Как подобрать катушку индуктивности для блока питания
Выше мы рассматривали два основных понятия в электротехнике — идеальный генератор напряжения и идеальный генератор тока.
Идеальный генератор напряжения выдает заданное напряжения U (давление в водопроводной аналогии) на любой нагрузке (сопротивлении внешней цепи).
При этом в соответствии с законом Ома I=U/R, даже если R стремится к нулю, а ток возрастает до бесконечности.
Внутренне сопротивление идеального генератора напряжения равно 0.
Идеальный генератор тока выдает заданный ток I (поток в водопроводной аналогии), даже если сопротивление внешней цепи стремится к бесконечности. Напряжение на нагрузке при этом также стремится к бесконечности U=I*R.
Внутреннее сопротивление идеального генератора тока равно ∞.
Тут можно увидеть определенную симметрию, дуализм.
Мы рассматривали конденсатор С который может накапливать заряд (потому и называется — емкость) С=Q/U. Чем больше емкость, тем медленнее растет напряжение (давление) при закачке в конденсатор заряда U=Q/C.
Если емкость заряда очень большая (стремится к бесконечности), то такой конденсатор бесконечной емкости будет являться идеальным генератором напряжения. Он никогда не разрядится и при этом может выдать ток любой величины, и напряжение на нем будет оставаться постоянным.
Симметричным (дуальным) к конденсатору элементом будет являться индуктивность. Индуктивность обозначается буквой L (см схему ниже).
Обычно сам электронный компонент называется катушка индуктивности, а его параметр — индуктивность L.
рис 13. Подключение катушки индуктивности к генератору напряжения.
Если конденсатор является генератором напряжения, то индуктивность является генератором тока. Индуктивность стремиться поддерживать ток в цепи постоянным, то есть препятствует изменению тока в цепи.
Индуктивность бесконечной величины является идеальным генератором тока, то есть будет бесконечно гнать заданный ток I независимо от сопротивления нагрузки.
Как хорошо сказано в wiki - “При сопоставлении силы электрического тока со скоростью в механике и электрической индуктивности с массой в механике ЭДС самоиндукции сходна с силой инерции.”
Это похоже как если вы подойдете к стоящей на рельсах вагонетке и станете ее толкать (приложите к ней силу). Вагонетка начнет медленно разгоняться и «ток все быстрее и быстрее побежит по проводам». А потом попробуйте вагонетку тормозить и она будет медленно останавливаться.
Так и в индуктивности, после подачи напряжения ток будет постепенно расти (вагонетка разгоняется), а при подаче напряжения другой полярности — постепенно уменьшаться (вагонетка тормозится).
Отсюда следует вывод «Поезд мгновенно остановить нельзя!»
«Ток в индуктивности мгновенно остановить нельзя!»
То есть даже если щелкнуть выключателем S4 на схеме и разомкнуть цепь, ток в первый момент после этого будет продолжать идти! На практике это приводит к тому, что в момент размыкания контактов в выключателе между ними будет проскакивать искра.
Сопротивление при размыкании контактов увеличивается до бесконечности (в реальности до очень больших величин) и протекающий ток создаст на этом сопротивлении напряжение очень большой величины, так что воздушный промежуток между контактами будет пробит.
В водопроводной аналогии этому явлению можно сопоставить гидравлический удар, когда масса воды в водопроводе набирает скорость, и при резком закрытии крана вода, продолжая двигаться по инерции, создает высокое давление, что может привести к разрыву трубы.
“При изменении тока в контуре пропорционально меняется и магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром. Изменение этого магнитного потока, в силу закона электромагнитной индукции, приводит к возбуждению в этом контуре индуктивной ЭДС. Это явление называется самоиндукцией. Направление ЭДС самоиндукции всегда оказывается таким, что при возрастании тока в цепи ЭДС самоиндукции препятствует этому возрастанию (направлена против тока), а при убывании тока — убыванию (сонаправлена с током). Явление самоиндукции проявляется в замедлении процессов исчезновения и установления тока.”
По отношению к конденсатору , основным отличием индуктивности, если говорить простыми словами, является то, что конденсатор пропускает переменный ток и не пропускает постоянный, а индуктивность наоборот — пропускает постоянный ток и не пропускает переменный.
Тут есть некий момент — постоянный ток это ток, который не меняется со временем, то, что называется «постоянная составляющая» частотой равной 0 Гц. Ее конденсатор не пропускает. Совсем.
А вот индуктивность совсем не пропускает переменный ток бесконечной частоты. А просто переменный ток любой конечной частоты немножко пропускает.
Но к понятию напряжения переменного тока мы вернемся позже.
Рассмотрим цепь на рис. 13 - подключение катушки индуктивности к генератору напряжения.
Ниже представлен график тока в индуктивности при подаче на нее постоянного напряжения от генератора напряжения.
рис. 14 График тока в индуктивности при подаче на нее постоянного напряжения.
При подаче на индуктивность постоянного напряжения ток в ней линейно возрастает со временем.
Мы помним аналогичную картину для конденсатора.
Напряжение на конденсаторе линейно возрастает при его заряде постоянным током.
А что будет, если запитать индуктивность от генератора тока?
рис 15. Подключение индуктивности к генератору тока.
Ну тут из серии «кто кого заборет — слон или кит».
Попробуйте проанализировать работу схемы (hint - вообще схема изображена с ошибкой. В чем она заключается? Как нарисовать схему правильно?)
Цепи, содержащие конденсатор и индуктивность
Как было отмечено выше, индуктивность в электротехнике играет ту же роль, что масса в механике. А что является аналогом конденсатора в механике? Конденсатор является генератором напряжения, то есть создает силу, которая двигает поток заряда по проводам. Выше мы приводили аналог конденсатора в виде водонапорной башни, которая заполняется водой (зарядом) и давление (напряжение) в ней увеличивается.
