Зачем необходимо согласование выходного сопротивления генератора с нагрузкой как оно выполняется
Обновлено: 30.06.2024
Вопрос сути согласования, от чего оно зависит и зачем вообще нужно, был рассмотрен ранее, в статье "Согласование и скорость радиосигнала наглядно - исследуем линии передачи.", поэтому вполне логично затронуть эту тему с более практической точки зрения, и посмотреть, как эти вопросы решаются на практике.
Согласование подразумевает достижение максимальной передачи энергии от одного элемента (каскада, источника) к другому (каскаду, нагрузке, линии), и на практике чаще всего этот вопрос затрагивает именно антенны/излучатели. Согласование входов усилителей в большинстве своём обеспечено производителем, если используются готовые микросхемы вроде серии ERA от MiniCircuit (и их аналоги), в случае же самодельных усилителей сопротивление вполне поддаётся расчёту. То же самое касается линий передачи.
Антенны, с другой стороны, ведут себя иначе. Параметры антенны сильно зависят от окружения, а когда речь идёт о компактных системах, работающих на частотах ниже 100 МГц, построение полноразмерных антенн, с уже известными параметрами, затруднено. Использование магнитных, укороченных, нагруженных, и других "экзотических" антенн вносит много переменных в расчёты, которые не всегда известны, а потому требуется подстройка.
Для согласования потребуются два основных элемента - непосредственно элемент подстройки и индикатор достижения согласования.
Подстройка.
Изменение геометрии и размеров антенн при их работе - задача сама по себе довольно сомнительная, поэтому на практике как правило используют два метода - изменение сосредоточенных реактивных параметров и согласующий трансформатор.
Для укороченных антенн чаще всего применяют удлиняющую катушку L1, расположенную в максимуме тока, в случае антенн, значительно короче длины волны - у основания антенны. Такой подход по сути рассматривает антенну как колебательный контур, настраивая внешней цепью в резонанс всю антенну, включая распределённые по антенне ёмкость и индуктивность.
Второй метод более универсален - трансформатор преобразует сопротивление в n^2 раз. Иными словами, если антенна имеет собственное сопротивление на рабочей частоте 15 Ом, а трансформатор снижает напряжение в 2 раза (отношением витков или площадей одного витка), то вся цепь трансформатор+антенна будет иметь входное сопротивление 15*2^2=60 Ом. Настройка производится либо переключением частей обмоток, либо изменением связи между петлёй магнитной антенны и петлёй связи передатчика (которые играют роль витков "трансформатора").
Индикация.
Как бы мы не настраивали антенну, смысла в этом не много, если мы не знаем, до какого состояния настраивать.
Естественно, на этот случай есть специальные приборы, измеряющие КСВ на заданной частоте - анализаторы S-параметров, антенные анализаторы, или VNA (Vector Network Analyzer). Однако их покупка не всегда рентабельна, а сами приборы не всегда доступны.
Самый простой способ - это настройка по максимуму тока, если мощность позволяет его зарегистрировать. В этом случае используется обыкновенная лампа накаливания, или ВЧ-детектор, и настройка производится по максимуму свечения/показаний:
Располагаются они так же, как и удлиняющая катушка - в максимуме тока, переключатель S1 необходим для исключения лампы из цепи после настройки, детектор же позволяет наблюдать мощность в антенне непосредственно при передаче. Связь детектора с катушкой как правило происходит через трансформатор, роль первичной катушки которого может играть как просто проводник антенны, играя роль одного витка, так и удлиняющая катушка.
Эти методы просты в исполнении, но имею свои ограничения. Они позволяют найти максимум передачи, но не дают информации о волновом сопротивлении, а потому больше ни для чего не годятся.
Второй метод, несколько сложнее, основан на мосте Уинстона, который используется для измерения методом разбалансировки моста:
Тут возможно два исполнения. Слева представлен вариант с детектором в диагонали моста, справа - с вариантом, при котором сигнал разбалансировки идёт напрямую на выход (Out) для измерения внешним детектором или анализатором.
