Резонансный фильтр 50 гц своими руками

Изготовление и наладка силового резонансного фильтра гармоник

Изготовление и наладка силового фильтра гармоник на 50Гц для подключения к инвертору с целью получения синусоидального напряжения 220В (10+)

Получаем синусоиду от инвертора – Изготовление и наладка, плюсы и минусы решения

Изготовление и наладка

Обмотка выполняется жгутом проводов, суммарным сечением около 2.5 мм2. Например, тремя проводами толщиной 1 мм. Не забудьте проверить, поместится ли обмотка в окно. При расчете используйте коэффициент заполнения 0.5, плотнее мне намотать не удавалось.

Наладка. Для каждой катушки проделываем следующую процедуру. Собираем катушку индуктивности, устанавливаем в сердечник прокладку рассчитанной толщины. Собираем схему, показанную на рисунке. В качестве Rn мы использовали электрическую лампочку накаливания, в качестве вольтметра переменного напряжения – тестер, рассчитанный на измерение сетевого переменного напряжения.

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

Меняя толщину прокладки в сердечнике, добиваемся резонанса. Определяем его по максимальному напряжению на Rn. Я взял прокладки немного потолще. Постепенно уменьшал толщину. Сначала напряжение на Rn росло, потом начало уменьшаться. Тут и надо остановиться. Одна особенность – при проверке прокладки сердечник нужно сжимать, так, чтобы зажать прокладку, иначе может образовываться дополнительный зазор, который испортит нам наладку. Настройку контура нужно проводить именно с тем конденсатором, с которым будет работать катушка, так как у конденсаторов может быть достаточно большой разброс емкости (для фазосдвигающих конденсаторов допустимый разброс до 20%), а нам нужен резонанс.

Обе катушки настроены и собраны. Все, собираем схему, включаем в инвертор и проверяем. Форму выходного сигнала можно увидеть на осциллографе. У меня она получилась похожей на синусоиду с несколько заостренными пиками.

Преимущества и недостатки решения

Основным недостатком описанного фильтра является его низкая энергоэффективность. В холостом режиме, без нагрузки он потребляет 60 Вт, рассеивая их виде тепла. Он довольно массивный, тяжелый. Для изготовления требуется много медной проволоки и трансформаторного железа.

Преимущества фильтра в его высокой надежности, устойчивости к перегрузкам, хорошей фильтрации высокочастотных гармоник, наиболее опасных для приборов.

На выходе фильтра напряжение имеет форму, отличную от синусоидальной, содержащую некоторый уровень третьей и пятой гармоник. Однако большинство приборов к таким уровням этим гармоникам не чувствительно. От фильтра питали (не одновременно): телевизор, спутниковую связь, компьютер, холодильник, циркуляционный насос, горелку котла, компьютерный томограф, аппарат искусственной вентиляции легких. Особенно скажу про два последних прибора. Они наотрез отказывались работать от покупного преобразователя 12В в 220В синусоида. Видимо, мешали высокочастотные помехи импульсного преобразователя в синус на выходе. От нашего фильтра все заработало.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Опыт повторения конструкции фильтра Практический опыт повторения конструкции преобразователя меандра в синусоиду на основе резонансного фильтра. Читать дальше.

1.Спасибо за статью. 2.У меня проблема с бензогенератором, который покупался для аварийного питания газового котла. Генератор однофазный, щеточный, 0.9/1.1квт. Одно время он даже работал с котлом, я имею ввиду систему проверки пламени. Но потом котел перестал распознавать горение. 5 циркуляционных насосов по звуку работают нормально. Осциллографа у меня нет, поэтому точно при Читать ответ.

Здравствуйте! Скажите, пожалуйста, можно ли использовать Ваш силовой резонансный фильтр для инвертора, у которого на выходе переменный прямоугольный сигнал (меандр) напряжением 12 Вольт? Если да, то как его правильно рассчитать. С уважением, Леонид Григорьевич. Читать ответ.

Делаю резонансный фильтр, 400 Вт для котла, на сердечниках от трансформатора ТСА-180, конденсаторы 25х450в. Можно ли сделать обмотку как на трансформаторе состоящую из двух обмоток? По расчету для последовательного контура мне нужно 1436 витков, соответственно 1436/2=718 витков на каждую катушку и соединить их последовательно. Читать ответ.

Здравствуйте. Спасибо большое за нужную мне информацию.Вопрос таков : вы писали :’Чтобы получить нужный нам дроссель, в сердечнике придется сделать зазор’ . Если есть подходящая индуктивность в виде трансформатора, обязательно ли делать зазор если контур можно настроить подбором конденсатора? Спасибо. Читать ответ.

Касательно расчетов. В исходных данных вводится сечение одного магнитопровода, в результате расчета онлайн имеем параметры для двух дросселей, для меня непонятна логика расчета. Что принимать за исходный параметр: сечение одного из магнитопроводов, если их два, могут ли быть не одинаковыми, если да, то что вводить, меньшее, большее, среднеарифметическое, суммарное. Читать ответ.

Я собрал киловаттный фильтр (последовательный контур) на базе дросселя Днат400, расчеты и экспериментальные данные могу предоставить. Хочу проконсультироваться у Вас по вопросу параллельного контура. Если я правильно понял, то ток через дроссель и емкость параллельного контура ограничивается сопротивлением дросселя (полным). Можно использовать первичную обмотку трансформат Читать ответ.

Резонансный инвертор, преобразователь напряжения повышающий. Принцип р.
Сборка и наладка повышающего преобразователя напряжения. Описание принципа работ.

Мы повторили (собрали, наладили, настроили) резонансный фильтр высших .
Как собрать и наладить резонансный фильтр высших гармоник, чтобы на входе был ме.

Пушпульный импульсный преобразователь напряжения, источник питания. Вы.
Как выбрать частоту работы контроллера и скважность для пуш-пульного преобразова.

Повышающий импульсный преобразователь напряжения. Силовой ключ – бипол.
Как сконструировать повышающий импульсный источник питания. Как выбрать мощный т.

Инвертирующий импульсный источник питания. Онлайн расчет. Форма. Подав.
Как рассчитать инвертирующий импульсный преобразователь напряжения. Как подавить.

Прямоходовый импульсный преобразователь напряжения. Выбор ключа – бипо.
Как сконструировать прямоходовый импульсный источник питания. Как выбрать мощные.

Сетевой фильтр 250 Вт для правильной синусоиды питания электронных приборов

Данный фильтр восстанавливает (регенерирует, исправляет) форму синусоиды электросети. Подавляет низкочастотные и высокочастотные помехи и гармоники в электросети, по сути это, сетевой низкочастотный синусоидальный фильтр 50 Гц.

Мощность нагрузки в диапазоне 0 ÷ 225 Вт рекомендуется, если газовый котёл отопления не работает от аварийного генератора (не видит генератор) или котёл не работает от источников бесперебойного питания с несинусоидальным выходным напряжением.

Читайте также:
Торсион для холодной ковки своими руками

Так же применяется, если котёл при работе от плохой электрической сети сильно гудит и затем показывает аварию или ошибку.

В резонансном фильтре 50 Гц предусмотрен сквозной проход нулевого провода, необходимый для правильной работы фазозависимых котлов отопления.

Резонансный фильтр 50 Гц

В процессе эксплуатации Резонансного фильтра выявилось не очевидная способность стабилизировать или усреднять выходную частоту в небольших пределах.

Например, частота бензинового генератора при измерении колеблется от 49 до 51 Гц, то после резонансного фильтра частота стабильна 50 Гц.

Причём это слышно на слух — без резонансного фильтра в звуке работы циркуляционного насоса меняется тональность (плавает по частоте) после резонансного фильтра звук в одной тональности точно, такой как от 50 Гц.

В электрической сети форма питающего напряжения не всегда синусоидальная — есть гармоники, помехи более того некоторые тиристорные (симисторные) стабилизаторы за счёт искажения формы синусоиды стабилизируют напряжение сети, причём это относится даже к стабилизаторам элитного класса.

То есть они стабилизируют напряжение с помощью искажения формы синусоиды.

Также очень плохую форму синусоиды выдают недорогие источники бесперебойного питания (ИБП) и генераторы резервного питания. Причём во всех вышеперечисленных случаях помехи и искажения низкочастотны — их трудно подавить.

Чем это плохо

Платы газовых котлов отопления отказываются работать — уходят в ошибку (например, F13), а если котел работает, то насос гудит и быстро изнашивается (износ в 10 раз быстрее, потому что любая гармоника это постоянный механический удар по обмоткам и подшипникам двигателя).

Также и дорогая HI-FI аудио аппаратура начинает фонить, гудеть, более того могут противно гудеть даже провода и нагревательные приборы.

То есть слух позволяет человеку без всяких приборов диагностировать наличие гармоник в сети и также после установки резонансного фильтра человек слышит, что гармоники подавлены, и форма синусоиды исправлена.

Если газовый котёл не работает от генератора, то до разработки резонансного фильтра

единственным способом исправить — восстановить синусоиду электросети была установка стабилизатора с двойным преобразованием (ИБП он лайн), причём КПД этих стабилизаторов плохой — не более 80%, форма синусоиды их далека от идеальной, надёжность низкая. Кроме того на выходе недорогих бесперебойников присутствуют гармоники частот дискретизации на которых формируется выходной сигнал, эта частота может быть не слышна её специально уводят по частоте за порог слышимости, но эти гармоники также ускоряют износ насосов и двигателей.

Более того резонансный фильтр упрощает вопрос выбора генератора для бесперебойного питания котла отопления, потому что позволяет обеспечить работу любого котла от любого генератора.

Резонансный фильтр восстанавливает (исправляет) форму синусоиды абсолютно другим, причём более надёжным и естественным способом, с высоким КПД и обеспечивает бесперебойное питание котлов отопления от любых бензиновых генераторов.

При резонансе чистая, синусоидальная энергия циркулирует между индуктивностью и ёмкостью. Эта синусоидальная энергия, сформированная естественным образом, и выдаётся в нагрузку. Причём даже если на входе напряжение прямоугольное — то на выходе форма практически синусоидальна.

Например, результаты независимых испытаний фирмой «ЭНЕРГОГАРАНТ», опубликованные на форуме строим дом.

Жёлтый цвет входное прямоугольное напряжение — зелёный цвет напряжение на выходе резонансного фильтра 50 Гц.

без нагрузки: 50 Гц
с нагрузкой около 100Вт: 50 Гц
с нагрузкой чуть большей 200Вт: 50 Гц

Применение резонансного фильтра 50 Гц.

Резонансный фильтр устанавливается непосредственно перед котлом отопления.

Также необходимо учитывать электрическую мощность котла отопления и не превышать мощность нагрузки 225 Вт.

При превышении мощности нагрузки 250 Вт Резонансный фильтр сам может искажать синусоиду нормальной сети.

График нагрузочной и частотной характеристики сетевого резонансного фильтра 50 Гц:

Перед резонансным фильтром обязательно должна стоять защита или стабилизатор. В качестве защиты может служить полуавтоматическое управление генератором.

Технические данные

Мощность нагрузки 0÷225 Вт
Допустимая перегрузка (30мин) не более 300 Вт
Диапазон входных напряжений 110-255 В
Мах длительность подавляемой помехи 5 мили секунд.
Подавление 3 гамоники (150 Гц) 10 дБ
Подавление 5 гамоники (250 Гц) 20 дБ
Потребляемая мощность, при нагрузке 225 Вт, не более 10 Вт
Номинальный режим работы при входных напряжениях электросети 0-255 В продолжительный
Габаритные размеры 150-210-100 мм
Масса 5 кг
Длина шнура питания 1,5 м

Резонансный фильтр 50 Гц разработан с учётом военных стандартов бывшего СССР, и изготовлен только из пассивных компонентов (дроссели конденсаторы трансформаторы) с индивидуальной настройкой каждого экземпляра.

Недостаток резонансного фильтра, при плохой синусоиде генератора — он не меняет основную, среднюю частоту, он только восстанавливает форму и стабильность синусоиды.

Если генератор, например, выдаёт 55 Гц то просто установка резонансного фильтра может помочь только частично — (отопление стало работать, а при включении горячей воды котёл уходит в ошибку) гармоники подавлены, но основная частота 55 Гц осталась.

Кстати все бытовые приборы, имеющие в своём составе трансформаторы, дроссели и компрессоры, также быстрее изнашиваются, если основная частота электросети не равна 50 гц.

Что делать? — Перестроить генератор на 50 Гц.

Практически у всех генераторов есть регулировочный винт оборотов, а выходная частота пропорциональна оборотам двигателя. Для перестройки генератора необходимо иметь резонансный фильтр и цифровой вольтметр — (тестер)

Как узнать, что генератор не выдаёт 50 Гц и как перестроить частоту? — Выход резонансного фильтра частотно зависим, и без нагрузки на выходе при 50 Гц напряжение будет примерно на 10 вольт больше входного — смотри график нагрузочной характеристики.

Это значение разницы напряжений (Uвых. фильтра сети 50 Гц без нагрузки — Uсети 50 Гц)

для каждого экземпляра резонансного фильтра можно просто измерить при работе от электрической сети 50 Гц. Разницу запомнить, например, она составляет 10 вольт. Так вот эта разница при повышении частоты растёт, при понижении падает, это и позволяет перестроить частоту генератора на 50 Гц, используя только вольтметр и резонансный фильтр.

Если напряжение генератора и внешней сети сильно отличаются, друг от друга то значение разницы напряжений генератора для каждого экземпляра резонансного фильтра корректируется по формуле;

Читайте также:
Сварка кузова автомобиля своими руками

U генератора — (U вых. фильтра сети без нагрузки — U сети) ⁄ U сети (это может быть необходимо для более точной настройки генератора на частоту равную частоте электросети -50 Гц)

Например, если генератор выдаёт 230 В, а на выходе резонансного фильтра без нагрузки напряжение 250 В разница равна 20 В, это показывает что частота генератора больше 50Гц. Выходное напряжение резонансного фильтра (без нагрузки) должно быть 240 В. Регулировочным винтом генератора необходимо уменьшить обороты генератора до тех по пока напряжение на выходе резонансного фильтра не станет равным 240 В, на всякий случай проверить, что входное напряжение осталось 230 В (работа системы автоматической регулировки напряжения у генератора). Желательно чтобы при перестройке генератор был нагружен средней нагрузкой.

Всё генератор перестроен на основную частоту 50 Гц. Такая перестройка генераторов с автоматической регулировкой выходного напряжения занимает не более 5 минут.

Если регулировочных винтов нет, частоту оборотов генератора можно перестроить у специалистов по генераторам.

После перестройки генератора резонансный фильтр устанавливается-подключается перед газовым котлом отопления, котёл включается и работает, как и от качественной электросети 220 В отсутствие гармоник можно даже контролировать на слух нормальным звуком работы циркуляционного насоса котла.

Возможно изготовление более мощного Резонансного фильтра 50 Гц — 1500 Вт ÷ 5 кВт.

Так как резонансный фильтр выполнен полностью из пассивных компонентов то надёжность его очень высокая (гораздо выше чем у источников бесперебойного питания) он боится только перенапряжений это решается входной защитой и длительных перегрузок это решается не превышением нагрузки заявленной мощности это можно контролировать тем, что выходное напряжение не должно быть меньше входного более чем на 7 В — если в паспорте это не оговорено отдельно в нагрузочной характеристике.

Перед покупкой резонансного фильтра необходимо правильно подключить генератор и обеспечить бесперебойное питание для газового котла.

Резонансный фильтр 50 гц своими руками

Резонансные фильтры

До сих пор мы с вами рассматривали фильтры состоящие либо из конденсаторов, либо из катушек индуктивности, но не из обоих этих компонентов одновременно. Вы уже знаете, что комбинации L и C, как правило, резонируют, и это свойство можно использовать при проектировании полосовых и полосно-заграждающих фильтрующих схем.

Последовательные LC цепи дают минимальный импеданс в резонансе, в то время как параллельные LC цепи дают максимальный импеданс на резонансной частоте. Учитывая это, у нас есть две основных стратегии для проектирования либо полосовых, либо полосно-заграждающих (режекторных) фильтров.

Существуют две основные схемы полосовых резонансных фильтров: последовательная LC схема (пропускающая сигнал) и параллельная LC схема (закорачивающая сигнал). Давайте смоделируем и противопоставим эти две схемы:

Последовательный полосовой резонансный LC фильтр

Последовательные LC компоненты пропускают в нагрузку сигнал на резонансной частоте, и блокируют сигналы других частот.

Последовательный полосовой резонансный фильтр: пик напряжения находится на резонансной частоте 159.15 Гц.

Обратите внимание на пару моментов: в полосе пропускания (в диапазоне частот вблизи пика напряжения нагрузки) этого фильтра практически нет затухания сигнала ( в отличие от полосовых фильтров, изготовленных только из конденсаторов или катушек индуктивности). Кроме того, поскольку данный фильтр работает по принципу последовательного LC резонанса, резонансная частота которого не зависит от сопротивления цепи, величина нагрузочного резистора не искажает пика частоты. Однако, различные значения нагрузочного резистора будут изменять “крутизну” графика Боде (“селективность” фильтра).

Другая схема полосового резонансного фильтра включает в себя колебательный контур (параллельное соединение LC). Она закорачивает сигналы слишком высокой или слишком низкой частоты, и не пропускает их в нагрузку:

Параллельный полосовой резонансный фильтр

На резонансной частоте колебательный контур будет иметь высокий импеданс, позволяющий сигналу проходить на нагрузку с минимальным затуханием. На частоте, выше или ниже резонансной, колебательный контур будет обладать низким импедансом, который будет закорачивать большую часть сигнала через последовательный резистор R1:

Параллельный полосовой резонансный фильтр: пик напряжения находится на резонансной частоте 159.15 Гц.

Аналогично фильтрам верхних и нижних частот, в которых для ослабления нежелательных частот применяются последовательное сопротивление и параллельный “закорачивающий” компонент, данная резонирующая схема не способна доставить полное напряжение источника на нагрузку. При соединении нагрузочного сопротивления с выводами фильтра, на его последовательном сопротивлении всегда будет падать некоторое количество напряжения.

Стоит отметить, что эта схема полосового фильтра очень часто применяется в аналоговых радиоприемниках, она служит для выбора конкретной радиочастоты из множества частот, поступающих от антенны. В большинстве аналоговых радиоприемников вращающийся диск выбора станции приводит в действие переменный конденсатор, расположенный внутри корпуса.

При помощи переменного конденсатора радиоприемник настраивается на одну из вещательных станций

Переменный конденсатор и катушка индуктивности с воздушным сердечником, показанные на фотографии простого приемника, представляют собой основные элементы фильтра, который выделяет сигнал одной радиостанции из множества других.

Последовательные и параллельные резонансные LC контуры можно использовать как для выделения нужной нам частоты из определенного диапазона, так и для блокировки ненужной частоты диапазона, создавая тем самым полосно-заграждающий (режекторный) фильтр. Для реализации вышесказанного существуют две основные стратегии: использование либо последовательного, либо параллельного резонанса. Сначала мы с вами рассмотрим последовательный резонанс:

Последовательный резонансный режекторный фильтр

Когда последовательный LC контур достигнет резонанса, его очень низкий импеданс закоротит сигнал через резистор R1 (предотвращая тем самым прохождение этого сигнала к нагрузке).

Последовательный резонансный режекторный фильтр: Частота режекции (заграждения) = резонансной частоте LC (159,15 Гц).

Далее мы рассмотрим параллельный резонансный режекторный фильтр:

Параллельный резонансный режекторный фильтр

Параллельный LC контур на резонансной частоте обладает очень высоким импедансом, который отсекает сигнал от нагрузки. На всех остальных частотах сигнал свободно проходит к нагрузке.

Параллельный резонансный режекторный фильтр: Частота режекции (заграждения) = резонансной частоте LC (159,15 Гц)

Обратите внимание, что отсутствие последовательного резистора делает затухания “нужных” сигналов минимальными. С дугой стороны, амплитуда сигнала на частоте режекции очень мала. Можно сказать, что это очень “избирательный” фильтр.

Во всех этих конструкциях резонансных фильтров селективность в значительной степени зависит от “чистоты” используемой индуктивности и емкости. При существовании каких-либо паразитных сопротивлений (особенно это касается катушек индуктивности), уменьшается способность фильтра тонко различать частоты, а также возможно возникновение антирезонансных эффектов, которые будут искажать частоту режекции.

Читайте также:
Стружкосборник своими руками

А теперь, небольшое замечание для тех, у кого в данный момент возникли вопросы по проектированию фильтров нижних и верхних частот. После анализа стандартных конструкций RC и LR фильтров нижних и верхних частот, у вас может возникнуть идея, что более эффективные фильтры можно получить путем объединения емкостных и индуктивных элементов друг с другом:

Индуктивно-емкостной фильтр нижних частот

Катушки индуктивности в этой схеме должны блокировать любые высокие частоты, а конденсатор должен высокие частоты закорачивать. Их совместная работа должна пропускать к нагрузке только низкие частоты.

На первый взгляд такая стратегия кажется очень хорошей, она позволяет избавиться от последовательного сопротивления. Однако, проницательный читатель поймет, что что любая комбинация конденсаторов и катушек индуктивности в цепи может вызвать резонансные эффекты, происходящие на определенной частоте. Резонанс, как мы уже видели раньше, может вызывать странные вещи. Давайте проведем SPICE анализ вышеприведенной схемы, и посмотрим, что произойдет в широком диапазоне частот:

Неожиданная реакция L-C фильтра нижних частот.

То, что должно было быть фильтром нижних частот, оказалось полосовым фильтром с пиком в районе 526 Гц! Емкость и индуктивность данной фильтрующей схемы достигают резонанса именно на этой частоте, создавая большое падение напряжения на конденсаторе С1 (это напряжение передается на нагрузку независимо от ослабляющего влияния L2). Выходное напряжение на нагрузке в данный момент фактически превышает входное напряжение (напряжение источника)! Немного поразмыслив можно прийти к выводу, что если L1 и С2 находятся в резонансе, они ложатся тяжелым грузом (благодаря очень низкому импедансу) на источник переменного напряжения. Давайте проведем тот же самый SPICE анализ, только отобразим на графике напряжение С1 – vm(2), ток источника – I(v1) и напряжение на нагрузке – vm(3):

Ток увеличивается при нежелательном резонансе L-C фильтра нижних частот.

Мы видим, что напряжение на С1 и ток источника максимальны на той же частоте, на которой напряжение нагрузки тоже максимально. Наши ожидания, что данный фильтр будет исполнять функцию простого фильтра нижних частот, не оправдались.

Проблема состоит в том, что L-C фильтр имеет входной и выходной импедансы, которые должны быть согласованы. Импеданс источника напряжения должен соответствовать входному импедансу фильтра, а выходной импеданс фильтра должен быть согласован с “Rнагрузки“. Входной и выходной импедансы рассчитываются по следующей формуле:

Подставив значения компонентов из вышерассмотренной схемы в данную формулу, мы можем найти импеданс фильтра, и соответствующие ему Rг и Rнагрузки:

На нижеприведенной схеме мы добавили Rг = 316 Ом к генератору (источнику напряжения), и изменили Rнагрузки с 1000 Ом до 316 Ом. Обратите внимание: если нам нужно управлять нагрузкой 1000 Ом, то отношение L / C придется скорректировать так, чтобы оно соответствовало этому сопротивлению.

Эта схема соответствует L-C фильтру нижних частот

На следующем рисунке показана амплитудно-частотная характеристика L-C фильтра нижних частот, когда импедансы источника и нагрузки соответствуют входным и выходным импедансам фильтра.

Основным недостатком рассмотренного нами L-C фильтра нижних частот является то, что при изменении величины нагрузки фильтра произойдет значительное изменение напряжения. Особенно этот недостаток нежелателен для L-C фильтров источников питания.

Данный недостаток может быть смягчен при помощи дросселя насыщения. Принцип действия дросселя насыщения основан на изменении магнитной проницаемости ферромагнитных материалов при подмагничивании сердечника постоянным током. При насыщении ферромагнитных материалов увеличивается их магнитное сопро­тивление. Это приводит к уменьшению величины магнитного по­тока, создаваемого ампер-витками переменного тока, а следова­тельно, и к уменьшению э. д. с. самоиндукции, наводимой в этих обмотках. Таким образом, индуктивное сопротивление рабочих обмоток дросселя насыщения при увеличении тока подмагничивания уменьшается. Уменьшение тока в обмотке подмагничивания приводит к увеличению индуктивного сопротивления рабо­чих обмоток.

Несмотря на паразитный резонанс, фильтры нижних частот, составленные из конденсаторов и катушек индуктивности, часто используются на выходе AC/DC источников питания. Они отфильтровывают нежелательное переменное напряжение из постоянного. Возникает резонный вопрос, почему именно эти фильтры находят широкое применение в источниках питания?

Ответ заключается в выборе размеров компонентов фильтра и частот, возникающих в AC/DC преобразователе (выпрямителе). Роль фильтра в преобразователе напряжения довольно проста, он отделяет постоянное напряжение от небольшого количества относительно высокочастотного переменного напряжения. Катушки индуктивности и конденсаторы фильтра имеют довольно большие значения (несколько Генри для катушек индуктивности и тысячи мкФ для конденсаторов), что делает резонансную частоту фильтра очень, очень низкой. Постоянное напряжение, конечно-же, имеет нулевую частоту, а значит, оно не может заставить LC-цепь резонировать. Пульсирующее напряжение, с другой стороны, является несинусоидальным переменным напряжением, состоящим из основной частоты (которая по крайней мере в два раза превышает частоту исходного переменного напряжения) и множественных гармоник. Для преобразователей напряжения, работающих от бытовой сети переменного тока частотой 50 Гц, самая низкая частота, которую когда-либо будет видеть фильтр, составит 100 Гц, и эта частота намного больше резонирующей точки фильтра. Таким образом, возникновение паразитного резонанса в таком фильтре полностью исключено.

Следующий SPICE анализ рассчитывает выходное напряжение (переменное и постоянное) для рассмотренного выше фильтра. Грубое приближение смешанной частоты на выходе AC/DC преобразователя обеспечивает последовательное соединение источников постоянного и переменного (120 Гц) напряжения.

Как видно из анализа, на нагрузку приходят все 12 вольт постоянного напряжения и только 34,12 микровольт из 1 вольта переменного напряжения. Таким образом, данная конструкция фильтра очень эффективна для применения в источниках питания.

Все, что мы с вами рассмотрели касаемо фильтров нижних частот (использующих конденсаторы и катушки индуктивности), полностью применимо и к фильтрам верхних частот.

Резонансный фильтр 50 гц своими руками

В быту нередко возникает необходимость питать электроприборы от аккумуляторной батареи через преобразователь постоянного напряжения в переменное. Большинство приборов, рассчитанных на напряжение синусоидальной формы, вполне нормально работает и от генерируемых подобными преобразователями прямоугольных импульсов. К сожалению, к их числу не относятся асинхронные электродвигатели, например, приводящие в действие циркуляционные насосы систем отопления.

Значительная доля гармонических составляющих, которыми богато несинусоидальное напряжение, в подобных двигателях бесполезно превращается в тепло, остальные — нарушают равномерность вращения магнитного поля. Чтобы подавить гармоники, необходим фильтр, схему и методику расчета. Для питания асинхронного электродвигателя от источника напряжения прямоугольной формы наилучшим образом подходит фильтр, схема которого показана на рис . 1.

Читайте также:
Самодельные инструменты и приспособления своими руками

Он передает в нагрузку первую гармонику практически без ослабления, достаточно сильно ослабляя высшие. Эквивалентная схема фильтра, нагруженного на электродвигатель, показана на рис. 2. Двигатель представлен параллельным соединением активного сопротивления Рд и собственной индуктивности Lд. Учтено также R1 — активное сопротивление катушки индуктивности (дросселя) L1. Оба колебательных контура — последовательный L1C1 и параллельный LдС2 — настроены на частоту повторения импульсов входного напряжения.

Рассчитаем элементы фильтра, предназначенного для асинхронного двигателя, на шильдике которого приведены следующие параметры: напряжение U — 220В, частота F — 50 Гц, мощность Р — 75 Вт, cos j — 0,6. Для дальнейших расчетов потребуются также значение круговой частоты w = 2 p F = 6.28 ·50 = 314 сˉ1 и величина sin w = Ц 1 – cosІ w = 0,8.

Активная составляющая потребляемого двигателем тока Ir = P/U = 75/220 = 0,341А, реактивная — U = Ir(sin w /cos w ) = 0, 341·0,8/0,6 = 0,454 А, откуда Rд = U/Ir = 220/0,341 = 645 Ом; XL= U/IL = 220/0,454 = 484 Ом; Lд = XL/ w = 484/314 = 1,51 Гн. Чтобы резонансная частота контура LдС2 равнялась 50 Гц, необходим конденсатор емкостью С2 = 10·6/( w 2 Lд) = 10·6/(3142-1,51) = 6,58мкФ.

Предположим, что в качестве L1 в фильтре установлен дроссель от светильника с лампами дневного света мощностью 80 Вт. На шильдике дросселя можно найти следующие данные: напряжение питания U — 220В, частота F — 50 Гц, номинальный рабочий ток Iк — 0,84 А, cos w — 0,5 (sin w = Ц 1-cosІ w = 0,866).

При резонансе в контуре LдС2 реактивная составляющая тока двигателя скомпенсирована током конденсатора С2. Активная составляющая тока двигателя (0,341 А), протекающая через дроссель, значительно меньше 0,84А, поэтому температурный режим дросселя не вызывает опасений.

Мощность, потребляемая светильником от сети, равна Рсв = UIнcos w = 220 • 0,84 • 0,5 = 92,4 Вт, из которых 80 приходится на его лампу, а остальные 12,4 рассеивает R1 — активное сопротивление дросселя. Активное сопротивление всего светильника Rсв = U/Iн • cos w = 220/(0,84 • 0,5) = 131 Ом распределяется между лампой и дросселем в той же пропорции, что и мощность, поэтому R1 = Rсв(12,4/92,4) = 131·0,134= 17,6 Ом.

Индуктивное сопротивление светильника Хсв = U/Iн • sin w = (220/0,84) • 0,866 = 227 Ом может быть полностью отнесено к дросселю, индуктивность которого L1 = Хсв/ w = 227/314 = 0,723 Гн. Колебательный контур L1C1 будет настроен на частоту 50 Гц, если C1 = 10·6/( w 2 L1) = 10·6/(314І · 0,723) = 14 мкФ.

Учитывая равенство реактивных сопротивлений дросселя L1 и конденсатора C1 при резонансе, подсчитаем амплитуду напряжения на конденсаторе во время работы двигателя: UmC1 ≈ 1,41ХсвIн = 1,41 • 227 • 0,341 = 88 В. Однако в пусковом режиме потребляемый двигателем и протекающий через конденсатор С1 ток многократно возрастает. Пропорционально току растет и напряжение. Поэтому выбирать этот конденсатор следует с допустимым напряжением, превышающим рассчитанное выше в десять и более раз.

Коэффициенты подавления фильтром гармоник входного импульсного напряжения можно подсчитать по формуле, полученной из приведенной в [1]: dn = 1 – L1/Lд(1 – 1/nІ)І, где n — номер гармоники.

При найденных выше значениях L1 и Lд третья гармоника (частота 150 Гц) будет подавлена в 3,4, пятая (250 Гц) — в 11, седьмая (350 Гц) — в 22,5 и девятая (450 Гц) — в 37,8 раза. Гармоники с четными номерами во входном напряжении формы, показанной на рис. 3 (кривая 1), отсутствуют, и рассчитывать коэффициенты их подавления нет смысла.

Амплитуда первой гармоники входного напряжения (кривая 2 на рис. 3) — Um1 = 1,27Um, , где Um — амплитуда импульсов. Коэффициент 1,27 для импульсов другой формы будет иным, его значения можно найти, например, в [2].

Действующее напряжение первой гармоники U1 = 0,707Um1 = 0,9Um, откуда Um = 1,1U1. Напряжение на выходе фильтра меньше на величину падения на активном сопротивлении дросселя, поэтому для работы двигателя в номинальном режиме преобразователь должен генерировать прямоугольные импульсы (“меандр”) амплитудой Um = 1,1 – U1 • Рд/(Рд + R1) = 1,1 • 220 • 645/(645+17,6) = 236 В.

Правильность расчетов проверена компьютерным моделированием разработанного фильтра с помощью программы Electronics Workbench. Полученный на модели график выходного напряжения (см. кривую 3 на рис. 3) из-за присутствия в нем не до конца подавленных высших гармоник отличается от синусоиды и соответствует реально наблюдаемому на экране осциллографа при работе электродвигателя с фильтром.

В изготовленном фильтре в качестве С1 и С2 были применены группы соединенных параллельно для получения нужной емкости конденсаторов КБГ-МН, МБГЧ, МБГП, МБМ на напряжение не менее 1000В (С1) и не менее 400 В (С2). Дроссель от люминесцентного светильника можно заменить любым другим близкой индуктивности, способным выдержать без перегрева потребляемый двигателем ток. Самодельный дроссель мотают на стальном магнитопроводе УШ 16×30. Его обмотка — 870 витков провода ПЭВ-2 0,3.

Практика показала, что фильтр требует настройки, причем его последовательную и параллельную ветви лучше настраивать независимо. Для этого потребуются лампа накаливания 220В, 75 Вт и вольтметр переменного тока. В качестве “источника сигнала”, соблюдая все необходимые меры предосторожности, можно воспользоваться электросетью.

Последовательный контур L1C1 настраивают по схеме, показанной на рис. 4. Лампа EL1 служит эквивалентом нагрузки и одновременно — индикатором настройки. Исходную емкость конденсатора С1 берут немного меньше расчетной. Ее постепенно увеличивают, подключая параллельно основному дополнительные конденсаторы меньшей емкости. Цель — добиться наибольшей яркости свечения лампы или минимальных показаний вольтметра.

Параллельный контур настраивают по схеме, показанной на рис. 5, добиваясь наименьшей яркости свечения лампы или максимальных показаний вольтметра. Во время настройки вал двигателя должен вращаться без механической нагрузки.

Читайте также:
Теплоотдача медной трубы таблица

1. Чаки Ф. и др. Силовая электроника. — М.: Энергоиздат, 1982.

2. Бессонов Л. Теоретические основы электротехники. — М.: Высшая школа, 1973.

Как получить чистую синусоиду из модифицированной. Часть 1

Вступление

Еще не стерлись из памяти события «лихих» 90-х. Помнится МММ, разгул криминала, веерные отключения электроэнергии. На Украине, например, во второй половине 90-х дело доходило до того, что свет в жилых районах выключали на 2 часа через каждые 2 часа. Помнится, наиболее коварным был зимний период темноты между пятью и семью часами вечера. Как раз, когда народ возвращался с работы. Выгружаешься на остановке, автобус уезжает, и ты остаешься в полной темноте. Пытаешься привыкнуть, трешь глаза, давишь на глазные яблоки. Все безрезультатно, вокруг полная темнота. Делать нечего, осторожно ступаешь во мраке, пытаясь нащупать заветный забор, который должен вывести к родной калитке и потихоньку, на ощупь, домой.

Однако в этих мытарствах были и положительные элементы. Например, резко возрос спрос на разные бензо- и дизель-генераторы, а также на электронные преобразователи и бесперебойные источники тока. Последнее обстоятельство позволило людям творческим применить свои профессиональные навыки и даже немного улучшить на этом поприще свое финансовое положение. А там, глядишь, появились различные фирмочки, выпускающие эти самые преобразователи и бесперебойники. Какой-никакой подъем в экономике образовался, дополнительные рабочие места и т. п. Собственно, и Ваш покорный слуга, примерно в те времена, из электроники слабосильной подался в электронику силовую.

Нельзя сказать, что тогда с этой самой электроникой сильно мудрили. Делали, чтобы было просто, надежно и дешево. В принципе, для того чтобы питать одну-две лампочки, больше ничего и не требовалось. Однако по мере развития процесса конкуренция ужесточалась. Народу уже стало из чего выбирать. Особо привередливые начали интересоваться формой напряжения на выходе преобразователей и бесперебойников. На что им очень обтекаемо отвечали, что форма там практически синусоидальная, но лишь слегка модифицированная. Более честные говорили, что там присутствует синусоида, но только квадратная. А уж совсем честные говорили напрямую, что их преобразователи и бесперебойники формируют на выходе прямоугольное напряжение с паузой. Но параметры этого напряжения (амплитудное и действующее значение, а также частота) практически соответствуют аналогичным параметрам однофазного переменного напряжения бытовой электросети. В принципе, такое напряжение вполне подходило для основных бытовых электропотребителей, таких телевизоры, компьютеры, а также накальные и люминесцентные лампы. Те же электропотребители, которые требовали чисто синусоидального напряжения (асинхронные двигатели, например), были в меньшинстве и погоды особой не делали.

Однако такое положение не могло длиться вечно. Количество отключений сокращалось и в какой-то момент они практически вообще прекратились. Однако параллельно на рынке бытовых товаров стали появляться отопительные котлы, оборудованные циркуляционными насосами, приводными задвижками и электронным управлением. Такие котлы требовали высококачественного бесперебойного электропитания. В противном случае, при отключении электричества работа системы отопления полностью нарушалась.

И вот тут возникала некая дилемма. Многие владельцы отопительного чуда уже обладали бесперебойными источниками, мощности которых с лихвой хватало для питания котла. Однако, вот беда, циркуляционные насосы ни в какую не хотели крутиться от «прямоугольной синусоиды». Для чудо-котла надо было приобретать новый чудо-бесперебойный источник, формирующий на выходе чистейшую синусоиду. А куда же теперь девать старый, к которому уже душой прикипели. Нехорошо как-то все это!

Но положение не безвыходное и старый друг нам еще послужит! Для питания асинхронного двигателя от прямоугольного напряжения можно использовать фильтр Отто. Есть множество положительных примеров практического воплощения такого подхода. Однако такой вариант не самый простой и, уж точно, не универсальный. После продолжительной и утомительной настройки фильтр можно будет использовать только с конкретным двигателем. Хотелось бы чего-то более универсального. Таким более универсальным решением будет использование в качестве фильтра феррорезонансного или подобного ему стабилизатора. При этом феррорезонансный стабилизатор, включенный после бесперебойного источника, будет не только исправлять форму его выходного напряжения в периоды отсутствия сети (работа от аккумулятора), но и будет стабилизировать напряжение сети в моменты его присутствия.

Ниже приводится описание и принципиальная электрическая схема феррорезонансного стабилизатора мощностью 1000 Вт. В статье приведены формулы и методика расчета, которая позволит вам пересчитать стабилизатор на другую мощность, если это потребуется.

Феррорезонансный стабилизатор

Феррорезонансные стабилизаторы имеют ряд достоинств, таких как высокая надежность и быстродействие, широкий диапазон входных напряжений, хорошая стабильность выходного напряжения, способность к исправлению формы сильно искаженного входного напряжения. Однако, не смотря на все свои достоинства, эти стабилизаторы имеют и некоторые недостатки, к которым можно отнести относительно низкую удельную мощность и высокий уровень шумов, создаваемых при работе.

Не так давно, в 60-80-х годах прошлого века, феррорезонансные стабилизаторы широко использовались в быту для питания ламповых телевизоров. И старшее поколение читателей, скорей всего, до сих пор помнит тот надрывный гул, которым сопровождалась работа этих аппаратов, которые различались формой и расцветкой, но имели вес 10-15 кг при мощности 250-350 Вт.

Основным источником шумов в феррорезонансном стабилизаторе является насыщающийся дроссель. В работе сердечник этого дросселя постоянно насыщается, что приводит к изменению его линейных размеров. Это явление называется магнитострикционным эффектом. О «шумности» этого эффекта говорит хотя бы тот факт, что он широко используется в гидроакустике для генерации мощных акустических волн. Следовательно, если мы хотим построить тихий стабилизатор, то в первую очередь должны избавиться от насыщающегося дросселя. Однако нельзя просто так выбрасывать неугодные комплектующие из стабилизатора. В этом случае мы рискуем потерять его функциональность. Чтобы этого не произошло, сначала нужно найти достойную замену. И на нашу удачу такая достоянная замена имеется. Еще в 70-х годах прошлого столетия была доказана возможность замены насыщающегося дросселя последовательной цепочкой, состоящей из линейного дросселя и двух встречно-параллельных тиристоров [1]. Такая цепь ведет себя аналогично насыщающемуся дросселю, но в отличие от него имеет меньшие размеры и массу, может оперативно регулироваться за счет управления тиристорами, обеспечивает меньшие потери и, самое главное, гораздо меньше шумит. В технической литературе такая цепочка зачастую называется резонансным тиристорным регулятором (РТР) [2]. При необходимости, два встречно-параллельных тиристора РТР можно с успехом заменить одним симистором.

Читайте также:
Как приклеить ткань к металлу

Работа стабилизатора

Функциональная схема стабилизатора с РТР [2] изображена на Рисунке 1.

Рисунок 1. Функциональная схема стабилизатора с РТР.

Стабилизатор с РТР имеет практически тот же принцип действия, что и феррорезонансный стабилизатор. Выходное напряжение UН поддерживается на требуемом уровне (220 В). Когда напряжение питающей сети UС имеет минимальное значение, симистор VS1 заперт. При этом напряжение UН поднимается до требуемого уровня за счет резонанса в колебательном контуре L1C1. Если же напряжение питающей сети UС имеет максимально допустимое значение, то симистор VS1 постоянно открыт. При этом дроссели L1 и L2 образуют делитель переменного напряжения, уменьшающий сетевое напряжение до требуемого уровня. В феррорезонансном стабилизаторе насыщающийся дроссель также максимально используется при максимальном входном напряжении, и минимально при минимальном. Дроссель L3 совместно с конденсатором С1 образует фильтр третьей гармоники, улучшающий форму выходного напряжения стабилизатора.

Рисунок 2. Осциллограммы основных напряжений и токов стабилизатора с РТР.

Рассмотрим подробнее работу стабилизатора с РТР. На Рисунке 2 изображены осциллограммы основных напряжений и токов стабилизатора с РТР. Выходное напряжение стабилизатора UН выпрямляется при помощи выпрямителя В2. Выпрямленное напряжение UВ2 поступает на фильтр Ф, который выделяет из него среднее, действующее или амплитудное значение, в зависимости от того, какое значение выходного напряжения UН требуется стабилизировать. Далее напряжение с выхода фильтра поступает на сумматор, где сравнивается с опорным напряжением UОП. С выхода сумматора напряжение ошибки поступает на регулятор Рег, который формирует управляющий сигнал, призванный компенсировать отклонение выходного напряжения стабилизатора. Выходное напряжение регулятора UПОР поступает на вход порогового устройства ПУ и определяет его порог срабатывания. На другой вход порогового устройства подается синхронизирующее напряжение UВ1, привязанное к моментам перехода через ноль выходного напряжения UН стабилизатора. На выходе порогового устройства ПУ формируются импульсы управления UУПР, которые усиливаются усилителем мощности УМ и в требуемой полярности поступают на управляющий электрод симистора VS1. Синхронизирующее напряжение создается при помощи интегратора Инт и выпрямителя В1. Благодаря интегратору, импульсы выпрямленного напряжения UВ1 отстают от импульсов UВ2 на 5 мс (фазовый сдвиг –90°).

Импульсы управления UУПР формируются на нарастающем фронте UВ1 между нулевым и амплитудным значением этого напряжения. При увеличении порогового напряжения UПОР импульсы управления максимально сдвигаются к амплитудному значению UВ1 и, соответственно, к нулевому значению UВ2. В этом случае симистор открывается в районе нулевого значения UН и через линейный дроссель L2 протекает незначительный ток IL2, который не оказывает существенного влияния на выходное напряжение стабилизатора. При уменьшении порогового напряжения Uпор импульс управления сдвигается в сторону амплитудного значения UН и через линейный дроссель L2 начинает протекать существенный ток, который шунтирует выход стабилизатора и уменьшает величину его выходного напряжения.

Если выходное напряжение стабилизатора меньше требуемого, то регулятор Рег увеличивает пороговое напряжение UПОР. В результате ток, протекающий через дроссель L2, уменьшается, и выходное напряжение стабилизатора возрастает за счет резонанса в колебательном контуре L1C1. Если выходное напряжение больше требуемого, то регулятор Рег уменьшает пороговое напряжение UПОР. В результате ток, протекающий через дроссель L2, увеличивается и выходное напряжение стабилизатора уменьшается.

Расчет силовой схемы стабилизатора

Рассмотрим практическую методику расчета стабилизатора мощностью 1000 ВА. Такой стабилизатор может использоваться как независимое устройство или совместно с устаревшими источниками бесперебойного питания для получения синусоидальной формы напряжения.

Принципиальная электрическая схема силовых цепей стабилизатора с РТР мощностью SН = 1000 ВА изображена на Рисунке 3. Стабилизатор рассчитан на работу от сети переменного тока 220 В 50 Гц c нагрузкой, имеющей коэффициент мощности cos φН ≥ 0.7, и формирует выходное напряжение UН = 220 В ±1% во всем диапазоне нагрузок при изменении входного напряжения от 150 до 260 В.

Рисунок 3. Принципиальная электрическая схема силовых цепей стабилизатора с РТР мощностью 1000 ВА.

Первым делом необходимо определить емкость резонансного конденсатора. Реактивную мощность резонансного конденсатора для стабилизатора без фильтра третьей гармоники можно найти по формуле:

– угловая частота сетевого напряжения, рад/с.

Зная реактивную мощность резонансного конденсатора, найдем его емкость:

Найдем индуктивность линейного дросселя L1:

Найдем индуктивность линейного дросселя L2:

Найдем индуктивность линейного дросселя L3:

Так как в стабилизаторе для улучшения формы выходного напряжения установлен фильтр третьей гармоники, емкость резонансного конденсатора можно уменьшить:

В качестве C1 можно использовать компенсирующие конденсаторы типа К78-99 или аналогичные, предназначенные для коррекции коэффициента мощности электромагнитных дросселей газоразрядных ламп. Например, можно использовать два включенных параллельно конденсатора К78-99 емкостью 50 мкФ, рассчитанных на напряжение 250 В переменного тока. Для этой же цели можно использовать конденсатор типа МБГВ 100 мкФ на напряжение 1000 В.

Резонансный фильтр 50 гц своими руками

(25-11-2011 15:55) Yuri S писал(а): Итого по-делу от Вас “0”, зато общих фраз-пугалок, хоть дисер. по пустозвонию пиши.

Ученого учить – только портить.
Я умолкаю, пусть все остается как есть, вежливый Вы наш

Вы оставайтесь таким как есть, не меняйтесь.
В жизни напор почти всегда важнее, чем умения и знания.
Так выгоднее, и по характеру Вам подходит — а это не всякому дано.

(25-11-2011 16:50) Eugene. писал(а): Я сказал, то – что я сказал, и если это не правильно, то аргументируйте, пожалуйста.
В выражение добротности контура входит полное активное сопротивление цепи, то есть – и сопротивление нагрузки в том числе. Проще говоря, напряжение на компонентах будет определяться током , текущим через контур.

Я предпочитаю простые объяснения, отражающие физическую суть процесса.

(25-11-2011 17:35) Yuri S писал(а): Ну вот. один выключился.

(25-11-2011 15:55) Yuri S писал(а): Скорее Вы их не знаете, иначе бы написали, что напряжение на реактивностях вырастает в добротность раз. По-скольку это падение напряжения на контуре 25В, то при добротности 40, на дросселе будет 1000, и на конденсаторе будет 1000 (эффективных), но разных по фазе, и разность будет 180 градусов. Амплитудные будут в 1,41 больше. Но это опять же если грузим 200Вт, если меньше , то и значения напряжений меньше. И кто после этого “теоретик”

В Ваших постах присутствует некоторый сумбур. Если речь идет о силовом ФНЧ, то надо еще согласовывать волновые сопротивления и они НИКОГДА не настраиваются на частоту основной гармоники. Теория силовых ФНЧ прекрасно разработана до нас.

(25-11-2011 16:48) Александр Ю. писал(а): Ну, блин, просто заседание академии наук в Лилипутии.

(25-11-2011 18:40) Eugene. писал(а): В Ваших постах присутствует некоторый сумбур. Если речь идет о силовом ФНЧ, то надо еще согласовывать волновые сопротивления и они НИКОГДА не настраиваются на частоту основной гармоники. Теория силовых ФНЧ прекрасно разработана до нас.

(25-11-2011 16:48) Александр Ю. писал(а): Ну, блин, просто заседание академии наук в Лилипутии.

так бы и сказали, шо главный фильтростроитель не в курсе об чем спич

Читайте также:
Токарные работы по дереву своими руками

(25-11-2011 17:35) Yuri S писал(а): Ну вот. один выключился.

Уж не откажите, скиньте в личку Ваши координаты. Может, пообщаемся,
с целью набраться ума — разума. Хочу научиться хамить так, как Вы – напористо и эффектно.
Ведь Вам именно это свойство приносит успех?

(24-11-2011 22:39) orthodox писал(а): Остановитесь уже, теоретики.
Вдруг электронщик какой зайдет, ему смешно будет.
Неловко же.

(25-11-2011 18:01) orthodox писал(а): с целью набраться ума — разума. Хочу научиться хамить так, как Вы – напористо и эффектно.
Ведь Вам именно это свойство приносит успех?

(25-11-2011 20:48) Yuri S писал(а): . Вы думали – я не умею общаться с толпой таких как Вы? А все мои координаты можно в продажных темах найти, или думаете испугаюсь?

(24-11-2011 17:35) koma693 писал(а): Разговаривал по телефону с разработчиком и продавцом,зовут Пётр.Всё написанное на http://www.vsgp.od.ua/so/menurezfiltr.html соответствует.

Например, если генератор выдаёт 230В, а на выходе резонансного фильтра без нагрузки напряжение 255В разница равна 25В, это показывает что частота генератора больше 50Гц. Выходное напряжение резонансного фильтра должно быть 245В. Регулировочным винтом генератора необходимо уменьшить обороты генератора до тех по пока напряжение на выходе резонансного фильтра не станет равным 245В, на всякий случай проверить, что входное напряжение осталось 230В ( работа системы автоматической регулировки напряжения у генератора). Желательно чтобы при перестройке генератор был нагружен средней нагрузкой.
Всё генератор перестроен на основную частоту 50Гц. Такая перестройка генераторов с автоматической регулировкой выходного напряжения занимает не более 5минут.
Если регулировочных винтов нет, частоту оборотов генератора можно перестроить у специалистов по генераторам.
После перестройки генератора резонансный фильтр устанавливается-подключается перед газовым котлом отопления, котёл включается и работает, как и от качественной электросети 220В отсутствие гармоник можно даже контролировать на слух нормальным звуком работы насоса котл

Конечно всему этому соответствует. Это фильтр предназначен для питания котла газового в случае отключения электросети и включении своего бензо генератора. Это не АУДИОФИЛЬСКИЙ фильтр.Обычный резонансный ширпртребовский.

А чем отличается “АУДИОФИЛЬСКИЙ” от этого?

(25-11-2011 22:00) Василич писал(а): Ну посмотрите на внутренности. АУДИОФИЛЬСКЙ монтаж?

Да, вот недавно обсуждали дистрибьютор, там были камушки к днищу приклеены. А тут камушков нету. Некошерно.
PS А может, камушки в заливку дросселя замешаны?

И недавно в соседней ветке про фильтр давали ссылку на еще один фильтр – там медная плита в корпусе, кусок меди лежит. Обыгрывается за 200 с чем-то часов и после улучшает. тут этого тоже нету. Хочу кусок меди.

Привет всей hi-fi компании!
Я разработчик сетевого Резонансного фильтра, мне звонили два человека с этой темы форума, постараюсь прояснить некоторые моменты.
Резонансный фильтр разработан в начале 2009г, для восстановления синусоиды питающего напряжения газовых котлов отопления. В некоторых котлах отопления есть проверка формы и частоты электросети и запрет работы по этому параметру.
До этого единственным способом её восстановления была установка стабилизатора с двойным преобразованием (ИБП on-line), – необходимо было сделать то же самое, только дешевле.
Как восстанавливается форма синусоиды, вы можете посмотреть на ссылке http://www.vsgp.od.ua/so/menurezfiltr.html показания сняты честно. Думаю что если эти сигналы (прямоугольник и выход тиристорного стабилизатора) в чистом виде подать на hi-fi аппаратуру вы её слушать не сможете.

Подавление гармоник резонансным фильтром,
(у вас на форуме ошибка 125Гц – 10дБ, это неверно)
основная частота 50Гц – таблица нагрузочной характеристики.
вторая гармоника 100Гц – не давится,
третья 150Гц – подавление 10дБ (примерно в 3 раза)
пятая 250Гц – подавление 20дБ (примерно в 10 раз)
далее подавление увеличивается, параметры не снимались.

Можно ли резонансный фильтр применить для hi-fi аппаратуры?
– Законы электротехники одни и для котлов отопления и для Аудио аппаратуры.

Цитата: Закон кулона не поставишь вне закона
Ну, разве что через басманный суд —- Т. Шаов – Свободная частица.

Естественно надо учитывать динамику и не перегружать резонансный фильтр. Думаю, что необходимо увеличить его мощность, чтоб уменьшить просадки напряжения при резком увеличении нагрузки…

Постараюсь ещё добавить информации и ответить на вопросы.
И может, кто выложит информацию, по частотным характеристикам аудио фильтров?

С уважением, Пётр.

(25-11-2011 19:04) Yuri S писал(а): Какое волновое сопротивление для 50 Гц Не велика ли волна будет?
Фильтр и LC контур как бы разные вещи, так что – сумбур Ваш.

Стандартный термин, волновое характеристическое сопротивление фильтра – корень квадратный из отношения L/C. Является важным параметром силового фильтра, связывающий его характеристики с полным сопротивлением нагрузки. Точнее говоря, по полной мощности нагрузки вычисляют необходимое волновое сопротивление фильтра.
Проблема в том, что Вы беретесь рассуждать о том, о чем не имеете ни малейшего понятия.
Все.

(25-11-2011 19:04) Yuri S писал(а): Какое волновое сопротивление для 50 Гц Не велика ли волна будет?
Фильтр и LC контур как бы разные вещи, так что – сумбур Ваш.

Стандартный термин, волновое характеристическое сопротивление фильтра – корень квадратный из отношения L/C. Является важным параметром силового фильтра, связывающий его характеристики с полным сопротивлением нагрузки. Точнее говоря, по полной мощности нагрузки вычисляют необходимое волновое сопротивление фильтра.
Проблема в том, что Вы беретесь рассуждать о том, о чем не имеете ни малейшего понятия.
Все.

Читайте также:
Твердость стали для ножей

Резонансные фильтры всегда рассчитываются под конкретную нагрузку – сопротивление нагрузки это главный параметр фильтра! В данном случае слегка нарушено это условие – нагрузка может изменятся в пределах 0-200Вт и это практически не влияет на АЧХ (до 8%).

+ Выборочные ответы на некоторые предыдущие сообщения.

Цитата: чогось то мені нагадало ферорезонсний стабілізатор “Україна” випуску СРСР

Феррорезонансный стабилизатор это серьёзное изделие, несмотря на простоту схемы. Но он сам генерирует гармоники из-за нелинейного дросселя, которые вы будете слышать. В резонансном фильтре все элементы должны быть линейны и не входить в насыщение.

Цитата: идеальный сетевой фильтр должен пропустить 50 Герц, а все остальное обрезать.

К сожалению такого фильтра, под изменяющуюся нагрузку, я не видел – разве, что регенератор (ИБП on-line). (Под постоянную нагрузку есть)

(25-11-2011 23:57) petrycho писал(а): Резонансные фильтры всегда рассчитываются под конкретную нагрузку – сопротивление нагрузки это главный параметр фильтра! В данном случае слегка нарушено это условие – нагрузка может изменятся в пределах 0-200Вт и это практически не влияет на АЧХ (до 8%).

+ Выборочные ответы на некоторые предыдущие сообщения.

Цитата: чогось то мені нагадало ферорезонсний стабілізатор “Україна” випуску СРСР

Феррорезонансный стабилизатор это серьёзное изделие, несмотря на простоту схемы. Но он сам генерирует гармоники из-за нелинейного дросселя, которые вы будете слышать. В резонансном фильтре все элементы должны быть линейны и не входить в насыщение.

Цитата: идеальный сетевой фильтр должен пропустить 50 Герц, а все остальное обрезать.

К сожалению такого фильтра, под изменяющуюся нагрузку, я не видел – разве, что регенератор (ИБП on-line). (Под постоянную нагрузку есть)

Цитата: 1. Чи не моглиб Ви викласти схему з Вашими коментарями.

Цитата: 2. Фільтрування по такому низу не потрібне в аудіо.

Но если есть в сети например, пятая гармоника 250Гц будете вы её слышать? Я думаю что будете!
Кстати это и вопрос к спецам форума?

Цитата: 3. Судячи з Ваших висловлювань фільтр дає велике затухання яке воно буде допустім на 100кГц, і на 1 МГц?

Не мерялось потому, что на этих частотах цена фильтра получается гораздо дешевле! – Все уходят от трансформаторов на 50Гц в высокие частоты, чтоб было дешевле, потому, что уменьшаются габариты.

Цитата: 5. Що буде на виході фільтра при імпульсах з різким фронтом?

Для ответа нужна амплитуда импульса и его длительность. Отклик на прямоугольный импульс выложен на сайте + видно полное подавление иголки на фронтах – иголка около 1кГц с амплитудой более 100 Вольт.

Кстати было бы интересно подать прямоугольный сигнал например с генератора или бесперебойника и протестировать дорогой аудио фильтр.
Прямоугольник это практически все нечётные гармоники в одном флаконе!

до чого я то писав..
1. сам по собі трансформатор з блоком живлення в пристрої є фільтром.
2. високочастотні завади пролазять через міжобмоточну ємність і якраз вони створюють основні проблеми в аудіо.
3. ви промовчали про поле розсіяння вашого пристрою.. одначе з цим теж може бути біда одне лічимо друге калічимо.
4. 5 гармоніку я непочую в аудіо.. вона відфільтрується в бп.

PS я поважаю людей які виготовляють щось своїми руками. одначе приділіть увагу екстереру пристрою. кустарне виробництво напружує дуже сильно.

Цитата: 1. сам по собі трансформатор з блоком живлення в пристрої є фільтром.
2. високочастотні завади пролазять через міжобмоточну ємність і якраз вони створюють основні проблеми в аудіо.

Цитата: на этих частотах цена фильтра получается гораздо дешевле!

ВЧ фильтр, собственного производства (остатки), сертифицирован в 1999г!
Серия ВА №133865, реестр УкрСЕПРО №UA1.033.0009033-99.
Мощность нагрузки до 500Вт, размеры 100*50*45мм, длина шнура питания 0,9м.
Степень подавления помех
10кГц – 10дБ
100кГц – 20дБ
300кГц – 50 дБ
1мГц – 60дБ
10мГц – 50дБ
Цена – в 10 раз дешевле!
Вот поэтому не измерял резонансный фильтр на этих частотах, кстати, и не сертифицировал.

А у вас в Ивано-Франковске есть центр стандартизации, так вот они используют не сертифицированный, кустарный, резонансный фильтр, причём для сертификации – кошмар! Интересно? Дам координаты, зайдите, расспросите и выложите их данные по уменьшению коэффициента сетевых гармоник резонансным фильтром.

Цитата: ви промовчали про поле розсіяння вашого пристрою.

Вже немае чим мiряти.

Цитата: 5 гармоніку я непочую в аудіо.. вона відфільтрується в бп.

Почему не применяете тиристорные плавнорегулируемые стабилизаторы, для аудио аппаратуры?
Если эти гармоники так чудесно фильтруются блоком питания?

Цитата: кустарне виробництво напружує дуже сильно.

Цитата: Растёт сознательность и крепнет рубль
Но лишь мозги они идут на убыль ——Т Шаов. Свободная частица.

Мощный резонансный блок питания на FAN7621. LLC resonant power supply

С развитием полупроводниковых приборов, особенно в области силовой электроники, в нашу жизнь прочно вошли импульсные источники питания. Насколько мне известно, в Европе уже несколько лет полностью запрещено изготовление устройств с питанием от обычного 50Гц силового трансформатора. И в этом есть масса плюсов. Экономия металла, экономия электроэнергии как экологический аспект, выигрыш в массогабаритных показателях.

Импульсные блоки питания непрерывно совершенствуются. Уже нигде не используется ЧИМ, только ШИМ, на невысоких частотах преобразования вовсю используются гибриды IGBT. Совсем недавно появилась, и начала прочно входить в нашу жизнь, технология резонансных преобразователей.

Содержание / Contents

  • 1 Окончательный вариант схемы
  • 2 Файлы

Как то мне принесли на показ источник питания.
По утверждению даташита этого БП – его мощность достигала 500Вт при очень скромных размерах платы- 100х100 мм. А радиаторы силовых ключей вызвали мой истерический смех.
Как? 500Вт на этих радиаторах? Издеваются.
Полез на сайт производителя и прочитал волшебное слово resonant topology.
Ну как я могу пройти мимо и не пощщупать так сказать!
Изучение этой темы вынудило меня обратиться к сайтам разработчиков полупроводников для силовой электроники. И только в одной конторе еще не всех инженеров подвинули маркетологи – Fairchild Semiconductor. У них нашлось пара интересных для меня вещей.

Читайте также:
Ультразвуковая ванна для чистки форсунок своими руками

Контроллер FAN7621 (он единственный из всех в DIP корпусе ) и сборка FSFR2100.
Решил начать с FAN7621.

Для изучения был использован даташит на FAN7621 и application note AN-4151.

Данная конструкция является моей вольной интерпретацией документа по имени AN-4151 от Fairchild Semiconductor — нет, не реклама, даже семплы у них не заказывал! Просто они оказались ближе остальных к людям. Все неточности на моей совести.

Одной из проблем любого ИБП является его КПД. Тепловые и коммутационные потери, потери на обратном восстановлении выпрямительных диодов – вот те немногие факторы, что усложняют жизнь конструторам и разработчикам таких блоков питания.
Одним из вариантом повышения КПД является использования резонансной схемы.
Изначально резонансная схема БП (LC resonant converter ) была предложена для увеличения рабочей частоты преобразователя, снижения коммутационных потерь и уменьшения размеров моточных узлов.
Еще она интересна тем, что форма передаваемого тока в нагрузку близка к синусоиде и ключи в преобразователе работают в режиме “мягкого переключения” (ZVS – zero volage switching ). Как это работает, я до конца не понял и объяснения человеческим языком не нашел, так что пока принцип работы LC resonant converter-а. Это попроще.

Старт происходит на частоте выше 100кГц, потом частота снижается, приближаясь к резонансной, и поддерживается на нужном уровне обратной связью, как в обычном стабилизированном БП.
В общем фишечка интересна, и ее обязательно надо пощупать.

Вообще, вышеуказанный апнот и даташит написан для тупых вроде меня, и достаточно подробно. Что и послужило толчком для повторения.
Поэтому больше расскажу о том, как и что делал.

Для начала надо определиться, что я буду питать.
Появилась идея заменить в одном из моих усилителей БП на жалком гибриде таймера и драйвера – IR2153.
В общем подопытный кролик выбран – начнем!

Нужно получить двухполярное напряжение +/- 30В для умзч, и +24В для защиты АС.
В принципе ничего сложного.
Единственное уточнение – для УМЗЧ стабилизация ИБП не только не обязательна, но и противопоказана. А нам надо управлять резонансной частотой в зависимости от нагрузки.
Поэтому стабилизировать буду шину защиты АС, а питание мощника пусть будет само по себе.
Рисую схему.

Сама по себе FAN7621 обладает всеми видами защит, и по умолчанию в даташите на нее отрисована схема токовой защиты по одной полуволне в первичной обмотке.
Но там же и рассказано, что можно использовать монитроинг по обоим полуволнам тока.
Вот так:

Также пришлось видоизменить под свою концепцию питание контроллера.
В даташите нарисовано питание от какого-то стороннего дежурного БП на 16-20В, я же решил применить самопитание и запуск на проверенной схеме от параметрического стабилизатора.
Минимально напряжение для запуска заявлено 14.5В, защита от перенапряжения – 23В.
Вот в этом коридоре и надо работать.
От 15В мы стартуем, потом самопитание подхватывает и за счет диода D2 отсекает пусковой стаб от контроллера. При повышении до 23В мы радостно отключаемся.
Думаю должно работать.

Ну а теперь самое интересное.
Когда-то давно, мне под разбор попался скоропостижно разбитый маленьким ребенком моего коллеги LCD телевизор. Внутри был вполне себе солидный БП, совмещенный с драйвером подсветки.
И я еще тогда удивился, зачем первичка и вторичка на разных катушках, да еще и разнесены на каркасе? Но тогда я был болен лампами и ИБП на TL494, и кроме удивления такой избыточностью, никакого практического интереса это у меня не вызвало.
Вот же дебил какой я был невнимательный! У меня же в руках был резонансник. Причем живой.
А я яростно выкусывал кусачками перегородку и шлифовал надфилем поверхность катушки.

Вот эту перегородку, как на фото.
И только вот недавно я понял, для чего была эта избыточность.
Как я рассказывал выше, для LLC топологии требуется Lm поместить в трансформатор.
Для этого нужно, чтоб обмотка была не только компактно намотана, но и как можно меньше была подвержена влиянию вторичной обмотки.
Нужно получить не только требуемую индуктивность первички, но и невысокую индуктивность рассеяния.
Схема намотки, а также параметры трансформатора указаны в даташите.
В апноте AN-4151 также дан расчет трансформатора. Там немного другие данные.
Расчет довольно большой, зато расписан пошагово и с примерами.

Самое долгое, ожидание контроллера. Почта работает быстро, поэтому не прошло и полутора месяцев, и вот контроллер установлен.
Первое включение естественно через лампочку!
И тишина.
Оказалось, что стабилитрона на 15В маловато для запуска, на ноге питания при старте всего 13.8В при пороге в 14.5В.
Меняю зенера на 16В – и вот:

Вот эта цепь:
Мы имеем здесь три настраиваемых цепи.
1. Софтстарт.
2. Задание минимальной частоты.
3. Задание максимальной частоты.
Работает оно просто, как табурет. Чем меньше сопротивление между ногой RT и массой, тем выше частота.
Начнем с софт-старта.
Электролит Сss и резистор Rss образуют цепь плавного пуска. В момент подачи питания на контроллер, электролит имеет низкое сопротивление, и резистор Rss подключается параллельно Rmin, который, в свою очередь определяет нижнюю границу частоты контроллера. Общее сопротивление цепи меньше Rmin – частота зависит от общего сопротивления Rss и Rmin. По мере заряда Сss, сопротивление цепи СssRss растет до бесконечности и перестаяет отказывать влияние на общее сопротивление в цепи RT.
В цепи остается только Rmin.
Процесс приближается к резонансу.
Пока на выходе нет напряжения, оптопара полностью закрыта, и резистор Rmax не подключен в цепь RT-масса. Но напряжение растет, пропорционально этому открывается транзистор оптопары, и начинает подключаться резистор Rmax, повышая частоту и удерживая ее значение для требуемого выходного напряжения. Вот таким простым способом реализуется регулировка выходного напряжения.
Так как у меня минимальный порог не достаточен для удержания напряжения в цепи +24В, то нужно мне увеличить сопротивление Rmin.

Читайте также:
Самодельные инструменты и приспособления своими руками

И заодно, так как БП предстоит заряжать “банки” по шинам питания УМЗЧ, софтстарт сделаю более затяжным, увеличив Css до 22мкф.

↑ Окончательный вариант схемы

60В суммарная нагрузка на БП всего 18вт, поэтому был добавлен “водоем” для охлажедния ПЭВ-ок, использованных в качестве нагрузки.
ПЭВ-ки включены гирляндой 10+5+5+5+5+10 Ом.
Осциллограммы для разных нагрузок:
Голубой – затвор нижнего ключа.
Желтый – форма тока в первичке (преобразование на резисторах токовой защиты)
Нагрузка 18Вт. (три лампы 220В*60Вт )

Дальше эксперимент провалился – сработала защита.
От перенапряжения.
На питании контроллера при этом 23.3В – почти порог.
Вода успела нагреться в ведерке градусов до 45.
Также сильно нагрелись диоды выпрямительного моста на шине 30+30В.
Там стоят попарно включенные SF56.
Видимо сюда просятся Шоттки.
По осциллограммам видно, что БП пытается подтянуть “падающую” под нагрузкой напругу, снижая частоту. При этом также растет вторичная напруга на питании контроллера.
Напруга 30+30 проседает, от минимума до максимума – 3в.
С небольшой нагрузкой – 63.2В, при 127Вт – 60.2В.
Получается просадка 1.5В на плечо – довольно неплохо.
Я думал будет хуже.

В общем, решил я продолжить эксперимент. Снизил напряжение на шине, которая мониторится, +24В. У меня стояло 24.5В сделал 23В. При этом напряжении реле на 24В уверенно защелкнулись, но напряжение на шине самопитания не вышло за пределы допустимого.
Заодно случайно потестил защиту от КЗ ( она же токовая перегрузка ).
Дело в том, что провода к нагрузочной лампочке у меня просто припаяны, что видно на фото.
А рядом лежали ножницы. Я начал тянуть к себе щуп прибора – лампочка подвинулась цоколем к ножницам – щелчок и тишина.
БП четко отключился. Защита у него триггерная, поэтому пока не снимется питание контроллера, точнее на упадет ниже 11В, он снова не запускается.
Подождал разрядки кондера в первичке и перезапуск.
Перезапуск прошел успешно,
Нагрузил на 25 Ом и кратковременно на 20 Ом. Все стартует и работает.
Ждал срабатывания токовой, напряжение на ноге CS растет, но до уровня начала ограничения в -0.6В пока не дотягивает. Я больше переживаю за выпрямитель – он сильно начинает греться. Надо срочно найти Шоттки, Вольт , эдак, на 100.

Зато правду говорят. Резонансник хорошо работает под нагрузкой. Если без нагрузки от транса слышен какой-то шорох, и слегка нагреваются силовые ключи, то под нагрузкой наступает полная идиллия – радиаторы комнатной температуры, транс не шуршит.
Правда я его пока не пропитал ничем – может и не будет шуршать после пропитки.

Что-то надо делать с выпрямителем. Есть два варианта переделки – увеличить кол-во диодов или все же поставить Шоттки. Второй вариант победил.

Пульсации с частотой преобразования, поэтому то, что кажет прибор в нижнем углу – от фонаря.
Немного на размах и форму влияет расположение щупов относительно БП и друг-друга, так что результат приблизительный. “Иголки” похоже от коммутации диодов, надо подумать о снабберах.

Наверняка у читателей возникнут вопросы.
Где киловатт? Даешь сварочник! Почему не пытал на нагрузке выше 150Вт?
Но я же еще только учусь! (с)
К тому же мне не требуется мощность в нагрузке выше 60Вт, и то при этом стекут на пол радиаторы УМЗЧ, а соседи закидают меня помидорами. Так что реально оно будет работать на 10-15Вт на канал, и то по праздникам.
Резисторы токовой защиты уже установлены на ограничение тока в 2.5А по силовым ключам, и подбирать другой номинал пока не вижу необходимости.

Ради интереса привожу осциллограммы старта:

Голубой – затвор нижнего ключа.
Желтый – питание контроллера.

Ну, а теперь собственно то, для чего делалась плата и БП.

Сразу вылез косяк. БП отказался стартовать на банки по 10000мкФ+2200мкФ в каждом плече каждого канала. Суммарно по 24400 мкФ в плечо. Просто срабатывает токовая.
Пришлось еще сильнее “затянуть” по времени софт-старт.
Теперь конденсатор Css=47мкФ. Но на глаз это не заметно.

В динамиках звенящая тишина. На холостом ходу сильнее греются силовые ключи, трансформатор, и конденсатор резонансного контура. Все около 40 градусов.
Шоттки ледяные. Ну вполне логично, КПД резонансника выше при номинальной мощности, о чем прямо сказано в апноте.

Что понравилось в общем.
1. Интересно. Познавательно.
2. Работа защит контроллера безупречна. Спалить силовые ключи вряд ли удастся. Разве что специально гвоздей насыпать на плату.
3. Хорошо разжеванная документация.
4. Хороший КПД для резонансной топологии.

Из минусов.
1. Без приборов, на глаз – ничего не получится.
2. Намотка многожильным проводом.
3. Транс должен быть секционирован. (хотя можно самому секционировать, но я заказал готовый)

Но я думаю у многих есть LC-метр и осциллогаф? Да, осцилл должен быть развязан от БП гальванически – иначе бабах обеспечен.
Я например применил ТС-180 , включенный с Ктр = 1. Там как раз все обмотки впослед и получим 220-230В.

В планах попробовать FSFR2100 – оно уже в дороге. Попробовать ради интереса резонансник для ламп – чисто экспериментально.

↑ Файлы

Платы и схемы: 🎁resonant_st.zip 174.44 Kb ⇣ 274
Аппноут AN-4151: 🎁AN-4151.pdf 1.05 Mb ⇣ 248
Даташит FAN7621: 🎁FAN7621.pdf 630.6 Kb ⇣ 231

С уважением, Алексей.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
gmnu-nazarovo.ru
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: