Практический опыт повторения конструкции преобразователя меандра в синусоиду на основе резонансного фильтра. (10+)
Опыт повторения конструкции фильтра
| 1 | 2 |
Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь
Материал является пояснением и дополнением к статье:
Получаем синусоиду от инвертора
Как получить чистую синусоиду 220 вольт от автомобильного аккумулятора, чтобы запитать бытовые и специальные электроприборы. Применяем инвертор и оригинальную схему фильтра.
Хотел бы поблагодарить автора статьи за замечательную реализацию идеи резонансных LC фильтров. Моя ситуация заключалась в следующем: я приобрел небольшой инверторный генератор на 6кВА. Большим его преимуществом стало для меня то, что он весьма легковесный (58кг), соответственно, его не нужно устанавливать стационарно на улице или в отдельном помещении. Можно выкатывать на улицу и закатывать обратно в гараж по мере необходимости. Также он обеспечивает стабильное напряжение и частоту. Недостаток был один и весьма существенный — на выходе генератора не синусоида, а модифицированный меандр.
Осциллограмма напряжения на выходе генератора
Вашему вниманию подборка материалов:
Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам
Подобный тип выходного напряжения очень пагубно сказывается на реактивных нагрузках. Блоки питания телевизоров жужжат, трансформаторы, электродвигатели и насосы греются, и вполне вероятен выход их из строя. Сигнал содержит большое количество высокочастотных составляющих.
Решения проблемы было два: первое мне не подходило по определению. Это приобретение генератора с чистой синусоидой на выходе. Во-первых, потому что такие генераторы требуют уличной стационарной установки, либо установки в специальном помещении, которого у меня нет. Во, вторых, они тяжелы. Устанавливать на улице я не очень хотел, потому что зимняя эксплуатация сразу доставит много проблем, учитывая то, что это аварийное питание и включается нечасто. В-третьих, они дороже минимум в 2.5 раза, чем мой. Второе решение заключалось в поиске схемы, которая уберет высокочастотные составляющие из спектра тока и, в идеале, приблизит подаваемый на вход сигнал к чистой синусоиде 50 Гц.
После изучения всех вариантов я остановился на описанном в статье решении на базе силовых резонансных фильтров. Автор статьи любезно отвечал мне на все возникавшие вопросы и благодаря ему я быстро смог продвинуться в создании своего собственного фильтра. Рассчитывал я его на ток 18А. С запасом, чтобы предотвратить насыщение сердечника на больших токах — до 16А. Параллельный контур я оставил как в статье — на 10А. Там большие токи не проходят.
Смотри онлайн расчет фильтра
Медь для обмотки я нашел достаточно быстро. Конденсаторы тоже. Сразу на 100мкФ — пусковые. Определенные проблемы возникли только с поиском трансформаторного железа. Но и это было преодолено, и я приступил к сборке.
Настраивал я контуры не последовательно, а параллельно. Мне так было удобнее. В нагрузку включал также лампу накаливания. После намотки первого дросселя (10А) — для параллельного фильтра, я замерил индуктивность катушки без прокладки. Прибор показал 120мГн. Чему я был очень рад. Дальше я начал настраивать контур в резонанс, увеличивая толщину прокладки.
Второй контур с дросселем на 18А я также настраивал в резонанс на параллельном включении. Тут уже катушка без прокладки показала мне 420мГн.
В результате тонкой настройки я получил на выходе обоих контуров вот такой сигнал (порядка 20В действующего). Спираль лампы накаливания была еле красноватой:
Выход параллельного LC фильтра. 20В/деление.
Это минимальное напряжение, которое мне удалось получить на фильтре.
Затем я собрал схему уже как положено. На стенде.
Стенд
Трансформаторные пластины были стянуты, залиты. Дроссели были стянуты диэлектрическими бандажами и помещены в корпус.
В корпусе
На вход фильтра я подал напряжение сети 220В. С нагрузкой в виде лампы накаливания 100Вт на выходе получилось падение 13В. Это составило 207В.
Самое приятное меня ожидало впереди. Я подал напряжение с генератора на фильтр и получил на выходе: о чудо! Только первую гармонику! Сигнал с фильтра опередил по качеству сигнал с трансформаторной подстанции.
Выход с резонансного LC — фильтра. 100В/деление.