Но можно также представить конденсатор в виде пружины — при заряде пружина сжимается и сила сжатия (напряжение) увеличивается. Емкость в этом случае величина обратная жесткости пружины. Чем пружина жестче, тем быстрее возрастает сила при сжатии. То есть соединение конденсатора и индуктивности эквивалентно вагонетке закрепленной на пружине. )
Что же будет происходить, если конденсатор соединить с индуктивностью, например как в схеме на рис. 16
рис 16. Параллельное включение конденсатора и катушки индуктивности.
Пусть конденсатор С заряжен до напряжения U. Ключ S2 замыкается и в цепи начинает течь ток. Это эквивалентно тому, как если бы мы сжали пружину и затем в какой-то момент отпустили (замкнули ключ S2).
В первый момент после замыкания ключа ток в цепи будет равен 0, так как индуктивность препятствует изменению тока. К вагонетке приложили силу, но в первый момент времени ее скорость равна 0. Затем ток начинает возрастать (вагонетка разгоняется). Пружина разжимается все больше и больше, скорость вагонетки (ток) растет и в какой-то момент времени пружина оказывается не сжата. Конденсатор разрядился до 0. Но. Мы помним что «ток в индуктивности мгновенно остановить нельзя!» Вагонетка разогналась и даже если мы не будем ее толкать, она будет двигаться по инерции. То есть индуктивность будет поддерживать ток и при этом заряжать конденсатор, но уже в другой полярности - заряды теперь будут скапливаться на другой обкладке конденсатора. Растущее напряжение противоположного знака на конденсаторе будет препятствовать движению зарядов, и в конце концов ток в цепи станет равным нулю. Но при этом конденсатор уже зарядился напряжением U другой полярности!
То есть цепь пришла в состояние когда конденсатор заряжен, ток в ней равен нулю.
Хм.. но это то же состояние, с которого мы начали, только полярность напряжения противоположная. Следовательно процесс повторится, только ток потечет уже в другую сторону и система вернется в исходное состояние. Вагонетка поедет обратно, проедет положение равновесия и по инерции снова сожмет пружину.
Возникнет колебательный процесс. То есть вагонетка на пружине так и будет кататься туда-сюда и в отсутствие потерь энергии (трения) этот процесс будет длиться бесконечно.
Таким образом соединение конденсатора с индуктивностью образует колебательное звено. Такие звенья широко используются в электротехнике для создания генераторов и фильтров напряжения переменного тока.
Понятие переменного тока рассмотрим в следующей статье.
UPD.
Поскольку возник диспут экспоненциально ли растет ток при подключении катушки индуктивности к генератору напряжения или линейно, скажу еще пару слов по этому вопросу.
Откуда же берется экспонента роста тока в схеме на рис.13?
Ответ- ниоткуда. Ее там нет. Ток растет линейно и зависимость тока от напряжения описывается формулой
ЭДС самоиндукции в цепи прямо пропорциональна скорости изменения силы тока в этой цепи.
Чтобы обеспечить U=const (а U – это производная от тока в катушке), ток должен линейно расти.
А откуда тогда вообще зашел разговор об экспоненте? А зашел он потому, что ток линейно растет только в идеальном случае — в схеме с идеальным генератором напряжения (бесконечной мощности и с нулевым внутренним сопротивлением) и идеальной индуктивностью (с нулевым внутренним сопротивлением).
В реальном случае с учетом внутреннего сопротивления схема будет выглядеть так.
рис 17. Подключение катушки индуктивности к генератору напряжения с учетом внутреннего сопротивления.
На схеме рис.17 R символизирует собой внутреннее сопротивление генератора и катушки индуктивности. (они все равно включены последовательно, поэтому можно обойтись одним R, как суммой этих сопротивлений)
В этом случае процесс разворачивается следующим образом. При замыкании ключа S4 цепь замкнется и должен был бы пойти ток. Однако, катушка индуктивности препятствует изменению тока, и в первый момент времени после замыкания ключа ток останется равным 0! По сути дела катушка в этот момент представляет собой разрыв цепи с бесконечным сопротивлением. Поэтому напряжение U будет приложено к катушке целиком. Можно и по другому подойти - Ur=I*R. Падение напряжения на резисторе равно I*R, I у нас равен 0, поэтому напряжение на резисторе тоже равно 0, и к катушке будет приложено полное напряжение U. Дальше ток в катушке будет расти. В области 0 линейно кстати (см рис 19 «Переход Суворова через Альпы» «Экспонента проходит через 0 под углом 45 градусов»). Ток будет расти и падение напряжения на резисторе тоже будет расти. А на катушке соответственно падать, потому что часть напряжения будет забирать на себя резистор. Поэтому со временем линейность роста тока в цепи будет нарушаться. Когда падение напряжения на резисторе I*R сравняется с напряжением генератора U рост тока прекратится совсем, потому что напряжение на катушке будет равно 0 (все напряжение будет падать на резисторе).
Вот в этом случае и получится такой экспоненциальный график роста тока в индуктивности.
Рис. 18 Экспоненциальный график роста тока в индуктивности. ис 19 «Экспонента проходит через 0 под углом 45 градусов»
зы. В интернете столько разнообразной ереси на тему катушек индуктивности. Просто диву даешься.
«Катушка индуктивности обладает также очень интересным свойством. При подаче на катушку постоянного напряжения, в катушке возникает на короткий промежуток времени противоположное напряжение. Это противоположное напряжение называется ЭДС самоиндукции. Эта ЭДС зависит от значения индуктивности катушки. Поэтому, в момент подачи напряжения на катушку сила тока в течение долей секунд плавно меняет свое значение от 0 до некоторого значения, потому что напряжение, в момент подачи электрического тока, также меняет свое значение от ноля и до установившегося значения.»
Ну.. поскольку про резистор в цепи ничего не сказано, то не на короткий промежуток, а пока входное напряжение не будет снято. Вторая часть звучит бредово, но направление верное — ток с цепи растет от нуля до.. без резистора до бесконечности, с резистором до I=Uвх/R.
Предположим, что обычная катушка индуктивности подключена к источнику напряжения через ключ. При замыкании ключа на индуктивность подается напряжение, вызывающее быстрое изменение протекающего через нее тока. Когда приложенное напряжение увеличивается от нуля до пикового значения (за короткое время), индуктивность противодействует изменяющемуся через нее току, индуцируя напряжение, противоположное по полярности приложенному напряжению. Индуцированное напряжение при подаче питания на катушку индуктивности называется обратной ЭДС и определяется по формуле 1:
VL = – L*(di/dt), (1)
где:
VL – напряжение (обратная ЭДС), индуцированная на катушке;
L – индуктивность катушки;
di/dt – скорость изменения тока во времени.
Видимо здесь попытались описать начальный момент возникновения ЭДС самоиндукции, но получилась ерунда. Говорить, что «индуцированное напряжение противоположно по полярности приложенному напряжению» это то же самое, что "падение напряжения на резисторе противоположно по полярности приложенному напряжению." Ага, точно, приложенное напряжение сложили с падением напряжения и после резистора получили 0. Так и есть, лол.
«ЭДС самоиндукции» в катушке это аналог «падения напряжения» на резисторе. Только в резисторе электрическая энергия рассеивается, переходит в тепло, а в индуктивности — накапливается, переходит в энергию магнитного поля. В водопроводной аналогии индуктивность это такая турбинка, вставленная в водопроводную трубу, и которая имеет момент инерции. Турбинка пропускает воду только когда вращается. И вот крантель открыли, давление к турбинке приложили, она начала вращаться и пошел ток дальше по трубе. И чем быстрее турбинка вращается, тем больше ее пропускная способность. Турбинка раскручивается, ток возрастает и так до бесконечности. Это если нет потерь энергии — резистора. А если есть резистор (трение), то часть давления расходуется на преодоление трения. И когда вся входная энергия будет расходоваться на трение, турбинка перестанет ускоряться и ток достигнет максимальной величины.
Рис.20 Переходной процесс в цепи с индуктивностью
Картинка неправильная. В правильном варианте при отключении источника, подключался резистор и цепь оставалась замкнутой.
Рассмотрим следующую цепь
Рис.21 Цепь с индуктивностью и переключателем
Вопрос на засыпку: Чему будет равно напряжение на индуктивности в первый момент после переключения ключа S из верхнего положения в нижнее?
Hint: Не надо выносить себе мозг, пытаясь сообразить с каким там знаком возникнет ЭДС самоиндукции и что с ней будет дальше. Надо применять простое правило:
Ток в индуктивности в первый момент времени после переключения сохраняется неизменным.
Дальше применять закон Ома.
Суть вопроса:
Мечтаю собрать в свободное время Лабораторный блок питания (очень нужен чтобы экспериментировать ну или аккумуляторы заряжать например).
Из детства помню что деды говорили что самый чистый источник, который обладает LC фильтром.
Помня немного предыстории, знаю что раньше мотали здоровенные дросселя, так как их изготовить было проще и дешевле чем найти конденсаторы большой емкости.
Но Все же я жуть как захотел реализовать в своем самодельном блоке, подобие "П - образного" или "Г - образного" LC фильтра.
Трансформатор будет использоваться ТС-160-3, обмотки будут коммутироваться с двух-полярного(0-15В до 5А) до одно-полярно (0-15В макс. 10А или 0-30В макс. 5А).
Я так понимаю что через этот дроссель (?) будет течь ток до 10А и мощность дросселя будет до 160Ватт.
Будут применены конденсаторы 50В 10000мкФ (к50-18 отечественные).
Вопрос такой существует ли готовый такой дроссель, как он выглядит, или как должен выглядеть этот дроссель, или какие у него должны быть параметры?
>> Прошу обратить внимание что блок питания будет регулируемый, трансформатор на 50Гц соответственно на выходе полного диодного моста будет уже 100Гц, линейный и с защитой по току от перегрузки и короткого замыкания. LS- фильтр будет стоять сразу после диодного моста. Конденсаторы Советские К50-18 на 50 вольт 10 000 микрофарад. Сразу после фильтра будет стоять "двух линейный дроссель" если конечно будет необходим. Схема стабилизации по напряжению и току и прочая логика, будет стоят после фильтра
- Вопрос задан более трёх лет назад
- 5824 просмотра
Оценить 7 комментариев
у вас схема неправильная вместо С1 должен стоять диод (желательно шотки) иначе преобразователь будет работать в режиме короткого замыкания
Василий: с зарядом конденсатора согласен, чем больше емкость, тем больше времени это КЗ продлиться, но трансформатор выдержит кз около секунды не сильно нагреваясь. Остальное в условиях вопроса.
Сергей Кордубин: тут дело не столько в трансформаторе сколько в диодном мосте, да и вообще дроссель шибко не нужен в линейном стабилизаторе - грязную работу по фильтрации в итоге на себя берёт в итоге стабилизатор,
Василий: согласен, если срезать лишние 2-3 вольта то наверное хорошо было бы. на выход поставить двухлинейный дросель между ним пару небольших конденсаторов, и шумы должны убраться. но хотя бы габариты этого чуда прикинуть бы =)
грубо говоря у вас частота пульсации 100 герц(есть и побольше), посмотрите на дроссель в сварочном инверторе
он с полкулака , да там токи выше (в 30 раз) но и частота которую он фильтрует выше в 200-400 раз, то есть эффективности от дросселя на 100 герцах размером меньше чем кулак ожидать не стоит
в случае линейного преобразователя фильтры которые имеет смысл ставить
1) варистор на 600 вольт параллельно обмотке 220
2)термистор последовательно обмотке 220
3) керамические конденсаторы параллельно каждому диоду- при закрывании диод создаёт вч помеху которая будет усилена трансформатором и отправлена обратно в сеть 220 или(и) пойдёт дальше, а аллюминиевые электролиты большой ёмкости вообще не гасят вч помехи
4) чисто символически можно сделать какой-нибудь дроссель в 10 витков от вч помех идущих из сети 220 а перед ним такой же символический плёночный конденсатор на 1 мкф да гашения вч помех.
5) большие электролиты
6) не больше 1 мкф плёночные конденсаторы после линейного стабилизатора будут блокировать остатки пульсаций которые сделает стабилизатор сделает в процессе работы
ну и бонус отключение бп на 12 вольт в котором не предусмотрено дополнительных фильтров (1,2,3,4)от сети
получилось с 15го раза
Не совсем в дырочку но уделенное внимание впечатляет! Спасибо за старания!
-
В общем то с кулак, то есть каждый дроссель будет не менее этого конденсатора а то и больше в два раза (конденсаторы отечественные)
Сергей Кордубин:
1) для 100 герц заметные влияния оказывают только очень большие дросселя, + надо учитывать насыщение сердечника в случае кз ( допустим происходик кз -> ток превышает расчётный -> сердечник уходит в насыщение -> индуктивность падает -> повышается частота пульсаций-> непредсказуемые последствия
2) последовательно с дросселем нельзя ставить диод если току обратного эдс некуда уходить - он просто пробьёт диод , диодный мост нормально шунтирует дроссель открывась, избыток напряжения уходит на конденсатор.
6) вместо реле лучше использовать тиристоры - они после снятия управляющего напряжения и переходе через 0 - сильно уменьшает всякие левые выбросы и вч помехи, но сами к ним чувствительны - могут и открыться от вч помехи благо что сами потом и закроются при следующем 0 поэтому тиристоры для управления постоянным током не стоит использовать, если всётаки реле то для гашения помех создаваемых реле стоит использовать снабберы - конденсатор простейший снаббер
7) цифровой осциллограф Hantek DSO5102P на этом скрине c ещё с ещё не тронутым Linux
-
По п. 1 и п. 2 твоего комментария, Да что там не предсказуемые? Вполне предсказуемые, от насыщенного последовательно подключенного дросселя, получаем обратное ЭДС и ближайшая цепь которая может пробиться от x10-x100 напряжения пробивает, для этого логично было бы поставить, параллельно дросселю, два защитных диода подключенных встречно последовательно (он же зенер, он же стабилитрон и он же TVS-диод) или как я понял с твоей подсказки что вполне себе хорошо будет себя чувствовать там Варистор на напряжение 60+. Тогда все обратное ЭДС пройдет через этот шунт, хотя лучше все таки, цепь из двух последовательных встречно подсоединенных диодов, один TVS а второй который не будет пропускать нормальное напряжение через TVS диод. единственное что в этой затее не ясно до конца так это какая индуктивность должна быть у этого дросселя.
Василий: эм насчет KBPC5010 я хотел с умничать что заявлено что 50A, но на моей памяти они не выдерживали постоянные 15А, открыл даташит и увидел что 50А это для импульсного режима работы и пиковые на 8мили секунды, то есть для синусоиды это максимум 35А в продолжительном режиме работы летом это минус треть 23А. при том при работе на 50градусов 3А всего то. но это наверное справедливо (3А) при работе нон стоп без радиатора в среде не превышающий 50 градусов или я чет не понял?
а КД2999В не подойдут? а если я между плюсом и минусом кину стабилитрон на пробой в их пиковые 100В?
Василий: просто как то хотелось отечественные запихнуть они такие необычные и с хорошим теплоотводом, говорят кз немного держат =(
Сергей Кордубин:
с насыщением дросселя немного не так - при насыщении его индуктивность резко падает, в первом приближении можно считать что при превышении некоторого тока дроссель исчезает из цепи, поэтому в разработках повышенной ответственности используют дроссели без сердечника.
кстати стабилитрон и TVS это разные детали с общим принципом работыTVS не предназначен для постоянного прохождения тока через него, но должен моментально открываться, у стабилитрона не стоит задача моментального открытия, но стоит задача стабильного напряжения на переходе
варистор же делается по другому принципу и он при срабатывании существенно сильнее изнашивается чем диоды
с дросселями дело обстоит так - его можно считать источником тока , и чтобы не получить пары киловольт куда не следует, ток должен куда-то идти если дроссель с одной стороны выходит на диодный мост, а с другой на конденсатор большой ёмкости то дополнительных мер предпринимать не нужно, в случае обрыва цепи после фильтра в крайнем случае откроется диодный мост и лишний ток уйдёт на конденсатор 10к мкФ зарядив его на несколько вольт ,однозначно "проглотит" выброс дросселя размером с кулак энергия дросселя (L*I^2)/2 энергия конденсатора (С*U^2)/2 если приравнять это дело получим повышение напряжения U=I*(L*C)^0.5 тоесть чтобы напряжение скакануло до с 30 вольт до 50 при токе 10 ампер на конденсатор 10к мкФ надо найти L= 400 генри
как говорят сейчас в интернетах "это почти 2 километра провода, Карл!" размер этой бобины представить не сложно
для гашения помех при работе реле надо знать коммутируемый ток и индуктивность цепи индуктивность цепи можно прикинуть по формулам для прямого провода* кофициент испуга, выше простой пример расчёта выброса напряжения, так как реле коммутирует переменный ток то увлекаться слишком большими конденсаторами не стоит -ток побежит через них
Василий: ,
Понятно, от здоровенных дросселей отказываемся.
Вычитал на одном из форумАх, что высокая частота в цепи, насилует электролиты, и что для импульсников там какие то особые нужны по идее, советуют ставить предварительный фильтр высоких частот. Я вот и немного призадумался, может имеет смысл, поставить на выходе после релюх перед конденсатором такойже LC фильтр как и на входе в трансформатор на первичку? Тоесть подербанить парочку одинаковых приборов на нагрузку свыше 160 Вт и поставить двух линейные дросселя с керамикой от туда, после конденсаторов взять просто дросселя на выходе импульсника из под сгоревших АТХ блоков, как считаешь лучше будет?