В первом варианте присутствует ёмкость С1, которая компенсирует ёмкость гнезда DUT (Device Under Test) для измеряемого устройства. Во втором для получения несимметричного выхода, который можно подключить к анализатору (Out), используется катушка Coil, выполненная из коаксиального кабеля, целиком продетого в ферритовое кольцо, с заземлённом на одном конце экраном. Это создаёт индуктивность, подключённую к гнезду DUT1, которая компенсируется индуктивностью L1. В отличии от предыдущего решения, при согласовании ( в данном варианте с линией 50 Ом, для других сопротивлений системы соответственно меняются сопротивления моста ) наблюдается не максимум, а минимум амплитуды сигнала на выходе.
Этот вариант годится для исследования практически любой нагрузки, но имеет недостаток - он не годится для контроля в ходе работы. В идеале для исследования и контроля согласования с нагрузками при работе можно применять направленные ответвители, измеряя отражённую волну.
К сожалению, эти устройства весьма громоздки для относительно низких частот, так как их габариты связаны с длиной волны. Однако при использовании квадратурных ответвителей важны не размеры, а сдвиг фазы волны, что можно решить использованием LC-цепочек с концентрированными параметрами.
Если заменить линии на LC-T-цепи, с аналогичными параметрами, даже на низких частотах можно получить компактное устройство.
Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.
Последние посетители 0 пользователей онлайн
Объявления
Ну не обязательно. Можно использовать выход на наушники или сделать резистивный делитель. Не понятна конечная задача.
@Амирр Наверное включить в авто правильно, ведь по вашему а это пока не делать. Не понятно, что вы соединяете все входа, или как?
С наступившим Новым Годом всех. В ламповой технике я в некотором смысле "ученик" Василича. Повторил схемы, которые он рекомендовал. Уточню - РЕКОМЕНДОВАЛ. Не он их придумал, он только рекомендовал их к самостоятельному конструированию, как довольно простые и довольно качественные при работе с точки зрения качества звука. Не буду нахваливать Василича. Не зачто. в начале прошлого лета он в очередной раз изгнал меня из своего форума. Но я поддерживаю его в плане использования в конструировании простых и доступных схем. В этом смысле они оптимальны по простоте, и оптимальны по качеству звучания. Любое "извращение" при добавлении в схемы чего либо не приводит к улучшению параметров усилителей. А только к усложнению схемы. А в сети гуляет много схем, по своей сути те же схемы, что предлагает и Василич. Но. то цепочка из параллельно пол десятка конденсаторов пририсована, то несколько резисторов тоже параллельно. То нарисуют схему "зеркально" . вверх ногами например. или вот такую, как выше "звезду". И что самое главное - выдают эти схемы за свое изобретение. Гуляет же по сети понятие -"усилитель по схеме Манакова" например. Или похожее. Просто лень искать, но таких примеров при желании можно найти десятки, если не сотни. Вот против этого я и "протестую". Ведь по сути, большинство схем это "художественная" реализация вот этого, например Просто и "со вкусом". понятно и без извращений. А уже вопрос реализации при монтаже - это уже другая тема. И тут можно при желании просто изучить некоторые правила монтажа. А лучше всего попробовать на практике несколько вариантов. Схема не такая сложная, и спаять такое на макетке в нескольких вариантах совершенно не трудная задача. Чтобы не быть голословным, приведу одну схему. то же самое в принципе, но со своими "добавками". Я слабо разбираюсь в теории, но скажите - вот эта схема заиграет лучше той, что я показал выше? Для чего параллелить две лампы в предваре? Когда второй триод разумнее использовать во втором канале. А какую функцию выполняет С1? Это улучшает звучание усилителя? Добавлю только, что такое я собирал. улучшения звучания не увидел. Подпайка С1 или исключение его из схемы для усилителя происходит незаметно. Впрочем как и отключение второго триода из схемы. Естественно, при этом приходится подобрать резистор в катоде, но то уже другая "тема".
Это что-то у человека по работе, должно быть предельно надёжно всё. П2К даёт минимум дребезга. А дребезг, он очень высокочастотный может быть, включает в работу коллекторную ёмкость транзистора, да ещё и в режиме схожем с уходом в насыщение.