Под нагрузкой я получил некоторое весьма незначительное искажение синусоиды по верхнему фронту, но график все равно остался лучше, чем с подстанции. Также получил падение напряжения, которое зависит от нагрузки. Но в среднем рабочем режиме я имею порядка 205В. Меня и мои домашние приборы это вполне устроило. Но тем, кто будет собирать эти фильтры после меня, могу порекомендовать: делайте все возможное, чтобы сократить количество витков на дросселях и наматывайте их проводом максимально возможного сечения. Это уменьшит падение напряжения под нагрузкой!
Сегодня я все же провел небольшой апгрейд. На дроссель параллельного фильтра намотал еще около 25 витков изолированным проводом и сделал вольтодобавку. Вот по этой схеме:
Схема фильтра с вольтодобавочным трансформатором
Получил +8 Вольт к напряжению источника. Теперь на холостом ходу при входном напряжении 222В у меня не 212, как раньше, а 230В.
Теперь у меня спокойно работают от генератора через фильтр: холодильники, насосы (глубинный и циркуляционные), газовый котел, трансформаторы и прочее, чувствительное к синусоиде, оборудование. И самое главное — я нашел на самом деле реальное практическое решение для преобразования меандра в синусоиду. В единственном, на просторах Интернет, месте. Да, и еще я получил очень хороший экономический эффект. Выражаю еще раз благодарность команде hw4.ru и автору статьи!
:: (в начало статьи)
| 1 | 2 |
Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь
К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.
Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи. сообщений.
Ребята! Было бы очень круто если бы Вы пояснили. Хочу тоже сделать, но на ток 6 ампер (1200W). Для двухтактного дросселя какое значение индуктивности? (для каждой обмотки, которые потом соединены последовательно). Кондеры по 100 мкф? Второй дроссель (однотактный) какой индуктивности? Читать ответ…
меняются значения напряжения). У меня при расчетном зазоре напряжение на дросселе равно сетевому напряжению. При уменьшении зазора напряжение начинает занижаться относительно входного. Читать ответ…
Реактивный ток через конденсатор, по моему, не должен его греть, все, по моему, зависит от материала конденсатора и максимально возможного тока через него — на 50гц и 300в и 100мкф максимальный ток составит около 10а это при прямом включении в сеть и нагрузку (он греться не должен), но в резонансе сопротивление LC контура ничтожно и ток превышает рабочий — тут вот при 16 А Читать ответ…
Совершенно верно, что параллельный контур на резонансе имеет очень большое сопротивление току — это верно равноценно обрыву цепи, Вопрос: так может быть его вообще убрать (с последовательным все понятно -максимальный ток в резонансе и превращение меандра в синусоиду)? Читать ответ…
Требуются услуги по расчету высокоэффективного резонансного LC фильтра 50 Гц мощностью 20-30 кВт, преобразования меандра в синус. Читать ответ…
Уважаемый автор, можно ли вместо двух дросселей, используемых в резонансном фильтре, использовать один ЛАТР подходящей мощности с движком, установленным посредине? Заранее благодарен за любой ответ. Читать ответ…
Отписываюсь по итогам сборки, наладки и испытания фильтра. Фильтр собран подобный вашему, только у вас Г-образный, а у меня Т-образный. Но главное отличие в том, что в вашем фильтре параллельный колебательный контур настроен на частоту 50 Гц, что совершенно недопустимо, т.к. при таком режиме он имеет минимальное сопротивление, равное активному сопротивлению катушки — а это пра Читать ответ…
Всё очень красиво смотрится, особенно синусоида на выходе фильтра. Только вызывает сомнение, что неполярные конденсаторы (изображённые на фото) будут достаточно долго работать на токах порядка 15А. На взгляд умудрённого опытом электрика маловат их габарит и сечение выводов. Подобный фильтр я изготовлю, только на рабочий ток 1А (для циркуляционного насоса и лампочки аварий Читать ответ…
А автор статьи не думал делать такие фильтры на заказа? У провайдеров есть довольно таки существенный спрос на такие вещи. Мы бы вот купили себе тоже такой фильтр именно для того что бы во время отключения электроэнергии на генераторе висеть без проблем. Реально не могли бы такой один фильтр собрать за деньги на заказ? Думаю после нас еще подтянутся провайдеры. Читать ответ…
Еще статьи
Бесперебойник своими руками. ИБП, UPS сделать самому. Синус, синусоида…
Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, при…
Опыт повторения, сборки, наладки резонансного фильтра для получения си…
Расчет, сборка и наладка фильтра высших гармоник для получения мощного синусоида…
Преобразователь однофазного в трехфазное. Конвертер одной фазы в три. …
Схема преобразователя однофазного напряжения в трехфазное….
Резонансный инвертор, преобразователь напряжения повышающий. Схема, ко…
Инвертор 12/24 в 300. Резонансная схема….
Изготовление дросселя, катушки индуктивности своими руками, самому, са…
Расчет и изготовление катушки индуктивности, дросселя. Типовые электронные схемы…
устройство для резервного, аварийного, запасного питания котла, циркул…
У меня установлен газовый отопительный турбо котел, требующий электропитания. Кр…
Силовой импульсный преобразователь, источник синуса, синусоиды, синусо…
Принцип работы, самостоятельное изготовление и наладка импульсного силового прео…
— Можно ли использовать автономные генераторы «ИНТЕРСКОЛ» для электроснабжения фазозависимых и чувствительных к форме синусоиды электронных приборов?
— Большинство разновидностей современной высокотехнологичной электронной аппаратуры предъявляет весьма серьезные требования по электропитанию, и если качество электроэнергии является низким, устройства попросту не работают или даже выходят из строя. Если в качестве резервного (аварийного) источника питания используется синхронная электростанция «ИНТЕРСКОЛ», то в большинстве случаев все подключенные к ней фазозависимые и чувствительные к форме синусоиды электронные приборы, в том числе автоматика современных отопительных котлов, будут работать в штатном режиме.
Однако изредка возникает ситуация, когда запитанное от автономного генератора устройство уходит в режим ошибки, хотя остальные бытовые приборы при всех тех же условиях функционируют нормально. Здесь необходимо внести ряд уточнений:
- во-первых, для бесперебойной работы котла отопления зачастую достаточно лишь правильно подключить генератор к электросети дома;
- во-вторых, котел должен быть исправным, а напряжение в сети – поддерживаться в пределах от 198 до 242 В, причем имеющийся в составе автономной электростанции «ИНТЕРСКОЛ» автоматический регулятор выходного напряжения (AVR) позволяет обойтись без стабилизатора. Если все же наблюдается значительное отклонение напряжения от номинала с выходом за границы указанного диапазона, то необходимо проверить соответствие подключаемой нагрузки выходной мощности генератора;
- в-третьих, для корректной работы датчиков пламени у фазозависимых котлов необходимо обеспечить соединение рабочего нуля с «землей», создав в электросети глухозаземленную нейтраль, то есть заранее определить и заземлить нулевую клемму в цепи питания котла;
- в-четвертых, форма напряжения в сети должна быть как можно ближе к правильной синусоиде. Синхронные электростанции не выдают идеальную синусоиду на выходе, что связано с относительно высокой инерционностью системы механической регулировки выходной частоты, поэтому блоки автоматики газовых котлов отопления могут сигнализировать об ошибке. Для корректировки формы синусоиды выходного напряжения можно либо установить источник бесперебойного питания (ИБП) типа on-line со схемой двойного преобразования, либо использовать резонансный фильтр на 50 Гц.
К слову, пользователи нередко пытаются восстановить форму синусоиды за счет обычного стабилизатора, но это бесполезное занятие. На подобных устройствах часто пишут «синусоидальный выход», что отчасти вводит потребителей в заблуждение, ведь фактически стабилизатор никоим образом не улучшает форму синусоиды, а упомянутая надпись обозначает лишь, что он ее не портит.
Соблюдение перечисленных требований в большинстве случаев позволит обеспечить бесперебойную работу автоматики отопительных котлов при подключении к автономной синхронной электростанции.
— Будет ли работать энергозависимый отопительный котел от автономного генератора «ИНТЕРСКОЛ» и как выглядит схема его подключения?
— К списку наиболее распространенных проблем, которые могут вызвать неработоспособность отопительного котла при запитывании его электрической части от автономного генератора, относятся:
- некачественная синусоида, которую выдает генератор;
- значительные отклонения напряжения на выходе генератора от стандартных 220 В;
- значительные отклонения частоты тока на выходе генератора от 50 Гц;
- отопительный котел является фазозависимым.
Для автономных генераторов «ИНТЕРСКОЛ» первые три пункта не актуальны: синусоида здесь стабильная и качественная, соответствие напряжения норме обеспечивается наличием автоматического регулятора напряжения (блока AVR), и частота тока тоже не выходит за допустимые пределы, оговоренные инструкцией.
На повестке дня остается только последний вариант, когда котел является фазозависимым. При его подключении непосредственно к генератору в этом случае устройство работает 10–15 секунд (при постоянном срабатывании автоподжига, что слышно по характерному треску), затем отключается, выдавая сообщение об ошибке/аварии. Причина кроется в электронной системе контроля пламени, которая функционирует только при общепринятых для бытовых помещений в России схемах электропитания с глухозаземленной нейтралью. У автономных генераторов ее нет, следовательно, придется просто занулить один из выходов путем его подсоединения к нулевому проводу домашней сети.
Если схема электропитания подразумевает автономное подключение котла к генератору без присоединения к домашней сети, то для организации глухозаземленной нейтрали необходимо заземлить один из выводов генератора, подключенный к выводу N котла.
И еще одно важное уточнение: отопительные котлы марки Honeywell даже при соблюдении всех вышеизложенных требований не будут функционировать напрямую от автономного генератора. Здесь придется использовать промежуточное звено в виде ИБП (источника бесперебойного питания, в просторечии «бесперебойника») с синусоидальным напряжением на выходе. То есть генератор подзаряжает аккумуляторы «бесперебойника», а тот, в свою очередь, питает автоматику котла.
— Как определить необходимую мощность автономного генератора при его выборе?
— Теоретически, чтобы определить необходимую мощность автономного генератора, достаточно сложить значения потребляемой мощности для всех электроприборов, которые планируется присоединять к электросети. Конечно, вероятность одновременного включения сразу всех запланированных потребителей в реальности довольно невысока, но она существует. Далее к получившейся сумме необходимо прибавить минимум 20–30 %, и причин тому несколько. Первая – это логичный запас на всякий случай. Вторая имеет отношение к ресурсу работы агрегата: постоянно используемое на пределе своих возможностей устройство изнашивается намного быстрее. Третья причина – пусковой ток электродвигателей: его сила в несколько раз превышает номинальные (устоявшиеся) значения, однако воздействие носит кратковременный характер, и любой синхронный генератор без проблем выдержит такое превышение нагрузки.
Существует еще и четвертая причина: не вполне понятные большинству людей двойные характеристики потребляемой мощности, указываемые для ряда электроприборов. Из школьного курса физики многие помнят, что электрическая мощность есть произведение напряжения на ток, то есть P=U·A, и измеряется в Ваттах (обозначается Вт или W). Но мало кто знает, что это выражение верно исключительно для активной нагрузки, то есть приборов, обладающих только омическим сопротивлением. К подобным устройствам можно отнести осветительные лампы, электроплитки, нагревательные приборы и еще целый ряд подобных устройств.
В отличие от активной, реактивная нагрузка предполагает несовпадение фаз тока и напряжения, поэтому их произведение становится векторным. Получившееся значение необходимо разделить на косинус угла между векторами тока и напряжения, который, как известно, меньше 1, и принимает обычно значение 0,6–0,8. Итоговая формула P=U·A/cosφ и будет определять значение потребляемой мощности для приборов, обладающих реактивной нагрузкой. Простейшие расчеты показывают, что если использовать, например, дрель потребляемой мощностью 1000 Вт, для которой указанный производителем cosφ (маркируется как cos) равен 0,6, то реальная потребляемая этим прибором мощность будет 1000/0,6≈1667 Вольт-Ампер (обозначается как ВА или VA). Это значение называется максимальной эквивалентной мощностью: именно из-за нее рассматриваемый электроинструмент, будучи подключенным к автономному генератору мощностью 1,0 кВт, может провоцировать периодическое срабатывание защиты от избыточной нагрузки.
И еще один важный момент: обмотки электрических генераторов сами по себе имеют реактивную составляющую с собственным значением cos, который также следует учесть при расчетах. Чтобы вычислить окончательное значение потребляемой мощности для упомянутой киловаттной дрели, необходимо разделить максимальную эквивалентную потребляемую мощность инструмента на cos генераторной части электростанции. Если он имеет значение, например, 0,9, то в цифрах это будет P=1000/(0,6∙0,9), т. е. чуть более 1850 ВА.
По рассмотренным выше причинам многие производители электроприборов, обладающих реактивной составляющей нагрузки, равно как и производители автономных генераторов, дополнительно к мощности в ваттах обязательно указывают ее значение в вольт-амперах.
— Почему «ИНТЕРСКОЛ» выпускает только синхронные модели генераторов, и в чем их отличие от асинхронных?
— Действительно, под торговой маркой «ИНТЕРСКОЛ» выпускаются генераторы только синхронного типа (бесщеточные, то есть с короткозамкнутым ротором), потому что эти устройства обладают более высоким потенциалом мощности по сравнению с технически сложными, тяжелыми, довольно капризными и относительно дорогостоящими асинхронными аналогами.
Давайте разберемся в технической стороне вопроса. У синхронного генератора частота вращения магнитного поля статора равна частоте вращения ротора, выполненного виде постоянного магнита или электромагнита. Количество полюсов ротора должно быть кратно двум: в бытовых электростанциях обычно используется ротор именно с двумя полюсами, чем и обусловлена частота вращения двигателя электростанции (3000 об/мин). При запуске электростанции ротор формирует слабое магнитное поле, но с увеличением оборотов повышается значение ЭДС в обмотке возбуждения. Напряжение с нее через блок автоматической регулировки (AVR) поступает на ротор, позволяя контролировать стабильность выходного напряжения за счет изменения магнитного поля ротора путем изменения силы тока в его обмотке.
Асинхронный генератор работает в так называемом режиме торможения: ротор вращается в том же направлении, что и магнитное поле статора, но с опережением, нарастающим по мере увеличения подключенной нагрузки. ЭДС в рабочей обмотке статора наводится магнитным полем на роторе (по аналогии с синхронным генератором), которое, в свою очередь, индуцируется создаваемым вспомогательной обмоткой статора вращающимся магнитным полем. Проблема в том, что оно не поддается регулировке и, следовательно, остается неизменным, вследствие чего напряжение и частота на выходе генератора зависят от частоты вращения ротора, определяемого исключительно стабильностью работы двигателя электростанции.
Асинхронные генераторы характеризуются простотой обслуживания и хорошей устойчивостью к короткому замыканию, однако эти несомненные достоинства компенсируются целым рядом недостатков. Сюда, в частности, следует отнести постоянное потребление намагничивающего тока значительной силы, что предполагает обязательное наличие источника реактивной мощности (это потенциально проблемный узел), и ненадежность работы устройства по причине нестабильности (подверженности внешним воздействиям) возбуждения асинхронного генератора. Кроме того, имеется уже отмеченная выше досадная зависимость выходного напряжения и частоты тока от устойчивости работы двигателя, которая напрямую зависит от качества топлива и степени износа агрегата.
— Существуют ли какие-нибудь общие рекомендации по установке и подключению автономных генераторов «ИНТЕРСКОЛ»?
— Автономные генераторы предназначены для эксплуатации в помещениях, эксплуатация этих агрегатов в условиях повышенной влажности, запыленности, а также низких температур (ниже -30 °С) не допускается. Экстремальные режимы эксплуатации многократно снижают надежность и ресурс любой техники, поэтому ее не следует устанавливать, к примеру, в неотапливаемых, грязных и пыльных подвалах. Конечно, автономные генераторы «ИНТЕРСКОЛ» можно использовать как переносные (мобильные) электростанции на стройплощадках и тому подобных объектах, однако при этом следует соблюдать некоторые меры предосторожности, например, не включать устройство во время дождя.
Проблема с выхлопными газами от двигателя внутреннего сгорания легко решается при помощи металлического гофрошланга, отводящего их на улицу, а бороться с шумом при работе агрегата можно либо за счет хорошей звукоизоляции помещения, где тот смонтирован, либо попросту установкой электростанции в отдельно стоящей хозяйственной постройке.
Подключение генератора к домовой электросети осуществляется от одной или нескольких розеток (во втором случае провода подключаются к домовому щитку параллельно) на корпусе в зависимости от выходной мощности электростанции и максимальной силы тока, на который рассчитана розетка. Переключение источников питания, то есть выбор между централизованным электроснабжением и подачей напряжения от автономного генератора осуществляется с помощью перекидного рубильника (другое название – перекидной ключ), полностью исключающего подачу напряжения одновременно от обоих источников: в случае «противотока» электрическая часть генераторов мгновенно выходит из строя.
Для дополнительной безопасности применяются трехпозиционные рубильники, осуществляющие переключение через ноль, то есть промежуточное положение, в котором домовая сеть полностью обесточивается. Рассматриваемая система может быть как ручной, так и автоматической, самостоятельно отслеживающей наличие напряжения на вводе и в случае его отсутствия в течение заданного времени (обычно это 30–60 секунд) подключающей резервную цепь питания с автономным генератором, одновременно отдавая команду на запуск его двигателя. Как только централизованное электроснабжение будет восстановлено, происходит обратное переключение.