Я взял твои формулы и посчитал,
при условии что напряжение 31,5В а сила тока 5А а емкость конденсатора 10кмкФ = 10мФ = 0,01Ф
энергия запасенная в конденсаторе 4,96125
Индуктивность катушки 0,3969 генри = 396,9мГ = 396900мкГ
в общем после не сложных онлайн калькуляторов я высчитал вес провода длиною 1200м или 1,2км это около 60кг меди . я не говорю про цену, я просто размеры себе никак не прикину, это гдето как бутылка 19 литров разрезаная пополам минимум только диаметр у которой больше полу метра, вот такой вот тор получиться. я уверен что любые помехи сожрет, а насыщение катухи длина провода, вобщем если ради поржать, то эта бабинища, будет неплохим регулятором напряжения =) снял пару десятков витков, поднял напряжение, . короче говоря эту катуху можно будет прям в сеть через диод врубать, и на выходе получать почти линейное напряжение вольт так в 100-150 гыыы.
Все на том и порешили с дроселями, ставим до трансформатора варистор, термистор с отрицательным ТКС, потом переделанный входной фильт высоких частот от компа, после релюх, ставим П образный фильтр высоких частот на керамических или же пленочных конденсаторах, где хз сколько витков каким сечением и на какой сердечник, после стоит Электролит 10к мкФ который гасит низкие частоты, после него грязь подбирает блок стабилизации по току или напряжению с защитой по току, на выходе блока ставим прям перед самими разьемами и после выводов на вольт метр, двух линейный дросель, и это пожалуй наилучший выход. Остался вопрос как расчитать этот самый высокачастотный фильтр после релюх.
Василий: а проблема с коммутацией на релюхах, состоит в том что так как ток переменный, тов разомкнутом контакте, всегда будет гулять некий ток через конденсатор, и тем самым конденсатор станет источником небольшого того, мелочь но все таки не приятно.
вообще при 100+ ваттах имеет смысл подумать над импульсным бп.
Василий: не то один такой универсальчик будет, есть еще тн-56-220, вот он как раз 56 ват, и как раз самый чистый блок будет на нем, а этот просто средний универсальный, Потом как нибудь соберу отдельный блок питания на 300++ Вт, из АТХ блока. но то уже совсем другая история, с этим бы разобраться.
Насчет диодов уже сомневаюсь сильно конечно, что скажешь. использовать имеющиеся у меня КД2999В или же пойти купить китайских два моста и не мучиться сомнениями?
Сергей Кордубин: КД2999В в таком случше лучше , но стоит посадить на радиатор побольше (то ли датащит дурацкий, то ли я дурак - совершенно не вижу теплового сопротивления корпуса)
Василий: даташит дурацкий, сам случайно на график нападал в полной инструкции, но пролистал. смущает что КД2999В напряжение пробоя 50В, в пике кратковременно до 100В, его редко ставят на радиаторы, но наверное я их буду вешать на радиаторпозади корпуса на маленькую вертикальную гребенку, вчера расчитывал на них радиатор выходило что то около площадь поверхности радиатора должна быть на четыре диода около 150мм^2 на радиаторе больше.. На паяльнике ребята говорят их жарить можно смело
Сергей, на каком решении в конечном счёте остановился?
У меня аналогичная задача - после мощного трансформатора на 24V стоит диодный мост, для регулировки выходного напряжения и ограничения тока хотел поставить понижающий преобразователь на XL4016 (с Али), но между ними нужен фильтр (24V и ~6A). Сам не большой спец, погуглив простого решения не нашел. Твоя ветка как раз в тему, но концовки нет.
Напиши, пожалуйста, чем у тебя закончилось.
Катушка индуктивности (inductor. -eng)– устройство, основным компонентом которого является проводник скрученный в кольца или обвивающий сердечник. При прохождении тока, вокруг скрученного проводника (катушки), образуется магнитное поле (она может концентрировать переменное магнитное поле), что и используется в радио- и электро- технике.
К точной и компьютерной технике технике больше близок дроссель (Drossel, регулятор, ограничитель), так как он чаще всего применяется в цепях питания процессоров, видеокарт, материнских плат, блоков питания & etc. В последнее время, применяются индукторы закрытые в корпуса из металлического сплава для уменьшения наводок, излучения, шумов и высокочастотного свиста при работе катушки.
Дроссель служит для уменьшения пульсаций напряжения, сглаживания или фильтрации частотной составляющей тока и устранения переменной составляющей тока. Сопротивление дросселя увеличивается с увеличением частоты, а для постоянного тока сопротивление очень мало. Характеристики дросселя получаются от толщины проводника, количества витков, сопротивления проводника, наличия или отсутствия сердечника и материала, из которого сердечник сделан. Особенно эффективными считаются дроссели с ферритовыми сердечниками (а также из альсифера, карбонильного железа, магнетита) с большой магнитной проницаемостью.
Используется в выпрямителях, сетевых фильтрах, радиотехнике, питающих фазах высокоточной аппаратуры и другой технике требующей стабильного и «правильного» питания. Многослойная катушка может выступать и в качестве простейшего конденсатора, так как имеет собственную ёмкость. Правда, от данного эффекта пытаются больше избавиться, чем его усиливать и он считается паразитным.
Как работает дроссель.
В цепях переменного тока, для ограничения тока нагрузки, очень часто применяют дроссели - индуктивные сопротивления. Перед обычными резисторами здесь у дросселей имеется серьезные преимущества - значительная экономия электроэнергии и отсутствие сильного нагрева.
Каково устройство дросселя, на чем основан принцип его работы?
Устроен дроссель очень просто - это катушка из электрического провода, намотанная на сердечнике из ферромагнитного материала. Приставка ферро, говорит о присутствии железа в его составе (феррум - латинское название железа), в том или ином количестве.