Что за устройство ? Ноутбук или видеокарта ? Рядом стоит дроссель, они одинаковы. Просто от "перегрева они не горят, во всяком случае ооооочень редко, исчезающе редко. Причина сгорания КЗ, что питает эта цепь ? Купить дроссель можно тут
т.е. эти моторы такие же как Nema? ну тогда все становится на свои места. Я то перерыл весь инет в поисках этих моторов, ничего не нашел кроме двух объявлений о продаже в Челябинске и сейчас уже думал их пробовать подключать методом научного тыка. Спасибо за подсказку
Линия питания, показанная на рис. 2.31, соединяющая генератор с нагрузкой, служит для передачи возможно большей части мощности генератора Р г к приемнику, т. е. к нагрузке этой линии. Мощность, принятую нагрузкой, обозначим через Р 2 .
Значение мощности Р 2 зависит от ряда факторов, к рассмотрению которых мы и переходим.
1. В случае, когда Z 1= Z 0= Z 2 и в линии отсутствуют потери, мощность, выделяемая в нагрузке, P 2= P 1= P 0 .
2. В линии с потерями мощность Р 2 , выделяемая в нагрузке меньше мощности P 1 , поступающей на вход линии, на величину мощности потерь Р п в этой линии, т. е Р 2 =Р 1— Р п .
3. В случае, когда выходное сопротивление генератора Z г не согласовано с входным сопротивлением линии Z 1 =U 1 /I 1 генератор отдает в линию только часть своей мощности Р г . Рассогласование сопротивлений может быть обусловлено неравенством активных сопротивлений R г не равно R 1 либо реактивных Х г ≠ - X 1 , а также обеими этими причинами, т. е. R г + iX г ≠ R 1 - iX 1 . Следствием этих причин является выделение мощности генератора на выходных элементах его схемы, т. е. на аноде выходной лампы и т. п. Как правило, равенство R г = R 1 выполняется путем трансформации выходного сопротивления генератора, осуществляемой в его выходном контуре. Для того чтобы выполнить условие Х г = -X 1 достаточно произвести расстройку выходного контура генератора относительно резонансной частоты, что, правда, несколько изменяет значение выходного сопротивления R г . Обычно передатчик имеет ограниченный диапазон изменения Z г . Для обычных схем передатчиков можно указать следующие пределы изменения его выходного сопротивления: $30\leqslant\leqslant\;Ом$, $-300\leqslant\leqslant\;Ом. Если входное сопротивление генератора Z г значительно отличается от входного сопротивления линии, то дополнительно применяют специальные устройства согласования. Эти устройства будут подробно рассмотрены позднее (см. § 3.4). Здесь отметим, что такие устройства обеспечивают широкополосное согласование, однако при этом вносят дополнительные потери примерно 0,5 . 2 дБ. Поэтому, если мы хотим избежать дополнительных потерь, следует выбирать входное сопротивление линии Z 1 так, чтобы его значение лежало в пределах изменения выходного сопротивления генератора.
4. При рассогласовании входного сопротивления нагрузки Z 2 с волновым сопротивлением линии Z 0 в последней возникает помимо падающей волны U пад и отраженная волна U отр . Обе эти волны образуют в линии питания стоячую волну (см. рис. 2.41). В этой ситуации мощность Р 2 , передаваемая в нагрузку, будет определяться равенством Р 2= Р пад— Р отр , где Р пад и Р отр — мощности падающей и отраженной волны соответственно.
Отраженная волна, возвращаясь к передатчику, уменьшает уровень мощности Pг до величины Р 1= Р г— Р отр . Отметим, что в линии без потерь Р 2 = Р 1 . Это равенство не зависит от степени согласования (или рассогласования) линии питания. Тогда если Z г ≠ Z 1 , то вновь возникает отражение. Если же Z г = Z 1 , то вся мощность генератора P г попадает в нагрузку, независимо от значения коэффициента стоячей волны. Вспомним, что входное сопротивление линии зависит от длины линии l , ее волнового сопротивления Z 0 и сопротивления нагрузки Z 2 . Его значение определяется по формуле (2.84). И, наконец, еще раз подчеркнем, что мощность отраженной волны Ро тр не является мощностью потерь как иногда об этом пишут в книгах для радиолюбителей.
5. В линиях с потерями как падающая волна мощности Рг, так и отраженная волна мощности Ротр при распространении вдоль линии претерпевают затухание (см. рис. 2.41б). Если хотят при использовании такой линии, имеющей кроме того рассогласование, т. е. Z 2 ≠ Z 0 , получить в нагрузке (например, в антенне) прежний уровень мощности, то необходимо увеличить уровень Pг на величину ΔРг=Рзат+Ррас, где Р зат — потери мощности на затухание, Р рас — потери мощности из-за рассогласования.
Дополнительные потери в линии зависят как от потерь линии на затухание, так и от значения коэффициента стоячей волны K стU в линии. При малых значениях $K_\leqslant$ дополнительные потери весьма малы и лишь только при $K_\geqslant$ они могут достичь уровня собственных потерь линии на затухание. Отсюда следует, что на практике в диапазоне КВ, где собственные потери линии незначительны (A K стU , которые получили название резонансных.
6. Дополнительные потери в линию питания вносят отдельные элементы, служащие для улучшения согласования. Целесообразность их применения решают исходя из сравнения вносимых ими потерь на затухание и дополнительных потерь из-за рассогласования (при отсутствии элементов настройки линии).
Индукционная термообработка является сложным процессом, на который влияет большое количество факторов. Основными компонентами системы индукционного нагрева являются индуктор, источник питания, станция согласования и, собственно, нагреваемая заготовка. Наиболее важным аспектом процесса индукционной термообработки, который чаще всего рассматривается на начальной стадии проектирования, является способность сообщить заготовке максимально возможную мощность от заданного источника с минимальными потерями.
Четыре шага к пониманию согласования нагрузки с источником питания.
Шаг 1
Наиболее распространенный пример согласования источника питания с нагрузкой может быть пояснен на примере обычной осветительной цепи для случая, когда лампа с номинальным напряжением в 6 В должна быть запитана от 120-вольтовой цепи (рис. 1). Возникает необходимость определенного типа согласующего устройства, предотвращающего выход из строя лампочки от напряжения 120 В. Это обычно достигается при включении трансформатора между лампочкой и сетью.
Рис. 1. Подстройка нагрузки — согласование полного сопротивления
Индукционный нагреватель содержит не только резистивный элемент, но и определенную индуктивность. Как элемент электрической цепи, любой индуктор может быть представлен как комбинация активного сопротивления и реактивного сопротивления (индуктивности). И активное, и реактивное сопротивление индуктора являются нелинейной функцией нескольких параметров, таких как геометрия индуктора, свойства материалов и частоты. Электрическое сопротивление и магнитная проницаемость металла являются нелинейными функциями температуры. Следовательно, в ферромагнитных материалах изменение электрического сопротивления и магнитной проницаемости происходит во время цикла нагрева. Кроме того, современные процессы обработки металлов требуют нагрева заготовок различных размеров в одном и том же индукторе. Значит, комбинация различных типов деталей и изменения свойств материала при изменении активного и реактивного сопротивления индуктора воздействует на настройку и характеристики источника питания.
Вообще говоря, изменение активного и реактивного сопротивлений индуктора приводит к изменению сдвига фаз между напряжением и током индуктора. Такое изменение может характеризоваться коэффициентом мощности индуктора cos φ, где φ — угол, характеризующий сдвиг фаз между током и напряжением. Коэффициент мощности для разных типов индукторов различным образом определяется вышеперечисленными факторами. В то же время, для различных частот, коэффициент мощности может существенно отличаться (от cos φ = 0,05 до cos φ = 0,6). Наряду с коэффициентом мощности, среди специалистов, для характеристик нагрузочного контура широко используется коэффициент добротности Q. Он определяется как отношение индуктивного сопротивления к активному сопротивлению индуктора.
Кроме этого, процесс нагрева обычно требует применения частоты, которая отличается от частоты питающей сети. В зависимости от условий нагрева обычно применяются частоты из диапазона от 200 Гц до 400 кГц. Это требует применения устройств, изменяющих частоту (полупроводниковых преобразователей частоты). Так как для успешной термообработки детали требуются достаточно высокие значения токов, необходимо применение мощного источника питания, обеспечивающего данную величину тока или применение простых резонансных цепей для минимизации токов или напряжений, которые обеспечивает источник питания [2, 3]. Проиллюстрируем это утверждение на простом примере.
Пример
Дан индуктор, который требует для нормальной работы мощность 100 кВт при напряжении 40 В и токе 10 000 А на частоте 10 кГц, и источник питания, который обеспечивает мощность 100 кВт, напряжение 440 В и ток 350 А. Совместимы ли два эти устройства?
При использовании разделительного трансформатора можно выбрать коэффициент трансформации 440/40 или 11:1 для согласования работы индуктора и источника. Это приведет к тому, что потребляемый от источника ток будет равен 10 000/11 или 909 А, что превосходит токовые возможности источника питания.
При подключении специального конденсатора определенной емкости к индуктору возможно снижение тока, потребляемого от источника при обеспечении успешного нагрева. Подключение емкости достаточной величины приводит к изменению коэффициента мощности (cos φ = 1), что позволяет снизить потребляемый от источника ток до величины, равной 100 кВт/440 В или 227 А, что вполне укладывается в ограничение по току для рассматриваемого типа источника питания. Это не только снижает требования к источнику питания, но и позволяет уменьшить сечение присоединительных кабелей, контакторов и трансформаторов за счет повышения коэффициента мощности.
Как показано в [1], существуют два основных типа резонансных преобразователей частоты, использующих параллельный и последовательный резонансный контур. На рис. 2 показаны характеристики последовательной и параллельной резонансных цепей. В параллельной цепи, если конденсатор отсутствует, то заданное напряжение, прикладываемое к цепи при фиксированной частоте, обеспечит выделение определенной мощности, зависящей от полного сопротивления цепи. При включении в цепь конденсатора, емкость которого обеспечивает околорезонансные режимы, полное сопротивление цепи существенно возрастает, а ток, потребляемый от источника питания, существенно падает. Напряжение цепи требует не только достижения той же мощности, что и при рассмотрении нагрузки без конденсатора, но и большего тока, протекающего через конденсатор от источника питания.
Рис. 2. Резонанс в последовательных и параллельных цепях
В параллельно подключенной нагрузочной цепи в контуре имеет место увеличение тока в Q раз по отношению к току источника питания (рис. 3). Аналогичный случай справедлив для последовательного контура. При расчете изменения полного сопротивления цепи ее ток может быть больше при заданном входном напряжении, когда цепь работает в околорезонансном режиме, в то время как полное сопротивление стремится к нулю. Ток нагрузки, требуемый для получения заданной мощности, является одним и тем же для заданной нагрузочной цепи, безотносительно к тому, является ли эта цепь последовательной или параллельной. Однако из-за того, что результирующее сопротивление падает, а требуемый ток является фиксированным, прикладываемое напряжение приблизительно в Q раз ниже, чем напряжение, прикладываемое непосредственно к катушке. Следовательно, происходит увеличение тока в Q раз в параллельном контуре и увеличение напряжения в Q раз в последовательном контуре (рис. 3). Это следует обязательно учитывать при выборе типа нагрузочной цепи, для того чтобы правильно оценивать явления, вызывающие изменение режимов работы источника питания и элементов нагревательного поста.
Рис. 3. Последовательный и параллельный контуры
Шаг 2
При рассмотрении зависимости выходной мощности для заданной цепи нагрузки от рабочей частоты контура (рис. 4), в случае постепенного подхода к резонансной частоте из области низких частот происходит увеличение выходной мощности. На частотах выше резонансной будет наблюдаться монотонное уменьшение выходной мощности. Эта характеристика часто используется для настройки требуемого режима источника питания. Целью подстройки нагрузочного поста является получение требуемой мощности, выделяемой в нагреваемой заготовке без превышения какого-либо из паспортных параметров источника питания [1, 4].
Рис. 4. Резонансная нагрузка
Полезный способ настройки нагрузочного поста сводится к тому, что вначале определяются выходные параметры источника питания, в соответствии с которыми осуществляется настройка нагрузочного поста. Затем проводится оценка требуемого напряжения на индукторе для получения желаемой выходной мощности. Это может быть сделано с помощью заранее известных данных или общих эмпирических правил экстраполяции. После этого выбирается коэффициент трансформации развязывающего трансформатора для получения согласования по напряжению. Следующий шаг заключается в определении параметров индуктора, при этом используется анализатор частоты нагрузки или генератор сигналов для определения резонансной частоты нагрузочного контура [4]. На рис. 5 показан анализатор частоты нагрузки, который является полупроводниковым переносным прибором, он быстро определяет резонансную частоту нагрузочного контура без нагрева рабочего тела. Такой анализатор исключает существенные потери времени и предотвращает отбраковку заготовок при настройке. Анализатор исключает эти недостатки, при этом легко и точно определяется резонансная частота любой установки для индукционного нагрева или индукционной обработки.
Рис. 5. Анализатор частоты нагрузки
После определения резонансной частоты необходимо добавить или убавить емкость для согласования частоты нагрузочного контура с номинальной частотой источника питания.
Это может быть выгодно при изменении параметров элементов нагрузочного поста. Индуктор может варьироваться по размерам и форме в зависимости от характеристик нагреваемой заготовки. Эффект изменения при использовании простого цилиндрического индуктора и заготовки демонстрируется на рис. 6. Значение добротности цепи непосредственно определяется в зависимости от соотношения внутреннего диаметра индуктора и внешнего диаметра заготовки и является причиной необходимости увеличения реактивной мощности для сохранения индуктивного косинуса цепи. Чем больше зазор между заготовкой и индуктором, тем большее значение величины компенсирующей емкости требуется.
Рис. 6. Определение параметра Q
Параметры согласующего трансформатора нагрузочного поста также могут изменяться путем подключения различных отпаек для изменения коэффициента трансформации. Это приводит к существенным изменениям индуктивности цепи, отнесенной к первичной обмотке и, как следствие, емкости конденсаторов, требуемой для согласования.
Величина емкости, подключенной к нагрузке, тоже может быть изменена. Увеличение этой емкости приводит к снижению резонансной частоты, а уменьшение — к повышению. Иногда случаются ошибки при считывании фактической емкости конденсатора из-за того, что на бирке обозначены мощность конденсатора в КВАРах и емкость в микрофарадах. Следующая формула позволяет вычислить мощность конденсатора в КВАРах:
которая, очевидно, является функцией частоты F (в герцах), емкости C (в микрофарадах) и напряжения V. Для данного конденсатора величина КВАР приводится на бирке как частота и напряжение. Если конденсатор используется на других напряжениях или частотах, фактически требуемая для согласования емкость должна подбираться в соответствии с вышеприведенной формулой таким образом, чтобы величина КВАР сохранялась.
Какое реальное преимущество дает параметр КВАР? Он может реально облегчить расчеты, когда между индуктором и емкостью стоит трансформатор. Как показано на рис. 7, где добротность нагрузки Q = 8, требуемое значение нагрузочного или компенсирующего конденсатора приблизительно равно величине добротности Q, помноженной на мощность преобразователя в киловаттах. При мощности 150 кВт потребуется устанавливать компенсирующие конденсаторы мощностью 1200 КВАР при условии их работы на номинальной частоте и напряжении. Эта величина емкости в КВАРах должна сохраняться безотносительно к тому, каким образом емкость подключается к нагрузочному контуру. Если КВАРы были подобраны, то величина индуктивности индуктора должна быть рассчитана заново в зависимости от способа подключения трансформатора, а после этого повторно должна быть определена и величина емкости.
Рис. 7. Особенности компенсации реактивной мощности в зависимости от различных способов включения автотрансформатора (150 кВт, Q = 8)
Одно из распространенных заблуждений сводится к тому, что большинство пользователей полагают, что величина КВАРов конденсатора является постоянной. Это неверно, так как это значение меняется при изменении рабочей частоты и/или напряжения. Поэтому необходимо определять КВАРы на рабочем напряжении и выбирать конденсаторы таким образом, чтобы они обеспечивали требуемую суммарную величину КВАР на желаемом напряжении и рабочей частоте. Например, исходя из приведенного выше примера, если цепь требует подключения 1200 КВАР при напряжении 600 В и 10 кГц, то наиболее подходящий стандартный конденсатор, который можно будет использовать, будет на 2133 КВАРа, 800 В и 10 кГц.
Производители в течение многих лет выпускали конденсаторы на стандартные напряжения 220, 400, 440 и 800 В, для того чтобы уменьшить номенклатуру выпускаемых конденсаторов и согласовать их рабочее напряжение с выходными напряжениями машинных генераторов.
Другой компонент, который может изменяться в процессе согласования, — автотрансформатор. На практике изменение отпаек трансформатора будет влиять на выходное напряжение и не влиять на рабочую частоту. Это утверждение справедливо, потому что в некоторых случаях при использовании полупроводниковых источников питания индуктивность рассеяния автотрансформатора может быть значительной. Необходимо проявлять осторожность при выборе расположения автотрансформатора, так как он может существенно увеличить требуемое количество киловатт-ампер трансформатора.
Шаг 3
Исторически для машинных генераторов настройка сводилась к попыткам добавления необходимого количества конденсаторов, для того чтобы получить коэффициент мощности cos φ = 1 или нулевой сдвиг фаз по приборам на панели управления. При использовании полупроводниковых источников питания зачастую работа осуществляется на мощности, меньшей, чем номинальная, и любая индуктивность, добавленная в соединительные провода, приводит к изменению коэффициента мощности. Часто реактивные элементы, расположенные в источнике питания, должны рассматриваться как часть настраиваемой цепи. При детализации рассмотрения необходимо отметить, что любой тип источника питания имеет допуски на параметры, изменение которых нежелательно, так как может привести к ограничению мощности, передаваемой в заготовку. Перед покупкой источника питания рекомендуется проконсультироваться с производителем, имеются ли в наличии дополнительные конденсаторы. Многие пользователи, приобретя источник питания мощностью 150 кВт, смогли получить от него максимальную мощность нагрузки 90 кВт. На рис. 4 показана типичная регулировочная кривая для преобразователя с регулировкой частоты, работающего на параллельный контур. Этот тип источника питания очень часто запускается с низкой частоты, так называемого низкочастотного ограничения, и начинает изменять частоту до тех пор, пока не будет достигнут требуемый уровень мощности или ее предельно возможное значение. Как правило, существуют ограничение по высокой частоте, фазе или минимальному значению полного сопротивления, ограничение выходного напряжения, ограничение выходного тока, ограничение максимальной мощности и т. д.
Ведомые током источники питания работают на параллельный контур, осуществляя подстройку на резонансную частоту нагрузки за счет изменения фазы. К сожалению, проблема согласования продолжает существовать. Во многих ведомых током установках максимально допустимый ток только незначительно выше, чем получаемый для этой установки при коэффициенте мощности, соответствующем полному выходному напряжению. Это означает, что если полное сопротивление нагрузочного контура не подобрано точно, полный ток и полное напряжение источника питания не обеспечат на нагрузке полную мощность. Эта ситуация иногда требует установки специальной настроечной шины для подгонки результирующего сопротивления до нужной величины. Если ток в процентах к своей максимальной величине больше, чем напряжение по отношению к максимальной величине, то требуется увеличение индуктивности цепи. В противном случае требуется уменьшение индуктивности. Другое решение обеспечивается, если ведомый током инвертор работает на частоте выше резонансной частоты нагрузочной цепи. Это условие снижает полное сопротивление нагрузки для лучшего согласования с инвертором.
Шаг заключительный
Последняя неприятность, которая может проявиться при согласовании инвертора с нагрузкой, связана с согласованием токоподводов от источника питания к нагрузке или нагревательному посту и токоподводов от конденсаторов нагревательного поста или выходного трансформатора до индуктора. Их большая индуктивность может вызвать значительные проблемы, определяемые чрезмерным падением напряжения на токоподводах, что приводит к снижению напряжения, прикладываемого к индуктору. В результате это может привести к значительному снижению выделяемой в заготовках мощности и нарушению режима нагрева. Особенно критичны значения этой индуктивности при выделении больших мощностей на токоподводах между компенсирующим конденсатором и индуктором и на высоких частотах и больших токах. Хорошим способом уменьшения этих потерь является минимизация индуктивности токоподводов, что снижает стоимость и размеры установки.
Данное добавление предлагается переводчиками. В нем дается таблица, в которой даны оценочные характеристики добротности Q и cos ϕ для типичных технологических процессов индукционного нагрева. Данная таблица может быть полезна при согласовании различных типов источников питания систем индукционного нагрева с нагрузкой.
Напомним очевидную связь между добротностью Q и cos ϕ нагрузочного контура:
Читайте также: