотки).
2. Известна индуктивность первичной обмотки (например экспериментальным методом) - нужно узнать на какой минимальной частоте и/или максимальном напряжении может работать этот трансформатор.

Индуктивность для расчета процессов в трансформаторе - первична. Сечение, кол-во витков и т.д - способ расчета индуктивности. Причина и следствие.

По поводу трансформатора, способного передать сигнал частотой 0.1Гц - я не предлагаю накапливать всю энергию за этот период времени в сердечнике трансформатора.

А не смущает ток в размагничивающей обмотке 0.03А вместо положенных 0.3А ?

Так получается из расчета. Может и ошибся. Моделирование, однако, расчет подтверждает.

Формула то у вас для магнитного потока одновиткового контура.

Эта формула не имеет никакого отношения к конфигурации магнитного поля. Она универсальна.

А можно схемотехнически изобразить, как два прямоходовых работают на общую нагрузку, один в положительность, другой в отрицательность?
Лет шесть назад вертелась в мозгу такая же мысль, а выразиться не смогла, запутавшись в диодах. Буду благодарен, до сих пор актуально.

Если имеется ввиду два прямохода, которые работают на общий трансформатор - то туда во вторичку диоды не поставить никак.
Если два прямохода работают каждый со своим трансформатором - то объединить их проще ключами - диодами сложно.
Готовой схемы, к сожалению, нет.

Быстрое размагничивание возможно, например 1) active clamp reset и 2) синхронным выпрямлением - фазами подвигать у выпрямляющих ключей.
Второй способ требует предсказуемой нагрузки.

Спасибо! Буду копать....

Сообщение отредактировал vrmsumy - Feb 26 2013, 07:41

[SergCh]

Так получается из расчета. Может и ошибся. Моделирование, однако, расчет подтверждает.
Эта формула не имеет никакого отношения к конфигурации магнитного поля. Она универсальна.

Правильный вид формулы для катушки, состоящей из N витков будет:
Ф=N*L*I
Так что всё же в размагничивающей обмотке будет 0.3А, и протекать они будут 100uS.
Чудес не бывает.



Сообщение отредактировал SergCh - Feb 26 2013, 07:49

[vrmsumy]

Правильный вид формулы для катушки, состоящей из N витков будет:
Ф=N*L*I
Так что всё же в размагничивающей обмотке будет 0.3А, и протекать они будут 100uS.
Чудес не бывает.

Понятно, спасибо!

Нашел вот такую схему


Похоже, это то что мне нужно. Буду копать в этом направлении.

ABCBE - спасибо огромное за подсказку!

[MK2]

Нашел вот такую схему


Похоже, это то что мне нужно. Буду копать в этом направлении.

Ни в коем случае дальше не копайте, cхема неправильна:
Qreset должен быть P-канальным.
Даже если его заменить, то все равно она больше подходит для низковольтового входа.
Для высокого входного требуется другой кламп.