Принцип работы дросселя основан на свойстве, присущем не только катушкам но и вообще, любым проводникам - индуктивности. Это явление легче всего понять, поставив несложный опыт.
Для этого требуется собрать простейшую электрическую цепь, состоящую из низковольтного источника постоянного тока (батарейки), маленькой лампочки накаливания, на соответствующее напряжение и достаточно мощного дросселя (можно взять дроссель от лампы ДРЛ-400 ватт).
Без дросселя, схема будет работать как обычно - цепь замыкается, лампа загорается. Но если добавить дроссель, подключив его последовательно нагрузке(лампочке), картина несколько изменится.
Присмотревшись, можно заметить, что во первых, лампа загорается не сразу, а с некоторой задержкой, во вторых - при размыкании цепи возникает хорошо заметная искра, прежде не наблюдавшаяся. Так происходит потому что, в момент включения ток в цепи возрастает не сразу - этому препятствует дроссель, некоторое время поглощая электроэнергию и запасая ее в виде электромагнитного поля. Эту способность и называют - индуктивностью.
Чем больше величина индуктивности, тем большее количество энергии может запасти дроссель. Еденица величины индуктивности - 1 Генри В момент разрыва цепи запасеная энергия освобождается, причем напряжение при этом может превысить Э.Д.С. используемого источника в десятки раз, а ток направлен в противоположную сторону. Отсюда заметное искрение в месте разрыва. Это явление называется - Э.Д.С. самоиндукции.
Если установить источник переменного тока вместо постоянного, использовав например, понижающий трансформатор, можно обнаружить что та же лампочка, подключенная через дроссель - не горит вовсе. Дроссель оказывает переменному току гораздо большое сопротивление, нежели постояному. Это происходит из за того, что ток в полупериоде, отстает от напряжения.
Получается, что действующее напряжение на нагрузке падает во много раз(и ток соответственно), но энергия при этом не теряется - возвращается за счет самоиндукции обратно в цепь. Сопротивление оказываемое индуктивностью переменному току называется - реактивным. Его значение зависит от величины индуктивности и частоты переменного тока. Величина индуктивности в свою очередь, находится в зависимости от количества витков катушки и свойства материала сердечника, называемого - магнитной проницаемостью, а так же его формы.
Магнитная проницаемость - число, показывающее во сколько раз индуктивность катушки больше с сердечником из данного материала, нежели без него(в идеале - в вакууме.)
Т. е - магнитная проницаемость вакуума принята за еденицу.
В радиочастотных катушках малой индуктивности, для точной подстройки применяются сердечники стержеобразной формы. Материалами для них могут являться ферриты с относительно небольшой магнитной проницаемостью, иногда немагнитные материалы с проницаемостью меньше 1.
В электромагнитах реле - сердечники подковоообразной и цилиндрической формы из специальных сталей.
Для намотки дросселей и трансформаторов используют замкнутые сердечники - магнитопроводы Ш - образной и тороидальной формы. Материалом на частотах до 1000 гц служит специальная сталь, выше 1000 гц - различные ферросплавы. Магнитопроводы набираются из отдельных пластин, покрытых лаком.
У катушки, намотанной на сердечник, кроме реактивного(Xl) имеется и активное сопротивление(R). Таким образом, полное сопротивление катушки индуктивности равно сумме активной и реактивной составляющих.
Как работает трансформатор.
Рассмотрим работу дросселя собранного на замкнутом магнитопроводе и подключенного в виде нагрузки, к источнику переменного тока. Число витков и магнитная проницаемость сердечника подобраны таким образом, что его реактивное сопротивление велико, ток протекающий в цепи соответственно - нет.
Ток, переодически изменяя свое направление, будет возбуждать в обмотке катушки (назовем ее катушка номер 1) электромагнитное поле, направление которого будет также переодически меняться - перемагничивая сердечник. Если на этот же сердечник поместить дополнительную катушку(назовем ее - номер 2), то под действием переменного электромагнитного поля сердечника, в ней возникнет наведенная переменная Э.Д.С.
Если количество витков обеих катушек совпадает, то значение наведенной Э.Д.С. очень близко к значению напряжения источника питания, поданного на катушку номер 1. Если уменьшить количество витков катушки номер 2 вдвое, то значение наведенной Э.Д.С. уменьшится вдвое, если количество витков наоборот, увеличить - наведенная Э.Д.С. также, возрастет. Получается, что на каждый виток, приходится какая-то определенная часть напряжения.
Обмотку катушки на которую подается напряжение питания (номер 1) называют первичной. а обмотка, с которой трансформированое напряжение снимается - вторичной .
Отношение числа витков вторичной(Np ) и первичной (Ns ) обмоток равно отношению соответствующих им напряжений - Up (напряжение первичной обмотки) и Us (напряжение вторичной обмотки).
Таким образом, устройство состоящее из замкнутого магнитопровода и двух обмоток в цепи переменного тока можно использовать для изменения питающего напряжения - трансформации. Соответственно, оно так и называется - трансформатор .
Если подключить к вторичной обмотке какую-либо нагрузку, в ней возникнет ток(Is ). Это вызовет пропорциональное увеличение тока(Ip ) и в первичной обмотке. Будет верным соотношение:
Трансформаторы могут применяться как для преобразовния питающего напряжения, так и для развязки и согласования усилительных каскадов. При работе с трансформаторами необходимо обратить внимание на ряд важных параметров, таких как:
1. Допустимые токи и напряжения для первичной и вторичной обмоток.
2. Максимальную мощность трансформатора - мощность которая может длительное время передаваться через него, не вызывая перегрева обмоток.
3. Диапазон рабочих частот трансформатора.
Параллельный колебательный контур.
Если соединить катушку индуктивности и конденсатор - получится очень интересный элемент радиотехники - колебательный контур. Если зарядить конденсатор или навести в катушке Э.Д.С. используя электромагнитное поле - в контуре начнут происходить следующие процессы: Конденсатор разряжаясь, возбуждает электромагнитное поле в катушке индуктивности. Когда заряд истощается, катушка индуктивности возвращает запасенную энергию обратно в конденсатор, но уже с противоположным знаком, за счет Э.Д.С. самоиндукции. Это будет повторяться снова и снова - в контуре возникнут электромагнитные колебания синусоидальной формы. Частота этих колебаний называется резонансной частотой контура, и зависит от величин емкости конденсатора(С), и индуктивности катушки (L).
Параллельный колебательный контур обладает очень большим сопротивлением на своей резонансной частоте. Это позволяет использовать его для частотной селекции(выделения) в входных цепях радиоаппаратуры и усилителях промежуточной частоты, а так же - в различных схемах задающих генераторов.
Цветовая и кодовая маркировка индуктивностей.
Обычно для индуктивностей кодируется номинальное значение индуктивности и допуск, т.е. допускаемое отклонение от указанного номинала. Номинальное значение кодируется цифрами, а допуск — буквами. Применяется два вида кодирования.
Первые две цифры указывают значение в микрогенри (мкГн), последняя — количество нулей. Следующая за цифрами буква указывает на допуск. Например, код 101J обозначает 100 мкГн ±5%. Если последняя буква не указывается —допуск 20%. Исключения: для индуктивностей меньше 10 мкГн роль десятичной запятой выполняет буква R, а для индуктивностей меньше 1 мкГн — буква N.
D=±0,3 нГн; J=±5%; К=±10%; M=±20%
Индуктивности маркируются непосредственно в микрогенри (мкГн). В таких случаях маркировка 680К будет означать не 68 мкГн ±10%, как в случае А, а 680 мкГн ±10%.
Приветствую, дорогой читатель! Задумывались ли вы когда-нибудь, как катушки индуктивности взаимодействуют друг с другом?
Наткнувшись на картинку (которая ниже) в сети Интернет я подумал, а хорошо бы было разобраться с этим моментом и протестировать разные индуктивности на предмет взаимного влияния. В этой статье этим и займемся.
Для тех кому просто хочется результатов, в конце статьи можете найти шпаргалку по индуктивностям и краткие выводы. Ну и так же по этой теме планирую сделать видео, ссылку на которое потом вставлю в комментарий к статье, когда оно выйдет.
Для тестов решил использовать пары максимально похожих индуктивностей. Всего в тестах будет несколько вариантов катушек: простая катушка без сердечника, катушка с сердечником, катушка намотанная на тороидальном сердечнике и экранированная катушка. В качестве теста, к одной катушке подключу источник в 400 кГц и транзисторный ключ, а напряжение на второй катушке буду измерять с помощью осциллографа. Ну и дальше будем крутить катушки относительно друг друга и смотреть, что получается.
Разделил тесты на 3 части. Первая, катушки находятся рядом, параллельно. Вторая и третья когда ось одной катушки повернута относительно другой. Для иллюстрации ниже картинка.
Расстояние изменяется от 0, когда катушки плотно друг у другу прижаты, до 3 радиусов с шагом в 1 радиус. Для сравнения в каждой группе результатов привожу график для случая, когда одна катушка лежит на другой, то есть самый плохой сценарий, когда мы по сути получаем трансформатор.
Катушка без сердечника
Хуже всего показала себя ситуация поперек 1 (если не считать красный график, когда одна катушка лежит на другой) амплитуда наведенного сигнала и как следствие коэффициент связи между катушками самый высокий. Катушки в одной плоскости рядом, чуть лучше, но все равно плохо. Амплитуда высокая. Однако достаточно отодвинуть катушку на расстояние в 2 радиуса и наведенный сигнал становиться минимальным. При развороте осей катушки (поперек 2) наведенный сигнал гораздо ниже, но и в этом случае наблюдается тенденция к уменьшению наведенного сигнала с расстоянием. В целом результаты согласуются с картинкой, приведенной в начале статьи. Пока делать окончательные выводы рано, давайте сначала посмотрим на все результаты и тогда обобщим полученную информацию.
Катушка с сердечником
Данные катушки, индуктивностью в 0.9 мкГн были выпаяны из системы питания старой материнской платы. Это в двойне интересно, ведь там они находятся недалеко друг от друга. Проделываем те же тесты, что и для катушек без сердечника и смотрим результаты.
И результаты полностью коррелируют (схожи) с графиками полученными для катушек без сердечника. Однако, теперь расположение поперек 1 показывает меньший уровень наводок чем расположение рядом. Тут стоит сказать, что амплитуда наводок при расположении поперек 1 очень сильно увеличивается при приближении к краям индуктивности. В тесте, ориентация была выставлена на центр катушки, но при смещении чуть выше или чуть ниже амплитуда существенно увеличивалась. Идем дальше.
Катушка на тороидальном сердечнике
Индуктивности намотаны на сердечнике из порошкового железа (вроде как), число витков одинаковое, индуктивность каждой около 12 мкГн. Проводим те же тесты. Однако поясню на счет радиуса. В случае этих индуктивностей решил использовать расстояние от центра до края катушки в сечении "бублика", ниже привел картинку для пояснения.
Здесь явно видно, что для таких катушек самое главное это не располагать их вплотную, а отодвигать их хотя бы на расстояние одного радиуса. Однако результаты навели меня на мысль провести дополнительные измерения используя другую пару катушек намотанных на тороидальных сердечниках. Для повторного измерения взял уже ферритовые кольца и намотал на них провод от витой пары. Получилась индуктивность около 1 мГн. Далее, повторил серию измерений. И получил такие же результаты по наведенной амплитуде относительно взаимного расположения.
Далее решил проверить связь таких катушек с обычными катушками без сердечника. Катушка намотанная на торе была подключена к источнику, обычная катушка без сердечника к осциллографу. Получились следующие результаты.
Наведенный сигнал имеет малый уровень, но тут так же просматривается тенденция, что устанавливать катушку индуктивности рядом с тороидальной надо на расстоянии от 1 радиуса последней.
Экранированные катушки индуктивности
Ну и последние на тест пошли экранированные катушки индуктивности по 0.68 мкГн из системы питания видеокарты.
Стоит добавить, что при прижатии вплотную катушек между ними оставался зазор во избежание прямого контакта экранов.
Графики получились ступенчатые, потому как уровень сигнала на порядок меньше чем в предыдущих измерениях.
Зависимость от частоты
Чтобы делать окончательные выводы предлагаю посмотреть на серию графиков для индуктивностей, которые располагаются рядом, без сердечника вплотную, но на разных частотах воздействия.
По сути амплитуды наведенного напряжения на разных частотах одинаковы, с некоторой погрешностью.
Моделирование
Дальше мне стало интересно посмотреть на теоретическое распределение силовых линий для проведенных выше измерений и попробовал это все промоделировать. При моделировании подавал на катушки одинаковый ток, то есть силовые линии поля соответствуют двум работающим катушкам одновременно. Силовые линии градуированы по оттенкам серого, чем темнее, тем сильнее там поле.
Для начала самая "печальная" конфигурация, одна катушка поверх другой, вплотную. Сильнейшее взаимодействие, по сути мы получаем воздушный трансформатор.
Далее катушки без сердечников. Слева направо: рядом, поперек 1 и поперек 2. Видно что силовые линии в первых двух случаях сильно искажаются, и в этих случаях и наблюдается самое сильное взаимодействие.
Так как катушка с сердечником формирует такое же поле вокруг себе, то дальше посмотрим на поле в катушке намотанной на тороидальном сердечнике.
Считается, что катушка намотанная на торе, как бы экранирует сама себя. Если взглянуть на упрощенную модель, то видно, что большинство силовых линий замыкаются в сердечнике. Однако в промежутках между витками поле имеет выход наружу. Из этого можно сделать вывод, что чем плотнее намотана катушка индуктивности, тем меньше она излучает помех во внешнее пространство. В моем эксперименте катушки были намотаны очень не плотно от сюда и высокие результаты наведенной амплитуды.
Посмотрим на распределение полей для двух тороидальных катушек.
Ну и посмотрим на поле в экранированной катушке индуктивности.
Хорошо видно, что большая часть силовых линий проходят по экрану (черные силовые линии). Поле излучаемое в пространство такое же как и у обычной катушки, но за экраном оно резко ослабевает. Так же выход поля имеется снизу катушки, но там теоретически будет находиться печатная плата и слой экранирующей меди. Поэтому думаю результаты моделирования взаимодействия экранированных катушек я приводить не буду, дабы не перегружать статью.
Выводы
При проектировании печатных плат или размещении катушек индуктивности в корпусах устройств, стоит учитывать взаимное влияние катушек друг на друга. Если позволяет возможность, то оптимально будет использовать экранированные катушки индуктивности. Они излучают меньше всего электромагнитных полей в пространство вокруг индуктивности. Если посмотреть на результаты, то на несколько порядков.
Для обычных катушек оптимальным положением будет являться размещение катушек в перпендикулярных плоскостях (поперек 2), на расстоянии от 1 радиуса. То есть между катушками должно быть не меньше одного радиуса свободного пространства. Размещение поперек 1 вообще лучше не применять, а при размещении катушек в одной плоскости (рядом) оставлять между ними зазор в 3 и более радиуса.
Для тороидальных катушек так же наблюдается связь с расстоянием. Если обобщить самое главное не располагать индуктивности вплотную, а оставлять между ними расстояние от 1 радиуса сердечника.
Шпаргалка
По приведенным выше выводам сделал шпаргалку для взаимного расположения катушек индуктивности. От части она повторяет картинку из "интернетов" однако расширяет её.
Надеюсь статья была полезна и интересна, буду рад вашей оценке и комментариям.
Ну а я пошел заворачивать эту информацию в видео)
Большое спасибо Сергею Янкину за помощь! Всем хорошего флюса и бесконечного припоя, пока!
Kamikadza Опубликована: 21.10.2021 0 4
Вознаградить Я собрал 0 7
Вы публикуете как гость. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.
Последние посетители 0 пользователей онлайн
Объявления
, если ящик уличный, в "мокрых точках", то "заводить" проводку только с низа, оставлять по 15-20 см. "хвосты", на стяжки их и закрепить на стенке.
При отсутствии нужного "сверла по МДФУ/ламинату", отверстие без сколов легко получить и обычным сверлом (по металлу), только начало сверления, когда "вскрывается" слой покрытия, надо "сверлить" вращением сверла в обратную сторону, после прохождения твёрдого слоя, вращение сверления перевести в нормальное. Отверстия получаются гарантировано без сколов, даже если сверлить у самого края. Никакой специальной заточки "под ламинат" не требуется. С уважением, Сергей.
Спасибо всем за занимательную переписку! Возник вопрос, а кто-нибудь когда-нибудь хоть раз встречался с тем, что радиолюбителя прибило штатным электричеством?
Наверное, Вы хотели написать: "провода идущие через корпус к контактам", так ПВХ, резиной отбивать железо от корпуса надо, смотрите как сделано с уплотнителями на заводе, цеху. Я предпочитаю резиновую, с волокнами трубу применять, система отопления автомобиля, сантехники из СССР такую использовали, . перетереть практически не возможно (это я про СИП, заказчику заводить надо будет, дырки рассверлить)
Угу, если изложить простыми словами и без толерастии : умный учится на чужих ошибках, а дурак на своих.
. Если вопрос ко мне, то. Это исправленная схема усилителя мощности УМ Шушурина, посмотрите внимательно на схему. Поэтому и задаю здесь вопросы по схеме УМ Шушурина. Помогите "правильно" прикрутить токовую защиту выходных транзисторов. .
Читайте также: