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DC circuito resonante de carga
En lugar de cargar el condensador a través de una resistencia en serie, hay mucho que ganar mediante el uso de un inductor para controlar las características de carga. Esta sección explica cómo el condensador de depósito se puede cargar a través de un inductor convenientemente elegido. El funcionamiento de un circuito de carga resonante sencilla DC se explica en primer lugar, a continuación, la sección pasa a examinar los beneficios de incluir un bloqueo o un diodo "de-Q-ing". Por último, la sección concluye con algunas ecuaciones de diseño y una lista de ventajas y desventajas del sistema de tarificación de resonancia de CC.
El circuito de abajo representa la disposición de carga resonante simple DC.
Un inductor tiene las siguientes propiedades que lo hacen muy útil en un circuito de carga DC significado para uso bobina de Tesla: -
Baja impedancia en CC.
Un inductor ideales presenta resistencia cero al flujo de la corriente continua. Por lo tanto, no interfiere con la carga del condensador tanque de la fuente de corriente continua.
Alta impedancia en alta frecuencia.
El inductor presenta una alta resistencia al flujo de la corriente de alta frecuencia. Esto efectivamente "aísla" el condensador del tanque desde el circuito de carga cuando los fuegos de chispas, y el primario oscila a varios cientos de kHz. La carga se reduce al mínimo y Q primaria se conserva.
Es sin pérdidas.
Un inductor ideal tiene sin pérdidas, por lo que no se puede perder el poder por la disipación en forma de calor. (Inductores reales tienen alguna resistencia del devanado, de modo disipan una pequeña cantidad de energía en forma de calor.)
La corriente no puede cambiar instantáneamente.
Un inductor no permite cambios instantáneos de la corriente que pasa a través de él. Esto significa que el breve disparo del espacio de chispa no lo hace inmediatamente un cortocircuito en el suministro de HVDC. Esta propiedad del inductor también determina la rapidez con que el condensador se carga el tanque de la alimentación de CC después de cada explosión.
El funcionamiento del circuito de carga resonante DC
El circuito de carga resonante DC es meramente un circuito LC serie resonante conectado a través de una alimentación de CC. El comportamiento "dominio de la frecuencia" de este tipo de circuito es muy familiar para nosotros, con su pico resonante a Fres, etc. Sin embargo, aquí estamos interesados en cómo se comporta con el tiempo. Es la "respuesta transitoria", que nos dice cómo el condensador se carga desde el suministro de HVDC en el tiempo ...
Inicialmente el condensador del tanque es "vacío" y no tiene ningún voltaje a través de él.
La plena tensión de alimentación de CC se desarrolla a través del inductor de carga.
No fluye corriente por el circuito en este momento.
La tensión en la bobina de carga significa que la corriente comienza poco a poco a fluir a través del inductor. La corriente en realidad se eleva a una velocidad determinada por la inductancia del reactor de carga. Como esta corriente fluye que cobra el condensador del tanque.
La corriente que circula por el inductor implica que la energía se almacena ya en el campo magnético de este componente. Recuerde E = 0,5 L I²
Finalmente, el condensador se carga hasta el punto de que su voltaje es igual a la de la alimentación de CC. En este instante no hay tensión en la bobina de carga, y la máxima corriente está fluyendo.
Aunque no existe una tensión en la bobina de carga en este momento, la corriente a través de un inductor no puede cambiar instantáneamente. La inductancia del reactor de carga actúa como un volante de inercia y mantiene la corriente que fluye en la misma dirección!
A medida que el campo magnético en los colapsos de inductor, que realeases la energía que se almacena antes en el ciclo de carga. Se convierte efectivamente en otra fuente de energía.
Desde el inductor de carga está en serie con la alimentación de corriente continua, su patada inductiva (o EMF) se suma a la de la alimentación de CC. Por tanto, el condensador se carga a una tensión más alta que la alimentación de corriente continua por sí sola podría lograr.
Eventualmente, el campo magnético en la bobina se ha desintegrado por completo, y la totalidad de su energía almacenada se ha transferido al condensador tanque. En este momento la tensión del condensador es el doble de la tensión de alimentación DC , y la corriente de carga cae a cero. Ahora es un buen momento para disparar el espacio de chispa ya que el condensador del tanque está en su punto máximo de tensión.
El truco está disparando el espacio de chispa en el momento adecuado. Si el espacio de chispa no se activa cuando el condensador del tanque está en su punto máximo de tensión que esto es lo que pasa ...
El condensador del tanque se ha cargado a una tensión más alta que la fuente de corriente continua, por lo tanto existe un voltaje a través del inductor de carga. (Esta vez la tensión de inductor es de la polaridad opuesta.)
Corriente comienza a fluir en la dirección opuesta, desde el condensador del tanque a través del inductor de nuevo a la fuente de CC. En esencia, el condensador del tanque está transfiriendo parte de su energía almacenada de nuevo al reactor de carga!
Este intercambio resonante de energía entre bobina y el condensador continúa hasta que el hueco de chispa enciende la eliminación de algo de energía del sistema.
Cuando los fuegos de chispas, el condensador del tanque es instantáneamente vaciado de su carga almacenada y sus retornos voltaje terminal a cero. Ahora la tensión de alimentación completa aparece en la bobina de carga y todo el proceso comienza de nuevo desde el principio.
El siguiente gráfico muestra la forma de onda de corriente del inductor exacto y la forma de onda de voltaje de condensadores.
Note la "media onda sinusoidal" forma de la corriente de carga, y la forma en que el inductor corriente regresa a cero para cada disparo del espacio de chispa giratorio.
Observe también el perfil de Charing sinusoidal de la tensión del condensador. Se empieza a cargar lentamente al principio. Luego cargará más rápido que el inductor aumenta la corriente, y finalmente se ralentiza nuevo, ya que se acerca el doble de la tensión de alimentación de CC.
La corriente del inductor es realmente proporcional a la derivada (o gradiente) de la tensión del condensador. Esto es de esperarse ya que el condensador "integra" carga que se pasa a ella. Conocer esta información es más fácil de entender por qué las formas de onda tienen estas formas.
La inductancia del reactor de carga ha controlado la velocidad a la que nuestro condensador tanque de carga desde la alimentación de CC de una manera similar a la carga a través de una resistencia en serie. Sin embargo, las tiendas de inductor y libera energía que los desechos de resistencia adicional en forma de calor. Cuando el circuito de carga resistiva es sólo el 50% de eficiencia debido a la disipación de potencia en la primera parte del ciclo de carga, la carga inductiva circuito almacena esta energía y la utiliza para cargar el condensador al doble del voltaje. Limitación de corriente y voltaje doblando al mismo tiempo!
También es muy deseable que la corriente de carga cae a cero en la época en que el espacio de chispa tiene la intención de disparar. Esto reduce enormemente la probabilidad de formación de arcos de energía o "posterior arcos" en el espacio de chispa giratorio debido a una alta corriente de DC.
En el caso del circuito de carga resistiva, vimos que la velocidad de carga más alta se produjo inmediatamente después de la separación de encendido había disparado y se descarga el condensador tanque. También hablamos sobre cómo esta rápida tasa de cargos podría volver rápidamente el condensador a un voltaje suficiente para volver a encender la chispa en el hueco rotatorio si los electrodos calientes no se habían separado de manera adecuada. Esto se puede contrastar con la lentitud de la carga se encuentra inmediatamente después de cada disparo en el caso de carga resonante. Este inicio más gradual que el ciclo de carga ayuda a prevenir la re-ignición del espacio de chispa antes de que los electrodos han tenido tiempo de moverse lejos.
El "Peso sobre un resorte" modelo
Creo que el funcionamiento del circuito de carga resonante DC puede entenderse mejor por medio de una analogía mecánica. Considere un peso colgado de un muelle desde el borde de una mesa. Está claro que un peso que cuelga de un resorte es un sistema de resonancia mecánica y tiene su propia frecuencia de resonancia natural. Si se tira el peso hacia abajo desde su posición de reposo y lo suelta, el peso oscilará en torno a su posición de reposo en alguna frecuencia. Veremos que esta muy de cerca los modelos del comportamiento de nuestro circuito de carga resonante LC ...
El nivel de la tabla representa la tensión de alimentación HVDC fijo. La altura del peso por encima del suelo representa la tensión a través del condensador tanque. La mano tirando el peso hacia abajo al nivel del suelo representa la acción de la separación de encendido, descargando periódicamente el condensador tanque.
Inicialmente, el condensador del tanque está completamente descargada. Esto está representado por el peso que se llevó a cabo en el nivel del suelo.
La tensión de alimentación completa se desarrolla a través del inductor de carga, representada por una tensión considerable en la primavera.
Cuando se suelta el peso se acelera hacia el nivel de la tabla de la que está colgando. Esto representa la carga hasta la tensión de alimentación HVDC a través del inductor condensador.
Cuando el peso alcanza el nivel de la mesa, tiene un impulso considerable y continúa moviéndose hacia arriba más allá de la mesa de la que está colgando. Este impulso es similar a la energía magnética almacenada en el inductor de carga en este instante.
Puesto que el peso es ahora por encima de la primavera, desacelera y momentáneamente se detiene en su punto más alto.
Esta oscilación del peso por encima del nivel de la cual está soportado modelos de cerca la forma en la que el condensador se carga el tanque a un voltaje en exceso de la oferta HVDC. Es debido al "impulso" de la corriente que circula por la bobina de carga.
El punto en el que el peso queda en reposo está marcada por una flecha roja en la animación anterior. Este es el voltaje máximo que llega al condensador, y es igual a doble de la tensión HVDC SUPPLY . Este es el momento óptimo para activar el espacio de chispa.
Después de este punto, la tensión del condensador comienza a caer. En última instancia, oscila alrededor del carril HVDC a la frecuencia de resonancia de carga durante muchos ciclos, al igual que nuestro peso continuaría a rebotar hacia arriba y hacia abajo después de haber sido perturbado.
Cuando el espacio de chispa enciende, se descarga el condensador de nuevo a cero voltios, y el ciclo de carga resonante comienza de nuevo. Esto está representado por una mano tirando el peso de nuevo a nivel del suelo y a continuación soltarlo.
Creo que esta analogía mecánica es muy útil en "conseguir su cabeza en torno a" lo que está sucediendo en un circuito de carga resonante. Muchas de las propiedades del circuito de carga resonante DC puede explicarse haciendo referencia de nuevo a este modelo.
frecuencias de extinción
Desde el modelo animado anterior, vimos que el mejor momento para disparar el espacio de chispa fue cuando la tensión del condensador estaba en su valor máximo. Esto ocurre después de que el condensador ha estado libre de cobrar por medio del período de resonancia del circuito de carga. es decir, la velocidad de disparo óptimo para un hueco de chispa giratorio es igual a dos veces la frecuencia de resonancia del circuito de carga. Firing en cualquier otro momento dará menos de rendimiento de potencia máxima.
Sin embargo, también discutimos cómo la tensión del condensador sigue oscilando libremente sobre la tensión de alimentación HVDC, y devuelve a cero voltios a intervalos regulares. Está claro que cualquier intento de disparar el espacio de chispa cuando la tensión del condensador está cerca de cero voltios procesará poco poder! Estos puntos están marcados por las flechas rojas.
Podemos ver rápidamente que la tensión del condensador vuelve a cero después de cada período completo del circuito de carga resonante. Por lo tanto intentar disparar la brecha en los múltiplos enteros de este período no aportará ningún rendimiento de potencia. De hecho los disparos sólo sirven para reforzar la oscilación natural del circuito de carga, pero no eliminan cualquier energía del sistema.
Cualquier tasa de disparo que es un factor de la frecuencia de resonancia de carga hace que el rendimiento de potencia a cero. Me refiero a estas tasas de disparo como "frecuencias de extinción".
Las simulaciones de un circuito de carga resonante LC típica revelan que el rendimiento de potencia aumenta linealmente con BPS giratorios, excepto para las profundas muescas en las frecuencias de extinción. En este ejemplo, el inductor y el tanque de condensador de carga fueron elegidos para hacer que el circuito de carga resonar a 500Hz. Por lo tanto las frecuencias de extinción son 500Hz, 250Hz, 167Hz, 125Hz, etc ...
La línea roja muestra cómo el rendimiento de potencia varía en un amplio rango de tasas de disparo rotativos.
La línea azul muestra la característica ideal si no se produjeron las frecuencias de extinción.
El gráfico muestra que el comportamiento de este circuito de carga resonante DC aún no permite una completa libertad en la elección de las tasas de disparo si las frecuencias de extinción deben ser evitados.
Afortunadamente, una simple adición al circuito de carga puede solucionar este problema ...
De-Q-ing el circuito de carga
Las frecuencias de extinción se producen debido a la tensión del condensador vuelve a cero después de alcanzar su valor de pico. Esto ocurre porque la corriente comienza a fluir desde el condensador tanque de nuevo a través del inductor de carga después de que el condensador ha alcanzado la tensión máxima. Nos gustaría mucho la tensión del condensador no caer, y en lugar de permanecer en su máxima tensión por dos razones. En primer lugar esto asegura el máximo rendimiento de potencia, y en segundo lugar tenemos la libertad en la elección de exactamente cuándo disparar el espacio de chispa.
Esto se puede lograr mediante la colocación de un diodo de alta tensión en serie con el inductor de carga como se muestra. El diodo permite que la corriente fluya de izquierda a derecha a través del inductor, la carga del condensador como antes. Sin embargo, se evita que la corriente del inductor de cambiar de dirección y detiene el proceso de resonancia cuando el condensador está en el doble de la tensión de alimentación.
Esto significa que el condensador del tanque siempre se carga a dos veces la tensión de alimentación HVDC en una mitad del periodo de carga resonante. El condensador se deja entonces en el estado completamente cargado hasta que los fuegos de chispas. La forma de onda de rojo a continuación muestra cómo un condensador se carga a 20 kV desde un suministro de 10 kV cuando el diodo de-Q-ing está incluido en el circuito de carga.
La traza superior muestra la corriente a través del inductor de carga durante los ciclos de carga.
Observe cómo la corriente a través del inductor ha sido en cero durante algún tiempo antes de cada disparo del espacio de chispa. Observe también cómo la corriente se acumula gradualmente después de los incendios de chispas.
Las líneas de puntos indican qué pasaría si el diodo de-Q-ción no se ajustaron.
En lugar de elegir los valores del inductor y condensador de carga basado enteramente en la tasa de disparo de rotación previsto, el diseñador puede ahora elegir valores basados en el perfil de carga deseada, pico de corriente de carga, etc. Esto se debe a la resonancia natural en el circuito de carga ha sido " "-off matado por la inserción del diodo en el interior del circuito resonante. Cualquier relación entre la frecuencia de resonancia natural del circuito de carga, y la tasa de disparo de la brecha giratorio se ha eliminado.
El operador tiene ahora la libertad en la elección de la tasa de encendido de chispas, siempre que permitan el tiempo mínimo requerido entre disparos para el condensador para completar su operación de carga. Esto permite que las tasas de repetición muy lentas para ser evaluados sin ningún tipo de frecuencias altas de extinción, o Q-oscilaciones se acumulan en el circuito de carga.
Debe tenerse en cuenta que la función del diodo de-Q-ción puede ser realizada por el puente rectificador de CC en los diseños de 3 fases que no se utiliza el condensador de suavización HVDC. La falta de un diodo separada de-Q-ción y el condensador de filtro CC potencialmente letal hacen este tipo de suministros de 3 fases ideales para carga de CC de resonancia de velocidad variable.
Nueva curva de rendimiento de energía
Con el diodo de-Q-ción en el lugar del condensador del tanque siempre se carga al doble de la tensión de alimentación de CC antes de cada disparo del espacio de chispa. Esto da una energía explosión constante independientemente de la velocidad de rotación, por lo que el rendimiento de poder ahora es directamente proporcional a la velocidad de disparo giratorio. Véase el siguiente gráfico:
Esta propiedad de la circuito de carga resonante DC es atractivo porque permite que el rendimiento de potencia de un sistema grande para ser controlado sin problemas sin que se requiera una gran pila variac o de lastre ajustable.
tensión de alimentación completa se puede aplicar al sistema con el espacio de chispa giratorio funcionando a una velocidad baja para limitar el consumo de energía inicialmente.
La velocidad de rotación se puede aumentar gradualmente hasta que se alcanza el nivel de potencia requerido.
La velocidad máxima de rotación
La velocidad máxima de rotación está dictado por el tiempo requerido para el circuito de carga resonante para cargar el condensador al doble de la tensión de alimentación. El tiempo requerido es igual a la mitad del período del circuito de carga. En otras palabras, la frecuencia máxima de disparo del espacio de chispa giratorio debe limitarse a dos veces la frecuencia de resonancia del circuito de carga si el condensador tanque sea completamente cargada.
Pero, ¿qué ocurre si se supera esta velocidad?
La corriente del inductor ya no cae a cero cuando los fuegos de chispas. Los beneficios de la corriente cero en el instante de disparo se pierden. La distancia entre electrodos Ahora agarra la corriente de carga cuando se dispara, y "arco de salida" se convierte en una posibilidad.
Sorprendentemente el condensador todavía cargos a 2 x Vcc antes de cada disparo! Sin embargo, requiere muchos ciclos de cocción para acumular energía suficiente en el circuito de carga antes de que esto se logra.
Posible saturación del inductor de carga debido al gran componente de corriente continua ???
tiempo de permanencia rotativa
Cuando los electrodos giratorios se alinean y los fuegos de chispas, el suministro HVDC se cortocircuita excepto por el inductor de carga. Es el inductor de carga que limita la corriente que fluye desde el suministro de HVDC través de la brecha conductora chispa. De hecho, el inductor de carga limita la velocidad a la que la corriente DC de la alimentación se eleva cuando la brecha lleva a cabo.
Cuando el espacio de chispa enciende el inductor de carga está conectado directamente a través del suministro de HVDC. Su actual no puede cambiar instantáneamente. En cambio, la corriente comienza a aumentar a un ritmo determinado por el valor del inductor y la tensión de alimentación de corriente continua a través de ella. La ecuación V = L di / dt pueden ser reorganizados para determinar la rapidez con la corriente continua se acumulará: -
di / dt = V / L
Para valores típicos de V y L, la corriente de CC a través del inductor podría elevarse a aproximadamente 1000 amperios por segundo cuando la separación de encendido está llevando a cabo. Al principio esto suena muy alto, pero hay que recordar que el espacio de chispa sólo se debe a cabo durante un período relativamente corto de tiempo que oscila los principales TC.
Si el tiempo de permanencia del espacio de chispa sólo es 100us, entonces la corriente CC sólo habrá aumentado a 100 mA durante el tiempo en que la chispa está llevando a cabo. Esta cifra es relativamente pequeña en comparación con la corriente mucho más grande causado por la descarga del condensador tanque en la bobina primaria TC. Por lo tanto, no se prevé una cifra de 100 mA a presentar ningún problema.
Sin embargo, podemos ver que un posible problema surge si bien el valor del inductor es muy pequeña, o el tiempo de conducción del espacio de chispa rotativa es demasiado largo.
En los casos en que la corriente se eleva demasiado rápido, o el tiempo de permanencia es excesiva, el flujo de corriente desde el suministro de HVDC puede rampa hasta un nivel muy alto. Tal nivel de corriente directa a través del canal de chispa ionizado se calentará a una temperatura más alta y que sea más conductora. Espinterómetros normalmente dejan de llevar a cabo cuando la corriente alterna pasa por cero, pero la corriente continua no cruce por cero! Esto actúa para prevenir la extinción del arco, lo que permite que la corriente continua de más tiempo para aumentar aún más!
Esta situación fuera de control puede conducir a la formación de arcos de energía o "arco posterior" en el espacio de chispa giratorio, como el nivel de corriente "seguimiento a través" de la fuente de alimentación HVDC hace que se resisten de temple. El comportamiento es similar a la forma en la que el arco formado por una escalera de Jacob se extendió a una gran longitud una vez que ha golpeado.
Esta formación de arcos de energía es muy indeseable. Representa un considerable flujo de corriente desde la alimentación de CC que debe entrar en la carga del condensador tanque antes del siguiente disparo. En su lugar, esta corriente toma el camino más fácil a través del arco de potencia en el hueco rotativo. Esto provoca una considerable energía que se desperdicia y se impone tensiones adicionales en el suministro de HVDC, inductor y diodo de carga. El arco de potencia erosiona rápidamente el material del electrodo hueco de chispa y puede incluso conducir a tiro caótica del espacio de chispa.
Entonces, ¿cómo se puede evitar este problema?
En resumen, la potencia de arco problema se puede reducir mediante la especificación de un adecuadamente grande inductor de carga para limitar la velocidad de aumento de la corriente. Además de esto, es una buena idea usar un disco giratorio grande, con relativamente pequeños electrodos instalados en él. Esto actúa para minimizar el tiempo de parada mecánica cuando los electrodos están a poca distancia de chispas. Sin embargo, el operador debe todavía no correr el rotatorio a velocidades muy bajas, donde el tiempo de permanencia es enormemente exagerada.
Serpenteo de la chispa a través de muchas lagunas en serie podría ayudar a reducir este problema, como se podría añadir una pequeña resistencia en serie con la inductancia de carga para limitar la corriente de pico. Debe tenerse en cuenta que el autor no tiene mucha experiencia con este problema, y por lo tanto no puede dar más detalles sobre las posibles soluciones.
ecuaciones de diseño
Las variables importantes en el diseño de un circuito de carga resonante DC son la frecuencia de resonancia natural de la combinación LC, y la impedancia característica del circuito de carga. La frecuencia de resonancia determina el tiempo necesario para cargar la capactior tanque y la velocidad de disparo de rotación máxima que se debe utilizar. La impedancia característica determina los aspectos de rendimiento de potencia del diseño.
Volviendo a nuestra analogía mecánica, es relativamente fácil de entender lo que la frecuencia de resonancia natural del circuito de carga es, y cómo afecta el comportamiento. Podemos obtener imágenes fácilmente combinaciones de muelles y pesos que oscilará a bajas frecuencias, y otras combinaciones que oscilará a altas frecuencias. Lo que no es tan intuitivo es el significado de la impedancia característica. Propongo un circuito con una baja impedancia característica ser representado por un resorte de alta resistencia de espesor y gran peso. Esto implica una gran cantidad de energía almacenada en ambos componentes y la capacidad de procesar grandes cantidades de energía. Por el contrario un circuito resonante con una alta impedancia característica estaría representada por un resorte más delicado y un peso más ligero. Este sistema puede ser hecho para resonar a la misma frecuencia que su contraparte más importante, pero es evidente que se ha almacenado mucho menos energía.
La siguiente tabla muestra algunas ecuaciones que son útiles cuando se trabaja con la disposición de carga resonante DC. En particular, estas ecuaciones ayudan al diseñador en la elección de la carga inductor Lr y el tanque capacitor Cp .
La frecuencia de resonancia del circuito de carga. (Esta es la ecuación estándar para la frecuencia de resonancia.)
velocidad de disparo máxima Rotary. La BPS máximo es el doble de la frecuencia de resonancia del circuito de carga. Esto se debe a que la operación de carga se necesita un medio ciclo a la frecuencia resonante para completar. la acción de carga de resonancia correcta ya no tiene lugar por encima de esta velocidad máxima.
impedancia característica de circuito de carga resonante. Esto da una indicación de la carga que el circuito de carga resonante presenta a la alimentación de CC. También se utiliza después para calcular la corriente de carga máxima.
voltaje pico a qué condensador se carga el tanque. El condensador se carga a dos veces la tensión de alimentación DC para todas las velocidades de rotación por debajo de los BPS máximos permitidos.
La energía almacenada en el condensador del tanque antes de disparar. Obtiene sustituyendo 2Vdc en la ecuación de energía familiar.
rendimiento de potencia a una velocidad de disparo en particular. Obtiene multiplicando la energía del condensador por la velocidad de disparo rotatorio.
rendimiento de energía alcanzado en BPS máximo. Este es el rendimiento de potencia máxima que se puede lograr mediante la ejecución del rotativo a la velocidad máxima permitida. Obtiene sustituyendo el valor para BPS máximo en la ecuación de potencia por encima.
pico de corriente a través del inductor de carga. Obtenida dividiendo la tensión de alimentación DC por la impedancia característica del circuito de carga resonante. Esto también representa la corriente de pico dibujado desde el condensador depósito DC durante el ciclo de carga.
corriente RMS a través del inductor de carga en el BPS máximo rotativos. Esta es la corriente eficaz que el inductor de carga verá cuando el sistema funciona a plena potencia. El inductor de carga se debe clasificar adecuadamente.
pico de energía almacenada en el inductor de carga durante el ciclo de carga. Se obtiene por sustitución de la corriente del inductor pico en la ecuación de energía inductor familiar. Nótese que el pico de energía inductor es independiente del valor del inductor real, y es igual a una cuarta parte de la energía que se almacena finalmente en el condensador del tanque!
Producto de carga los valores del condensador de inductor y el tanque. Obtiene reordenando la ecuación para BPS máximo. Esto se usa como un paso para derivar a las ecuaciones de diseño para Cp y Lp continuación.
Proporción de la carga los valores del condensador de inductor y el tanque. Obtiene reordenando la ecuación para la potencia máxima. Esto también se utiliza como un paso para derivar las ecuaciones de diseño para Cp y Lp continuación.
valor del condensador tanque de alimentación especificado en BPS máximos especificados. Utilice esta ecuación para calcular el tamaño del condensador necesario para alcanzar su potencia máxima elegido a su velocidad de rotación máxima elegida.
Carga de valor inductor de potencia especificada en el BPS máximos especificados. Utilice esta ecuación para calcular el valor del inductor requerida para alcanzar su potencia máxima elegido a su velocidad de rotación máxima elegida.
Hertz
Saltos
por
segundo
ohmios
voltios
julios
vatios
vatios
amperios
amperios
julios
-
-
faradios
henries
Tenga en cuenta que las dos últimas ecuaciones son las más importantes ya que estas son las que un diseñador empleará si el diseño de un circuito de carga resonante DC a una especificación, a partir de cero. Las otras ecuaciones se pueden utilizar para comprobar las energías máximas, las corrientes RMS etc.
ejemplo de diseño
Diseñar un circuito de carga resonante DC para procesar una potencia máxima de 8 kW. La velocidad de rotación más alta será de 500 BPS, y un suministro de 10 kV DC se utiliza para alimentar el sistema. ¿Qué valores de carga del inductor y del tanque de condensadores se deben utilizar para cumplir con esta especificación?
El valor del inductor se encuentra sustituyendo Pmax, BPSmax y Vcc en la última ecuación para obtener:
Lp = 5,1 H
El valor del condensador tanque se encuentra sustituyendo Pmax, BPSmax y Vdc en el segundo de la última ecuación para obtener:
Cp = 80 nF
El RMS nominal de corriente requerida para el inductor de carga ahora se puede encontrar mediante la sustitución de Lp Cp y valores en la ecuación de noveno en la tabla. Esto da:
Irms = 886 mA
Sabemos que la tensión del condensador máximo será el doble de la tensión de alimentación de CC. es decir, 20 kV en este ejemplo.
Otros valores tales como la corriente de pico del inductor se pueden encontrar mediante la sustitución de los valores en las ecuaciones apropiadas de la tabla anterior. Estos también se pueden utilizar para comprobar el diseño cumple con sus requisitos, antes de tiempo y dinero se gastan en la construcción. Por ejemplo, la energía explosión de un condensador de 80nF cargado a 20 kV es de 16 Joules. Fuimos multiplicado por la tasa de ruptura máxima de 500, esto da, efectivamente, nuestra potencia especificada de 8000 vatios.
Si hay suficiente interés que podría escribir un pequeño programa JavaScript para calcular todos los parámetros críticos para un circuito de carga resonante DC. es decir Entrarás Pmax, BPSmax y Vcc. El programa va a hacer las cuentas y decir qué componentes a utilizar para cumplir con sus especificaciones.
VENTAJAS DESVENTAJAS
La topología de carga resonante DC presenta una serie de importantes diferencias en comparación con la carga de resonancia más común AC. Estos se resumen en las siguientes listas:
ventajas:
Elimina la influencia de la frecuencia de la línea de alimentación en el comportamiento del circuito de carga.
Permite una amplia gama de tipos de cocción a ser investigada con un hueco de chispa rotativa de velocidad variable, sin encontrarse con golpes y creciente.
Proporciona duplicación de tensión inherente permitiendo energías de alta explosión que deben alcanzarse usando un suministro de voltaje relativamente bajo.
Permite rendimiento de potencia a ser controlada mediante la alteración de la velocidad de rotación.
Elimina el aumento de resonancia fuera de control que puede ocurrir con la disposición de carga resonante AC. brechas de seguridad se puede prescindir!
Corriente de carga es cero cuando los electrodos giratorios se alinean de modo se reduce la probabilidad de formación de arco de potencia en el hueco rotativo.
La carga es lenta inmediatamente después de la separación de chispa enciende. Esto reduce enormemente el riesgo de re-encendido a bajas velocidades de rotación.
rendimiento de potencia, voltajes y corrientes pueden ser predichos con relativa facilidad.
Proporciona una excelente compartir si un rectificador de 3 fases se utiliza en los poderes superiores de carga.
desventajas:
se requiere circuito más complejo.
Mayor coste,
se necesita gran condensador de suavizado DC a menos que se usa la energía de 3 fases. un condensador de este tipo es caro, y almacena energía letal.
De alta tensión, se necesita inductor de carga alta inductancia. Esta es una parte especializada y puede ser difícil de obtener.
Requiere un suministro de 3 fases a ser más eficaces.
El consumo de corriente es no sinusoidal. La corriente de línea se compone de impulsos de corriente intensa a los picos de la tensión de suply AC para mantener el condensador de filtrado cargado. Esto provoca un factor de potencia pobre debido a la forma de onda de distorsión.
Fuentes de información
La mayor parte de la información de esta sección se obtuvo de los mensajes de Greg Leyh y Bert Hickman a la lista de Pupman Tesla en los últimos años. Allí no parece ser mucho en la forma de material de referencia disponible sobre el tema de la carga de CC de resonancia, por lo que muchas de las ecuaciones de diseño se obtuvieron a partir de la teoría de circuitos originales. La topología de carga resonante DC también era familiar para mí como ingeniero electronincs de energía, ya que a menudo aparece en los diseños de convertidor de resonancia "de conmutación por software".
Haga clic aquí para volver a la sección anterior sobre la carga resistiva DC .
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