Электронный трансформатор: Трансформаторы 12 вольт для галогенных ламп

Почему для электропитания светодиодного оборудования нельзя использовать электронные трансформаторы для галогенных ламп?

  При подборе оборудования для светодиодной подсветки или светодиодного освещения, неизбежно возникает задача выбора блока питания для системы. Специалисты по светодиодному оборудованию всегда предлагают использовать специализированные блоки питания. У человека, столкнувшегося с этим оборудованием в первый раз, как правило, возникает вполне естественный вопрос – почему нельзя применить электронный трансформатор для галогенных ламп? Он, при одинаковой мощности, имеет меньший размер, меньшую цену, да и выходное напряжение у него тоже 12 вольт. Те, кто просто хочет получить ответ на этот вопрос, не вникая в подробности, может сразу перейти к выводам в конце статьи. 

  Для тех же, кто хочет подробнее разобраться в вопросе – немного теории.

  Для начала хочется отметить, что практически все современные источники питания – это импульсные преобразователи. Принципиальное отличие их от применявшихся ранее аналоговых (или линейных) источников питания заключается в том, что преобразование напряжения в них осуществляется не на частоте питающей электросети (50Гц), а на значительно более высокой частоте (обычно в диапазоне 30000-50000 Гц). Благодаря переходу на такие частоты удалось значительно уменьшить размеры и вес источников питания, а также значительно повысить их КПД, который в современных моделях достигает 95%.

  Чтобы понять различие между полноценным блоком питания и электронным трансформатором, разберемся с их внутренним устройством. 

Рассмотрим структурную схему обычного электронного трансформатора для питания галогенных ламп (рис. 1). 

 

Рис.1 Структурная схема электронного трансформатора, предназначенного для питания галогенных ламп.

  Переменный ток частотой 50 Гц и напряжением 220 В (Рис.2а) подается на входной выпрямитель, представляющий из себя, как правило, диодный мост. На выходе выпрямителя (Рис.2б) мы получаем импульсы напряжения одной полярности и удвоенной частоты – 100Гц.

 

   

Рис.2 Формы напряжения на входе (а) и выходе (б) выпрямителя.

  Далее это напряжение подается на каскад, выполненный на ключевых транзисторах, которые при помощи положительной обратной связи введены в режим генерации. Таким образом, на выходе этого каскада формируются высокочастотные импульсы с частотой генерации и амплитудой сетевого напряжения. Очень важно для нашего случая обратить внимание на то, что генерация в подобной схеме возникает не всегда, а только при условии, что нагрузка электронного трансформатора находится в определенных пределах, например, от 30 до 300 Ватт. Кроме того, поскольку питание ключевого каскада осуществляется импульсами с выхода выпрямителя, то высокочастотное колебание генератора оказывается промодулированным импульсами частотой 100 Гц.

  Сформированное таким образом напряжение сложной формы подается на понижающий трансформатор, на выходе которого мы имеем напряжение такой же формы, но величиной, подходящей для питания галогенных ламп. Здесь стоит отметить, что для нити накаливания, которая является источником света в галогенных лампах, не имеет значение формы питающего напряжение. Для ламп накаливания важно только действующее напряжение – т.е. величина напряжения, усредненная за период времени. Когда в характеристиках электронного трансформатора указывается выходное напряжение 12 вольт, то речь идет как раз о действующем напряжении. На рис.3 приведены реальные осциллограммы, снятые на выходе электронного трансформатора.

   

Рис.3 Осциллограммы на выходе электронного трансформатора, предназначенного для питания галогенных ламп.

  Из осциллограммы Рис.3а видно, что импульсы на выходе электронного трансформатора следуют с частотой 55000 Гц, имеют очень крутые фронты и амплитудное значение 17 вольт. По осциллограмме на Рис.3б можно заметить, что почти 20% времени напряжение на выходе электронного трансформатора вообще равно нулю (горизонтальные участки между всплесками напряжения). Что же произойдет, если такое напряжение подать, например, на светодиодную лампу? В любую светодиодную лампу всегда встроен собственный драйвер для обеспечения оптимального режима работы светодиодов. Этот драйвер будет пытаться сгладить скачки напряжения, но гарантировать долгую надежную работу в этом случае невозможно. Что касается светодиодной ленты – то для ее питания вообще требуется постоянное напряжение.

 

  Теперь рассмотрим структурную схему стабилизированного блока питания, используемого совместно со светодиодным оборудованием (рис. 4). 

Рис.4 Структурная схема блока питания постоянного тока со стабилизированным выходным напряжением, предназначенного для питания светодиодного оборудования.

 Первый блок – уже знакомый нам входной выпрямитель, который не имеет никаких отличий от выпрямителя, рассмотренного нами выше. С его выхода напряжение (см. Рис.2б) подается на сглаживающий фильтр, после которого приобретает форму, показанную сплошной линией на Рис.5.

Рис.5 Форма напряжения на выходе сглаживающего фильтра.

  Как видно из рисунка, пульсации на выходе фильтра почти отсутствуют и форма напряжения близка к прямой линии. 

  Это напряжение подается на силовые транзисторные ключи, к выходу которых, как и в случае с электронным трансформатором, подключен понижающий трансформатор. Отличие заключается в том, что работой ключей управляет специализированная микросхема, в состав которой входит задающий генератор, ШИМ контроллер и различные цепи управления.

  Механизм использования ШИМ (широтно-импульсной модуляции) в блоке питания заключается в том, что меняя ширину коммутирующих импульсов, подаваемых на силовые ключи, можно менять напряжение на выходе блока питания. Благодаря этому, подавая сигнал управления с выхода блока питания на вход контроллера ШИМ, появляется возможность стабилизировать выходное напряжение.

  Стабилизация выходного напряжения осуществляется следующим образом. Когда выходное напряжение, под влиянием внешних факторов, повышается, сигнал ошибки передается с выхода блока питания на контроллер ШИМ, ширина импульсов уменьшается, и выходное напряжение снижается, приходя в норму. При понижении выходного напряжения аналогичным образом происходит увеличение ширины коммутирующих импульсов. Благодаря такой работе, выходное напряжение всегда поддерживается в заданном диапазоне.

  Поскольку режим работы задающего генератора в данной схеме не зависит от внешних воздействий, а также благодаря цепям стабилизации, выходное напряжение остается постоянным во всем диапазоне допустимой мощности нагрузки, например, от 0 до 100 Вт.

  Кроме того, наличие обратной связи позволило защитить блок питания от выхода из строя. При превышении потребляемой мощности, при повышении выходного напряжения выше критического, а также при коротком замыкании в нагрузке происходит автоматическое выключение блока питания. После устранения причины, вызвавшей срабатывание защиты, блок питания запускается вновь.

  После понижающего трансформатора высокочастотные разнополярные импульсы поступают на выпрямитель, где преобразуются в импульсы одной полярности. Выходной фильтр сглаживает импульсы после выпрямления и превращает их в постоянное напряжение с низким уровнем пульсаций.

  Благодаря рассмотренным мерам стабилизации и фильтрации, нестабильность постоянного напряжение на выходе блока питания обычно не превышает 3% от номинального, а напряжение пульсаций имеет величину не более 0,1 вольта.

  Также немаловажное положительное влияние выходного фильтра — значительное снижение уровня электромагнитных помех, излучаемых блоком питания и в особенности помех, излучаемых проводами, подключенными к его выходу.

  Выводы

  Электронные трансформаторы, предназначенные для питания галогенных ламп, использовать для питания светодиодного оборудования нельзя потому, что: 

1. Значение 12 вольт, указанное в паспорте электронного трансформатора – это действующее (усредненное) напряжение. Реально в выходном напряжении могут присутствовать короткие импульсы, амплитудой до 40 вольт. 

2. Напряжение на выходе электронного трансформатора высокочастотное и невыпрямленное. Оно содержит импульсы разной полярности, как положительной, так и отрицательной. 

3. Выходное действующее напряжение электронных трансформаторов нестабильно, зависит от входного напряжения питающей сети, от мощности подключенной нагрузки, от температуры окружающей среды и может лежать в пределах 11-16 вольт. 

4. Электронный трансформатор не способен работать при маленькой нагрузке. В его характеристиках обычно указывается нижняя и верхняя граница допустимой мощности нагрузки, например 30-300 ватт. 

  Первые три пункта неминуемо приведут к преждевременному выходу светодиодного оборудования из строя. В некоторых случаях оборудование может выйти из строя уже при первом включении. Такая поломка не будет являться гарантийным случаем. 

  При замене галогеновых ламп на светодиодные в уже существующих системах, помимо первых трех пунктов, необходимо учитывать и четвертый. Потребляемая мощность светодиодных ламп в 10 раз меньше мощности галогеновых. При недостаточной нагрузке электронный трансформатор может не включиться совсем или будет периодически включаться и выключаться. При такой замене ламп в любом случае рекомендуется заменять и источник питания.

Электронный трансформатор тока: продолжение дискуссии — Энергетика и промышленность России — № 19 (159) октябрь 2010 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 19 (159) октябрь 2010 года

Не исключено, что сравнительный технико-экономический обзор существующих сегодня на рынке электронных и оптоэлектронных трансформаторов тока и напряжения был бы тоже интересен читателям. Мы постараемся выпустить на эту тему отдельную статью.

Что касается сравнения данного ЭТТ с традиционными трансформаторами тока (далее – ТТ), то в части метрологических характеристик эти средства измерений идентичны, поскольку в ЭТТ в качестве первичного преобразователя используется как раз традиционный ТТ, а канал передачи данных имеет погрешность более чем в три раза меньше, чем у используемого ТТ, что позволяет ею пренебречь. Основное отличие данного ЭТТ от традиционных ТТ является отсутствие высоковольтной изоляции при измерении тока в цепях, находящихся под любым высоким потенциалом, что и определяет технико-экономический эффект от его использования. Первичный преобразователь, которым является традиционный ТТ класса 0,66 кВ, установленный в высоковольтной цепи, связан с этой цепью гальванически и находится под высоким потенциалом. Под этим же потенциалом находится аналогово-цифровой преобразователь (далее – АЦП) с оптическим выходом и его источник питания. Информация об измеряемом токе в цифровом виде по оптоволоконному кабелю поступает на сторону низкого потенциала, где вновь преобразуется в ток. Габариты и масса высоковольтной части ЭТТ настолько малы, что позволяют размещать ее на высоковольтных шинах ячеек или на проводах высоковольтных линий электропередачи без использования дополнительных изоляторов. Таким образом, ЭТТ легко размещается в ячейках 6‑10 кВ, может быть установлен как взамен имеющимся ТТ, так и в цепях, где ТТ отсутствует, но где потребовалось измерение тока.

Кстати, по поводу частичных разрядов в литой изоляции ТТ, устанавливаемых на железных дорогах России. Применение ТТ с масляной изоляцией здесь запрещено уже давно. Показатели качества электроэнергии на железных дорогах России оставляют желать много лучшего. Нередки случаи, когда напряжения по третьей и пятой гармонике в контактной сети составляет 50 процентов и более от напряжения первой гармоники. Соответственно, токи смещения повышенной частоты по изоляции ТТ оказываются в разы больше, чем токи, протекающие при номинальном напряжении на основной гармонике. Авторы предполагают, что такой режим работы ТТ может приводить к преждевременному старению изоляции ТТ и выходу ее из строя. Из вышесказанного следуют преимущества ЭТТ перед традиционными ТТ. Помимо уменьшения габаритов и массы изделия, значительно повышается надежность и безопасность устройства. ЭТТ не чувствителен к перенапряжениям, грозовым импульсам и обеспечивает защиту низковольтной аппаратуры и работающего с ней персонала от попадания высокого напряжения даже при серьезных авариях в силовых цепях.

При описании работы низковольтной части ЭТТ, возможно, была допущена неоднозначная терминология в описании источника питания выходного каскада. Результаты исследований показали, что современные импульсные источники питания с преобразованием на высокой частоте не годятся для питания выходного каскада ЭТТ. Поэтому был использован линейный или аналоговый источник с трансформатором частотой 50 Гц на входе. Стабилизация напряжения питания не применялась, поскольку не требовалась. Для питания АЦП в высоковольтной части ЭТТ применяется дополнительный трансформатор с размерами сердечника такими же, как и у измерительного ТТ. Это сделано в целях технологичности конструкции и позволяет выполнить высоковольтную часть ЭТТ в малых габаритах. При малых токах, начиная с 0,9 процента от номинального тока в высоковольтной шине, трансформатор питания АЦП работает в режиме трансформатора напряжения. При токах, близких к максимальному, до 100 процентов от номинального и более, трансформатор питания АЦП работает в режиме трансформатора тока с короткозамкнутой вторичной обмоткой для снижения тепловыделения высоковольтной части ЭТТ.

К отличиям ЭТТ от традиционных ТТ относится наличие времени активации. При отсутствии тока в цепи имеется задержка от момента появления тока до появления выходного сигнала на выходе ЭТТ, которая и называется временем активации. Для описываемого ЭТТ время активации не превышает 5 мс, что не влияет на точность измерения тока при коммерческом учете, но необходимо учитывать при использовании ЭТТ в целях защиты, особенно в цепях 6‑10 кВ, где быстродействие выключателей не превышает 30 мс. В цепях напряжением 27,5 кВ и более, где время срабатывания выключателей более чем на порядок выше, временем активации ЭТТ можно пренебречь.

И в заключение хотелось бы затронуть очень важный вопрос оцифровки сигнала ЭТТ, пропорционального измеряемому току. В настоящее время на входах всех без исключения электронных устройств измерения и релейной защиты стоят внутренние трансформаторы тока, рассчитанные на вторичные токи стандартных ТТ – 1 или 5 А. Вторичные обмотки внутренних ТТ нагружены на шунты, сигналы с которых поступают на входы внутренних АЦП для того, чтобы последующая обработка информации осуществлялась в цифровом виде. В случае применения ЭТТ токовый сигнал преобразуется в цифровую форму дважды. Первоначально в АЦП высоковольтного блока ЭТТ, а затем после восстановления в нормированный ток во внутреннем АЦП стандартного измерительного устройства. Для того чтобы избежать такого двойного преобразования, имеются два пути. Один из них – это изготовление счетчиков электроэнергии или терминалов защиты «прямого действия». Во избежание путаницы в терминологии имеются в виду устройства, в состав которых входит ЭТТ, а также, при необходимости, и трансформаторы напряжения или емкостные делители с АЦП на выходе. Информация о токе и напряжении поступает в блок обработки в цифровом виде уже гальванически развязанная с помощью оптоволоконного кабеля.

Второй путь, гораздо более перспективный,– это создание стандарта, согласно которому цифровой сигнал с ЭТТ (или других средств измерения с цифровым выходом) должен иметь определенный стандартный вид. При этом разработка таких средств измерений и устройств измерения и защиты с цифровыми входами может осуществляться различными фирмами и стыковаться между собой на месте эксплуатации. Необходимость такого стандарта очевидна, и его разработка это вопрос времени. Можно считать, что она уже началась. В частности, необходимо создать методику поверки ЭТТ с цифровым выходом. Мы предполагаем разработать эталонный цифро-аналоговый преобразователь, с помощью которого производить поверку ЭТТ имеющимися эталонными средствами измерения. Если читателей заинтересует эта проблема или появится желание принять участие в ее решении, мы всегда готовы к сотрудничеству.

Электронные трансформаторы для галогенных ламп на 12 В

В статье описаны так называемые электронные трансформаторы, по сути, представляющие собой импульсные понижающие преобразователи для питания галогенных ламп, рассчитанных на напряжение 12 В. Предложены два варианта исполнения трансформаторов — на дискретных элементах и с применением специализированной микросхемы.

Галогенные лампы являются, по сути, более усовершенствованной модификацией обычной лампы накаливания. Принципиальное отличие заключается в добавлении в колбу лампы паров соединений галогенов, которые блокируют активное испарение металла с поверхности нити накала во время работы лампы. Это позволяет разогревать нить накала до более высоких температур, что даёт более высокую светоотдачу и более равномерный спектр излучения. Помимо этого, увеличивается срок службы лампы. Эти и другие особенности делают галогенную лампу весьма привлекательной для домашнего освещения, и не только. Промышленно выпускается широкий ассортимент галогенных ламп различной мощности на напряжение 230 и 12 В. Лампы с напряжением питания 12 В обладают лучшими техническими характеристиками и большим ресурсом по сравнению с лампами на 230 В, не говоря уже об электробезопасности. Для питания таких ламп от сети 230 В необходимо уменьшить напряжение. Можно, конечно, применить обычный сетевой понижающий трансформатор, но это дорого и нецелесообразно. Оптимальный выход — использовать понижающий преобразователь 230 В/12 В, часто называемый в таких случаях электронным трансформатором или галогенным конвертором (halogen convertor). О двух вариантах таких устройств и пойдёт речь в этой статье, оба рассчитаны на мощность нагрузки 20…105 Вт.

Один из наиболее простых и распространённых вариантов схемных решений для понижающих электронных трансформаторов — это полумостовой преобразователь с положительной обратной связью по току, схема которого приведена на рис. 1. При подключении устройства к сети конденсаторы С3 и С4 быстро заряжаются до амплитудного напряжения сети, формируя половинное напряжение в точке соединения. Цепь R5C2VS1 формирует запускающий импульс. Как только напряжение на конденсаторе С2 достигнет порога открывания динистора VS1 (24.32 В), он откроется и к базе транзистора VT2 будет приложено прямое напряжение смещения. Этот транзистор откроется, и ток потечёт по цепи: общая точка конденсаторов С3 и С4, первичная обмотка трансформатора Т2, обмотка III трансформатора Т1, участок коллектор — эмиттер транзистора VT2, минусовый вывод диодного моста VD1. На обмотке II трансформатора Т1 появится напряжение, поддерживающее транзистор VT2 в открытом состоянии, при этом к базе транзистора VT1 будет приложено обратное напряжение от обмотки I (обмотки I и II включены противофазно). Протекающий через обмотку III трансформатора Т1 ток быстро введёт его в состояние насыщения. Вследствие этого напряжение на обмотках I и II Т1 устремится к нулю. Транзистор VT2 начнёт закрываться. Когда он почти полностью закроется, трансформатор станет выходить из насыщения.

Рис. 1. Схема полумостового преобразователя с положительной обратной связью по току 

 

Закрывание транзистора VT2 и выход из насыщения трансформатора Т1 приведут к изменению направления ЭДС и росту напряжения на обмотках I и II. Теперь к базе транзистора VT1 будет приложено прямое напряжение, ак базе VT2 — обратное. Транзистор VT1 начнёт открываться. Ток потечёт по цепи: плюсовой вывод диодного моста VD1, участок коллектор — эмиттер VT1, обмотка III Т1, первичная обмотка трансформатора Т2, общая точка конденсаторов С3 и С4. Далее процесс повторяется, а в нагрузке формируется вторая полуволна напряжения. После запуска диод VD4 поддерживает в разряженном состоянии конденсатор С2. Поскольку в преобразователе не используется сглаживающий оксидный конденсатор (в нём нет необходимости при работе на лампу накаливания, даже, наоборот, его присутствие ухудшает коэффициент мощ-ности устройства), то по окончании полупериода выпрямленного напряжения сети генерация прекратится. С приходом следующего полупериода генератор запустится снова. В результате работы электронного трансформатора на его выходе формируются близкие по форме к синусоидальным колебания частотой 30…35 кГц (рис. 2), следующие пачками с частотой 100 Гц (рис. 3).

Рис. 2. Близкие по форме к синусоидальным колебания частотой 30…35 кГц

 

Рис. 3. Колебания частотой 100 Гц

 

Важная особенность подобного преобразователя — он не запустится без нагрузки, поскольку при этом ток через обмотку III Т1 будет слишком мал, и трансформатор не войдёт в насыщение, процесс автогенерации сорвётся. Эта особенность делает ненужной защиту от режима холостого хода. Устройство с указанными на рис. 1 номиналами стабильно запускается при мощности нагрузки от 20 Вт.

На рис. 4 приведена схема усовершенствованного электронного трансформатора, в который добавлены помехоподавляющий фильтр и узел защиты от короткого замыкания в нагрузке. Узел защиты собран на транзисторе VT3, диоде VD6, стабилитроне VD7, конденсаторе C8 и резисторах R7-R12. Резкое увеличение тока нагрузки приведёт к увеличению напряжения на обмотках I и II трансформатора Т1 с 3…5 В в номинальном режиме до 9…10 В в режиме короткого замыкания. В результате на базе транзистора VT3 появится напряжение смещения 0,6 В. Транзистор откроется и зашунтирует конденсатор цепи запуска С6. В результате со следующим полупериодом выпрямленного напряжения генератор не запустится. Конденсатор С8 обеспечивает задержку отключения защиты около 0,5 с.

Рис. 4. Схема усовершенствованного электронного трансформатора

 

Второй вариант электронного понижающего трансформатора показан на рис. 5. Он более прост в повторении, поскольку в нём нет одного трансформатора, при этом более функционален. Это тоже полумостовой преобразователь, но под управлением специализированной микросхемы IR2161S. В микросхему встроены все необходимые защитные функции: от пониженного и повышенного напряжения сети, от режима холостого хода и короткого замыкания в нагрузке, от перегрева. Также IR2161S обладает функцией мягкого старта, который заключается в плавном нарастании напряжения на выходе при включении от 0 до 11,8 В в течение 1 с. Это исключает резкий бросок тока через холодную нить лампы, что значительно, иногда в несколько раз, повышает срок её службы.

Рис. 5. Второй вариант электронного понижающего трансформатора

 

В первый момент, а также с приходом каждого последующего полупериода выпрямленного напряжения питание микросхемы осуществляется через диод VD3 от параметрического стабилизатора на стабилитроне VD2. Если питание осуществляется напрямую от сети 230 В без использования фазового регулятора мощности (диммера), то цепь R1-R3C5 не нужна. После входа в рабочий режим микросхема дополнительно питается с выхода полумоста через цепь d2VD4VD5. Сразу же после запуска частота внутреннего тактового генератора микросхемы — около 125 кГц, что значительно выше частоты выходного контура С13С14Т1, в результате напряжение на вторичной обмотке трансформатора Т1 будет мало. Внутренний генератор микросхемы управляется напряжением, его частота обратно пропорциональна напряжению на конденсаторе С8. Сразу же после включения этот конденсатор начинает заряжаться от внутреннего источника тока микросхемы. Пропорционально росту напряжения на нём будет уменьшаться частота генератора микросхемы. Когда напряжение на конденсаторе достигнет 5 В (приблизительно через 1 с после включения), частота уменьшится до рабочего значения около 35 кГц, а напряжение на выходе трансформатора достигнет номинального значения 11,8 В. Так реализован мягкий старт, после его завершения микросхема DA1 переходит в рабочий режим, в котором вывод 3 DA1 можно использовать для управления выходной мощностью. Если параллельно конденсатору С8 подключить переменный резистор сопротивлением 100 кОм, можно, изменяя напряжение на выводе 3 DA1, управлять выходным напряжением и регулировать яркость свечения лампы. При изменении напряжения на выводе 3 микросхемы DA1 от 0 до 5 В частота генерации будет меняться от 60 до 30 кГц (60 кГц при 0 В — минимальное напряжение на выходе и 30 кГц при 5 В — максимальное).

Вход CS (вывод 4) микросхемы DA1 является входом внутреннего усилителя сигнала ошибки и используется для контроля тока нагрузки и напряжения на выходе полумоста. В случае резкого увеличения тока нагрузки, например, при коротком замыкании, падение напряжения на датчике тока — резисторах R12 и R13, а следовательно, и на выводе 4 DA1 превысит 0,56 В, внутренний компаратор переключится и остановит тактовый генератор. В случае же обрыва нагрузки напряжение на выходе полумоста может превысить предельно допустимое напряжение транзисторов VT1 и VT2. Чтобы избежать этого, к входу CS через диод VD7 подключён резистивно-ёмкостный делитель C10R9. При превышении порогового значения напряжения на резисторе R9 генерация также прекращается. Более подробно режимы работы микросхемы IR2161S рассмотрены в [1].

Рассчитать число витков обмоток выходного трансформатора для обоих вариантов можно, например, с помощью простой методики расчёта [2], выбрать подходящий магнитопровод по габаритной мощности можно с помощью каталога [3].

Согласно [2], число витков первичной обмотки равно 

N_I = (U_{c max}·t_{0 max}) / (2·S·B_max),

где U_{c max}  — максимальное напряжение сети, В; t_{0 max} — максимальное время открытого состояния транзисторов, мкс; S — площадь поперечного сечения магнитопровода, мм²; B_max— максимальная индукция, Тл.

Число витков вторичной обмотки

N_II = N_I / k

где k — коэффициент трансформации, в нашем случае можно принять k = 10.

Чертёж печатной платы первого варианта электронного трансформатора (см. рис. 4) приведён на рис. 6, расположение элементов — на рис. 7. Внешний вид собранной платы показан на рис. 8. обложки. Электронный трансформатор собран на плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Все элементы для поверхностного монтажа установлены со стороны печатных проводников, выводные — на противоположной стороне платы. Большинство деталей (транзисторы VT1, VT2, трансформатор Т1, динистор VS1, конденсаторы С1-С5, С9, С10) подойдут от массовых дешёвых электронных балластов для люминесцентных ламп типа Т8, например, Tridonic PC4x18 T8, Fintar 236/418, Cimex CSVT 418P, Komtex EFBL236/418, TDM Electric EB-T8-236/418 и др., поскольку они имеют схожую схемотехнику и элементную базу. Конденсаторы С9 и С10 — металлоплёночные полипропиленовые, рассчитанные на большой импульсный ток и переменное напряжение не менее 400 В. Диод VD4 — любой быстродействующий с допустимым обратным на рис 11 пряжением не менее 150 В. 

Рис. 6. Чертёж печатной платы первого варианта электронного трансформатора

 

Рис. 7. Расположение элементов на плате

 

Рис. 8. Внешний вид собранной платы

 

Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе с магнитной проницаемостью 2300 ±15 %, его внешний диаметр — 10,2 мм, внутренний диаметр — 5,6 мм, толщина — 5,3 мм. Обмотка III (5-6) содержит один виток, обмотки I (1-2) и II (3-4) — по три витка провода диаметром 0,3 мм. Индуктивность обмоток 1-2 и 3-4 должна быть 10…15 мкГн. Выходной трансформатор Т2 намотан на магнитопроводе EV25/13/13 (Epcos) без немагнитного зазора, материал N27. Его первичная обмотка содержит 76 витков провода 5×0,2 мм. Вторичная обмотка содержит восемь витков литцендрата 100×0,08 мм. Индуктивность первичной обмотки равна 12 ±10 % мГн. Дроссель помехоподавляющего фильтра L1 намотан на маг-нитопроводе Е19/8/5, материал N30, каждая обмотка содержит по 130 витков провода диаметром 0,25 мм. Можно применить подходящий по габаритам стандартный двухобмоточный дроссель индуктивностью 30…40 мГн. Конденсаторы С1, С2 желательно применить Х-класса. 

Чертёж печатной платы второго варианта электронного трансформатора (см. рис. 5) показан на рис. 9, расположение элементов — на рис. 10. Плата также изготовлена из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита, элементы для поверхностного монтажа расположены со стороны печатных проводников, выводные — на противоположной стороне. Внешний вид готового устройства приведён на рис. 11 и рис. 12. Выходной трансформатор Т1 намотан накольцевом магнитопроводе R29.5 (Epcos), материал N87. Первичная обмотка содержит 81 виток провода диаметром 0,6 мм, вторичная — 8 витков провода 3×1 мм. Индуктивность первичной обмотки равна 18 ±10 % мГн, вторичной — 200 ±10 % мкГн. Трансформатор Т1 рассчитывался на максимальную мощность до 150 Вт, для подключения такой нагрузки транзисторы VT1 и VT2 необходимо установить на теплоотвод — алюминиевую пластину площадью 16…18 мм², толщиной 1,5…2 мм. При этом, правда, потребуется соответствующая переделка печатной платы. Также выходной трансформатор можно применить от первого варианта устройства (потребуется добавить на плате отверстия под иное расположение выводов). Транзисторы STD10NM60N (VT1, VT2) можно заменить на IRF740AS или аналогичные. Стабилитрон VD2 должен быть мощностью не менее 1 Вт, напряжение стабилизации — 15,6…18 В. Конденсатор С12 — желательно дисковый керамический на номинальное постоянное напряжение 1000 В. Конденсаторы С13, С14 — металлопленочные полипропиленовые, рассчитанные на большой импульсный ток и переменное напряжение не менее 400 В. Каждую из резистивных цепей R4-R7, R14-R17, R18-R21 можно заменить одним выводным резистором соответствующих сопротивления и мощности, но при этом потребуется изменить печатную плату.

Рис. 9. Чертёж печатной платы второго варианта электронного трансформатора

 

Рис. 10. Расположение элементов на плате

 

Рис. 11. Внешний вид готового устройства

 

Рис. 12. Внешний вид собранной платы

 

Литература

1. IR2161 (S) & (PbF). Halogen convertor control IC. — URL: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2161.pdf (24.04.15).

2. Peter Green. 100VA dimmable electronic convertor for low voltage lighting. — URL: http:// www.irf.com/technical-info/refdesigns/ irplhalo1e.pdf (24.04.15).

3. Ferrites and Accessories. — URL: http:// en.tdk.eu/tdk-en/1 80386/tech-library/ epcos-publications/ferrites (24.04.15).

Автор: В. Лазарев, г. Вязьма Смоленской обл.

Электронный трансформатор: схема монтажа

В некоторых случаях, с целью обеспечения электробезопасности, рекомендуется применять лампы, рассчитанные на напряжение менее, чем 220 вольт. Такой вид освещения более всего подходит для помещений с повышенной влажностью. Здесь, в светильниках практикуется использование галогенных ламп, рабочее напряжение которых составляет всего 12 вольт. Для питания таких ламп применяется электронный трансформатор, схема которого обеспечивает их нормальную работу от обычной электрической сети.

Эксплуатационные качества электронного трансформатора

Большинство электронных трансформаторов изготавливается в виде пластмассовой или металлической коробочки небольших размеров. Из нее выходит два входных провода на 220 вольт и два выходных провода на 12 вольт.

В электронных трансформаторах имеется возможность регулировки яркости светильника диммерами или тиристорными регуляторами. Эта регулировка осуществляется с той стороны, где расположено входное напряжение.

Основным достоинством электронного трансформатора являются его небольшие размеры и малый вес. Это позволяет производить их установку, практически, в любом месте. В некоторых моделях современных светильников, которые рассчитаны на использование галогенных ламп, изначально встроены различные типы электронных трансформаторов. Чаще всего, такие схемы применяются для люстр. Иногда они используются внутри мебели, чтобы создать подсветку внутреннего пространства.

При монтаже освещения, электронные трансформаторы, как правило, устанавливаются во внутренней части подвесных потолков или гипсокартонных плит, как можно ближе к галогенным лампам. Длина проводов, соединяющих лампу и трансформатор не должна превышать одного метра. Это связано с тем, что при увеличении длины провода, происходит увеличение его индуктивного сопротивления. Чтобы повысить надежность системы освещения, мощность используемых ламп должна быть на 10-15% ниже, чем мощность трансформатора.

Одним из основных условий нормальной эксплуатации трансформатора, является использование обязательной нагрузки для устройства. В качестве постоянной нагрузки применяется лампочка, а основное освещение включается с помощью выключателя, установленного в первичной сети. Для того, чтобы полностью задействовать те или иные функции прибора, нужно знать его общее устройство.

Устройство электронного трансформатора

Обычно, электронный трансформатор помещается в металлический корпус, две части которого скрепляются двумя заклепками. Иногда для изготовления корпуса используется пластик.

Внутри установлены кольцеобразные или Ш-образные трансформаторы с ферритовыми сердечниками. Для возможной перемотки, лучше всего использовать первый вариант. Мощность электронных трансформаторов различается, в зависимости от модели и составляет от 60 до 250 ватт.

Ремонт электронного трансформатора Eaglerise EET210LK для галогенных ламп — blog.instalator

Имеется подобная люстра, в которой используются низковольтные галогенные лампочки, на 12 Вольт. Люстра периодически начала гаснуть либо не включаться вообще, в итоге с громким щелчком погасла совсем. В самой люстре установлен электронный трансформатор для понижения сетевого напряжения 230 В до необходимых, для питания галогенных лампочек, 12 Вольт. Стало понятно, что неисправность, скорее всего именно в трансформаторе.

Люстра с низковольтными капсульными галогенными лампами

Галогенные лампочки на 12 Вольт в таком форм факторе.

Низковольтная капсульная галогенная лампа

В люстре установлен электронный трансформатор Eaglerise EET210LK, с выходным напряжением 11.5 В.

Электронный трансформатор для галогенных ламп Eaglerise EET210LK

Вскрываем его и не вооруженным глазом видим виновника громкого щелчка перед смертью (обведен на фото), это варистор.

Плата электронного трансформатора для галогенных ламп Eaglerise EET210LK

Справа на фото то, что осталось от варистора.

Слева — нормальный варистор. Справа — сгоревший варистор.

Первым делом проверил предохранитель, он оказался сгоревшим. Проверил диодный мост, все диоды оказались рабочими. Далее проверил 3 биполярных транзистора, один  маленький 2N5551 и два P13009 установленных на радиаторах, они оказались тоже целые. После чего решил проверить все остальные диоды на плате — целые. Проверил все резисторы, особенно smd, они тоже оказались целыми.

Выпаял остатки сгоревшего варистора, заменил предохранитель, включил в розетку и…. нет, не взорвался, он не заработал. Включал естественно с нагрузкой, автомобильной галогенной лампочкой. Было слышно только чуть слышимое гудение трансформатора. Выключил.

Нашел в сети схему электронного трансформатора другого производителя, но она один в один как наш пациент.

Электронный трансформатор для галогенных ламп Kanlux SET210Схема электронного трансформатора для галогенных ламп Kanlux SET210, Eaglerise EET210LK

Без осциллографа невозможно посмотреть, что творится на ключах, решил пройтись по емкостям. Электролит 47 мкФ, заменил сразу, попробовал подкинуть емкости параллельно конденсаторам на первичной обмотке выходного трансформатора (обведено желтым) и блок завелся.

Выпаиваем эти конденсаторы

и проверяем их в чудо-приборе)

Проверка конденсаторов на Китайском тестере радиодеталейПроверка конденсаторов на Китайском тестере радиодеталей

Результат проверки как говорится налицо, по маркировке на конденсаторах их емкость должна быть 0.15 мкФ, а реальная у первого конденсатора емкость 94 пФ (пикофарад), у второго чуть лучше чем первый — 0.091 мкФ, но все равно не дотягивает до номинала, емкость практически в два раза ниже.

Снял с донорской платы вот такие конденсаторы, судя по форме, цвету и маркировке, это к73-17, тогда надписи на нем означают: 150 нФ или 0.15 мкФ , погрешность +- 5%, рабочее напряжение 400 Вольт.

Конденсатор к73-17

Измеряем их емкость

Реальная емкость полностью соответствует маркировке — 152 нФ или 0,152 мкФ.

Впаиваем их в место китайских неисправных и электронный трансформатор заработал. Да будет свет.

 

Шуруповерт от сети — переделка шуруповерта

Безусловно, такое решение лишит шуруповерт его основного достоинства – мобильности. Но это довольно популярный вариант среди самоделкиных, если не удается достать комплект аккумуляторов на замену старым.

Блок питания очень дешевый и простой. Он построен на базе умощненного электронного трансформатора. В роли подопытного может выступать любой электронный трансформатор с мощностью от 50 до 100 Вт. Больше нет смысла, поскольку мощность все равно будет увеличиваться. Более подробно с этим вопросом можно ознакомиться в статье об увеличении мощности трансформатора.

Силовой трансформатор формата ATX был взят из компьютерного БП.

Родные обмотки были демонтированы и на их место были намотаны новые. Для тех, кто будет использовать схожие сердечники – первичная обмотка содержит 55 витков, а намотка производилась трехжильным проводом (0,5 мм каждая жила). В один слой обмотка не влезла, поэтому каждый слой был тщательно заизолирован.

Вторичная обмотка с расчетом: на 1 виток – 2 В. Рекомендованный диаметр провода – 4 мм. Для удобства намотки можно использовать жгут из более тонких проводов.

Располовиненный сердечник можно склеить суперклеем или при помощи скотча.

Блок питания нестабилизированного типа, поэтому напряжение на выходе будет немного отклоняться от расчетного. Но ничего страшного не будет.

В качестве диодного выпрямителя установлены диоды КД2997. Они на 30 А и без проблем могут работать на частотах до 100 кГц.

На изображениях диодный мост изготовлен на отдельной плате, хотя прилагаемая для скачивания схема печатной платы содержит этот выпрямитель.

Диоды обязательно устанавливаются на теплоотвод и изолируются от радиатора с помощью слюдяных прокладок.

Также к радиатору прикреплены и силовые транзисторы блока питания. Они из линейки MJE, а точнее, MJE13009. Но можно заменить на 13007 в корпусе ТО220, хотя посадочные места на плате предусмотрены для ключей в корпусе ТО247.

Получившееся устройство было установлено в корпус от аккумулятора. В конце был подключен сетевой провод.

Итак, получившийся вариант блока питания является простейшим и имеет право на существование как один из многих. Естественно, можно сконструировать и что-нибудь посерьезнее, но это усложнит конструкцию.

Прикрепленные файлы: СКАЧАТЬ.

АВТОР:  АКА КАСЬЯН

---

 

Электронный трансформатор

Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям и может быть использовано в качестве электронного трансформатора с плавным изменением коэффициента трансформации в смарт-сетях при преобразовании переменного напряжения в переменное — по величине и частоте. Такие преобразователи могут быть использованы в системах генерирования переменного тока, когда не требуется гальваническая изоляция двух сетей переменного напряжения.

Известен электронный трансформатор, в качестве которого можно использовать преобразователь (Р.Т. Шрейнер. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург. 2000 г., с. 284). Он содержит две ступени преобразования: первая — активный выпрямитель напряжения (первая ступень трансформатора) и инвертор напряжения (вторая ступень трансформатора), между которыми включен накопительный конденсатор, одновременно выполняющий и фильтрацию выпрямленного напряжения. Вторая ступень представляет собой инвертор напряжения и формирует на нагрузке переменное регулируемое напряжение по частоте и по величине, причем по величине, регулируемое только в сторону уменьшения.

Такой электронный трансформатор позволяет регулировать величину выходного напряжения как ниже, так и выше величины входного напряжения. Регулирование в сторону увеличения возможно здесь только за счет одной ступени, а именно первой — активного выпрямителя напряжения.

Повышение напряжения на нагрузке происходит за счет первой ступени преобразователя путем накопления напряжения на фильтровом конденсаторе. Во второй ступени регулирование напряжения возможно только в сторону уменьшения. Таким образом, данный электронный трансформатор имеет низкий коэффициент преобразования напряжения.

Известен также электронный трансформатор, в качестве которого можно использовать преобразователь, являющийся прототипом Hombu А., Nakazato М. Current Source Inverters with Sinusoidal Inpunts and Outputs // Hitachi Review. 1987. Vol. 36, N 1. P. 29-34). Он содержит также две ступени преобразования, активный выпрямитель тока и инвертор тока, выполненные на полностью управляемых ключах, между которыми последовательно включен сглаживающий реактор.

Такой электронный трансформатор позволяет, помимо регулирования частоты выходного напряжения, регулировать величину выходного напряжения как ниже, так и выше величины входного напряжения. Регулирование в сторону увеличения возможно здесь только за счет одной ступени, а именно второй. Поэтому такой электронный трансформатор имеет низкий коэффициент повышения напряжения.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является повышение коэффициента преобразования напряжения.

Это достигается тем, что электронный трансформатор, содержащий первую сеть переменного напряжения, первый LC-фильтр, первый реверсивный преобразователь на полностью управляемых ключах (первая ступень трансформатора), второй реверсивный преобразователь на полностью управляемых ключах (вторая ступень трансформатора), второй LC-фильтр, вторую сеть переменного напряжения, первый и второй реверсивные преобразователи выполнены на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью и включены своими зажимами постоянного тока параллельно, и между этими объединенными зажимами включен накопительный реактор.

На Фиг. 1 предоставлена схема предлагаемого электронного трансформатора, рассматриваемого на примере трансформатора, преобразующего трехфазное входное напряжения в трехфазное выходное напряжение, а на Фиг. 2 — диаграммы его работы.

Предлагаемый электронный трансформатор (Фиг. 1) содержит первую сеть ПС 1; первый LC-фильтр Ф1 2, включенный после питающей сети, далее первый реверсивный преобразователь на полностью управляемых ключах РП1 3 (первая ступень трансформатора), накопительный реактор HP 4, включенный на выходе первой ступени, (второй реверсивный преобразователь на полностью управляемых ключах РП2) 5 (вторая ступень трансформатора), подключенный к выходу первой ступени, второй LC-фильтр Ф2 6, включенный между выходом второй ступени электронного трансформатора и второй сетью ВС 7.

На Фиг. 2 показаны эпюры напряжений в предлагаемой схеме электронного трансформатора. На Фиг. 2а) показаны: u_вх — напряжение первой сети 1 и u_вых — напряжение на выходе электронного трансформатора. На Фиг. 2б): i₄ — ток в накопительном реакторе 4. На Фиг. 2 в): u_вх — напряжение первой сети 1, i_пс — ток первой сети 1 и i_рп1 — входной ток первого реверсивного преобразователя.

Принцип работы предлагаемого электронного трансформатора заключается в следующем. Управление первой и второй ступенями электронного трансформатора осуществляется с применением широтно-импульсной модуляции. Тактовый интервал широтно-импульсной модуляции разбивается на два подынтервала. На первом подынтервале работает первая ступень электронного трансформатора. Выходное напряжение первой ступени формируется в подынтервале из импульса напряжения. Во время действия импульса напряжения в подключенном к выходу первой ступени накопительном реакторе запасается электромагнитная энергия, при этом ключи второго инвертора тока выключены. На время второго подынтервала импульсы управления ключами первой ступени снимаются и начинают работать ключи второй ступени, формируя напряжение во второй сети. В качестве источника тока для нее выступает накопительный реактор 4, который теперь отключен от первой сети ключами первой ступени электронного трансформатора. При этом запасенная энергия в реакторе, величину которой можно регулировать, передается через ключи второй ступени электронного трансформатора к конденсаторам второго фильтра, повышая на них напряжение.

Это стало возможным благодаря тому, что первый и второй реверсивные преобразователи выполнены на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью и включены своими зажимами постоянного тока параллельно, и между этими объединенными зажимами включен накопительный реактор.

Таким образом, обеспечено повышение коэффициента преобразования по напряжению больше, чем в прототипе, за счет того, что при зарядке конденсатора второго фильтра используются два фактора: регулируемый ток накопительного реактора 4 и сам принцип формирования напряжения второй ступени (перемещение рабочей точки по внешней круто возрастающей характеристики реверсивного инвертора тока.

Электронный трансформатор, содержащий первую сеть переменного напряжения, первый LC-фильтр, первый реверсивный преобразователь на полностью управляемых ключах (первая ступень трансформатора), второй реверсивный преобразователь на полностью управляемых ключах (вторая ступень трансформатора), второй LC-фильтр, вторую сеть переменного напряжения, отличающийся тем, что первый и второй реверсивные преобразователи выполнены на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью и включены своими зажимами постоянного тока параллельно, и между этими объединенными зажимами включен накопительный реактор.

границ | Модель гибридного силового электронного трансформатора для количественной оценки преимуществ на уровне системы в системах распределения энергии

1 Введение

Растущее присутствие распределенной генерации, такой как небольшие фотоэлектрические системы, и новые типы управляемых нагрузок, таких как электромобили или электрические тепловые насосы увеличивают нагрузку на существующие системы распределения, создавая такие проблемы, как повышение напряжения, тепловая перегрузка, более высокое присутствие гармоник и более высокие потери в системе (Walling et al., 2008; Прокопью и Очоа, 2017). Распределительные сети традиционно проектировались исходя из предположения, что единственным источником энергии в сети является первичная подстанция, и поэтому наличие сильно изменчивых распределенных энергетических ресурсов (DER) приводит к рабочим ситуациям, которые не были предусмотрены в обычных системах (Walling и др., 2008). В этом отношении распределительный трансформатор, один из наиболее важных и надежных компонентов, работающих на стыке между системами передачи и распределения, имеет ограниченные возможности справляться с воздействием этих новых технологий на электрическую сеть, что приводит к потенциально увеличению эксплуатационных расходов и потери (Aeloiza et al., 2003). Дополнение сети интеллектуальным и активным контролем представляется хорошим вариантом для решения некоторых из предполагаемых проблем и потенциального снижения потребности в усилении сети (Bala et al., 2012; Navarro-Espinosa A. and Ochoa L. F., 2015). В настоящее время многие решения, предлагаемые для достижения более гибкой, управляемой и стабильной сети, основаны на силовых электронных устройствах для их реализации, таких как активные фильтры, HVDC, FACTS-устройства, электронные выключатели и, в частности, силовые электронные трансформаторы (PET) (Liserre и другие., 2016).

ПЭТ — относительно новое устройство, в котором используются силовые электронные преобразователи для преобразования электроэнергии не только между разными уровнями переменного напряжения, но также и различными частотами и формами (например, преобразование переменного тока в постоянный и постоянного в переменный). Среди нескольких различных предложенных топологий и реализаций ПЭТ, возможно, наиболее изученным подходом является трехступенчатый ПЭТ из-за его высокого уровня управляемости и гибкости (Wang et al., 2012; Yang et al., 2016; Ferreira Costa et al. ., 2017). PET обеспечивает новые функции активного управления для распределительных сетей переменного тока с точки зрения, например, управления потоком мощности, регулирования напряжения и ограничения нейтральных токов и токов короткого замыкания, которые не могут быть реализованы с помощью традиционных низкочастотных трансформаторов железо-медь (LFT) ( She et al., 2013; Chen et al., 2019). Кроме того, более удобная интеграция распределенной генерации постоянного тока, аккумуляторов и нагрузок постоянного тока становится возможной с трехступенчатым ПЭТ, поскольку эти устройства могут быть напрямую подключены к портам постоянного тока трансформатора, повышая эффективность и снижая затраты за счет исключения ступеней преобразования (Hunziker и Шульц, 2017).В более широком плане ПЭТ предлагает возможности для онлайн-автоматического управления и децентрализованной работы в интеллектуальных электросетях, снижая эксплуатационные расходы и повышая надежность энергосистем при очень разрушительных сложных явлениях, таких как каскадные отказы (Pournaras and Espejo-Uribe, 2017).

Помимо этого, есть важные аспекты, которые следует учитывать при сравнении полного ПЭТ с обычным LFT. Хотя топологии, методы управления и технологии, применяемые к конструкции ПЭТ, постоянно совершенствуются, его высокая стоимость и относительно низкая эффективность по-прежнему являются одними из проблем, с которыми сталкивается это устройство при широком использовании в существующей электрической системе (Huber and Kolar , 2014).Целевой максимальный КПД для современных конструкций из ПЭТ составляет от 95 до 98%, в то время как для маслозаполненных LFT мощностью более 500 кВА он обычно превышает 99% (She et al., 2013). Как следствие, общая стоимость владения (TCO) ПЭТ в настоящее время крайне неблагоприятна по сравнению с совокупной стоимостью владения LFT; капитальные затраты на ПЭТ оцениваются как минимум в пять раз выше (Huber and Kolar, 2014), и ожидается, что эксплуатационные расходы также увеличатся из-за более длительного обслуживания в течение срока службы ПЭТ.

Гибридная версия силового электронного трансформатора возникает как возможное решение некоторых основных ограничений, которые имеет полный ПЭТ в приложениях сети переменного тока.Гибридный ПЭТ (HPET) — это особый тип трансформатора, полученный в результате комбинации обычного низкочастотного трансформатора (LFT) с одним или несколькими электронными преобразователями. Чтобы поддерживать максимально высокий КПД, электронный преобразователь рассчитан на обработку только части номинальной мощности LFT, обеспечивая некоторый уровень управляемости, в то время как общий КПД не подвергается значительному влиянию (Burkard and Biela, 2015; Huber and Kolar , 2019). Ожидается, что капитальные затраты на HPET будут значительно ниже капитальных затрат на ПЭТ, а повышенная эффективность приведет к значительному снижению общих потерь в течение срока службы HPET, что приведет к гораздо более выгодной совокупной стоимости владения.Кроме того, в случае отказа электронного преобразователя HPET имеет возможность обойти электронный преобразователь и остаться работоспособным как обычный трансформатор, что приведет к более высокой надежности. Вышеупомянутые преимущества делают HPET жизнеспособной альтернативой полноценному ПЭТ в сетях переменного тока. Тем не менее, очевидно, что из-за пониженного номинала управляемой силовой электронной части, HPET будет иметь более строгие ограничения на управление, которое он может осуществлять.

В предыдущих работах было изучено влияние ПЭТ в сетях низкого и среднего напряжения с использованием упрощенных моделей при моделировании потока мощности (Guerra and Martinez-Velasco, 2017; Hunziker and Schulz, 2017; Huber and Kolar, 2019).Эти исследования пришли к выводу, что, хотя ПЭТ является наиболее удобным вариантом для сетей постоянного тока и гибридных сетей, необходимо дальнейшее повышение эффективности и надежности, чтобы ПЭТ был экономически эффективной альтернативой в системах переменного тока. В связи с этим можно провести аналогичные исследования, чтобы изучить преимущества системы, которые могут иметь различные топологии HPET в возможных будущих сценариях. Однако разработка моделей, необходимых для такого рода анализа, еще не освещена в текущей литературе по HPET.Чтобы устранить этот пробел, в данной работе представлена ​​методология разработки упрощенных моделей среднего потока мощности для HPET и демонстрируется интеграция этих моделей в моделирование потока мощности. Эти модели облегчают количественную оценку требований к управляемости для напряжения, активной и реактивной мощности, становясь новым инструментом для определения наиболее полезных функций и топологий HPET.

Предлагаемая методика обладает гибкостью для представления важных характеристик электронного преобразователя, влияющих на системный уровень, таких как различные номинальные мощности и потери для каждого из преобразователей и различные стратегии для регулируемых переменных.Внося небольшие изменения в представленную модель, можно представить различные конфигурации схем и топологий HPET, а затем протестировать их в симуляциях потока мощности в моделях распределительных сетей. Таким образом, предлагаемая методология моделирования HPET становится полезным инструментом не только для оценки и количественной оценки некоторых преимуществ системного уровня, которые могут быть получены с этими устройствами, но и для разработки сетевых проектов HPET. Разработанная модель вместе с платформой моделирования, созданной для получения результатов, представленных в этой работе, остается разработкой с открытым исходным кодом на Python и находится в свободном доступе для академического сообщества и утилит распространения (Prystupczuk et al., 2021).

2 Инструменты топологии и моделирования HPET

2.1 Комбинированный шунтирующий HPET

В этом разделе концепция HPET представлена ​​с использованием синусоидального установившегося состояния. Для ясности в этом разделе используются уравнения без потерь; представление потерь HPET будет рассмотрено позже в разделе 3. Однофазная принципиальная схема комбинированного HPET с последовательным шунтом представлена ​​на рисунке 1. Эта комбинированная топология с последовательным шунтом состоит из объединения двух электронных модулей в задней части. конфигурация с обратной связью (BtB) с трехобмоточным LFT: модуль 1 электромагнитно соединен с LFT посредством шунтирующего соединения с третичной обмоткой, а модуль 2 соединен последовательно с вторичной обмоткой.

РИСУНОК 1 . Однофазная схема HPET с преобразователем BtB с магнитной связью.

Преобразователь постоянного тока в переменный с параллельным подключением может обеспечивать реактивную мощность в сеть низкого напряжения через третичную обмотку LFT. Эту функцию можно использовать для поддержки напряжения в вышестоящей сети или для компенсации реактивной мощности за счет ввода реактивной мощности, аналогично D-STATCOM (Liu et al., 2009; Hunziker and Schulz, 2017; Burkard and Biela, 2018). Выходное напряжение модуля 1, v⃗C1, фактически создается трансформатором, поэтому преобразователь может действовать только как источник тока, управляющий потоком PQ.Модуль 1 может обеспечивать управляемую реактивную мощность Q _{C 1} , которая подается от конденсатора промежуточного контура. В то же время, как в прямом, так и в обратном потоке мощности, модуль 1 с параллельным подключением работает как порт питания постоянного напряжения, который регулирует напряжение конденсатора постоянного тока путем управления активной мощностью P _{C 1} . Этот поток активной мощности установлен для регулирования напряжения промежуточного контура для любых изменений, вызванных активной мощностью P _{C 2} , потребляемой модулем 2, а также для компенсации потерь во всем электронном преобразователе.Потоки реактивной мощности в Модуле 1 и Модуле 2 развязаны благодаря конденсатору промежуточного контура (Яздани и Иревани, 2010).

С другой стороны, модуль 2 преобразователя с источником напряжения (VSC) последовательно соединен с вторичной обмоткой LFT, действуя как источник напряжения, который подает напряжение v⃗C2 последовательно с v⃗T для регулирования напряжения v⃗LV во вторичной обмотке. . Комбинированное последовательное соединение шунтов обеспечивает путь для прохождения активной мощности через преобразователь BtB, позволяя HPET независимо управлять потоками активной и реактивной мощности и управлять ими.Благодаря последовательному соединению ток во вторичной обмотке и ток в модуле 2 одинаковы. Доля α , которая представляет собой соотношение между максимальной мощностью модуля 2 и номинальной мощностью вторичной обмотки, может быть выражена согласно (уравнение 1).

Где:

S _{C 2 max} Максимально допустимая полная мощность модуля 2

S _Tmax Номинальная мощность вторичной обмотки.

Поскольку комбинированная топология может одновременно регулировать напряжение на вторичной стороне и поток реактивной мощности на первичной стороне, возможность компенсации реактивной мощности будет зависеть от фактической активной мощности, мгновенно вырабатываемой электронным преобразователем.Таким образом, уравнения для компенсации полной реактивной мощности на первичной стороне следующие:

QC1avail = (α⋅STmax) 2 − PC12 (2) QMV = 0if (QT≤QC1avail) QT − QC1availif (QT> QC1avail) (4 )

Где:

Q _{C 1 avail} Реактивная мощность, доступная для компенсации в модуле 1

Альтернативная комбинированная топология серии HPET с шунтами может быть достигнута путем использования двухобмоточного LFT с электронным преобразователем подключены параллельно вторичной обмотке, как показано на рисунке 2.В этом случае необходимо включить инжекционный трансформатор для адаптации номинального напряжения электронного преобразователя к желаемому последовательному напряжению v⃗C2 на выводе низкого напряжения. Инжекторный трансформатор также может быть подключен между вторичной обмоткой и модулем 2, поэтому модуль 1 будет напрямую подключен к LFT. Это изменение приведет к снижению тока и повышению номинального напряжения электронного преобразователя. Преимущество этой топологии состоит в том, что она может быть реализована с использованием обычного двухобмоточного распределительного трансформатора, что позволяет на практике усовершенствовать установленные в настоящее время устройства с добавлением преобразователя BtB.

РИСУНОК 2 . Однофазная схема комбинированной топологии HPET с последовательным подключением шунтов с прямой связью.

2.2 Моделирование потока мощности

Для проведения моделирования потока мощности с использованием разработанных моделей HPET был использован имитатор открытой системы распределения OpenDSS. Этот инструмент моделирования с открытым исходным кодом может выполнять почти все синусоидальные стационарные анализы, которые обычно используются в исследованиях распределительных систем, такие как несбалансированный многофазный поток энергии, квазистатические временные ряды, анализ неисправностей, гармонический анализ, анализ мерцания и т. Д. и т.п.Интерфейс модели компонентных объектов (COM) также предоставляется для облегчения новых типов исследований и пользовательских режимов решения и функций из внешнего программного обеспечения. Например, OpenDSS может полностью управляться внешними программами, написанными на Python или Matlab, что позволяет использовать все функции OpenDSS внутри внешнего программного обеспечения (Dugan and Montenegro, 2020). Следовательно, OpenDSS дает возможность практично и гибко реализовывать модели ПЭТ с различными функциями и анализировать их влияние в сети с помощью различных инструментов анализа синусоидальных устойчивых состояний.

Платформа OpenDSS также предоставляет различные типы моделей трансформаторов. В то время как программное обеспечение предлагает специальные определения для обычных многофазных многообмоточных трансформаторов, можно сделать различные варианты, соединив несколько из этих трансформаторов в один трансформатор. Например, трехфазный трансформатор можно смоделировать, используя его специальное определение или также используя три однофазных трансформатора, правильно соединяя каждую из их обмоток. Этот подход полезен для выполнения нетрадиционного последовательного соединения вторичной обмотки HPET, показанного на рисунках 1 и 2.OpenDSS также обеспечивает представление потерь в сердечнике и обмотке трансформатора с помощью параметров % Noloadloss и % Loadloss соответственно. Параметр % Noloadloss представляет собой процент потерь при номинальном напряжении без нагрузки и вызывает добавление резистивной параллельной ветви в модель трансформатора. Параметр % Loadloss представляет собой процент потерь при номинальной нагрузке и добавляет процентное сопротивление для каждой обмотки на базе номинальной кВА.Процент намагничивающего тока можно также смоделировать с помощью параметра % imag , который включает индуктивность, параллельную резистивной ветви, которая представляет потери в сердечнике. Все эти параметры, наконец, встроены в модель трансформатора, поскольку вычисляется примитивная матрица Y (формулировка узловой проводимости модели трансформатора) (Dugan and Montenegro, 2020).

3 метода. Модель HPET для моделирования потока мощности

В этом разделе представлена ​​полная разработка синусоидальной стационарной модели трехфазного HPET.Цель этой модели — служить инструментом в исследованиях потока мощности в распределительных системах, направленных на оценку возможностей HPET с точки зрения системного уровня. Эта новая модель была разработана в OpenDSS путем реализации комбинированной топологии последовательного шунта, показанной на рисунке 1, и основана на работе, представленной Геррой и Мартинес-Веласко (2017). Принципиальная схема модели представлена ​​на рисунке 3 в трехфазном представлении. Обратно-обратный преобразователь был смоделирован как комбинация трехфазной управляемой нагрузки и трехфазного управляемого источника напряжения.Как видно на Рисунке 3, трехфазный элемент Нагрузка устанавливает потоки активной и реактивной мощности P _{C 1} , Q _{C 1} во вспомогательной обмотке, в то время как Vsource element устанавливает величину и фазу напряжения v⃗C2, обеспечивая при этом P _{C 2} , Q _{C 2} . Оба элемента Load и Vsource связаны потоком активной мощности, как это описано в уравнениях 5, 6.Таким образом, элементы Load и Vsource имитируют поведение Модуля 1 и Модуля 2 соответственно в конвертере BtB на Рисунке 1. Величины v⃗C2 и Q _{C 1} являются управляющими переменными, которые решаются. согласно принятой стратегии контроля.

РИСУНОК 3 . Полная трехфазная модель комбинированного ТЭТ с последовательным шунтом с магнитной связью.

Трехфазный трехобмоточный трансформатор железо-медь, включенный в HPET на рисунке 3, был смоделирован с использованием трех моделей однофазных трехобмоточных трансформаторов в OpenDSS.Эти модели включают представление потерь в обмотке и сердечнике с помощью параметров % LoadLoss и % NoLoadLoss соответственно, а также процентных реактивных сопротивлений трансформатора с помощью параметров X12 , X23 и X13 (Dugan и Черногория, 2020). В случае реальных железо-медных трансформаторов все эти параметры обычно можно найти в таблицах технических характеристик производителя или каталогах (Siemens, 2017).

Одним из ключевых моментов, которые следует учитывать при анализе преимуществ HPET на системном уровне, являются потери преобразователя.По этой причине представление потерь электронного преобразователя включено в разработанную модель HPET путем присвоения кривой эффективности каждому из двух электронных модулей, показанных на рисунке 1. Кривая эффективности может зависеть от различных факторов, таких как уровень нагрузки, температура, частота переключения, напряжение промежуточного контура и т. д., в зависимости от глубины, необходимой при моделировании. Уровень нагрузки — это параметр, который имеет наибольшее влияние на КПД электронного преобразователя, и это тот параметр, который учитывается в модели потока мощности.

Разработанная модель может работать с двунаправленным потоком мощности, где для обратной мощности элемент Load на рисунке 3 становится отрицательным, вводя активную мощность в трансформатор (Guerra and Martinez-Velasco, 2017). В уравнениях 5, 6 активная мощность в электронном преобразователе выражается соответственно для операций прямого и обратного потока мощности. Таким же образом, как это было описано в разделе 2, потоки реактивной мощности Q _{C 1} и Q _{C 2} на Рисунке 3 разделены между ними и могут независимо контролироваться каждым модулем электронный преобразователь.

Прямой поток мощности: PC1 = PC2 + Ploss (5) Обратный поток мощности: PC1 = PC2-Ploss (6)

После того, как модель HPET интегрирована в модель распределительной сети в OpenDSS, необходимо выполнить ряд вычислений в последовательном способ получения решения для каждого временного шага, как это описано в блок-схеме на рисунке 4. Первоначально элементы Vsource и Load пассивированы, что означает, что v⃗C2 = 0, P _{C 1} = 0 и Q _{C 1} = 0.Следовательно, на первом временном шаге только первичная и вторичная обмотки LFT передают энергию. Для любого нового временного шага все значения, полученные в предыдущем решении, будут уже установлены в OpenDSS (шаг 1), поэтому требование, соответствующее текущему временному шагу, должно быть обновлено (шаг 2). Решение на шаге 3 обеспечит новую потребность и результирующие напряжения на каждой обмотке трансформатора. На этапе 4 вторичное напряжение регулируется путем изменения напряжения элемента Vsource на фиг. 3 в соответствии с принятой стратегией регулирования напряжения.Расчет необходимого напряжения реализован в виде алгоритма во внешнем программном обеспечении (см. Подраздел 3.1), а полученные значения загружаются в конфигурацию элемента Vsource в OpenDSS. Затем необходим новый анализ потока мощности (шаг 5), чтобы найти новые результирующие требования и напряжения в цепи. На этом этапе значения P _{C 1} , Q _{C 1} для элемента Load на Рисунке 3 вычисляются алгоритмом во внешнем программном обеспечении в соответствии с принятой компенсацией реактивной мощности. стратегия (см. подраздел 3.2). Расчетное значение P _{C 1} также учитывает потери в электронном преобразователе, полученные с помощью модели эффективности, описанной в подразделе 3.3. Новое решение запускается на шаге 7 с использованием новых заданных значений в OpenDSS. Шаги с 4 по 7 повторяются до тех пор, пока относительные инкрементные ошибки напряжения и реактивной мощности ϵ _В и ϵ _Q соответственно не станут ниже определенного предела (в данном случае 0,01).

РИСУНОК 4 . Рабочий процесс для получения каждого временного шага решения с использованием модели HPET на рисунке 3.

3.1 Регулировка напряжения на вторичном выводе

В этом подразделе описывается алгоритм регулирования напряжения v⃗LV на вторичном выводе HPET. Расчеты выполняются независимо с использованием фазовых комплексных векторов, как это подробно описано в уравнениях 7, 8 и на рисунке 5. Вектором напряжения V̄C2 можно управлять с помощью элемента Vsource (рисунок 3), чтобы довести вторичное напряжение V̄LV до определенного значения. целевое значение.На рисунке 5 V̄T (t − 1) и V̄C2 (t − 1) представляют векторы напряжения, унаследованные от решения предыдущего временного шага. Во время шага 3 рабочего процесса моделирования (рисунок 4) новое решение потока мощности, возникающее в результате текущего требования временного шага, обеспечивает новое значение вторичного напряжения, которое необходимо регулировать, обозначенное как V̄LV (шаг 3) на рисунке 5. На шаге 4 новый вектор V̄C2 (t) вычисляется согласно (7) и (8), чтобы привести V̄LV к целевому значению.

V̄T (t) = V̄LV (step3) −V̄C2 (t − 1) (7) V̄C2 (t) = V̄LVtarget − V̄T (t) (8)

Где:

V̄T (t) Вектор результирующего напряжения на вторичной обмотке для текущего временного шага

V̄C2 (t) Результирующий вектор напряжения на элементе Vsource для текущего временного шага

V̄C2 (t − 1) Вектор напряжения на элементе Vsource , рассчитанный на предыдущем временном шаге

V̄LV (этап 3) Вектор напряжения на вторичном выводе HPET, вычисленный на промежуточном этапе 3

V̄LVtarget Требуемый вектор напряжения на вторичном выводе HPET

РИСУНОК 5 .Пофазное векторное представление алгоритма регулирования выходного напряжения.

3.2 Компенсация реактивной мощности

В этом подразделе описывается алгоритм компенсации реактивной мощности первичной стороны. Этот алгоритм соответствует расчетам, которые выполняются на этапе 4 блок-схемы, описанной на рисунке 4. Стратегия регулирования реактивной мощности направлена ​​на обеспечение компенсации для поддержания единичного коэффициента смещаемой мощности (DPF) на первичной стороне, когда это возможно. .Как поясняется в разделе 2.1, подключенный к шунту Модуль 1 (Рисунок 1) может управлять Q _{C 1} независимо от Q _{C 2} из-за развязки, обеспечиваемой промежуточным звеном постоянного тока. конденсатор. Реактивная мощность, доступная для компенсации, зависит от номинальной мощности S _{C 1 max} модуля 1 и фактической активной мощности P _{C 1} , подаваемой в промежуточный контур, как есть описанный в формуле.9. В схемах рисунков 1 и 2 реактивная мощность, вводимая электронным преобразователем, должна быть отрицательной по отношению к реактивной мощности, выдаваемой вторичной обмоткой, чтобы компенсировать реактивную мощность в первичной обмотке, как это описано в формуле . 11.

QC1avail = SC1max2 − PC12 (9) QC1 = −QTif | QT | ≤QC1avail− | QT | QTQC1availif | QT |> QC1avail (11)

3.3 Моделирование потерь в электронном преобразователе

В большинстве соответствующих публикаций, Расчет потерь получается путем умножения потока активной мощности на КПД преобразователя в рабочей точке, причем КПД зависит от уровня нагрузки и DPF (Qin and Kimball, 2010; Guerra and Martinez-Velasco, 2017; Rocha et al. al., 2019; Longo et al., 2020). Хотя этот подход может обеспечить точные результаты при моделировании с высокими значениями DPF, он может привести к нереально низким потерям в ситуациях с низким DPF, поскольку он рассматривает только поток активной мощности как источник потерь внутри преобразователя. В случае представленной модели HPET элемент Load на рисунке 3 будет работать с очень низким DPF большую часть времени, когда он компенсирует реактивную мощность. Следовательно, в этом случае необходим другой подход к моделированию потерь.

Для разработки более точного представления потерь, которое учитывает зависимость потерь от потока реактивной мощности, в Matlab / Simulink была разработана трехполюсная модель инвертора, состоящая из шести силовых полевых МОП-транзисторов VMO1200-01F IXYS, включая потери в полупроводниках и тепловые модель, представленная Giroux et al. (2021 г.). Был проведен ряд моделирования при различных уровнях нагрузки, при изменении DPF при сохранении постоянного уровня нагрузки. Полученные результаты можно увидеть на Рисунке 6, где полная мощность S _из , выдаваемая инвертором, и потери инвертора P _потери измеряются при различных уровнях нагрузки.Из полученных кривых видно, что отклонения для различных DPF незначительны, и, поскольку при единичном DPF количество S _out / ( S _out + P _потери ) равен КПД инвертора, то для расчета входной мощности плюс потери можно использовать одну кривую КПД, даже если инвертор выдает в основном реактивную мощность. Это приводит к подходу к моделированию потерь, описанному уравнениями 12–17 и рис. 7 для случая прямого потока мощности.

Ploss1 = Pdc2 + QC121η1−1 (16)

РИСУНОК 6 . S _out / ( S _out + P _потеря ) кривые, полученные для различных сажевых фильтров при постоянной полной мощности.

РИСУНОК 7 . Активный и реактивный прямой поток мощности через преобразователь BtB.

Представленный подход к моделированию потерь был продемонстрирован с использованием инвертора MOSFET, но он также применим к другим типам устройств, таких как IGBT, из-за природы потерь, генерируемых внутри полупроводников.Этот метод представляет собой практический способ реализации расчета потерь при моделировании потока мощности для любой ситуации DPF с использованием единой кривой эффективности, которая обычно приводится в технических данных различных преобразователей силовой электроники.

4 Результаты

Чтобы охарактеризовать диапазон возможностей регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности в зависимости от номинала модуля PET, были выполнены два тестовых примера, и соответствующие результаты показаны в этом разделе.В обоих моделированиях используется гибридный ПЭТ мощностью 800 кВА, 10 кВ – 400 В. В подразделе 4.1 описываются возможности регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности разработанной модели HPET с использованием простой настройки, показанной на Рисунке 8 в OpenDSS. Моделирование состоит из независимой развертки v⃗MV и Q _LV в диапазонах, которые значительно шире, чем при нормальной работе в реальной распределительной сети, и эти развертки повторяются для различных номинальных значений мощности α преобразователя BtB (см. Рисунок 1).Поведение HPET при превышении возможностей регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности показано на Рисунке 9.

РИСУНОК 8 . Настройка в OpenDSS для тестирования возможностей регулирования напряжения и компенсации реактивной мощности разработанной модели HPET.

РИСУНОК 9 . Результаты регулирования выходного напряжения по | v⃗LV | vs. | v⃗MV | а Q _{C 1} = 0 (A) . Компенсация реактивной мощности первичного контура при В _MV = 1pu (B) .DPF первичной стороны и DPF вторичной стороны, а В _MV = 1pu (C) . Пунктирными линиями показаны теоретические значения, полученные с помощью уравнения. 4.

В подразделе 4.2 моделирование потока мощности во временном ряду выполняется с использованием одной из моделей распределительных сетей, разработанных компанией Electricity North West и Манчестерским университетом для проекта LVNS, полученных из данных ГИС реальных распределительных сетей в г. север Англии (Navarro-Espinosa A.и Очоа Л., 2015). Это второе моделирование использовалось для сравнения производительности разработанной модели HPET на Рисунке 3 с существующей моделью PET (Guerra and Martinez-Velasco, 2017) и стандартной моделью LFT, представленной в OpenDSS, с точки зрения регулирования напряжения, коррекции DPF. , и потери. Модели, скрипты и все данные, упомянутые в этом разделе, используемые для получения представленных результатов, общедоступны в репозитории HPET_PowerFlow_Model GitHub (Prystupczuk et al., 2021).

4.1 Тестовый пример 1. Автономное регулирование напряжения и компенсация реактивной мощности

Используя схему на Рисунке 8, алгоритм регулирования напряжения, представленный в подразделе 3.1, тестируется путем линейного изменения амплитуды v⃗MV от 1,0 до 0,6 о.е., в то время как реактивная мощность вводится электронный преобразователь во вспомогательную обмотку LFT поддерживается на нуле. Трехфазная нагрузка, подключенная к вторичной клемме, остается постоянной, поэтому она требует номинальной мощности HPET. На рисунке 9A полученные результаты представлены в виде амплитуды напряжения низкого напряжения (которая в идеале должна регулироваться на уровне 1 о.е.) для различных коэффициентов номинальной мощности α электронного преобразователя.Кривые показывают, как HPET регулирует v⃗LV, когда v⃗MV начинает уменьшаться: вторичное напряжение успешно регулируется до тех пор, пока не превышаются максимальные возможности по мощности и напряжению электронного преобразователя. В этом случае, когда потребление установлено на постоянное значение, когда электронный преобразователь достигает своего максимального напряжения, HPET не может регулировать напряжение, и v⃗LV приводит к значению ниже номинального. Нанесенные на график значения соответствуют измерениям, выполненным с использованием элементов монитора OpenDSS, подключенных непосредственно к терминалам HPET.

Алгоритм компенсации реактивной мощности, представленный в формуле. 11 был аналогичным образом протестирован путем линейного изменения реактивной мощности Q _LV , требуемой на вторичном выводе, от 0,0 до 0,6 о.е. В этом моделировании входное напряжение на первичной стороне v⃗MV поддерживается на уровне 1 о.е., что означает, что вторичное напряжение не требует компенсации. Следовательно, модуль 2 не потребляет активную мощность, и способность электронного преобразователя к компенсации реактивной мощности максимальна, как показано в формуле.9. На фиг. 9B показана взаимосвязь между реактивной мощностью на первичной и вторичной сторонах для различных номинальных мощностей α электронного преобразователя. Кривые показывают, как HPET компенсирует Q _MV , когда Q _LV начинает увеличиваться с нуля: реактивная мощность первичной стороны успешно компенсируется до тех пор, пока максимальная мощность электронного преобразователя составляет не превышено, т.е. Q _LV ≤ S _{C 1 max} .Здесь стоит напомнить, что доля α определяется как соотношение между номинальной мощностью вторичной обмотки LFT S _Tmax и номинальной мощностью электронного преобразователя S _{C 2 макс} , как указано в формуле. 1. Поскольку на Рисунке 9B основой для обозначения единиц измерения является общая номинальная мощность HPET (т. Е. Сумма номинальных мощностей вторичной обмотки и электронного преобразователя), можно видеть, что электронный преобразователь с номинальной мощностью 30% обеспечит меньше 0.3 о.е. компенсации реактивной мощности. Это также является причиной неравномерного промежутка между дорожками на фиг. 9В, в то время как разница между номинальными значениями мощности электронного преобразователя фактически одинакова.

На рисунке 9C представлены первичный и вторичный DPF, которые являются результатом моделирования развертки, где измеренные значения (сплошные линии) сравниваются с теоретически рассчитанными значениями (пунктирные линии) из уравнения. 4. В случае DPF первичной стороны, PF _MV , разница наблюдается как следствие потерь, которые присутствуют в LFT, которые вызывают увеличение DPF на стороне MV из-за более высокий поток активной мощности.Результаты, полученные в этом тестовом примере, демонстрируют, что разработанная модель может эффективно и точно отображать поведение гибридного ПЭТ в широком диапазоне рабочих точек. Они также количественно показывают ограничения, налагаемые номинальной мощностью электронного преобразователя.

4.2 Тестовый пример 2. Моделирование потока мощности в распределительной сети Модель

Чтобы проиллюстрировать, как модель HPET может быть включена в моделирование потока мощности в распределительной сети, была использована сетевая модель № 12, разработанная в проекте LVNS. занятые (Navarro-Espinosa A.и Очоа Л., 2015). Этот тестовый пример направлен на демонстрацию производительности разработанной модели HPET, а также на сравнение возможностей HPET для регулирования напряжения и управления реактивной мощностью с возможностями полной модели PET, представленной Guerra и Martinez-Velasco (2017). Для сравнения также включены результаты с использованием стандартной модели LFT (без регулирования напряжения или компенсации реактивной мощности), доступной в OpenDSS. Технические характеристики трех используемых моделей трансформаторов приведены в таблице 1.Модель используемой сети вместе с другими 24 моделями распределительных сетей публично доступна на сайте Electricity North West (2014).

ТАБЛИЦА 1 . Параметры, используемые в различных моделях трансформаторов.

Для моделирования потерь PET и HPET использовалась модель потерь, представленная в подразделе 3.3, но смоделированная кривая на рисунке 6 была заменена кривой эффективности коммерчески доступного инвертора (рисунок 10) для более реалистичных результатов. В случае HPET одна и та же кривая была назначена как модулю 1, так и модулю 2 преобразователя BtB (рис. 1), поэтому результирующая эффективность BtB является продуктом эффективности каждого модуля; е.g., поскольку пиковая эффективность кривой для инвертора равна 0,9918, пиковая эффективность всего преобразователя BtB составляет 0,9837. Для полного ПЭТ используется только одна кривая для представления всей эффективности ПЭТ в соответствии с моделью, представленной Геррой и Мартинес-Веласко (2017). Но поскольку это трехступенчатое устройство (AD-DC, DC-DC и DC-AC), следует ожидать более низкого уровня эффективности, поэтому кривая на Рисунке 11 была масштабирована для получения максимальной эффективности 0,975. для используемой модели ПЭТ, что соответствует экспериментальным результатам, полученным Ferreira Costa et al., 2017.

РИСУНОК 11 . Напряжение между фазой и нейтралью В _LV на вторичной клемме трансформатора (A) . Общий поток реактивной мощности Q _MV на первичном выводе трансформатора (B) . Итоговые внутренние потери в трех проанализированных моделях трансформаторов (C) . Пофазный поток активной мощности P _MV через линию MV (D) .Активная мощность P _{C 1} и реактивная мощность Q _{C 1} , установленная элементом Load (E) . Активная мощность P _{C 2} и реактивная мощность Q _{C 2} , устанавливаемая элементом Vsource (F) .

Важно подчеркнуть, что для представленного моделирования потока мощности LFT и HPET рассчитаны на 800 кВА, а PET — на 400 кВА.Обычные железо-медные трансформаторы обычно рассчитываются на основе метода пиковой нагрузки, который учитывает самый высокий спрос в течение, например, прошлого года, в результате чего трансформаторы увеличенного размера, которые большую часть времени работают около точки максимального КПД (Luze, 2009). . В случае полного ПЭТ принятие той же номинальной мощности будет означать, что электронные преобразователи будут большую часть времени работать в нижней части кривой эффективности, что приведет к увеличению потерь по сравнению с LFT.Таким образом, если размер ПЭТ составляет половину размера LFT, уровень нагрузки в этом моделировании потока мощности колеблется между 15% и 80% для ПЭТ, и между 10% и 40% для LFT и HPET. случаев, примерно.

Распределительная сеть LVNS № 12, которая использовалась для моделирования потока мощности с тремя различными моделями трансформатора, первоначально состояла из радиальной сети низкого напряжения с 330 бытовыми потребителями и одним трансформатором 800 кВА, 10 кВ – 400 В. .Чтобы допустить колебания напряжения на первичной стороне трансформатора, исходная сеть была дополнена линией среднего напряжения длиной 10 км, которая соединяет трансформатор с подстанцией, обозначенной в OpenDSS как резервная шина системы. Набор профилей нагрузки, состоящий из коэффициентов ZIP с разрешением 5 минут, полученных из Ригони и Кин (2020), используется для моделирования спроса на каждом временном шаге от каждого из 330 клиентов. Платформа моделирования, используемая для этого второго тестового примера, была разработана с использованием Python и OpenDSS на основе модели Open-DSOPF, представленной Ригони и Кин (2020).Open-DSOPF — это основанная на Python модель с открытым исходным кодом, интегрированная с OpenDSS, для постановки задач несбалансированного трехфазного оптимального потока мощности в распределительных сетях.

Полученные результаты можно увидеть на Рисунке 11. Напряжение на вторичной стороне трансформаторов показано по фазам на Рисунке 11. Принятая стратегия регулирования напряжения стремится поддерживать вторичное напряжение на уровне 1 о.е., хотя и другое напряжение. цель может использоваться в зависимости от потребностей исследования.Как видно, как модели PET, так и HPET обеспечивают идеальное регулирование напряжения в течение всего времени моделирования.

На рисунке 11 показан результирующий поток реактивной мощности на стороне среднего напряжения. Принятая стратегия компенсации заключается в поддержании единства первичного сажевого фильтра. Зеленая кривая показывает общую реактивную мощность (т. Е. Сумму трех фаз), которая протекает через линию среднего напряжения при использовании обычного LFT. Модель PET обеспечивает компенсацию полной реактивной мощности в течение всего моделирования.С другой стороны, модель HPET, оснащенная электронным преобразователем с номиналом α = 0,1, не может компенсировать весь поток реактивной мощности в некоторых точках моделирования временных рядов. В таких ситуациях способность HPET компенсировать реактивную мощность ограничивается фактической активной мощностью, обрабатываемой электронным преобразователем. Причина такого поведения объясняется в формуле. 9, и его можно наблюдать на рисунке 11, где нескомпенсированная реактивная мощность появляется в моменты более высокой активной мощности, потребляемой модулем 2 (см. Рисунок 11).

Потери в трансформаторе и результирующий поток активной мощности в линии СН соответственно представлены на Рисунке 11 соответственно. Кроме того, расчет энергии и потерь в различных точках системы представлен в таблице 2. Как и ожидалось, полный корпус из ПЭТ дает самый высокий уровень потерь (примерно в 7,9 раз выше, чем в случае обычного LFT), в то время как случай HPET приводит к потерям, немного превышающим потери в обычном случае LFT (примерно в 1,3 раза выше), как видно в таблице 2.Общие системные потери, то есть потери в распределительном трансформаторе плюс потери в линии в остальной части сети, в 3,1 раза выше для ПЭТ и в 1,1 раза для HPET. На рисунке 11 поток активной мощности в линии среднего напряжения нанесен по фазам, демонстрируя балансирующий эффект компенсации реактивной мощности от PET и HPET, а также более высокий уровень мощности, протекающей через линию среднего напряжения из-за более высокого уровня потери в ПЭТ.

ТАБЛИЦА 2 . Результаты расчетов энергии и потерь при моделировании перетока мощности.

Наконец, на рисунке 11 показаны потоки активной и реактивной мощности через модуль 1 и модуль 2 HPET соответственно. Как можно видеть, в то время как модуль 2 все время работает с очень низким уровнем нагрузки, модуль 1 выдает большое количество реактивной мощности, чтобы поддерживать DPF первичной стороны в единицу. Из рисунка 11 очевидно, что подход к моделированию потерь, который учитывает только DPF и поток активной мощности, не обеспечит точное представление потерь, вызванных большими реактивными токами, которые имеют место в модуле 1.Отсюда необходимость в предлагаемой модели потерь, представленной в подразделе 3.3. На рисунке 11 также можно увидеть, что между 10-м и 12-м часами, а также между 18-м и 20-м часами моделирования временного ряда компенсация реактивной мощности модуля 1 достигает максимума, что приводит к появлению красных всплесков, которые можно увидеть на рис. Рисунок 11. Возможность компенсации реактивной мощности может быть увеличена за счет увеличения номинальной мощности модуля 1 с возможным увеличением потерь BtB.

Результаты, представленные в этом разделе, демонстрируют полезность разработанной модели для количественной оценки преимуществ на уровне системы от включения гибридных силовых электронных трансформаторов в систему распределения.В этом кратком примере можно увидеть, что HPET, оснащенный преобразователем BtB с номиналом 10%, может обеспечивать регулирование напряжения и коррекцию DPF почти в той же степени, что и полный PET, но со значительно меньшими потерями. Потоки мощности, представленные на рисунке 11, показывают, что в этом конкретном примере существует большое несоответствие между мощностью, поставляемой модулем 1 и модулем 2 в предлагаемом сценарии (см. Рисунок 1). Это говорит о том, что возможно оптимальную конфигурацию BtB можно найти, используя разные номинальные мощности для двух модулей BtB.

Что касается возможных ограничений и улучшений представленной модели HPET, как это можно увидеть в рабочем процессе на Рисунке 4, необходимо несколько снимков потока мощности, чтобы получить одно окончательное решение для каждого временного шага, что, возможно, делает подход к моделированию неадекватным в течение длительного времени. краткосрочные исследования или моделирование с высоким разрешением. Возможное улучшение, которое могло бы дать более быстрые решения, — это создание настраиваемого модуля HPET в OpenDSS с использованием преимуществ открытого исходного кода инструмента путем встраивания уравнений и алгоритмов, описанных в этой работе, в общедоступный код OpenDSS.Таким образом, алгоритмы, представляющие поведение HPET, объединяются в один моментальный снимок.

Также важно упомянуть, что дальнейшие улучшения могут быть сделаны в отношении моделирования эффективности полного ПЭТ, поскольку в этом представленном случае используется оптимистическая единственная кривая эффективности для всего устройства. Более реалистичный подход рассматривает модульную реализацию полного ПЭТ, в котором его номинальная мощность может изменяться путем включения и отключения внутренних модулей в зависимости от фактической потребляемой мощности (Андресен и др., 2016).

5 Заключение

Активное и интеллектуальное управление в распределительной сети представляется хорошим вариантом для решения некоторых из предполагаемых проблем, созданных растущим присутствием распределенной генерации и новыми типами управляемых нагрузок, которые увеличивают нагрузку на электрическую сеть. сетки. Растет интерес к возможностям замены пассивных распределительных трансформаторов активными интеллектуальными устройствами на основе силовой электроники, такими как силовые электронные трансформаторы (ПЭТ).Однако, хотя эти устройства обеспечивают высокий уровень управляемости и гибкости сети, их стоимость, потери и надежность по-прежнему являются основными препятствиями, препятствующими их широкой интеграции в сеть. Необходимо адекватно количественно оценить чистую выгоду, которую могут обеспечить полные и гибридные ПЭТ, используя трансформаторы и сетевые модели для проведения моделирования в различных будущих сетевых сценариях.

По этой причине в данной работе представлен подход к моделированию гибридных силовых электронных трансформаторов (HPET) для исследования потока мощности вместе с новым представлением потерь в силовых электронных преобразователях.Модель потока мощности HPET, изображенная в Разделе 3, позволяет моделировать стационарное поведение на основной частоте HPET в распределительной сети, что позволяет проводить различные исследования на уровне системы, направленные на количественную оценку чистых преимуществ системы. Моделирование потерь, представленное в подразделе 3.3, обеспечивает точные результаты даже в случаях низкого коэффициента мощности, а также практический способ моделирования потерь различных топологий преобразователя с использованием единой кривой эффективности, которая легко интегрируется в представленную модель HPET.

Представленные результаты демонстрируют, как модель HPET работает в различных диапазонах напряжения, активной и реактивной мощности, а также как модель HPET, интегрированная в симуляцию сети, упрощает сравнение различных типов трансформаторов. Эта работа представляет собой полезный инструмент, который позволяет проводить полные исследования сети, которые могут количественно оценить преимущества гибридных ПЭТ на системном уровне с точки зрения управления напряжением, снижения потерь в сети, управления перегрузками и снижения нагрузки, и он находится в свободном доступе в открытом доступе. -развитие источников (Prystupczuk et al., 2021). Несмотря на то, что разработка была выполнена с использованием OpenDSS, предложенная методология действительна для любого другого решателя анализа потока мощности.

Хотя гармонический анализ не был включен в эту работу, анализ гармонического потока доступен в OpenDSS, а разработанная модель потока мощности HPET способна обрабатывать гармоники. Проведение гармонического анализа было бы желательно не только для улучшения представления нагрузки, но также для изучения и количественной оценки преимуществ для системы от дополнительных услуг, которые могут быть предоставлены HPET, таких как подавление гармоник.Этот анализ оставлен для будущего исследования.

Заявление о доступности данных

Наборы данных, созданные для этого исследования, можно найти в репозитории HPET PowerFlow Model на GitHub: https://github.com/fprystupczuk/HPET_PowerFlow_Model.

Вклад авторов

FP, VR, AN и TO внесли свой вклад в концепцию и дизайн исследования. Компания FP разработала модель HPET, модель потерь инвертора, разработала платформу моделирования потока мощности, провела моделирование и написала рукопись.RA разработала модель инвертора Simulink, используемую в представленной модели потерь. Все авторы внесли свой вклад в доработку рукописи, прочитали и одобрили представленную версию.

Финансирование

Эта работа была поддержана Научным фондом Ирландии под номером гранта SFI / 16 / IA / 4496.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Примечание издателя

Все претензии, выраженные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно относятся к их аффилированным организациям или заявлению издателя, редакторов и рецензентов. Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или заявление, которое может быть сделано его производителем, не подлежат гарантии или одобрению со стороны издателя.

Ссылки

Элоиза, Э. К., Энджети, П. Н., Моран, Л. А., и Пител, И. (2003). «Распределительный трансформатор нового поколения: для решения проблемы качества электроэнергии для критических нагрузок», в отчете PESC — Ежегодная конференция специалистов по силовой электронике IEEE, Акапулько, Мексика, 15–19 июня 2003 г., 1266–1271.doi: 10.1109 / PESC.2003.1216771

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Андресен М., Коста Л. Ф., Бутикки Г. и Лизер М. (2016). «Надежность и эффективность интеллектуальных трансформаторов за счет модульности», 8-я Международная конференция по силовой электронике и управлению движением, IEEE, 2016 г., IPEMC-ECCE Asia 2016, Хэфэй, Китай, 22–26 мая 2016 г. (IEEE), 3241–3248. doi: 10.1109 / IPEMC.2016.7512814

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Bala, S., Das, D., Aeloiza, E., Maitra, A., и Раджагопалан, С. (2012). «Гибридный распределительный трансформатор: разработка концепции и демонстрация в полевых условиях», Конгресс и выставка IEEE Energy Conversion 2012, ECCE 2012, Роли, США, 15–20 сентября 2012 г. (IEEE), 4061–4068. doi: 10.1109 / ECCE.2012.6342271

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Буркард Дж. И Била Дж. (2015). Оценка топологий и оптимальная конструкция гибридного распределительного трансформатора в 2015 году 17-я Европейская конференция по силовой электронике и приложениям, EPE-ECCE Europe 2015, Женева, Швейцария, 8-10 сентября.2015 (Совместно принадлежит Ассоциации EPE и IEEE PELS), 1–10. doi: 10.1109 / EPE.2015.7309097

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Burkard, J., and Biela, J. (2018). «Гибридные трансформаторы для повышения качества электроэнергии в распределительных сетях — сравнение с альтернативными концепциями» в NEIS 2018; Конференция по устойчивому энергоснабжению и системам хранения энергии, Гамбург, Германия, 20–21 сентября 2018 г., стр. 1–6.

Google Scholar

Чен, Дж., Янг, Т., О’Лафлин, К., и О’Доннелл, Т.(2019). Управление минимизацией нейтрального тока для твердотельных трансформаторов при несимметричных нагрузках в распределительных системах. IEEE Trans. Ind. Electron. 66, 8253–8262. doi: 10.1109 / TIE.2018.2883266

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Dugan, R., and Montenegro, D. (2020). [Набор данных]. Справочное руководство. Симулятор открытой системы распространения (OpenDSS).

Google Scholar

Электричество Северо-Запад (2014). [Набор данных]. Решения для сетей низкого напряжения (LVNS).

Google Scholar

Феррейра Коста, Л., Де Карне, Г., Бутикки, Г., и Лизер, М. (2017). Интеллектуальный трансформатор: твердотельный трансформатор, предназначенный для предоставления дополнительных услуг распределительной сети. IEEE Power Electron. Mag. 4, 56–67. doi: 10.1109 / mpel.2017.2692381

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Giroux, P., Sybille, G., and Tremblay, O. (2021). [Набор данных]. Расчет потерь в трехфазном трехуровневом инверторе с использованием SimPowerSystems и Simscape.

Google Scholar

Герра, Г., и Мартинес-Веласко, Дж. А. (2017). Модель твердотельного трансформатора для расчета потока мощности. Внутр. J. Electr. Power Energ. Syst. 89, 40–51. doi: 10.1016 / j.ijepes.2017.01.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хубер, Дж. Э. и Колар, Дж. У. (2019). Применимость твердотельных трансформаторов в сегодняшних и будущих распределительных сетях. IEEE Trans. Умная сеть электроснабжения. 10, 317–326. DOI: 10.1109 / TSG.2017.2738610

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хубер, Дж. Э. и Колар, Дж. У. (2014). «Сравнение объема / веса / стоимости твердотельного преобразователя 10 кВ / 400 В мощностью 1 МВА с обычным низкочастотным распределительным трансформатором» на конгрессе и выставке IEEE Energy Conversion 2014, ECCE 2014, Питтсбург, Пенсильвания, США, 14-18 сентября. 2014 (IEEE), 4545–4552. doi: 10.1109 / ECCE.2014.6954023

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Hunziker, C., and Schulz, N. (2017). Возможности твердотельных трансформаторов для оптимизации сети в существующих низковольтных сетевых средах. Electric Power Syst. Res. 146, 124–131. doi: 10.1016 / j.epsr.2017.01.024

CrossRef Полный текст | Google Scholar

KACO New Energy (2021 г.). [Набор данных]. Инверторы KACO Blueplanet. Расширенные технические данные.

Google Scholar

Liserre, M., Buticchi, G., Andresen, M., De Carne, G., Costa, L. F., and Zou, Z.-X. (2016). Интеллектуальный трансформатор: влияние на электрическую сеть и технологические проблемы. EEE Ind. Electron. Mag. 10, 46–58. DOI: 10.1109 / mie.2016.2551418

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю, Х., Мао, К., Лу, Дж. И Ван, Д. (2009). Электронный силовой трансформатор с системой хранения суперконденсаторов. Electric Power Syst. Res. 79, 1200–1208. doi: 10.1016 / j.epsr.2009.02.012

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Longo, L., Bruno, S., De Carne, G., and Liserre, M. (2020). «Моделирование и оценка характеристик интеллектуального трансформатора в распределительных сетях», на Общем собрании IEEE Power & Energy Society (PESGM) 2020 г., Монреаль, Квебек, Канада, 2-6 августа.2020 (IEEE), 1–5. doi: 10.1109 / PESGM41954.2020.9281646

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Luze, J. D. (2009). «Оптимизация размеров распределительных трансформаторов путем прогнозирования нагрузки на электроэнергию потребителей», на конференции IEEE Rural Electric Power 2009, Форт-Коллинз, Колорадо, США, 26-29 апреля 2009 г. (IEEE). doi: 10.1109 / REPCON.2009.4919426

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Наварро-Эспиноза, А. и Очоа, Л. (2015a). Документ для распространения «Модели низковольтных сетей и профили низкоуглеродных технологий» .Манчестер: Тех. представитель Манчестерского университета и ENWL.

Наварро-Эспиноза А. и Очоа Л. Ф. (2015b). «Увеличение мощности фотоэлектрического хостинга в низковольтных сетях: трансформаторы с РПН по сравнению с усилением», конференция IEEE Power and Energy Society по инновационным технологиям интеллектуальных сетей, ISGT 2015, Вашингтон, округ Колумбия, США, 18-20 февраля 2015 г. (IEEE) , 1–5. doi: 10.1109 / ISGT.2015.7131856

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Pournaras, E., and Espejo-Uribe, J. (2017). Самовосстанавливающиеся интеллектуальные сети через онлайн-координацию интеллектуальных трансформаторов. IEEE Trans. Ind. Inf. 13, 1783–1793. doi: 10.1109 / TII.2016.2625041

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Procopiou, A. T., and Ochoa, L. F. (2017). Контроль напряжения в сетях низкого напряжения PV-Rich без удаленного мониторинга. IEEE Trans. Power Syst. 32, 1224–1236. doi: 10.1109 / TPWRS.2016.25

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Prystupczuk, F., Rigoni, V., Nouri, A., Ali, R., Keane, A., and O’Donnell, T. (2021). [Набор данных]. HPET_PowerFlow_Model

Google Scholar

Цинь, Х.и Кимбалл, Дж. У. (2010). «Сравнительное исследование эффективности твердотельных трансформаторов на основе кремния», в Конгрессе и выставке по преобразованию энергии IEEE в 2010 г., Атланта, Джорджия, США, 12–16 сентября 2010 г. (IEEE), 1458–1463. doi: 10.1109 / ECCE.2010.5618255

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ригони В. и Кин А. (2020). «Open-DSOPF: оптимальная формула потока мощности с открытым исходным кодом, интегрированная с OpenDSS», на Общем собрании IEEE Power & Energy Society (PESGM) 2020 г., Монреаль, Квебек, Канада, 2-6 августа.2020 (IEEE), 1–5. doi: 10.1109 / pesgm41954.2020.9282125

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Роша, К., Пеппанен, Дж., Радац, П., Риландер, М., и Дуган, Р. (2019). Инверторное моделирование. Тех. респ., EPRI. Пало-Альто, Калифорния, США: Electric Power Research Institute, Inc.

Siemens, A. G. (2017). Руководство по энергетике. Тех. респ. Эрланген, Германия: Siemens AG.

Уоллинг, Р. А., Сент, Р., Дуган, Р. К., Берк, Дж., И Кожович, Л.А. (2008). Краткое изложение влияния распределенных ресурсов на системы энергоснабжения. IEEE Trans. Power Deliv. 23, 1636–1644. doi: 10.1109 / TPWRD.2007.

5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, X., Лю, Дж., Сюй, Т., и Ван, X. (2012). «Сравнение различных трехкаскадных трехфазных каскадных модульных топологий для силовых электронных трансформаторов», на конгрессе и выставке преобразования энергии IEEE 2012 г., Роли, Северная Каролина, США, 15-20 сентября 2012 г. (IEEE), 1420–1425 .doi: 10.1109 / ECCE.2012.6342648

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Xu She, X., Huang, A.Q., and Burgos, R. (2013). Обзор технологий твердотельных трансформаторов и их применения в системах распределения электроэнергии. IEEE J. Emerg. Sel. Верхний. Power Electron. 1, 186–198. doi: 10.1109 / jestpe.2013.2277917

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янг, Т., Мир, Р., О’Лафлин, К., и О’Доннелл, Т. (2016). «Характеристики твердотельных трансформаторов при несбалансированных нагрузках в распределительных системах», конференция и выставка IEEE Applied Power Electronics 2016 (APEC), Лонг-Бич, Калифорния, США, 20-24 марта 2016 г. (IEEE), 2629–2636.doi: 10.1109 / APEC.2016.7468235

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Яздани А. и Иравани Р. (2010). Преобразователи напряжения в энергосистемах: моделирование, управление и приложения . Хобокен, Нью-Джерси, США: John Wiley & Sons.

Магнитное против. Электронные низковольтные трансформаторы

Эти трансформаторы используются в самых разнообразных бытовых электроприборах, включая низковольтное внешнее освещение тракта, освещение под столешницей, дверные звонки и термостаты.Обычно используются как магнитные, так и электронные низковольтные трансформаторы, и каждый из них имеет свои преимущества.

Функция магнитного низковольтного трансформатора

В магнитном низковольтном трансформаторе используются две проволочные катушки, первичная и вторичная обмотки. Первичная катушка несет входное или высокое напряжение и создает магнитный поток, который наводит ток во вторичной катушке. Поскольку в первичной обмотке больше обмоток, чем во вторичной, вторичная обмотка имеет более низкое напряжение.Точное выходное напряжение зависит от количества обмоток в двух катушках.

Функция электронного низковольтного трансформатора

Электронная версия содержит небольшой трансформатор и инвертор. Инвертор изменяет частоту, с которой переменный ток в трансформаторе меняет направление. При низковольтном домашнем использовании он обычно изменяет частоту 120-вольтовой домашней розетки с 50 или 60 герц (или циклов в секунду) примерно до 20 000 герц.Чем выше частота напряжения, тем меньше трансформатор необходим для обеспечения необходимого выходного напряжения.

Преимущества магнитного трансформатора

Есть два типа магнитных трансформаторов: многослойные и тороидальные. Ламинированные стопки имеют квадратную форму, а тороидальные — в форме пончика. Многослойные трансформаторы долговечны, от 15 до 20 лет. Тороидальные трансформаторы служат еще дольше и работают очень тихо по сравнению с многослойным магнитным трансформатором или электронным трансформатором.Оба типа магнитных трансформаторов рассчитаны на более высокие рабочие температуры, чем электронные трансформаторы.

Преимущества электронного трансформатора

Электронные трансформаторы намного меньше и легче своих магнитных аналогов. Часто они достаточно малы, чтобы их можно было встроить в сам прибор. Они также дешевле магнитных трансформаторов. К сожалению, срок их службы намного короче — от 5 до 6 лет — и они могут быть шумными. Они также чувствительны к теплу; теплая среда еще больше сократит их продолжительность жизни.

Соображения

Когда есть высоковольтный аналог, например, в случае с освещением, низковольтные системы дешевле. Кроме того, установка, скорее всего, будет делом своими руками, поскольку напряжение составляет безвредные 12 или 24 вольт, а проводку можно закопать прямо под поверхностью или проложить на земле. Поскольку у обоих есть свои преимущества и недостатки, необходимо изучить требования рассматриваемой системы, чтобы сделать лучший выбор.

Капельный колпачок

• Трансформаторы, которые понижают или понижают высокое напряжение до напряжений менее 30 вольт (В), называются низковольтными трансформаторами.
  
• В магнитном трансформаторе низкого напряжения используются две катушки провода, первичная и вторичная катушки.
  
• Оба типа магнитных трансформаторов рассчитаны на более высокие рабочие температуры, чем электронные трансформаторы.
  
• Они также чувствительны к нагреванию; теплая среда еще больше сократит их продолжительность жизни.
  
• Когда есть высоковольтный аналог, например, в случае с освещением, низковольтные системы дешевле.
  
• Кроме того, установка, скорее всего, будет делом своими руками, поскольку напряжение составляет 12 или 24 вольт, а проводку можно проложить прямо под поверхностью или проложить на земле.

Почему драйверы светодиодов используются вместо электронных трансформаторов?

Светодиодные лампы

— отличное дополнение к дому или бизнесу, но ключ к достижению идеального светового баланса в вашем помещении заключается в использовании надлежащего источника питания.Существует два основных типа источников питания для светодиодных фонарей, драйверов светодиодов и электронных трансформаторов. Однако эти источники питания не обязательно могут быть взаимозаменяемыми, и вам нужно понимать, почему использование драйверов светодиодов может быть лучшим выбором, чем электронные трансформаторы.

Чем драйверы светодиодов отличаются от электронных трансформаторов?

светодиодных драйверов. Обеспечивая постоянное напряжение на светодиодной световой полосе, и ток, подаваемый на светодиодную подсветку, изменяется, чтобы обеспечить затемнение или регулировку индекса цветопередачи (CPI), который изменяет воспринимаемый вид света.Электронные трансформаторы работают аналогично драйверам светодиодов, но имеют тенденцию обеспечивать большую выходную мощность. Другими словами, для светодиодных лент большой длины может потребоваться источник питания мощностью более 200 Вт, а поскольку выходная мощность драйверов светодиодов может быть ограничена до 100 или 200 Вт, может потребоваться электронный трансформатор.

Когда следует использовать драйверы светодиодов? Драйверы светодиодов

часто рассматриваются как превосходные источники питания для светодиодных фонарей из-за их повышенной безопасности и способности поддерживать целостность светодиодных фонарей, сообщает журнал LEDs Magazine.Драйвер светодиода обеспечивает постоянную выходную мощность, а изменение частоты импульсов в драйвере делает светодиод регулируемым. Драйверы светодиодов следует использовать для небольших установок светодиодного освещения. Однако можно установить несколько драйверов светодиодов для использования в качестве источников питания для нескольких конфигураций светодиодов.

Может ли электронный трансформатор справиться с малым светодиодным освещением?

Электронный трансформатор обычно может работать со светодиодными осветительными приборами того же размера, что и драйверы светодиодов. Кроме того, некоторые производители могут производить электронные трансформаторы, которые трудно скрыть.Однако MX LightForce предлагает полную линейку низковольтных трансформаторов освещения, которые нельзя использовать в жилых, коммерческих или промышленных светодиодных осветительных установках. Кроме того, электронный трансформатор может использоваться, когда существует комбинация светодиодного освещения и галогенного освещения.

Как насчет уменьшения яркости и срока службы светодиодов с помощью драйверов светодиодов или электронных трансформаторов?

В зависимости от технических характеристик вашей светодиодной ленты или осветительной установки можно использовать драйвер светодиода или электронный трансформатор.Но драйверы светодиодов являются предпочтительным выбором для обеспечения оптимальной регулировки яркости и увеличения срока службы светодиодов. Более того, более новые электронные трансформаторы также позволяют регулировать яркость TRIAC.

Выберите подходящий источник питания для светодиодного освещения

Рынок светодиодов меняется, и дни выбора конкретного драйвера светодиода или электронного трансформатора заканчиваются. Чтобы обеспечить удовлетворение ваших потребностей в светодиодном освещении и поддержание безопасности и целостности, убедитесь, что в вашей установке светодиодного освещения используется либо соответствующий светодиодный драйвер, либо электронный трансформатор.В противном случае выберите свой источник питания из соответствующих светодиодных драйверов и электронных трансформаторов, посетив MX LightForce.com, или позвольте эксперту помочь вам, заполнив онлайн-форму для связи, чтобы представитель связался с вами сегодня.

Электронный трансформатор амплитуды

— с регулируемой яркостью 12 В постоянного тока Электронный трансформатор амплитуды

— с регулируемой яркостью 12 В постоянного тока — в стиле светодиодов

Inspired LED теперь принимает встречи для личного посещения выставочного зала и личного дизайна освещения, позвоните нам, чтобы узнать о доступных вакансиях (480-941-4286).Inspired LED по-прежнему будет принимать и отправлять онлайн-заказы или заказы по телефону (с 8:00 до 16:00, пн-пт). Техническая поддержка, обслуживание клиентов и дизайнеры также будут доступны с 8:00 до 16:00 с понедельника по пятницу. Заказы на вход по-прежнему недоступны. Настоятельно рекомендуется заранее подготовленные пикапы у обочины. Пожалуйста, дайте нам до 1-2 рабочих дней для отправки заказов.

76,00 долл. США – 91,50 долл. США

Электронный трансформатор величины позволяет подключать и затемнять светодиоды с помощью настенного диммера.

Для работы требуется совместимый настенный диммер низкого напряжения. — Мы предлагаем использовать диммер Lutron DVCL. Также см. Список совместимых диммеров на вкладке «Информационный лист» ниже.

Также требуется кабель для прохождения от регулируемого трансформатора к первому свету (-ам) — можно использовать соединительные кабели Inspired LED или настенные кабели для подключения гайки к трансформатору. (Этот кабель не входит в комплект) Дополнительную информацию можно найти в нашем блоге — Новый продукт: регулируемые низковольтные трансформаторы серии E

• Электронный трансформатор величины — идеально подходит для затемнения под освещением шкафа
• Диммер с помощью диммерных переключателей TRIAC (передний край) накаливания — Диммерный переключатель Lutron DVCL
• Сверхкомпактный алюминиевый корпус, размер 6.77 ″ x 2,67 ″ x 1,26 ″
• Класс защиты корпуса Nema 3R для использования вне помещений
• Защита с автоматическим сбросом при коротком замыкании и перенапряжении
• Класс 2, UL 8750, FFC 15 часть 2

Описание

Обучающие видео

Совместимые продукты

Электронный трансформатор величины позволяет подключать и затемнять светодиоды с помощью настенного диммера.

Для работы требуется совместимый настенный диммер низкого напряжения. — Мы предлагаем использовать диммер Lutron DVCL. Также см. Список совместимых диммеров на вкладке «Информационный лист» ниже.

Также требуется кабель для прохождения от регулируемого трансформатора к первому свету (-ам) — можно использовать соединительные кабели Inspired LED или настенные кабели для подключения гайки к трансформатору. (Этот кабель не входит в комплект) Дополнительную информацию можно найти в нашем блоге — Новый продукт: регулируемые низковольтные трансформаторы серии E

• Электронный трансформатор величины — идеально подходит для затемнения под освещением шкафа
• Диммер с помощью диммерных переключателей TRIAC (передний край) накаливания — Диммерный переключатель Lutron DVCL
• Сверхкомпактный алюминиевый корпус, размер 6.77 ″ x 2,67 ″ x 1,26 ″
• Класс защиты корпуса Nema 3R для использования вне помещений
• Защита с автоматическим сбросом при коротком замыкании и перенапряжении
• Класс 2, UL 8750, FFC 15 часть 2

Дополнительная информация

Масса	1,3125 фунтов
Размеры	6,77 × 2,67 × 1,26 дюйма
Размер диммируемого трансформатора	40 Вт, 60 Вт
Цвет продукта	Черный

Зачем покупать светодиодные продукты Inspired?

1. Американский производитель светодиодов в бизнесе уже 10 лет, и мы поддерживаем нашу продукцию.
2. Нужна помощь? Позвоните нам по телефону 480-941-4286, и мы ответим на любые ваши вопросы.
3. Единый строительный кодекс требует, чтобы все низковольтные осветительные приборы имели «Список безопасности». Все наши светодиоды внесены в список CSA.
4. Мы разрабатываем наши продукты, чтобы они были долговечными, и мы никогда не перегружаем наши светодиоды, как наши конкуренты.

Авторские права © 2018 Inspired LED. Все права защищены. Построен из от Fyresite.

XSSM 544px — 768pxMD 768px — 992pxLG 992px — 1200pxXL 1200px

Электронные трансформаторы и светодиоды низкого напряжения?

Электронный трансформатор является фаворитом для низковольтного галогенного освещения на 12 вольт.Его небольшой размер и эффективная работа делают его фаворитом. Поскольку акцент смещается на освещение LED , возникает большая путаница в том, где именно вы стоите, если используете одно из этих устройств. Существует много противоречивой и запутанной информации об их использовании. В этом посте я просто опишу внутреннюю работу обычного электронного трансформатора и попытаюсь прояснить некоторые из тех незакрепленных частей информации, которые регулярно скрываются многими поставщиками, торговыми посредниками и, в некоторой степени, производителями.

---

Содержание.

Могу ли я использовать электронный трансформатор со светодиодной подсветкой?

Почему электронные трансформаторы иногда имеют минимальную нагрузку?

Как работает электронный трансформатор?

Могу ли я использовать силовой трансформатор со светодиодной подсветкой?

---

Могу ли я использовать электронный трансформатор со светодиодной подсветкой?
Да, это возможно, но вы должны ознакомиться с требованиями производителя лампы LED , а также с требованиями к электронному трансформатору.Что касается LED , некоторые поставщики говорят «12 В», но другие говорят, что LED должен иметь специальный выделенный драйвер LED . В таком случае вы должны следовать инструкциям производителя и предоставить драйвер, как указано. Я знаю торговых посредников, которые заявляли, что некоторые светодиоды имеют 12 В постоянного тока , но я еще не видел 12 В постоянного тока LED в формате GU5.3. Обычно лампы GU5.3 не имеют маркировки поляризации, указывающей на то, что выпрямительные диоды должны быть встроены в корпус лампы LED .Конечно, источники питания 12 В не имеют маркировки поляризации или разъемов с ключом, которые я видел. Могу только предположить, что либо я что-то упустил, либо реселлеры пытаются прикрыть свои спины.

• Обратите внимание, что LED на самом деле является самостоятельным диодом, как следует из названия, и поэтому, естественно, в любом случае, естественно, полуволновое выпрямление само по себе. Отдельные выпрямительные диоды позволяют LED использовать энергию переменного тока в течение полного цикла, а не только половину его, уменьшая возможность любого мешающего мерцания.

Что касается требований к электронному трансформатору: поясняется далее в этом посте, недостаточная нагрузка вызовет прерывистую работу электронного трансформатора, если она ниже его «заявленной» минимальной нагрузки. Иногда эта недостаточная загрузка проявляется в виде ярко выраженного мерцания или, чаще всего, в виде ничего.

• Из-за того, как напряжение генерируется внутри электронного трансформатора, маловероятно, что LED выйдет из строя, если он не соответствует требованиям к минимальной нагрузке.

Обходной путь, если ваш электронный трансформатор имеет минимальную нагрузку и питает несколько осветительных приборов, но сумма одних только светодиодов не достигает этого минимального значения, тогда вы можете использовать один осветительный прибор как стандартную галогеновую лампу, а все остальные лампы как LED фары. Комбинация галогенных ламп и светодиодных ламп обеспечивает соблюдение требований к минимальной нагрузке и правильную работу электронного трансформатора. В противном случае вам потребуется либо специальный источник питания для LED s, либо другой электронный трансформатор, способный работать от нагрузки 0 Вт (т. Е. Без нагрузки).

• Я слышал в Интернете разговоры о том, что высокочастотный выход электронного трансформатора может повредить диоды в светодиоде . Я еще не видел этого и не слышал этого от производителя замены LED 12V GU5.3. Но применяются обычные правила, и вы должны использовать инструкции и руководства производителя для их продуктов.

Опять же, если вам нужна функция затемнения, необходимо будет получить LED , который совместим с затемнением, что позволяет регулировать яркость.

• Таким образом, диммирование будет работать только в том случае, если все компоненты в цепи имеют эту функцию, например, диммер, электронный трансформатор диммирования и диммируемый светодиод . Вы должны подтвердить, что все компоненты имеют функцию диммирования, поскольку это не подразумевается.


• Будьте осторожны, чтобы не попасть под минимальную нагрузку регулятора яркости.

Почему электронные трансформаторы иногда имеют минимальную нагрузку?
Как описано далее (и более подробно в моей предыдущей статье), автоколебательная часть схемы приводится в действие выбросом энергии, вызванным нагрузкой, которую она питает.Эта энергия проходит через крошечный тороидальный трансформатор с обратной связью и ловко используется для управления выводом базы силовых транзисторов, напрямую управляя колебаниями. Если на выходе электронного трансформатора нет нагрузки, будет недостаточно энергии для приведения в действие тороида обратной связи генератора. Следовательно, он не будет колебаться и, следовательно, не сможет преобразовать напряжение.

Это может быть преимуществом, если в качестве нагрузки используется стандартная галогенная лампа низкого напряжения 12 В, которую вы установили, и лампочка перегорела.В этом случае выход электронного трансформатора естественным образом отключается, поскольку нагрузка эффективно снимается из-за поломки лампы. Это не так хорошо, если вы пытаетесь модернизировать светодиодные лампы , особенно если они не достигают минимальной нагрузки, необходимой для электронного трансформатора. Требования к нагрузке обычно печатаются на корпусе электронного трансформатора с указанием как верхних, так и нижних пределов, например:

Электронный трансформатор Требования к нагрузке 10-60 Вт

10-60 Вт, что означает минимальную нагрузку 10 Вт и максимальную 60 Вт.Вот пример такого трансформатора с выделенной потребляемой мощностью.

Электронный трансформатор Требуемая нагрузка 20-60 Вт

Точно так же 20-60 Вт означает минимальную нагрузку 20 Вт и максимальную 60 Вт. Вот еще один пример такого трансформатора с выделенной потребляемой мощностью.

Электронный трансформатор Требуемая нагрузка 0-50 Вт

Можно получить электронный трансформатор с диапазоном нагрузки от 0 Вт.В этом случае схема, которая управляет генератором, отличается от описанной в моем анализе типичного электронного трансформатора, поскольку она не может полагаться исключительно на обратную связь нагрузки для самовозбуждения колебаний. Вот пример такого устройства, которым пользуюсь лично я. Он может одинаково хорошо управлять как галогеном 50 Вт, так и светодиодом 4 Вт. Трансформатор показан выше с выделенным идентификатором потребляемой мощности. Это по-прежнему электронный трансформатор, поскольку он не регулирует выходную мощность, как импульсный источник питания.

---

Приведенные ниже партнерские ссылки относятся к электронному трансформатору 0-50 Вт, который я лично использую дома, Varilight YT50L. Я использую его для питания своей смешанной системы, состоящей как из галогенных светодиодов 12 В, так и светодиодов GU5.3. Это дает мне возможность и универсальность, чтобы по желанию менять 4w LED на 50w галогенные лампы, а также все, что между ними. По лучшим световым эффектам сложно обыграть цветные галогенные лампы. Для удобства экономии, LED фары правило, но это конкретное обсуждение для другого поста.

---

Трансформатор освещения Varilight 50 Вт для цепей низкого напряжения

---

Это еще одна партнерская ссылка на тот же электронный трансформатор YT50L, но с веб-сайта сети B&Q UK . Именно здесь я купил свой, которым лично пользуюсь дома. Если вам нужны более мощные версии, то у B & Q также есть версии, которые рассчитаны на 0-105 Вт: YT105L, а также электронный трансформатор 0-150 Вт: YT150. У меня не было возможности использовать ни один из более мощных электронных трансформаторов, перечисленных выше, поскольку я использую один трансформатор для каждой осветительной арматуры, а не питаю несколько ламп от одного трансформатора.Хотя моя установка немного дороже, я считаю, что она дает мне наибольшую гибкость для моей конкретной установки и дизайна. Одним из преимуществ является то, что провода 12V ELV короткие, так как они подходят только к одному фитингу.

• Важно учитывать длину и сечение проводов ПНН от трансформатора. При управлении галогенными лампами большой мощности возникают большие токи. Важно убедиться, что используется провод правильного калибра, чтобы свести к минимуму падение напряжения по длине провода.Чем длиннее пробег, тем больше калибр, но также выше стоимость кабеля из-за увеличения материальных затрат. В случае дооснащения ламп LED это не столь важно, поскольку ток значительно снижается.

Более мощные электронные трансформаторы YT105L и YT150 обладают тем же свойством: они способны переключать практически любую нагрузку с нуля на полную выходную мощность. Нет необходимости соблюдать какие-либо требования к минимальной нагрузке, поскольку их нет.

---

Если вам интересно узнать о финансовых последствиях модернизации трансформатора для LED s, тогда вам может быть интересно взглянуть на мою статью «Калькулятор затрат на модернизацию освещения». Если вы меняете трансформатор, вы можете ввести его стоимость, а также дополнительные затраты на любые необходимые ремонтные электрические работы в расчет. Это даст вам объективное представление о финансовых последствиях и поможет вам принять решение.

Если вас интересуют другие символы и знаки, которые можно найти на электронных трансформаторах, особенно те, которые продаются в Европе, то, пожалуйста, ознакомьтесь с моей статьей о них.

Как работает электронный трансформатор?
В этой части поста я обойду детали и просто рассмотрю основные моменты типичного электронного трансформатора. Ранее я создал пост с более подробным техническим обзором работы электронного трансформатора, в котором подробно рассказывалось о различных компонентах электронного трансформатора. Вы можете ссылаться на предыдущий пост здесь.

В еще одном из моих предыдущих постов, озаглавленном «Трансформаторы, электронные трансформаторы и импульсные источники питания», я обсуждал технические различия между ними и касался каждой из их рабочих операций.Полезно понять, в чем их разница, хотя бы для того, чтобы защитить себя от давления продавца, «предоставляющего вам полную необузданную коммерческую подачу».

• Силовой трансформатор использует низкую частоту, предоставляемую вашим поставщиком электроэнергии, для генерации энергии магнитного потока, в то время как электронный трансформатор внутри создает гораздо меньший магнитный поток за цикл, но гораздо чаще, что приводит к тому, что та же мощность доставляется с существенно меньшей выходной мощностью трансформатор. Это делает корпус с малым форм-фактором, который также значительно легче, чем традиционный силовой трансформатор.

Существует много способов электронной генерации более высокой частоты, но наиболее часто используется элегантная схема, называемая схемой самозапускающегося полумостового генератора . Основными активными компонентами являются два силовых транзистора, которые попеременно переключают выпрямленную сеть через выходной трансформатор. Расположение транзисторов — отсюда и название «полумост». Это только одна сторона H-образного моста. На другой стороне моста два транзистора заменены двумя конденсаторами.

Вот блок-схема, показывающая в черном ящике внутреннюю работу электронного трансформатора. Если вы нажмете на различные элементы, вы попадете в соответствующую часть моего предыдущего поста, в котором описывается этот конкретный элемент.

Модель задней коробки электронного трансформатора. Нажмите на элемент, чтобы перейти в соответствующий раздел предыдущей статьи.

Не паникуйте! «Схема самозапускающегося полумостового генератора» — это элегантно простая схема, которая в слегка измененных формах используется во многих ситуациях, например, в электронных балластах для компактных люминесцентных ламп.Если вы сможете следовать простой логике в объяснении ниже, это может открыть мир, о существовании которого вы, возможно, даже не подозревали.

• Я написал статью о коэффициенте мощности и объяснил два типа коэффициента мощности. Тип коэффициента мощности, от которого может пострадать электронный трансформатор, — это выпрямленная нагрузка, при которой наблюдается скачок мощности, вызывающий чрезмерные гармоники. Поскольку емкость электронного трансформатора мала, а зарядка и разрядка магнитного потока через выходной трансформатор происходят в каждом цикле с частотой от 20 до 120 кгц, это искажение практически невозможно обнаружить.

Как описано в моем предыдущем посте, передача энергии в каждом цикле крошечная по сравнению с типичным силовым трансформатором той же номинальной мощности. Следовательно, коэффициент мощности индуктивного типа также очень мал, и, как правило, электронный трансформатор можно безопасно использовать с диммером по задней кромке. По сути, это означает, что его можно использовать со всеми диммерами, как задней, так и передней кромкой. (Убедитесь, что вы придерживаетесь инструкций производителя относительно выбора диммеров).

Транзисторы в электронном трансформаторе управляются отрицательной обратной связью, что обеспечивает малое количество компонентов в генераторе.Такая обратная связь и называется «самовозбуждением». Конструкция использует энергию поля, генерируемую в выходном трансформаторе, для переключения базы силовых транзисторов, тем самым изменяя полярность тока через силовой трансформатор. Первоначально эта переключающая схема должна питаться через дополнительную вторичную обмотку на самом главном выходном силовом трансформаторе. Поскольку требуется только крошечный ток и простота, вместо него используется второй крошечный тороид, который включен последовательно с первичной обмоткой основного выходного трансформатора.

Приведенное выше объяснение предполагает источник DC , но мы знаем, что электронный трансформатор питается от домашней электросети. Для простоты сеть, питающая транзисторы, сначала выпрямляется с помощью мостового выпрямителя, обычно состоящего из четырех отдельных диодов («мостовая» часть своего имени не получается из этого бита схемы). Необработанная выпрямленная сеть подключается непосредственно к силовым транзисторам, не беспокоясь о том, чтобы иметь какой-либо сглаживающий конденсатор для управления пульсацией DC .

• Хотя на первый взгляд никакой сглаживающий конденсатор может показаться примитивным, эта конфигурация схемы важна для обеспечения правильной работы электронного трансформатора с диммерными переключателями.

Поскольку переключающие транзисторы обычно чередуются в двух состояниях, либо полностью «включены», либо полностью «выключены», они не склонны потреблять энергию сами по себе.

• Потребляемая мощность описывается уравнением I ² R. Поскольку «R», обозначающее сопротивление, равно 0 или ∞ (бесконечность), а когда оно равно ∞, текущий ток, представленный «I», равен 0. .В результате мощность, потребляемая транзисторами, близка к нулю.

На самом деле нет ничего идеального, и транзистор должен находиться между нулевым и бесконечным сопротивлением. В течение этого краткого переходного периода он оказывает кратковременное сопротивление и, следовательно, выделяет тепло. К счастью, жара энергии можно пренебречь, но, как правило, в улавливатель теплового разгона встроена предохранительная схема тепловой защиты.

Вот почему при просмотре формы выходного сигнала электронного трансформатора с помощью осциллографа он выглядит как выходной сигнал с частотой 100 Гц и 50 кГц.Такая сложная форма волны не проблема для типичной галогенной лампы 12 В. Из-за способа подачи выходного напряжения может быть сложно измерить напряжение с помощью некоторых цифровых мультиметров, поэтому создается впечатление, что электронный трансформатор не работает или не обеспечивает какой-либо выходной сигнал, даже если вы можете видеть, что на лампу, несомненно, подается питание.

Могу ли я использовать «силовой трансформатор» со светодиодной подсветкой?
Если предположить, что производитель LED указал его в качестве замены галогенного освещения 12 В, ответ — да.

• Обратите внимание, что силовой трансформатор также может называться магнитным трансформатором.

Нет никаких особых требований к силовому трансформатору, если вам нужна только нормальная работа, но дополнительные функции, такие как регулировка яркости, требуют дальнейшего рассмотрения. В этом есть проблемы с диммированием:

1. Вам понадобится диммер с передним фронтом, чтобы он был совместим с силовым трансформатором.

• Жизненно важно использовать правильный диммер, совместимый с трансформатором или индуктором.Обычно это передний фронт, так как он не страдает от скачков напряжения обратного хода, вызванных переключением катушки индуктивности. Диммер с задней кромкой может быть поврежден из-за всплеска индуктивного напряжения. (см. инструкцию производителя)

Вам также необходимо убедиться, что установленный светодиод LED может регулироваться яркостью, а также иметь правильный регулятор яркости. Не все светодиоды имеют диммирование, так как некоторые светодиоды имеют накопительный конденсатор, который не дает им погаснуть, когда диммер отключит питание на полпути в течение сетевого цикла.

• Если у вас не тот тип LED , он либо не будет тускнеть совсем, либо будет тускнеть очень незначительно. Это больше проблема с светодиодами , поскольку они имеют низкое энергопотребление. Это низкое энергопотребление позволяет производителю установить небольшой накопительный конденсатор внутри корпуса лампы. Накопительный конденсатор сохраняет энергию, достаточную для непрерывной работы лампы через естественные точки пересечения нулевого напряжения в сетевом цикле.Это преимущество для нормальной работы лампы LED , но помеха, если вы хотите приглушить свет.
  

Для дальнейшего чтения и ссылок: см. Мою страницу ресурсов

Небольшой электронный трансформатор

для сертифицированных продуктов Better Illumination

Оцените мощность высококлассного небольшого электронного трансформатора по невероятным скидкам на Alibaba.com. Подходящий небольшой электронный трансформатор повысит вашу производительность за счет изменения напряжения и тока в электрической цепи.Вы можете использовать небольшой электронный трансформатор для преобразования электроэнергии с высоким напряжением и малым током в электроэнергию с низким напряжением и большим током или наоборот в соответствии с вашими потребностями.

На сайте Alibaba.com самый большой выбор малых электронных трансформаторов включает в себя различные размеры и модели. Независимо от ваших потребностей в преобразовании энергии, вы найдете правильный тип небольшого электронного трансформатора , который поможет вам достичь ваших целей.Вы найдете такие, которые можно использовать во всех сферах, от бытовой техники до промышленного оборудования. Все малые электронные трансформаторы изготовлены из прочных материалов, что делает их очень прочными и эффективными на протяжении длительного срока службы.

Эти небольшие электронные трансформаторы соответствуют строгим стандартам качества и мерам для обеспечения максимальной безопасности и ожидаемых результатов.