Как устроен высоковольтный преобразователь «Разряд-1». Для чего он используется на уроках физики. Каковы основные технические характеристики прибора. Какие эффекты можно продемонстрировать с его помощью. Насколько безопасен «Разряд-1» при правильном использовании.
Что представляет собой высоковольтный преобразователь «Разряд-1»
«Разряд-1» — это компактный высоковольтный преобразователь, предназначенный для демонстрации различных электрических явлений на уроках физики в школе. Данный прибор преобразует низкое напряжение (обычно 12 В от аккумулятора) в высокое напряжение порядка 25-30 кВ.
Основные компоненты «Разряда-1»:
- Преобразователь напряжения на транзисторах
- Высоковольтный трансформатор
- Выпрямитель высокого напряжения
- Высоковольтные конденсаторы
- Разрядник
Прибор размещен в пластиковом корпусе с изолированными выводами для подключения источника питания и высоковольтных электродов. На панели управления расположены тумблер включения и регулятор выходного напряжения.
Принцип работы высоковольтного преобразователя
Рассмотрим основные этапы работы «Разряда-1»:
- Низкое постоянное напряжение 12 В подается на вход преобразователя
- Преобразователь генерирует переменное напряжение высокой частоты (10-20 кГц)
- Высокочастотное напряжение поступает на первичную обмотку высоковольтного трансформатора
- На вторичной обмотке трансформатора формируется высокое напряжение до 30 кВ
- Высокое переменное напряжение выпрямляется и сглаживается
- Постоянное высокое напряжение подается на выходные электроды
Таким образом, «Разряд-1» позволяет получить высокое постоянное напряжение, необходимое для проведения опытов по электростатике.
Технические характеристики преобразователя «Разряд-1»
Основные параметры прибора:
- Входное напряжение: 12 В постоянного тока
- Потребляемый ток: до 2 А
- Выходное напряжение: регулируемое, 0-30 кВ
- Выходной ток: до 1 мА
- Частота преобразования: 15-20 кГц
- Габариты: 200x150x100 мм
- Вес: 1,5 кг
Прибор имеет защиту от короткого замыкания и перегрузки по току. Регулировка выходного напряжения осуществляется плавно в диапазоне от 0 до максимального значения.
Применение «Разряда-1» в школьных демонстрациях
Высоковольтный преобразователь «Разряд-1» позволяет продемонстрировать целый ряд интересных электрических явлений:
- Электризация различных тел трением и влиянием
- Взаимодействие заряженных тел
- Электрический ветер
- Свечение газов в электрическом поле
- Коронный разряд
- Искровой разряд
- Электрофорная машина
С помощью «Разряда-1» можно собрать интересные установки, например, электрический маятник или «танцующие человечки».
Меры безопасности при работе с высоковольтным преобразователем
При правильном использовании «Разряд-1» является безопасным прибором. Однако необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:
- Работать только на изолирующем основании
- Не прикасаться к высоковольтным электродам
- Использовать изолирующие штативы и держатели
- Не допускать попадания влаги на прибор
- Отключать питание после окончания опытов
- Разряжать высоковольтные конденсаторы
Демонстрационные опыты должны проводиться учителем. Ученикам запрещается самостоятельно включать прибор и проводить эксперименты.
Преимущества использования «Разряда-1» на уроках физики
Применение высоковольтного преобразователя «Разряд-1» в школе имеет ряд важных преимуществ:
- Наглядная демонстрация электрических явлений
- Повышение интереса учащихся к изучению физики
- Возможность проведения количественных измерений
- Компактность и мобильность прибора
- Безопасность при правильном использовании
- Универсальность применения в разных опытах
Все это делает «Разряд-1» незаменимым инструментом для школьного кабинета физики.
Эффектные демонстрации с использованием «Разряда-1»
Рассмотрим несколько интересных опытов, которые можно провести с помощью высоковольтного преобразователя:
Электрический ветер
К выводу «Разряда-1» подключают металлическое острие. При подаче высокого напряжения вокруг острия возникает коронный разряд и ощущается слабое движение воздуха — электрический ветер. С его помощью можно отклонять пламя свечи или вращать легкую крыльчатку.
Свечение газов
Если поднести к электроду «Разряда-1» стеклянную трубку с разреженным газом, она начнет светиться характерным цветом. Например, неон дает оранжево-красное свечение, а аргон — голубовато-зеленое. Этот эффект позволяет наглядно продемонстрировать природу газового разряда.
Искровой разряд
При достаточном напряжении между электродами «Разряда-1» проскакивает яркая искра, сопровождаемая характерным треском. Можно показать, как искра пробивает лист бумаги или прожигает тонкую фольгу. Этот эффектный опыт всегда вызывает интерес у школьников.
Совершенствование конструкции «Разряда-1»
За время использования преобразователя «Разряд-1» в его конструкцию был внесен ряд улучшений:
- Повышена надежность изоляции высоковольтных цепей
- Улучшена стабильность выходного напряжения
- Добавлена плавная регулировка выходного напряжения
- Увеличен диапазон регулировки (до 30 кВ)
- Снижены массогабаритные показатели прибора
- Повышена устойчивость к короткому замыканию
Эти изменения сделали «Разряд-1» еще более удобным и безопасным в использовании.
Альтернативные источники высокого напряжения
Помимо «Разряда-1» для школьных демонстраций могут применяться и другие источники высокого напряжения:
- Электрофорная машина
- Генератор Ван де Граафа
- Индукционная катушка
- Трансформатор Тесла
Однако «Разряд-1» имеет преимущества в компактности, безопасности и удобстве использования. Он позволяет быстро подготовить и провести демонстрации, не требуя сложной настройки.
Выпрямитель высоковольтный — Справочник химика 21
При электровзрывной обработке механическое воздействие на материалы и заготовки осушсствляется ударными волнами, возникающими при высоковольтных импульсных разрядах в жидкости. При приложении к двум электродам, находящимся в жидкости, например в технологической воде, высокого напряжения (десятки киловольт) между ними проскакивает искра, сопровождаемая сильным выделением пара и газа, образующим вокруг нее парогазовый пузырь. Если к межэлектродному промежутку приложить весьма кратковременный импульс тока, то выде.тение газа и пара сводится к минимуму, а в жидкости появляется ударная волна давления большой силы, распространяющейся во все стороны в плоскости, перпендикулярной оси разряда. В качестве генератора импульсов обычно используют схему, как на рис. 9.12 —с конденсатором-накопителем, заряжаемым от высоковольтного трансформатора через выпрямитель. Разряд происходит при достижении на конденсаторе рабочего напряжения сначала пробивается формировочный промежуток, а за НИМ рабочий промежуток.
Высоковольтный генератор предназначен для соединения постоянного (или пульсирующего) напряжения между анодом и катодом необходимой величины и тока питания нити накала рентгеновской трубки. В основе источника высокого анодного напряжения — повышающий трансформатор ВТР и выпрямитель [2, 21]. [c.291]
Основными источниками высокого напряжения являются выпрямители с высоковольтными трансформаторами, каскадные генераторы и электростатические генераторы. Выпрямительные устройства используют при мощностях установок выше 10 кВт. Каскадные генераторы являются сравнительно маломощными. Особое место занимают электростатические генераторы, основанные на преобразовании [c.76]
По сравнению с ВДП электронные установки намного дороже, так как для них требуются высоковольтные источники питания постоянного тока. Последние состоят из повышающих трансформаторов и высоковольтных выпрямителей, собираемых на тиратронах или селеновых элементах. В настоящее время для ЭЛУ разрабатываются высоковольтные выпрямители на кремниевых диодах. На крупных установках для стабилизации тока пучка применяются также параметрические источники тока.
Основными частями агрегата (рис. 34) являются высоковольтный однофазный трансформатор, механический выпрямитель, высоковольтный переключатель (монтируются в металлической кабине шкафного типа) панель управления с аппаратурой управления, контроля, защиты и сигнализации (устанавливается отдельно). [c.88]
Машинные залы, как правило, представляют собой изолированные от цеха помещения, предназначенные для размещения в них основного электрооборудования прокатных двигателей, машин преобразовательных агрегатов, ртутных выпрямителей, высоковольтных распределительных устройств, трансформаторов, щитов станций управления и др. Этим обеспечивается защита электрических машин и аппаратов от вредного воздействия специфической среды металлургического производства и существенно облегчаются условия эксплуатации электрооборудования. Обычно машинные залы располагаются вдоль линии стана. Это позволяет максимально приблизить оборудование, расположенное внутри машинного зала, к электрооборудованию, расположенному в цехе, и уменьшить расход соединительных проводов. [c.262]
Надежное высоковольтное питание постоянным током является необходимым условием для работы электрофильтров, поскольку на промышленных установках применяются отрицательные потенциалы до 90 кВ, а для очистки окружающего воздуха применяются положительные потенциалы до 13 кВ. Ток, подаваемый на промышленные электрофильтры, в соответствии с размером и режимом работы электрофильтра изменяется между 30 и 500 мПа, поэтому необходимы трансформаторы и- выпрямители мощностью до 40 кВ-А. Поскольку скорость миграции зависит от зарядки н напряженности осадительного поля, необходимо прикладывать наибольшее возможное напряжение, не вызывающее зажигание дуги. [c.500]
Разница в отметках высоты между оборудованием электропитания и изоляторами на высоковольтном электроде должна сохраняться минимальной не только потому, что стоимость высоковольтного кабеля очень велика, но и потому, что состав изоляционной пропитки изменяется и может привести к пробою изоляции. Наилучшим расположением считается установка оборудования регулирования напряжения, трансформатора и выпрямителя сверху электрофильтра и соединение высоковольтных электродов с шинами.
Для регистрации активности счетчик Гейгера—Мюллера включают в схему, в которой импульс тока под действием напряжения, создаваемого высоковольтным выпрямителем, поступает на усилитель, не только усиливающий малый ток импульса, но и формирующий его для дальнейшей регистрации. С усилителя импульс тока подается на пересчет-ное устройство и затем на электромеханический счетчик импульсов. Назначение пересчетного устройства пропускать на механический счетчик лишь малую, определенную долю импульсов тока, так как электромеханический счетчик не может регистрировать большие скорости счета. [c.337]
Подготовка установки к работе. Прежде чем приступить к измерению, по паспорту проверяют правильность включения всех блоков установки. Тумблеры, кроме тумблера на электромеханическом счетчике, ставят в положение выключено , а ручку регулятора напряжения на высоковольтном выпрямителе, поворачивают против часовой стрелки до упора. В установку ПС-5М включают блок УГС-1. [c.341]
Снятие счетной характеристики счетчика Гейгера — Мюллера. После прогревания высоковольтного выпрямителя в течение 15 мин можно [c.341]
Для его питания необходим высоковольтный стабильный источник постоянного тока. Таким источником могут служить сухие анодные батареи (БАС), соединенные последовательно, чтобы обеспечивать нужное напряжение (обычно 1200—1600 в). Часто применяют специальные стабилизированные выпрямители, например ВС-9, ВС-16 или ВС-22. [c.189]
Оксид серы (IV) поглощают водой в абсорберах 15, 16, наполненных насадкой из стеклянных трубочек. Образующийся туман серной кислоты улавливают в электрофильтре 17. Электрофильтр представляет собой стеклянную трубку диаметром 50—60 мм и длиной 500 мм, к которой снизу припаян кран, а сверху вставлена пробка с пропущенной через ее центр 3—5 мм медной проволокой. Снаружи трубка обмотана алюминиевой фольгой, которая заземлена и служит положительным электродом. Медная проволока соединена с высоковольтным преобразователем типа Разряд-1 , питание которого осуществляется выпрямителем на 12 В типа ВС-24М. Медная проволока служит отрицательным электродом. Электрофильтр подключается к клеммам 25 кВт преобразователя. Установка может быть смонтирована и без электрофильтра, 1Ю при этом выход серной кислоты уменьшится на 10—15%. [c.27]
Высоковольтные блоки питания. Целесообразно рассмотреть как типовые, так и перспективные структурные схемы высоковольтных источников вторичного электропитания. Типовая схема (рис. 4.3) содержит преобразователь Пр, трансформатор Тр, выпрямитель В, фильтр Ф и стабилизатор С. Преобразователь необходим, если используется автономный источник питания (батареи или аккумулятор) он должен содержать автогенератор Аг и усилитель мощности УМ. Для уменьшения [c.135]
I — блок индикации и клавиатуры 2 — блок управления 3 — блок питания 4 — сигнализатор 5 — блок преобразователя с регулятором напряжения б — высоковольтный трансформатор с емкостным делителем 7, 9 — делители напряжения высоковольтный трансформатор с выпрямителем и реостатным делителем 10 — детектор искрового пробоя 1] — щуп [c.506]
Измерение активности препарата по -излучению с помощью торцового счетчика производят на специальных счетных установках, состоящих иэ счетчика, высоковольтного выпрямителя для питания счетчика, усилителя импульсов, пересчетной схемы, позволяющей увеличить допустимую скорость счета, и электромеханического счетчика импульсов (например, установка типа Б , типа Флокс и др.). [c.247]
Счетная установка типа Б состоит из входного блока (обычно жестко прикрепленного к свинцовой защите), высоковольтного выпрямителя (на 25 ООО В) для питания газового счетчика, пересчетного прибора и электромеханического счетчика. [c.454]
Широко распространен радиометр Б-2, состоящий из входного блока типа БГС-2 (с держателем счетчиков) и блока типа ВСП. Последний включает высоковольтный выпрямитель для питания газовых счетчиков, пересчетное устройство и электромеханические счетчики с объединенной лицевой панелью (рис. 86). [c.455]
ДЛЯ отделения раствора щелочи, сокращается в 3—6 раз, для отделения воды — в 2,5—5 раз. Так как для создания одинакового градиента поля на электроды пилотных электроразделителей подается меньшее (пропорционально уменьшению расстояния) напряжение, уменьшение расстояния между электродами приводит к снижению требований к изоляторам, выпрямителю, высоковольтному кабелю. Очевидно, уменьшать расстояние между электродами целесообразно в электроразделителях, предназначенных для очистки светлых нефтепродуктов, при которой электроды сильно нр зягряяняются. Для удобства монтажа электродов с уменьшенным зазором их целесообразно изготавливать и поставлять готовыми секциями. [c.26]
Перед пуском обслуживающий персонал должен убедиться в исправности электрооборудования (выпрямитель, высоковольтный кабель, изоляторы, электроды), контрольно-измерительных приборов (манометры, регуляторы раздела фаз) и регулятора верхнего уровня, блокирующего высокое напряжение в случае появления в аппарате газовой фазы. Особое внимание перед пуском следует уделить внутреннему осмотру электроразделителя, проверить правильность монтажа, убедиться в отсутствии в аппарате посторонних предметов. Необходима тщательная проверка проходного и подвесных изолято- [c.75]
Распределительный щиток предназначен для распределения проводов к электродвигателю механического выпрямителя, высоковольтному трансформатору, дистанционным кнопкам управления и сигнализации, дверному блок-контакту, зайемлению и соединения остальных цепей электроагрегата. [c.65]
В номощепии подстанции устанавливается щит управления б, па который подается ток низкого напряжения. Две фазы тока проходят через регулятор напряжения 2 — автотрансформатор в отечественных установках меняя величину низкого напряясения, получают соответственно разную величину высокого напряжения сообразно требуемым условиям электроочпстки. Далее ток поступает в высоковольтный однофазный трансформатор 3, где напряжение его повышается до 40 —75 юв переменный ток высокого напряжения подводится к двум щеткам механического выпрямителя 4. [c.385]
Устройство электрофильтров. Установка для электрической очистки газов включает обычно электрофильтр и преобразовательную подстанцию с соответствующей аппаратурой. Для питания установки выпрямленным током высокого напряжения используютэлектрическиеагрегаты(рис.У-51), состоящие из регулятора напряження /, трансформатора 2, повышающего напряжение переменного тока с 380/220 в до 100 кв, и высоковольтного выпрямителя 3. После выпрямителей ток подводится к электродам 4 я 5 электрофильтра 6. Корпус электрофильтра обычно имеет прямоугольную [c.240]В результате многократного отражения на внутренней поверхности сферы создается усредненная освещенность. В регистрирующей схеме в качестве приемника энергии используют фотоумножитель ФЭУ-39, в интегрирующей сфере для него имеется специальное отверстие. Перед торцом фотокатода установлен затвор, позволяющий открывать фотоумножитель только на время измерения. Напряжение питания иа ФЭУ подается от высоковольтного выпрямителя ВС-22. Фотоумножитель подключен к селективному микровольтметру В6-4, настроенному на частоту модуляции светового иоюка. С выхода вольтметра усиленный сигнал поступает иа синхронный детектор КЗ-2 продетектированный сигнал записывается электронным потенциометром ЭПП-09, [c.169]
Для усиления фотопотока, поступающего с фотоэлектронного умножителя, применяли фотоэлектрический усилитель Ф-120/2 с коэффициентом усиления Кус = 7000. Усилитель питается постоянным током. Индикатрисы записывали осциллографом Н-107. Для питания фотоэлектронного умножителя разработан малогабаритный высоковольтный стабилизированный выпрямитель, который представляет собой двухдиапазонный стабилизированный источник напряжения от 600 до 2000 В. Питание контрольноизмерительной аппаратуры установки осуществляется от универсального блока питания со следующими пределами напряжения и мощности 127 В — Ю Вт 27 В —»30 Вт 2×50 В—3 Вт 1 -7-8 В — 3 Вт 2 В — 0,6 Вт. Для удобства юстировки экспериментальной установки лазер, элементы оптической системы, фото- электронный умножитель и кювета крепятся на оптической скамье и закрываются светозащитным кожухом. [c.316]
Радиоактивный препарат (500—1000 имп1мин) помещают в фиксированном положении в защитном домике счетчика. Устанавливают максимальную кратность пересчета и переключают прибор для работы. Затем, включив прибор, медленно вращают ручку регулировки высоковольтного выпрямителя по часовой стрелке до положения, при котором неоновые лампы пересчетного прибора начинают сигнализировать о прохождении импульсов (напряжение начала счета). Измеряют активность препарата при напряжении начала счета в теченне 2 мин. Повышают напряжение на счетчике на 50 в и повторяют измерение активности препарата. Снова повышают напряжение на 50 в и измеряют активность. Так поступают до тех пор, пока регистрируемая активность не возрастет на 20—30%. Не следует повышать напряжение настолько, что [c.342]
Лазеры на углекислоте обладают наиболее высоким КПД по сравнению с другими, но обладают тем недостатком, что дают луч с длиной волны 10,6 мкм (инфракрасный диапазон). Так как многие тела плохо поглощают свет с такой длиной волны, их приходится покрывать обмазкаш с высоким коэффициентом поглощения на базе фосфатов или графита. Для работы в непрерывном режиме активная среда в излучателе возбуждается стационарным тлеющим разрядом между расположенными в излучателе электродами, к которым подведено напряжение от высоковольтного выпрямителя. В целях стабилизации разряда выпрямляющее устройство имеет круто падающую характеристику. [c.383]
Оовоен также серийный выпуск электронных плавильных и нагревательных установок мощностью до 250 кет в виде высоковольтных агрегатов, питаемых постоянным током от ионных или полупроводниковых выпрямителей. В этих установках можно производить плавку и рафини-ровку любых металлов с очень высокой степенью их очистки и дегазации, зонную очистку и спекание. [c.17]
Важнейшей деталью аппаратуры для электромиграции является источник постоянного тока. Для электрофореза на бумаге необходим источник с регулируемым напряжением порядка 200—600 б и с силой тока до 50 ма, для высоковольтного электрофореза — источник с напряжением 3000—10 ООО б и с силой тока до 500 ма. При электромиграции в геле или в пористой среде сила тока достигает 1 а при напряжении 200—600 в. Наиболее подходящим источником постоянного тока являются выпрямители с регулировкой выходного напряжения в требуемом диапазоне, питающиеся от обычной электросети. При небольшой силе тока достаточен, например, простой селеновый выпрямитель при электромиграции в агаре или силикагеле используют тиратроновые выпрямители и т. д. В большинстве случаев специального охлаждения не требуется. [c.542]
В. Катодная защита от электрокоррозии. Этот вид коррозии может возникнуть в случае нахождения защищаемого оборудования в зоне действия сильных внешних источников тока, например вблизи от высоковольтных линий электропередачи, трамвайных путей и т. п. Если в таких системах возникают токи утечки, то они могут послужить причиной появления в защищаемой системе электрокоррозии. При этом виде коррозии (рис. 1.4.47) ток утечки возвращается через кабель к рельсам. В этом случае электродренаж через металлический кабель к конструкциям, вызывающим ток утечки, может предотвратить электрокоррозию. В ряде случаев такой защиты оказывается достаточно, однако иногда требуется надежно отвести ток и обеспечить эффективную катодную защиту объектов. Так, в непосредственной близости от выпрямителя на соседних с ним кабелях или трубопроводах часто наблюдается коррозия, обусловленная током утечки. В этом случае, если через дренаж нельзя отвести весь ток утечки, то катодная защита достигается с помощью принудительного отвода тока утечки (рис. 1.4.47, в). При этом в систему отвода тока утечки дополнительно включается выпрямитель, связанный с сетью питания. При сильных колебаниях потенциала отводимого тока утечки применяют защитный выпрямитель, ограничивающий ток. Перегрузка катодного защитного выпрямителя в результате короткого замыкания контактных проводов, разрыва рельсов или влияния кабеля и трубопровода при слишком высоких напряжениях может быть предотвращена с помопц.ю соответствующих предохранителей. [c.130]
Основными частями генератора являются источники питания генераторной лампы (высоковольтный газотронный выпрямитель на 7 кет и ста-билизатор — траясфор- [c.129]
Высоковольтный выпрямитель может быть выполнен по однополу-периодной схеме с простым / С-фильтром. Недостатком такой схемы являются чрезмерно большие габариты и высокая стоимость трансформатора. Высоковольтный источник питания может быть также выполнен на базе высокочастотного генератора. Выходное напряжение генератора подается на повышающий трансформатор и далее на однополупериодный выпрямитель или схему удвоения. Очевидно, фильтрацию [c.302]
Защита от мягкого излучения америция-241 сравнительно проста и немассивна вполне достаточно сантиметрового слоя свинца. В этом одна из причин появления многочисленных приборов с америцием-241. В частности, предложена конструкция просвечивающего аппарата размером чуть больше спичечного коробка для медицинских целей. Америциевый источник гамма-излучения — шарик диаметром 3—4 см — основа такого аппарата, которому, кстати, в отличие от рентгеновской установки пе нужна громоздкая высоковольтная аппаратура — трансформаторы, выпрямители, усилители и т. д. [c.413]
Модуль питания высоковольтного преобразователя постоянного тока |Spellman MCP4
(Ref. 128152-001 REV. B)
Input Voltage:
+24Vdc, ±5%
Input Current:
700 mA maximum
Output Voltage:
0 to 4kV, continuously variable over the entire output range
Output Current:
600uA maximum
Current Limit:
1900uA maximum
Polarity:
Reversible polarity inherent by design
Isolation Voltage:
Up to 15kV total to ground.
Note: When the unit output is set to zero and no load is connected: If the reference supply is positive (up to +15kV), +VE will always be less than 100V with respect to -VE. If the reference supply is negative (up to -15kV), a 47MΩ pre-load resistor fitted within the MCP4 limits +VE (with respect to -VE) to ≤ 1400V
Line Regulation:
50ppm for a ±5% line change
Load Regulation:
300ppm for a 10% to 100% load change
Voltage Programming:
0 to 10 volt corresponds to 0 to 100% of rated output voltage
Voltage Monitor:
0 to 10 volts corresponds to 0 to 100% of rated output voltage. Accuracy ±1%. Iout=300μA maximum
Ripple:
100mVpp
Injected Ripple:
30mVpp, on an appropriate, properly connected ground referenced high voltage generator
Temperature Coefficient:
20ppm per degree C
Environmental:
Temperature Range:
Operating: 0˚C to 50˚C
Storage: -30˚C to 85˚C
Humidity:
5% to 90%, non-condensing.
Cooling:
Convection cooled
Dimensions:
1.81˝ H X 5.74˝ W X 9.53˝ D (46mm X 139mm X 242mm
Weight:
3.85 pounds (1.75kg)
Interface/Power Connector:
9 pin male D connector
High Voltage Output Cable:
HV positive: 45.3” (1150mm) fly wire, HRG58 coaxial HV cable
HV negative: 45.3” (1150mm) fly wire, HRG58 coaxial HV cable
Regulatory Approvals:
Designed to meet IEC/UL 61010-1 Safety requirements for electrical equipment for measurement, control and laboratory use; CAN/CSA-C22.2 No.61010-1. CE marked to EN 61010-1. UKCA marked to BS EN 61010-1. RoHS compliant.
EMC:
As the unit is designed for incorporation within the users system it is not tested against any specific EMC standards. The user will need to take sensible EMC precautions when designing the unit in and verify the overall system EMCperformance against any relevant standards.
Высоковольтный преобразователь 8-16кВ
Высоковольтные преобразователи напряжения находят широкое применение в современной аппаратуре, но наиболее трудоемким элементом подобных преобразователей является высоковольтный трансформатор, выходная обмотка которого должна содержать несколько тысяч витков.
Из-за высоких потенциалов между витками и слоями этой обмотки требования к изоляции и качеству изготовления катушек таких трансформаторов весьма жесткие. В описываемом ниже регулируемом высоковольтном преобразователе с выходным напряжением 8…16 кВ использован с небольшими переделками стандартный высоковольтный трансформатор, который применяется в блоке строчной развертки телевизоров.
Устройство (рис. 4.31) состоит из задающего генератора с самовозбуждением, усилителя мощности и выпрямителя. Задающий генератор (транзистор V8) представляет собой блокинг-генератор (длительность импульса — около 200 мкс, частота повторения — 1 кГц). Генератор питается от параметрического стабилизатора R3, R4, V6. С выходной обмотки трансформатора Т2 сигнал поступает на усилитель мощности, собранный на транзисторе VI. В цепь коллектора транзистора включена обмотка II высоковольтного трансформатора Т1.
Высоковольтная обмотка I трансформатора питает выпрямитель — удвоитель напряжения. Резисторы R1 и R2 ограничивают импульс тока нагрузки при включении преобразователя, если она имеет емкостный характер. Выходное напряжение регулируют изменением напряжения питания. Трансформатор Т1 — TBC-110JIA. С него срезают (не разбирая магнитопровода) анодную обмотку, и щ ее место наматывают новую, состоящую из 18 витков провода ПЭВ-2-0,44 с отводом от 14-го витка. Высоковольтную обмотку оставляют неизменной. Трансформатор Т2 намотан на кольце типоразмера К20х12х6 из феррита М2000НМ1. Коллекторную обмотку III и обмотку обратной связи II наматывают первыми. Они содержат по 25, а выходная обмотка 1—15 витков провода ПЭВ-2-0,44.
Применение в качестве VI достаточно мощного транзистора дало возможность установить его непосредственно на плате без радиатора. Для устранения возможности появления коронирующих разрядов детали высоковольтного выпрямителя должны быть
припаяны к плате очень аккуратно, без заусенцев и острых углов, и залиты с обеих сторон платы эпоксидной смолой или парафином слоем 2…3 мм. Резисторы R1 и R2 лучше всего использовать типа КЭВ. Если емкость нагрузки не превышает нескольких сотен пикофарад, эти резисторы могут быть исключены. Конденсатор С1 — ПОВ (или К15-4, КВИ). Зазор между платой и металлическими стенками футляра преобразователя должен быть не менее 20 мм. Налаживание преобразователя сводится к подбору резистора R6 в пределах 0…20 Ом по наилучшей устойчивости работы задающего генератора и подбору конденсатора С2 при максимальном напряжении на выходе устройства по минимуму тока Печатная плата преобразователя представлена на рис 4.32
(PDF) Высоковольтный импульсный источник для питания холодных плазменных струй
Письма в ЖТФ, 2019, том 45, вып. 3 12 февраля
04;15
Высоковольтный импульсный источник для питания холодных
плазменных струй
©С.И. Мошкунов, В.Ю. Хомич, Е.А. Шершунова ¶
Институт электрофизики и электроэнергетики РАН, Санкт-Петербург, Россия
¶E-mail: [email protected]
Поступило в Редакцию 17 сентября 2018 г.
Проведено исследование параметров ряда высоковольтных твердотельных коммутаторов. На основании
анализа их работы собран импульсный источник высокого напряжения размером 105 ×260 ×180 mm для
питания холодных плазменных струй, работающий от сети переменного напряжения 220 V, 50 Hz.
DOI: 10.21883/PJTF.2019.03.47270.17528
В последнее десятилетие быстрыми темпами разви-
вается плазменная медицина. Многие научные группы
уже показали эффективное использование неравновес-
ной низкотемпературной плазмы за счет формирования
OH- и NO-группы в плазме для коагуляции крови, дезин-
фекции и стерилизации поверхности, запуска иммунной
реакции организма в борьбе с раковыми клетками [1,2].
Как правило, источник холодной плазмы представляет
собой плазмотрон, или ”плазменный карандаш“ [3]. Из
сопла ”карандаша“ на объект выдувается плазменная
струя, которая очень удобна и безопасна для биоме-
дицинских точечных воздействий благодаря небольшой
площади обработки и температуре до 40◦C[4]. Ввиду
компактности чаще всего для генерации таких струй
используют маломощные резонансные источники напря-
жения синусоидальной формы с частотой в десятки
килогерц [5,6], которое формируется высоковольтным
трансформатором. Однако такой подход не позволяет
оперативно изменять мощность, вкладываемую в разряд,
тогда как применение прямоугольных импульсов, эффек-
тивно формируемых составными твердотельными ком-
мутаторами, напротив, этому способствует. Генераторы
на их основе позволят изменять как амплитуду, так и
частоту выходного напряжения.
На рис. 1 представлена схема генерации высоковольт-
ных импульсов и фотография собранного генератора.
Принцип формирования импульсов основан на работе
высоковольтных составных коммутаторов S1 и S2, на-
бранных путем последовательного включения силовых
транзисторов, по полумостовой схеме [7]. Необходимое
количество транзисторов nдля сборки определялось
как отношение блокируемого напряжения составного
ключа 6 kV к рабочему напряжению на отдельном
транзисторе V1, рассчитанному как Vces /1.2, где Vces —
напряжение пробоя транзистора.
Для питания высоковольтного коммутатора (HVS)
был собран источник постоянного напряжения на 6 kV
мощностью 100 W (6 kV DC), построенный на базе
полумостового инвертора (HBI — half bridge invertor),
управляемого посредством широтно-импульсной моду-
ляции (PWM — pulse width modulation), и умножителя
напряжения (VM — voltage multiplier) [8]. Этот источник
заряжает накопительный конденсатор C, емкость которо-
го (1.3 nF)много больше емкости нагрузки. Напряжение
на накопительном конденсаторе можно регулировать в
пределах 0−6 kV посредством переменного резистора.
В качестве транзисторов для составного коммутатора
были испытаны МОП-транзисторы (транзисторы на ос-
нове структуры металл−оксид−полупроводник)и бипо-
лярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ)
производства фирм Infineon и STMicroelectronics в кор-
пусах TO-220 и ТО-247, обеспечивающие наносекундные
времена переключения: 1)IPW60R045CP (Vces =650 V
и ток Ice до 60 A); 2)IRFB20B60PDI (600 V, 20 A);
3)SPP17N80C3 (800 V, 17 A); 4)STW9N150 (1500 V,
8 A); 5)IPP90R340С3 (900 V, 15 A); 6)IRGPS40B120UD
(1200 V, 80 A).
Была проведена экспериментальная оценка быстро-
действия транзисторов в зависимости от сопротивления
в затворе Rпри работе на емкостную нагрузку 115 pF.
Быстродействие оценивалось по длительности тока че-
рез емкость по полувысоте (FWHM). Как видно из
рис. 2, а, при сопротивлении в затворе ∼до 3все тран-
зисторы ведут себя приблизительно одинаково, однако с
его увеличением транзисторы, рассчитанные на большее
напряжение: STW9N150 (1500 V)и IRGPS40B120UD
(1200 V), уступают другим по быстродействию.
Для выбранных транзисторов также была проведена
оценка мощности потерь. Суммарная мощность потерь
Ploss_1 находилась как сумма статических потерь транзи-
стора Pst , определяющихся его током проводимости Ice
и напряжением насыщения Vces , и динамических потерь
Pd, включающих потери в затворе транзистора Pg, по-
тери при переключениях Pswи потери, обусловленные
разрядом выходной емкости транзистора Poss .
Потери в затворе определялись зарядом емкости за-
твора как Pg=QgVg·f/2, где Qg— заряд в затворе
транзистора, Vg— напряжение на затворе, f— частота
повторения импульсов. Потери при переключении рас-
считывались по формуле Psw= (τon +τo f f )Vces Ice ·f/2,
где τon,τo f f — времена переходных процессов тран-
зисторов при R=2. Потери при разряде выходной
34
| Метки: |
Производители Высоковольтного преобразователя из России
Продукция крупнейших заводов по изготовлению Высоковольтного преобразователя: сравнение цены, предпочтительных стран экспорта.
- где производят Высоковольтный преобразователь
- ⚓ Доставка в порт (CIF/FOB)
- Высоковольтный преобразователь цена 23.11.2021
- 🇬🇧 Supplier’s High-voltage converter Russia
Страны куда осуществлялись поставки из России 2018, 2019, 2020, 2021
- 🇺🇦 УКРАИНА (12)
- 🇬🇧 СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО (10)
- 🇰🇿 КАЗАХСТАН (8)
- 🇯🇵 ЯПОНИЯ (3)
- 🇧🇬 БОЛГАРИЯ (2)
- 🇩🇪 ГЕРМАНИЯ (2)
- 🇨🇳 КИТАЙ (2)
- 🇺🇸 СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ (1)
- 🇪🇪 ЭСТОНИЯ (1)
- 🇸🇦 САУДОВСКАЯ АРАВИЯ (1)
- 🇻🇪 ВЕНЕСУЭЛА БОЛИВАРИАНСКАЯ РЕСПУБЛИКА (1)
- 🇱🇻 ЛАТВИЯ (1)
- 🇦🇪 ОБЪЕДИНЕННЫЕ АРАБСКИЕ ЭМИРАТЫ (1)
- 🇨🇭 ШВЕЙЦАРИЯ (1)
- 🇸🇬 СИНГАПУР (1)
Выбрать Высоковольтного преобразователя: узнать наличие, цены и купить онлайн
Крупнейшие экспортеры из России, Казахстана, Узбекистана, Белоруссии, официальные контакты компаний. Через наш сайт, вы можете отправить запрос сразу всем представителям, если вы хотите купить
Высоковольтного преобразователя.
🔥 Внимание: на сайте находятся все крупнейшие российские производители Высоковольтного преобразователя, в основном производства находятся в России. Из-за низкой себестоимости, цены ниже, чем на мировом рынке
Поставки Высоковольтного преобразователя оптом напрямую от завода изготовителя (Россия)
Крупнейшие заводы по производству Высоковольтного преобразователя
Заводы по изготовлению или производству Высоковольтного преобразователя находятся в центральной части России. Мы подготовили для вас список заводов из России, чтобы работать напрямую и легко можно было купить Высоковольтный преобразователь оптом
Преобразователи статические
Изготовитель части преобразователей статических
Поставщики пульты
Крупнейшие производители Оборудование прочее
Экспортеры Распределители; катушки зажигания
Компании производители Катушки индуктивности и дроссели
Производство преобразователи статические
Изготовитель Приборы и аппаратура для измерения напряжения
Поставщики Приборы
Крупнейшие производители Приборы полупроводниковые
Экспортеры Преобразователи статические
Компании производители —
Производство составы антикоррозионные
Преобразователи статические
Высоковольтный регулируемый преобразователь напряжения (8-16 кВ)
Схема преобразователя для получения высокого напряжения 8-16 кВ бывает необходима для проведения экспериментов, питания ЭЛ трубок.
Напряжение 8… 16 кВ бывает необходимо для проведения экспериментов, питания электронно-лучевых трубок и др. Преобразователь низковольтного (20…. 50 В) напряжения в высоковольтное (8…16 кВ) состоит из задающего генератора с самовозбуждением, усилителя мощности и выпрямителя.
Принципиальная схема
Задающий генератор собран на транзисторе V8 по схеме блокинг-генератора. С выходной обмотки I трансформатора Т2 сигнал подается на усилитель мощности (транзистор V1), нагрузкой которого служит трансформатор T1.
С обмотки I этого трансформатора снимают высокое напряжение и подают erо на выпрямитель с удвоением напряжения (V2 V3 V4 V5). При включении выпрямителя на емкостную нагрузку резисторы R1 и R2 ограничивают импульс высокого напряжения. Выходное напряжение регулируют, изменяя напряжение питания.
Рис. 1. Принципиальная схема высоковольтного преобразователя напряжения 8-16 кВ.
Детали
Высоковольтный трансформатор Т1 изготовлен из выходного, строчного трансформатора TBC-110ЛA. Можно использовать и любой другой от современных или старых телевизоров, удалив с него анодную обмотку, не разбирая сердечника.
Вместо этой обмотки наматывают новую, состоящую из 18 витков провода ПЭВ-2—0,44 с отводом от 14-го витка. Высоковольтную обмотку оставляют неизменной.
Трансформатор Т2 намотан на кольцевом магнитопроводе К20 X 12 X 6 из феррита М2000НМ1. Коллекторную обмотку III и обмотку II обратной связи наматывают первыми. Они содержат по 25, а выходная обмотка 7—15 витков провода ПЭВ-2 — 0,44.
Для предотвращения возможности появления коронных разрядов элементы должны быть при монтаже припаяны очень аккуратно, без острых углов, и залиты эпоксидной смолой слоем 2…3 мм. В крайнем случае вместо эпоксидной смолы можно использовать парафин.
Резисторы R1 и R2 — типа КЭВ, конденсатор С1 — ПОВ или КВИ, К15-4. Зазор между платой, на которой собран преобразователь, и стенками футляра должен быть не менее 20 мм.
Налаживание преобразователя сводится к подбору резистора R6* для получения устойчивой работы задающего генератора. Конденсатор С1 подбирают при максимальном напряжении на выходе по минимуму тока транзистора V1.
Источник: Борноволоков Э. П., Фролов В. В. — Радиолюбительские схемы.
Artesyn Embedded Power | Преобразователи постоянного тока в постоянный
Artesyn Embedded Power широко признан лидером отрасли в области распределенных источников питания и производит исключительно широкий спектр продуктов для преобразования постоянного тока в постоянный под торговыми марками Astec и Artesyn. Эти преобразователи постоянного тока известны своей выдающейся производительностью, надежностью и экономичностью. Они широко используются производителями оборудования и системными интеграторами для различных приложений в здравоохранении (биология, стоматология, визуализация, лаборатории, медицина), телекоммуникациях, вычислениях, хранении, тестировании и измерениях, контрольно-измерительных приборах и промышленном оборудовании.
Наш портфель продуктов для преобразования постоянного тока в постоянный включает чрезвычайно широкий спектр изолированных преобразователей постоянного тока в постоянный для телекоммуникационных приложений, охватывающих стандартные отраслевые стандарты форм-факторов «шестнадцатый кирпич» в «полукирпич» и номинальную мощность от 35 до 1300 Вт. Мы также производим полукирпичные и полнокирпичные модели для специализированных ВЧ-приложений с номинальной мощностью от 100 до 800 Вт.
Наш ассортимент неизолированных преобразователей постоянного тока в постоянный — один из самых обширных в отрасли.Он включает в себя большое количество моделей общего назначения, совместимых с POLA, а также три семейства продуктов, оптимизированных для применения, и покрывает выходные токи от 3 до 80 ампер.
Для промышленных приложений с низким энергопотреблением в таких областях, как автоматизация, испытания и измерения, контрольно-измерительные приборы и телекоммуникации, мы предлагаем большой и постоянно расширяющийся ассортимент преобразователей постоянного тока в постоянный ток в металлическом корпусе, разработанных специально для жестких условий эксплуатации. Эти преобразователи включают модели с одним и двумя выходами с номинальной мощностью от 2 до 50 Вт.
Мы также производим высоковольтные модули преобразователей постоянного тока в постоянный, состоящий из четверти, полукирпича и полного кирпича для специализированных источников питания на специализированных рынках, таких как авионика и железнодорожный подвижной состав, вместе с дополнительным диапазоном коррекции коэффициента мощности (PFC ) модули.
На
меньшеЧто такое зазоры и длина пути утечки изоляции？
Разработчики должны понимать принципы требований безопасности, чтобы проектировать безопасное оборудование.Учитываются не только нормальные условия эксплуатации оборудования, но также возможные условия отказа, ожидаемый отказ и влияние окружающей среды, такое как температура, высота над уровнем моря, загрязнение и влажность. Стандарты безопасности содержат четкие положения и правила в отношении производимого оборудования и деталей, чтобы предоставлять конечным пользователям безопасные и высококачественные продукты. Эта статья в основном направлена на предотвращение поражения электрическим током человеческого тела. Чтобы обеспечить защиту от поражения электрическим током, электронное оборудование должно иметь эффективный метод изоляции, который можно разделить на зазоры, пути утечки и твердые изоляционные материалы.В этой статье речь пойдет о зазоре и длине пути утечки электронных продуктов.
1. Классы оборудования по защите от поражения электрическим током
Нет опасного напряжения, и эта энергия не причиняет боли или травм.
Оборудование имеет защиту от поражения электрическим током, кроме основной изоляции, имеется дополнительная или усиленная изоляция. Этот тип оборудования не обеспечивает защитного заземления, но сам по себе может обеспечить защиту от поражения электрическим током.
Помимо основной изоляции, он также включает дополнительные защитные меры. Если основная изоляция выходит из строя, внешние провода подключаются к проводу защитного заземления, чтобы провести опасные токи на землю.
Оборудование имеет защиту от поражения электрическим током, кроме основной изоляции, имеется дополнительная или усиленная изоляция. Этот тип оборудования не обеспечивает защитного заземления, но сам по себе может обеспечить защиту от поражения электрическим током.
Нет опасного напряжения, и эта энергия не причиняет боли или травм.
2. Требование дистанции
2.1 Определение зазора и пути утечки
- Зазор: Расстояние «прямой видимости» или кратчайший воздушный путь между двумя проводниками. Кратчайшее расстояние, которое можно достичь с изоляцией по воздуху.
- Путь утечки: Кратчайшее расстояние между двумя проводниками вдоль изолирующей поверхности.
- Длина пути утечки должна быть больше или равна зазору.
2.2 Важный фактор при определении расстояния
Пути утечки и зазоры будут учитываться по-разному из-за различных факторов, таких как условия использования продукта или окружающая среда. Как описано в IEC 62368-1, путь утечки и зазор будут определяться в соответствии со следующими условиями:
- Входное напряжение
- Изоляция
- Группа материалов
- Степень загрязнения
- Категория перенапряжения
- Высота
2.3 Тип изоляции
Тип изоляции может быть определен как стандарт для пяти различных целей:
- Основная изоляция
Однослойная изоляция может обеспечить пользователям базовую защиту от поражения электрическим током.
2. Двойная изоляция
Двойная изоляция включает как основную, так и дополнительную изоляцию.
3. Функциональная изоляция
Необходимая изоляция между токопроводящими частями оборудования, обеспечивающая нормальную работу оборудования, не является соображением безопасности для пользователей.
4. Усиленная изоляция
Система однослойной изоляции может обеспечить защиту от поражения электрическим током, эквивалентную двойной изоляции.
5. Дополнительная изоляция
Второй слой изоляции, независимый от основной изоляции, может защитить пользователя от опасного напряжения при выходе из строя основной изоляции.
2.4 Группа материалов
Группа материалов выделяется сравнительным индексом отслеживания (CTI).CTI используется для измерения свойств электрического пробоя (отслеживания) изоляционного материала.
Группа материалов I ： 600 ≤ CTI
Группа материалов II ： 400 ≤ CTI <600
Группа материалов IIIa ： 175 ≤ CTI <400
Группа материалов IIIb 100 ≤ CTI <175
Если это неизвестная группа материалов, предполагается, что это IIIb.
2,5 Степень загрязнения
IEC 62368-1 определяет различные степени загрязнения, которые продукты существуют в рабочей среде:
Отсутствие загрязнения или только сухое непроводящее загрязнение.Например, оборудование, компоненты или узлы, защищенные от пыли и влаги благодаря герметичной упаковке.
Возникает только непроводящее загрязнение, за исключением случайной временной проводимости, вызванной ожидаемой конденсацией. Подходит для общей лаборатории или офиса.
Возникает токопроводящее загрязнение или сухое непроводящее загрязнение из-за ожидаемой конденсации. Например, оборудование используется на заводе.
2,6 Категория перенапряжения
Определите категорию перенапряжения для каждого устройства, подключенного к источнику питания, и выделите ее в соответствии с максимальным переходным напряжением устройства, подключенного к входной клемме, как показано на следующем рисунке в качестве места применения устройства.
- Категория перенапряжения I: в оборудовании приняты меры по снижению переходных процессов в сети.
- Категория перенапряжения II: Постоянное или съемное оборудование, подключенное через проводку здания
- Категория перенапряжения III: оборудование будет неотъемлемой частью электропроводки здания
- Категория перенапряжения IV: оборудование подключено к основному источнику питания, который входит в здание.
2,7 Высота
Зазор для оборудования, установленного в стандарте IEC 62368-1, используется на высоте ниже 2000 метров над уровнем моря.Если требуется большая высота над уровнем моря, вам необходимо умножить полученный запас высоты над уровнем моря на коэффициент, необходимый для различных высот, в соответствии с таблицей 1.
Высота кв.м | Нормальное барометрическое давление кПа | Коэффициент умножения для зазора | Коэффициент умножения для испытательного напряжения на электрическую прочность | |||
| ≥0.От 01 мм до ≤0,0625 мм | от ≥0,0625 мм до <1 мм | от ≥ 1 мм до <10 мм | ≥10 мм до <100 мм | |||
| 2 000 | 80,0 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 |
| 3 000 | 70,0 | 1,14 | 1,05 | 1,05 | 1,07 | 1,10 |
| 4 000 | 62,0 | 1,29 | 1.10 | 1,10 | 1,15 | 1,20 |
| 5 000 | 54,0 | 1,48 | 1,17 | 1,16 | 1,24 | 1,33 |
| Между ближайшими двумя точками может использоваться линейная интерполяция, при этом вычисленный минимальный коэффициент умножения округляется до следующего большего приращения 0,01. | ||||||
2,8 Твердый изоляционный материал
В преобразователях мощностичасто используется герметик для защиты от пыли и влаги, а гелевый материал также может использоваться в качестве изоляционного материала.В стандарте IEC 62368-1 упоминается, что гель рассматривается как изоляционный материал. Таким образом, методы изоляции включают также соблюдение требований к дистанции и твердым изоляционным материалам. Если гелевые материалы используются в качестве изоляции, необходимо оценить такие характеристики, как воспламеняемость, RTI, теплопроводность, сопротивление давлению и так далее.
3. Пример расчета расстояния
Как правило, расстояние через изоляцию для преобразователей мощности относится к расстоянию от первичной стороны до вторичной стороны.В качестве примера возьмем преобразователь переменного тока в постоянный, входное напряжение составляет 100-240 В переменного тока.
Согласно таблице 2, при уровне перенапряжения II основное переходное напряжение составляет 2500 В (пик.). И, как указано в таблице 3, минимальный зазор для основной изоляции составляет 1,5 мм, зазор для усиленной изоляции должен достигать 3,0 мм. См. Таблицу 4 для пути утечки. Минимальный путь утечки должен составлять 2,5 мм для основной изоляции, а расстояние для усиленной изоляции в два раза больше, чем для основной изоляции, поэтому утечка для усиленной изоляции должна достигать 5.0 мм.
Напряжение сети переменного тока a до включительно | Переходное напряжение сети b В, пик | ||||
| Вр.м.с. | В пик c | Категория перенапряжения | |||
| I | II | III | IV | ||
| 50 | 71 | 330 | 500 | 800 | 1500 |
| 100 д | 141 | 500 | 800 | 1500 | 2500 |
| 150 e | 210 | 800 | 1500 | 2500 | 4000 |
| 300 f | 420 | 1500 | 2500 | 4000 | 6000 |
| 600 г | 840 | 2500 | 4000 | 6000 | 8000 |
a Для оборудования, предназначенного для подключения к трехфазной трехпроводной сети, где нет нулевого проводника, a.c. сеть напряжение питания — это линейное напряжение. Во всех остальных случаях, когда есть нейтральный провод, это напряжение фаза-t0-нейтраль. b Переходное напряжение сети всегда является одним из значений в таблице. Интерполяция не допускается. c См. 5.4.2.5.1. d В Японии значение переходных напряжений сети для номинального переменного тока сеть напряжение питания 100 В определяется из столбцов, применимых к номиналу a.c. сеть напряжение питания 150 В. e Включая 120/208 В и 120/240 В. f Включая 120/400 В и 277/480 В. г Включая 400/690 В. | |||||
| Требуемое выдерживаемое напряжение | Основная изоляция или дополнительная изоляция мм | Усиленная изоляция мм | ||||
В пиковое или d.c. до включительно | Степень загрязнения | Степень загрязнения | ||||
| 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | |
| 330 | 0,01 | 0,2 | 0,8 | 0,04 | 0,6 | 1,5 |
| 400 | 0.02 | 0,07 | ||||
| 500 | 0,04 | 0,10 | ||||
| 600 | 0,06 | 0,14 | ||||
| 800 | 0,10 | 0,5 | ||||
| 1000 | 0,15 | 0,6 | ||||
| 1200 | 0,25 | 0,9 | ||||
| 1500 | 0,5 | 1,5 | ||||
| 2000 | 1,0 | 2.2 | ||||
| 2500 | 1,5 | 3,0 | ||||
| 3000 | 2,0 | 3,8 | ||||
| 4000 | 3,0 | 5,5 | ||||
| 5000 | 4,0 | 8,0 | ||||
Рабочее напряжение RMS до включительно v | Степень загрязнения | ||||||
| 1 | 2 | 3 | |||||
| Группа материалов | |||||||
| I, II, IIIa, IIIb | I | II | IIa, IIb | I | II | IIIa, IIIb см. Примечание | |
| 10 | 0.08 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| 12,5 | 0,09 | 0,42 | 0,42 | 0,42 | 1,05 | 1,05 | 1,05 |
| 16 | 0,1 | 0,45 | 0,45 | 0,45 | 1,1 | 1,1 | 1,1 |
| 20 | 0,11 | 0.48 | 0,48 | 0,48 | 1,2 | 1,2 | 1,2 |
| 25 | 0,125 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 1,25 | 1,25 | 1,25 |
| 32 | 0,14 | 0,53 | 0,53 | 0,53 | 1,3 | 1,3 | 1,3 |
| 40 | 0,16 | 0,56 | 0.8 | 1,1 | 1,4 | 1,6 | 1,8 |
| 50 | 0,18 | 0,6 | 0,85 | 1,2 | 1,5 | 1,7 | 1,9 |
| 63 | 0,2 | 0,63 | 0,9 | 1,25 | 1,6 | 1,8 | 2,0 |
| 80 | 0,22 | 0,67 | 0,95 | 1,3 | 1.7 | 1,9 | 2,1 |
| 100 | 0,25 | 0,71 | 1,0 | 1,4 | 1,8 | 2,0 | 2,2 |
| 125 | 0,28 | 0,75 | 1,05 | 1,5 | 1,9 | 2,1 | 2,4 |
| 160 | 0,32 | 0,8 | 1,1 | 1,6 | 2,0 | 2,2 | 2.5 |
| 200 | 0,42 | 1,0 | 1,4 | 2,0 | 2,5 | 2,8 | 3,2 |
| 250 | 0,56 | 1,25 | 1,8 | 2,5 | 3,2 | 3,6 | 4,0 |
4. Измерение путей утечки и зазоров
Ниже приведены несколько примеров измерения зазора и пути утечки.Значение X указано в IEC 62368-1 в соответствии со степенью загрязнения, как показано на рисунке 7. Следует отметить ширину канавки или зазора независимо от того, превышает ли расстояние X мм. Если ширина канавки меньше X мм, канавкой можно пренебречь. Если ширина канавки больше или равна X мм, расстояние утечки необходимо измерять по контуру канавки.
。
Степень загрязнения (см. 5.4.1.6) | х мм |
| 1 | 0,25 |
| 2 | 1,00 |
| 3 | 1,50 |
- Рассматриваемая траектория включает в себя канавки с параллельными или сходящимися сторонами любой глубины и ширины менее X мм. Зазор и путь утечки измеряются непосредственно в канавке.
- Рассматриваемая траектория включает в себя канавки с параллельными или сходящимися сторонами с любой глубиной и шириной, равной или большей X мм.Зазор — это расстояние «прямой видимости», а путь утечки следует по контуру канавки.
- Рассматриваемая траектория включает канавки V-образной формы с внутренним углом менее 80 ° и шириной более X мм. Зазор — это расстояние «прямой видимости», а путь утечки следует по контуру канавки, но «закорачивает» дно канавки с помощью звена X мм.
- Рассматриваемый путь включает выступы в форме ребер, зазор — это кратчайший путь для воздуха над вершиной выступов, а путь утечки по поверхности следует за выступами в форме ребер.
- Рассматриваемая траектория включает в себя несцементированный шов канавки с одной стороной менее X мм, а с другой стороны равной или большей X мм. Зазор слева — это расстояние «прямой видимости», а путь утечки следует по контуру канавки. Безопасное расстояние и путь утечки справа — это расстояние «прямой видимости».
5. Резюме
В электронных продуктах зазор и путь утечки устанавливаются для защиты пользователей и предотвращения травм и материального ущерба.Следовательно, при проектировании преобразователя мощности необходимо учитывать различные факторы, такие как окружающая среда и расположение продукта, и должны быть соблюдены различные уровни требований. Следовательно, при проектировании необходимо учитывать зазоры и путь утечки, чтобы обеспечить полную защиту пользователей.
CTC является профессиональным поставщиком услуг для высокопроизводительных модулей питания (преобразователь переменного тока в постоянный и преобразователь постоянного тока в постоянный) для критически важных приложений по всему миру уже 30 лет.Наша основная компетенция заключается в разработке и поставке продуктов с использованием передовых технологий, конкурентоспособных цен, чрезвычайно гибких сроков поставки, глобального технического обслуживания и высококачественного производства (Сделано в Тайване).
CTC — единственная корпорация, имеющая сертификаты ISO-9001, IATF-16949, ISO22613 (IRIS) и ESD / ANSI-2020. Мы можем на 100% гарантировать, что не только продукт, но и наши рабочие процессы и услуги будут соответствовать системе управления качеством для каждого высокотехнологичного приложения с самого начала. От проектирования до производства и технической поддержки, каждая деталь эксплуатируется в соответствии с высочайшими стандартами.
Вторичное напряжение — обзор
6.3.2 Промежуточные трансформаторы напряжения
Точность трансформатора напряжения — не единственный источник ошибок вторичного напряжения. Это также происходит из-за сопротивления проводов (см. Раздел 6.3.4 этой главы). Сумма этих двух ошибок во входящем и текущем питании не будет одинаковой на синхронизирующем оборудовании, особенно если длина соединительных кабелей и, следовательно, сопротивление проводов значительно различаются.Ясно, что для целей синхронизации важно, чтобы погрешности в измеренных напряжениях были как можно меньше. Однако есть еще одна причина, почему это важно, если два источника питания будут электрически соединены. Несмотря на то, что прямое соединение вторичных обмоток ТН не допускается, с профилактическими мерами, предпринимаемыми внутри и снаружи синхронизирующего оборудования, остается небольшой риск того, что это может произойти из-за неисправности или скрытой цепи. В этом случае трансформатор с более высоким из двух вторичных напряжений будет способствовать нагрузке трансформатора с более низким вторичным напряжением так же, как силовые трансформаторы разделяют нагрузку параллельно.Если разница напряжений мала, это состояние, вероятно, останется незамеченным при нормальной работе с предохранителем. Могут возникнуть сложности с защитой, измерением и т. Д., В которых могут быть задействованы и другие схемы.
Чтобы уменьшить погрешность напряжения во входящем и работающем источниках питания, промежуточный трансформатор напряжения (который также обеспечивает гальваническую развязку постоянного тока) устанавливается между вторичной обмоткой ТН и синхронизирующим оборудованием, как показано на рис. 12.22. Предусмотрены ответвления, чтобы облегчить определенную регулировку напряжения на месте.При номинальном системном напряжении каждое промежуточное ответвление ТН выбирается так, чтобы показывать 63,5 В ± 1% на синхронизирующем оборудовании с переключателем как в разомкнутом, так и в замкнутом состоянии. В схеме выбора напряжения это включает каждый альтернативный источник питания.
РИС. 12.22. Упрощенное расположение промежуточных трансформаторов напряжения
Промежуточные трансформаторы напряжения имеют соотношение между первичной и вторичной обмотками 110 / 63,5 В (63,5 / 63,5 В при напряжении передачи) и имеют минимальную номинальную мощность 25 ВА с максимальным пределом 50 ВА, за исключением при напряжении передачи, когда оно снижается до 36 ВА.Однако предпочтительно, чтобы во всей схеме синхронизации использовался единый рейтинг по причинам взаимозаменяемости. Регулировка напряжения осуществляется с шагом 0,5 В в диапазоне от 0 до +5 В выше номинального вторичного напряжения. Отводы могут быть разделены между первичной и вторичной обмотками, если это удобно. Трансформаторы в целом соответствуют BS3941 [2] класс точности 1.0; т. е. процентная погрешность напряжения ± 1%, сдвиг фаз ± 40 минут, при любом напряжении от 80% до 120% номинального напряжения и с нагрузками от 25% до 100% от номинальной нагрузки при коэффициенте мощности 0.8 с запаздыванием, за исключением того, что диапазон погрешности напряжения составляет от 5% до 100% номинальной нагрузки при единице pf. Чтобы исключить насыщение в условиях перенапряжения, точка перегиба трансформатора не должна быть меньше трехкратного номинального напряжения. В качестве дополнительной меры безопасности между первичной и вторичной обмотками устанавливается заземленный электростатический экран.
Конструкция высоковольтного импульсного усилителя мощности на основе гибридного многоуровневого преобразователя с цифровым управлением
По сравнению с обычными усилителями класса A, класса B и класса AB, усилителем класса D, также известным как коммутирующий усилитель, использует технологию широтно-импульсной модуляции (PWM) и твердотельные переключающие устройства, способные обеспечить гораздо более высокий КПД.Однако коммутирующий усилитель на основе ШИМ обычно предназначен для низковольтных приложений, предлагая максимальное выходное напряжение в несколько сотен вольт. Поэтому в усилителе класса D на основе ШИМ обязательно используется повышающий трансформатор для получения высокого напряжения на выходе. В данной статье разработан импульсный усилитель без повышающего трансформатора на основе цифровой импульсной ступенчатой модуляции (PSM) и гибридного многоуровневого преобразователя. Под управлением входного сигнала каскадные преобразователи мощности с отдельными источниками постоянного тока работают в режиме переключения PSM, чтобы напрямую генерировать высокое напряжение и выходную мощность.Представлены соответствующая топологическая структура, принцип работы и расчетная схема. Наконец, создается прототип системы, который может обеспечить мощность до 1400 Вт и пиковое напряжение до ± 1700 вольт. А производительность, включая эффективность, линейность и искажения, оценивается экспериментальными тестами.
1. Введение
Усилители класса A, класса B и класса AB обычно называются линейными усилителями, поскольку их переключающие устройства работают в линейном режиме, тогда как усилители класса D также известны как переключающие усилители, в которых коммутационные аппараты либо полностью включены, либо полностью выключены, работают в коммутационном режиме.Это означает, что когда переключатель находится в проводящем состоянии (включен), на нем фактически нет напряжения, а когда переключатель не проводит ток (выключен), ток не течет через переключатель. Таким образом, идеальный КПД усилителя класса D теоретически составляет 100% [1]. Фактически, обычно используемые полупроводниковые переключающие устройства, такие как IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) и MOSFET (полевой транзистор с металлическим оксидом и полупроводником), при включении имеют падение напряжения насыщения или сопротивление в открытом состоянии.Хотя часть мощности потребляется переключателями в виде тепла, в большинстве ситуаций для усилителя класса D можно достичь КПД более 85%. Для сравнения, линейный усилитель имеет максимальный теоретический КПД 78% [2].
В типичном усилителе класса D входной сигнал преобразуется в серию импульсов посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которые служат в качестве управляющих сигналов для управления переключателями мощности. Коммутационные аппараты вместе с источниками постоянного тока обеспечивают усиление мощности и напряжения.На выходном каскаде усилителя класса D усиленный низкочастотный сигнал передается через нагрузку путем фильтрации высокочастотной несущей волны. Из-за своей топологии с одним полумостом или полным мостом импульсный усилитель на основе ШИМ обычно выдает пиковое напряжение в десятки или сотни вольт [3]. Повышающий трансформатор кажется готовым решением для повышения выходного напряжения, поскольку существующие переключающие усилители на основе ШИМ могут обеспечить достаточную выходную мощность. Однако шумный и тяжелый повышающий трансформатор средней частоты сделает всю систему усилителя громоздкой и дорогой.Что еще хуже, установка повышающего трансформатора между усилителем и нагрузкой приведет к дополнительным потерям мощности, что снизит общую эффективность системы. Один из наших внешних партнеров сталкивается с такой дилеммой. Они построили аналоговый переключающий усилитель на основе ШИМ и использовали громоздкий повышающий трансформатор для создания номинального напряжения 1000 В и номинальной мощности 1000 Вт на резисторе 1000 Ом в диапазоне рабочих частот 100–1000 Гц. Но средняя эффективность системы составляет около 70%, что затрудняет охлаждение.Более того, громоздкий повышающий трансформатор имеет вес более 50 кг, что составляет почти две трети веса брутто. Наша цель — перестроить коммутирующий усилитель со следующими основными требованиями: Выходное напряжение до 1000 В (среднеквадр.). Выходная мощность до 1000 Вт. Общий КПД выше 85%. Искажения на выходе ниже 2,5%. Вес брутто менее 80 кг.
Требования к высокому КПД и малому весу исключают возможность использования повышающего трансформатора для повышения напряжения. С точки зрения силовой электроники желаемый коммутирующий усилитель можно рассматривать как программируемый высоковольтный источник питания, работающий в импульсном режиме под управлением входного сигнала.Многоуровневые преобразователи на основе NPC (с зажимом в нейтральной точке) и каскадные H-мостовые (полный мост) представляют собой две часто используемые топологии для непосредственного получения высокого напряжения на выходе [4, 5]. В первом случае используется один высоковольтный источник постоянного тока и несколько каскадных полупроводниковых переключателей вместе с ограничивающими диодами или летающими конденсаторами, что обычно требует сложных мер по выравниванию напряжения [6–8]. Последний имеет модульную конструкцию, каждый преобразователь которой состоит из низковольтного источника постоянного тока и четырех полупроводниковых переключателей.Таким образом, при использовании нескольких каскадных полномостовых преобразователей для генерации высокого напряжения на выходе потребуется большое количество полупроводниковых переключателей и управляющих сигналов.
Для прямого генерирования высокого напряжения на выходе и уменьшения мощности полупроводниковых переключателей в этой статье предлагается новая архитектура схемы, называемая гибридным многоуровневым преобразователем. Соответствующая схема управления разработана на основе ступенчато-импульсной модуляции (PSM) с использованием технологии цифровой обработки сигналов.Раздел 2 представляет схему проектирования, Раздел 3 дает тесты производительности, а Раздел 4 является заключением. Экспериментальные результаты показывают, что эта новая система может обеспечивать до 1400 Вт и пиковое напряжение ± 1700 В с высокой эффективностью и низкими искажениями, как и ожидалось.
2. Конструкция высоковольтного импульсного усилителя
На рисунке 1 показана функциональная блок-схема высоковольтного импульсного усилителя мощности, разработанного в этой статье.
Как показано на рисунке 1, этот коммутирующий усилитель состоит из четырех блоков: блока управления, блока гибридного преобразователя, блока источника питания и вспомогательного блока соответственно.Рабочий процесс выглядит следующим образом.
Малый аналоговый входной сигнал сначала предварительно обрабатывается, а затем оцифровывается 12-битным аналого-цифровым преобразователем (АЦП). В соответствии с данными АЦП и пользовательскими настройками, модулятор PSM генерирует набор сигналов переключения, которые дополнительно изолируются и управляются перед подачей на блок гибридного преобразователя. Под управлением соответствующих сигналов переключения многоуровневый преобразователь мощности преобразует энергию от отдельных источников постоянного тока низкого напряжения в усиленные модулированные сигналы переключения, а полный мост берет на себя переключение между положительной и отрицательной фазами.На последнем выходном каскаде фильтр нижних частот используется для получения ожидаемой усиленной формы выходного сигнала.
Ради эффективности и надежности вся система была разработана с использованием технологии цифровой обработки сигналов. Модулятор PSM был реализован с помощью высокопроизводительного процессора цифровых сигналов с плавающей запятой (DSP) и программируемой вентильной матрицы (FPGA) большого объема. Вспомогательное устройство в большей степени использует цифровые технологии, такие как человеко-машинный интерфейс (HMI) для настройки усиления и других параметров, измерения выходного напряжения и тока, контроля температуры и так далее.
В следующих разделах подробно представлены ключевые моменты разработки импульсного усилителя мощности ± 1700 В (пик. / 1400 Вт), эффективность которого, как ожидается, будет не менее 85% с низким уровнем искажений в диапазоне средних частот (100–1000 Гц). .
2.1. Импульсно-ступенчатая модуляция
Компания Brown Boveri Corporation представила ступенчатую импульсную модуляцию (PSM) и широко применила ее в коротковолновых передатчиках и высоковольтных источниках питания (HVPS) [9–11]. На рис. 2 показана принципиальная схема и принцип работы HVPS на основе PSM для четырехкратного увеличения выходного напряжения каждого преобразователя.
Как показано на рисунке 2 (a), HVPS на основе PSM в основном состоит из нескольких (четыре в этом примере) преобразователей мощности, соединенных последовательно, которые работают в режиме переключения под управлением входного опорного сигнала (здесь используется полусинусоидальный волна в качестве примера). Каждый силовой преобразователь имеет отдельный низковольтный источник постоянного тока, полупроводниковый переключатель S и импульсный диод D [12]. Диод должен обеспечивать путь с низким импедансом, когда соответствующий преобразователь выключен, позволяя проходить току от других работающих преобразователей.Независимо от падений напряжения на диодах и переключателях, общее выходное напряжение просто в несколько раз превышает напряжение единичной ступени, в зависимости от количества включенных силовых инверторов. Очевидно, что фактическое выходное напряжение — это всего лишь ступенчатое приближение к ожидаемой форме волны, которое называется ступенчатой модуляцией (SM). Для дальнейшего уточнения вывода используются широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и компоненты LC для сглаживания перехода от одного шага к другому. Взяв в качестве примера рисунок 2 (а), пусть переключатели S1 ~ S3 работают в режиме SM, а переключатель S4 — в режиме ШИМ; Отфильтрованное выходное напряжение на нагрузке показано синей сплошной линией на рисунке 2 (b).
Как указано выше, PSM состоит из грубого SM и точного PWM. Рисунок 2 (b) показывает, что каждый SM работает на довольно низкой частоте, такой же, как входной опорный сигнал. Также замечено, что ШИМ должен переключаться намного быстрее, чем SM, чтобы добиться точного представления входного сигнала. Согласно теореме Найквиста, ШИМ должен работать как минимум в два раза больше максимальной входной частоты, но в реальной конструкции обычно используется гораздо более высокое соотношение (обычно от 10 до 50) для уменьшения искажений [13]. Теоретически высокочастотная ШИМ может улучшить форму выходного сигнала.Однако потери переключения увеличиваются по мере того, как переключение становится быстрее. Как правило, ШИМ выбирает компромисс между формой выходного сигнала и потерями переключения, в зависимости от практического применения.
2.2. Блок гибридного преобразователя
Как показано на Рисунке 2, HVPS на основе PSM может генерировать только униполярное напряжение. Чтобы работать как усилитель, необходимо доработать схему. Традиционный метод заключается в том, что каждый преобразователь использует архитектуру полного моста, в которой используются четыре переключателя и две группы сигналов переключения для получения 0 ~ ±.Однако это приведет к увеличению стоимости системы и сложности управления, если для получения высокого напряжения будет использоваться много мостовых преобразователей.
В данной работе был разработан гибридный многоуровневый преобразователь, в котором информация об амплитуде и фазе входного сигнала модулируется отдельно. Как показано на рисунке 3, восемь каскадных преобразователей мощности (PC1 ~ PC8) производят желаемую амплитуду, в то время как полный мост (состоящий из Q1 ~ Q4) регулирует фазу. По сравнению с каскадными преобразователями с полным мостом в этой гибридной архитектуре используется гораздо меньше переключателей и управляющих сигналов.
Преобразователи мощности PC1 ~ PC8 идентичны, за исключением того, что соответствуют различным сигналам переключения. Каждый из них состоит из отдельного источника постоянного тока 220 В / 3 А, полупроводникового переключателя S и обратного диода D. С учетом скорости переключения и потерь мощности, все полупроводниковые переключатели S1 ~ S8 используют силовые полевые МОП-транзисторы, которые имеют небольшое сопротивление в открытом состоянии. . В безнапорных диодах D1 ~ D8 используются диоды с быстрым восстановлением. Интенсивное моделирование и испытания подтверждают, что полевой МОП-транзистор и диод испытывают максимальную разность потенциалов во всех ситуациях, поэтому можно использовать многие доступные мощные полевые МОП-транзисторы, такие как IRF840, 2SK1507 и FMV11N60E.2SK1507 с типичным сопротивлением сток-исток в открытом состоянии = 0,85 Ом. Приняты диоды MUR860 с максимальным мгновенным прямым падением напряжения = 1,5 В. Переключатели S1 ~ S7 и S8 находятся под управлением сигналов переключения SM1 ~ SM7 и PWM соответственно.
Полный мост построен с четырьмя дискретными IGBT Q1 ~ Q4 под управлением сигналов переключения Phase + / Phase−. Когда входной сигнал неотрицательный, Q2 и Q3 выключаются одновременно; при этом Q1 и Q4 включаются одновременно и наоборот.Несмотря на то, что применяется ZVS (переключение при нулевом напряжении), между переключениями также добавляется мертвое время, чтобы избежать потенциального риска прострела. В IGBT используется IXYS IXBh22N300 с максимальным падением напряжения насыщения = 3,2 В.
Катушка индуктивности, конденсатор и резистивная нагрузка составляют фильтр нижних частот Баттерворта (LPF) для восстановления усиленного выходного сигнала из высоковольтной модулированной формы волны. При заданном сопротивлении нагрузки и частоте отсечки индуктивность и емкость можно получить следующим образом: где обозначает частоту отсечки в Герцах, Генри, Фарадеях и Ом, соответственно.
Фильтр LPF имеет частоту отсечки –3 дБ, равную 5 кГц, что соответствует кОм, мГн и нФ.
2.3. Цифровой модулятор PSM
В отличие от ШИМ на основе несущей, который использует аналоговую модуляцию [14], мы разработали цифровой модулятор PSM для генерации сигналов переключения SM и PWM по следующей формуле: где — абсолютная амплитуда дискретизированного входного сигнала в данный момент. — заранее заданный коэффициент усиления по напряжению; — напряжение источника постоянного тока. Функция округляет данные до нуля, в результате получается целое число, которое представляет собой количество преобразователей мощности, включенных между и.Функция извлекает остаток после деления, то есть десятичное число, представляющее время включения силового преобразователя относительно интервала выборки; то есть определяет рабочий цикл сигнала переключения ШИМ (например, 0,50 равно 50%). и записывать фазовую информацию о дискретизированном входном сигнале, служащем сигналами переключения для полного моста.
Другими словами, во время интервала выборки между и преобразователи мощности работают в режиме SM, а один преобразователь мощности работает в режиме ШИМ с рабочим циклом.Очевидно, что частота переключения ШИМ равна частоте дискретизации АЦП. Здесь мы применили униполярный ШИМ с выравниванием по центру, о преимуществах и реализации которого можно упомянуть [15].
2.4. Программное обеспечение для моделирования
Рабочий процесс вышеупомянутого коммутирующего усилителя демонстрируется путем моделирования. Например, синусоида с частотой 1 кГц и ± 1 В должна быть усилена коэффициентом усиления по напряжению в. Предполагается, что частота дискретизации АЦП составляет 40 квыб / с, так что в цикле будет 40 точек дискретизации, как показано на рисунке 4 (а).Согласно (2), если Vdc, необходимо, чтобы три преобразователя работали в режиме SM и один преобразователь работал в режиме PWM. Цифровой модулятор PSM генерирует сигналы переключения, как показано на рисунке 4 (b). Неиспользуемые преобразователи всегда выключены, что не показано на рисунке 4 (b). На рисунке 4 (c) показана модулированная амплитуда после усиления, измеренная между точками a и b (отмеченными на рисунке 3). На рисунке 4 (d) показаны выходные напряжения после добавления информации о фазе и фильтрации, измеренные между точками c и d (отмечены на рисунке 3), где синяя сплошная линия представляет модулированный сигнал после усиления, а красная пунктирная линия — окончательный выходной сигнал. напряжение на нагрузке после демодуляции LPF.
В этом моделировании все точки пересечения нуля входного сигнала дискретизируются АЦП. Однако в большинстве реальных ситуаций это может быть не так. Таким образом, ZVS будет применяться для принудительного отключения всех сигналов SM и PWM в моменты коммутации, например, когда и 2,0 мс на рисунке 4 (b).
Важно отметить, что IGBT обычно требует больше времени для включения или выключения по сравнению с MOSFET из-за конечной скорости переключения. Чтобы защитить полный мост в момент чередования фаз напряжения, добавляется надлежащее мертвое время, чтобы гарантировать, что не произойдет короткого замыкания между точками a и b (отмечены на рисунке 3), что означает, что оба сигнала управления фазой на рисунке 4 ( б) выключены в мертвое время.
3. Экспериментальные испытания и результаты
3.1. Прототип системы
На основе вышеупомянутого введения разработан высоковольтный импульсный усилитель мощности, как показано на рисунке 5.
Сверху вниз расположены главный распределительный блок, электронный корпус для блока управления и вспомогательный блок, электрический шкаф для гибридного преобразователя и два 4-канальных источника питания AC-DC 220 В в стандартном 19-дюймовом шкафу (600 мм × 600 мм × 1050 мм, Ш × Г × В). В качестве фиктивной нагрузки используется резистор на 1000 Ом с охлаждающим оборудованием, размещенный вне шкафа для облегчения отвода тепла.
3.2. Общие гармонические искажения
Многие факторы, влияющие на коммутационный усилитель, могут вызывать искажения, такие как переключатели мощности, нелинейность выходного LPF, колебания напряжения источника постоянного тока, мертвое время и технологии модуляции. Как одна из наиболее распространенных и важных функций, полное гармоническое искажение (THD) обычно используется для оценки системных искажений. Учитывая, что входной сигнал представляет собой синусоидальную волну, THD чаще всего определяется как отношение среднеквадратичной амплитуды набора гармонических частот к амплитуде основной частоты, которое можно сформулировать следующим образом [16]: где обозначает среднеквадратичное значение напряжения основной гармоники. частота и — среднеквадратичное значение напряжения частоты th гармоники.
Синусоидальная волна 1 В среднеквадратического значения с качанием частоты от 100 до 1000 Гц использовалась в качестве входного сигнала для исследования системы-прототипа. На рисунке 6 показаны скриншоты выходных сигналов на частотах 100, 500 и 1000 Гц. На дисплее осциллографа верхний канал показывает выходное напряжение, а нижний — соответствующее ему быстрое преобразование Фурье (БПФ). Замечено, что спектр БПФ отображается как величина в дБ относительно 1 В среднеквадратичного значения; соответствующее среднеквадратичное значение напряжения получается следующим образом: где обозначает коэффициент усиления напряжения относительно 1 В среднеквадратического значения на частоте -й гармонике и является среднеквадратичным выходным напряжением на частоте -й гармонике.
В таблице 1 перечислены значения THD, измеренные при четырех различных значениях выходной мощности. Без учета индивидуальных ошибок измерения можно обнаружить, что значение THD увеличивается с увеличением частоты сигнала и что значение THD уменьшается с увеличением выходной мощности. Объяснить это явление несложно. При переходе от низкой частоты к высокой частоте входного сигнала количество точек выборки за один цикл уменьшается, в результате чего форма выходного сигнала становится не такой гладкой, как раньше. Когда выходная мощность увеличивается, отношение сигнал / шум улучшается до определенной степени.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
. размер шага 100 Гц, сохраняя постоянную амплитуду входного сигнала. Усреднение направлено на уменьшение погрешности измерения высокого напряжения. Типичный пример показан на рисунке 6. При одинаковом входном сигнале и коэффициенте усиления пиковое и среднеквадратичное выходное напряжение неравномерно колебалось на разных частотах.
3.3. Максимальный выход
Для измерения максимальной выходной мощности в качестве входного сигнала используется синусоида с частотой 1 кГц, и ее амплитуда увеличивается до тех пор, пока выходное искажение не достигнет THD = 10%. На рисунке 7 показано выходное напряжение, когда на выходе усилителя максимальная мощность составляет около 1500 Вт.
Как показано на рисунке 7, при максимальном значении выходной мощности форма сигнала кажется очевидным ограничением. Для удобства максимальное выходное напряжение ограничено 3400 В (критическая точка появления ограничения напряжения), а соответствующая максимальная выходная мощность, следовательно, снижена примерно до 1400 Вт, по оценкам
3.4. КПД и линейность
КПД, соответствующий выходной мощности в таблице 1, приведен в таблице 2. представляет собой полную мощность, потребляемую всей системой усилителя; — выходная мощность, измеренная под нагрузкой. Замечено, что это среднее значение выходной мощности, измеренное от 100 до 1000 Гц с размером шага 100 Гц, по той же причине, что объясняется в разделе 3.2.
