DC tlumivka vyssich harmonickych proudu
Moderátor: Moderátoři
DC tlumivka vyssich harmonickych proudu
Pomohl by me nekdo nasmerovat na informace o spravnem nahrhu, vypoctu, vysvetleni funkce DC tlumivky pro filtraci vyssich harmonickych proudu 3F usmernovace? Jedna se o tlumivky L1,2. Misto skutecneho menice je v obr vlozen pouze odpor R1. Predem diky.
- Přílohy
-
- DC tlumivka.jpg
- (72.09 KiB) Staženo 112 x
Tohle mi nepřipadá jako filtr střídavé složky usměrňovače, spíš jako odrušovací filtr, ale budiž.
Vzhledem k tomu, že jde o usměrňovač s m=6, bude tlumivka pracovat vždy ve spojitých proudech a ten výpočet se pak skládá ze dvou částí:
- výpočet potřebné indukčnosti a kapacity filtru
- výpočet konstrukce
Pro výpočet hodnot LC je třeba zvolit činitel filtrace nebo maximální zvlnění za filtrem. Zvolit činitel filtrace je jednodušší, pak se jen zvolí C a dopočítá L na patřičný útlum LC článku.
Volba max. zvlnění za filtrem je praktičtější, ale je třeba činitel filtrace vypočítat. Z průběhu usměrněného proudu se spočítá velikost 1. harmonické složky a ta se zhruba ztotožní s velikostí zvlnění. Vyšší harmonické jsou filtrovány učinněji a lze je zanedbat. Poměr takto spočítaných velikostí 1. harmonické před a za filtrem bude požadovaný činitel filtrace, který se zvýší o 50% pro bezpečné potlační vlivu vyších harmonických.
Výpočet konstrukce cívky následuje a vychází z potřebné indukčnosti a maximálního proudu. Podle proudového zatížení se vypočítá průřez drátu.
Pak se spočítá konstrukce jádra a počet závitů. Základem je to, že nesmí dojít k jeho přesycení. Už jsem to tu jednou psal, takže pro zopakování:
Vycházíme z předem stanovené indukčnosti L, kterou má tlumivka mít a maximálního proudu I. Zvolíme jádro, spočteme AL a závity a kontrolujeme, že to jde do okénka namotat. Ne-li, musíme použít větší jádro.
Magnetický tok cívkou při proudu I a počtu závitů N je:
Φ = (L*I)/N
přičemž požadujeme, aby byl menší než Φmax = Bmax * S
(L*I)/N < Bmax * S
jinak by se tlumivka přesytila.
Potom počet závitů musí být větší než:
Nmin > (L * I)/(Bmax * S)
Dále platí:
L = μ * (N^2 * S)/l
Pokud bude N větší než uvedená hranice, permeabilita smí dosahovat maximálně (l je délka střední siločáry):
μmax = (L * l)/(N^2 * S) = (Bmax^2 * S * l)/(L * I^2)
k tomu konstanta
Almax = (Bmax^2 * S^2)/(L * I^2)
Uvedené znamená, že pokud bude tlumivka indukčnosti L navinuta s nejméně Nmin závity, to znamená s jádrem s μmax permeabilitou, nebude se přesycovat. V praxi například vybereme hrníčkové jádro s Al nejvýše uvedeným a k tomu dopočítáme závity.
Vzhledem k tomu, že jde o usměrňovač s m=6, bude tlumivka pracovat vždy ve spojitých proudech a ten výpočet se pak skládá ze dvou částí:
- výpočet potřebné indukčnosti a kapacity filtru
- výpočet konstrukce
Pro výpočet hodnot LC je třeba zvolit činitel filtrace nebo maximální zvlnění za filtrem. Zvolit činitel filtrace je jednodušší, pak se jen zvolí C a dopočítá L na patřičný útlum LC článku.
Volba max. zvlnění za filtrem je praktičtější, ale je třeba činitel filtrace vypočítat. Z průběhu usměrněného proudu se spočítá velikost 1. harmonické složky a ta se zhruba ztotožní s velikostí zvlnění. Vyšší harmonické jsou filtrovány učinněji a lze je zanedbat. Poměr takto spočítaných velikostí 1. harmonické před a za filtrem bude požadovaný činitel filtrace, který se zvýší o 50% pro bezpečné potlační vlivu vyších harmonických.
Výpočet konstrukce cívky následuje a vychází z potřebné indukčnosti a maximálního proudu. Podle proudového zatížení se vypočítá průřez drátu.
Pak se spočítá konstrukce jádra a počet závitů. Základem je to, že nesmí dojít k jeho přesycení. Už jsem to tu jednou psal, takže pro zopakování:
Vycházíme z předem stanovené indukčnosti L, kterou má tlumivka mít a maximálního proudu I. Zvolíme jádro, spočteme AL a závity a kontrolujeme, že to jde do okénka namotat. Ne-li, musíme použít větší jádro.
Magnetický tok cívkou při proudu I a počtu závitů N je:
Φ = (L*I)/N
přičemž požadujeme, aby byl menší než Φmax = Bmax * S
(L*I)/N < Bmax * S
jinak by se tlumivka přesytila.
Potom počet závitů musí být větší než:
Nmin > (L * I)/(Bmax * S)
Dále platí:
L = μ * (N^2 * S)/l
Pokud bude N větší než uvedená hranice, permeabilita smí dosahovat maximálně (l je délka střední siločáry):
μmax = (L * l)/(N^2 * S) = (Bmax^2 * S * l)/(L * I^2)
k tomu konstanta
Almax = (Bmax^2 * S^2)/(L * I^2)
Uvedené znamená, že pokud bude tlumivka indukčnosti L navinuta s nejméně Nmin závity, to znamená s jádrem s μmax permeabilitou, nebude se přesycovat. V praxi například vybereme hrníčkové jádro s Al nejvýše uvedeným a k tomu dopočítáme závity.
Tahle věta je docela důležitá pro další výpočet...mtajovsky píše:Tohle mi nepřipadá jako filtr střídavé složky usměrňovače, spíš jako odrušovací filtr, ale budiž.
Jelikož se jedná o filtr druhého řádu, bude na kritické frekvenci filtru útlum 6 db.
Pokud se chceme dostat na útlum zhruba 0,1 dB na frekvenci "sítě" (to v případě filtrace pouze vyšších harmonických) musíme položit kritickou frekvenci o řád výše (pokud chceme beze změny přenést 300 Hz měli bychom dát zlomovou frekvenci na 3 kHz, na oněch 3 kHz bude mít filtr útlum pouze 6 dB - tedy pro nízké harmonické neúčinné a může to v podstatě pracovat jen jako filtr vf rušení, na 30 kHz už bude mít útlum 40 dB).
Pokud chceme odfiltrovat vše a nechat pouze ss složku, je třeba položit kritickou (zlomovou) frekvenci co nejníže. Aby jsme např. na 300 Hz dostali útlum 40 dB, musí být krit. frekvence filtru 30 Hz, pokud posadíme krit. frekvenci na 3 Hz, dostaneme již na 300 Hz útlum 80 dB.
Výše popsané platí pro nezatížený filtr. (Jen to jen pro ilustraci na co se soustředit - nevím k čemu ten filtr má sloužit.)
diky za reakce. Po delsi dobe jsem se k tomu mel moznost opet dostat. Take si nemyslim, ze je to filtr, potrebuji tlumit vyssi harmonicke proudy usmernovace. Podle mtajovsky jsem se to pokousel propocitat a snad to sedi. Uvadim tady vypocet a dalsi doplneni a nejasnosti:
-podle schematu uvadim priblizne hodnoty: proud tlumivkou Imax=5.5A, L=0.02H, prurez jadra S=0.001m2, delka stredni silocary l=0.25m
-vypocet poctu zavitu
N>(L*I)/(Bmax*S)=(0.02*5.5)/(1.0*0.001)=110 zavitu
-vypocet permeability jadra
u<(L*I)/(N^2*S)=0.11/(110^2*0.001)=0.009
-konstanta Al
Al<(B^2*S^2)/(L*I^2)=(1*0.001^2)/(0.02*5.5^2)=1.65uH
jadro ma malou permeabilitu coz bude problem realizovat. Nasel jsem jeste ze se to resi vzduchovou mezerou. Takze pokud bych pouzil jadro s permeabilitou = 10, vypocital bych mezeru
-relativni permeabilita jadra
ur=u/u0=10/0.00000126=7936507
lv=((N*u0*I)/B)-(l/ur)=((110*0.00000126*5.5)/1.0)/(0.25/7936507)=0.72mm
Je ten vypocet a souvislost maximalni permeability se vzduchovou mezerou spravna?
Nechamu moc dobre, proc se ta vzduchova mezera nebo max permeabilita zavadi? Je to kvuli zamezeni presyceni jadra vlivem stejnosmerne slozky proudu?
Jeste jsem ve vypoctech od mtajovsky moc nezaznamenal vliv toho cinitele filtrace jak uvadel na zacatku?
Jeste jednou diky
-podle schematu uvadim priblizne hodnoty: proud tlumivkou Imax=5.5A, L=0.02H, prurez jadra S=0.001m2, delka stredni silocary l=0.25m
-vypocet poctu zavitu
N>(L*I)/(Bmax*S)=(0.02*5.5)/(1.0*0.001)=110 zavitu
-vypocet permeability jadra
u<(L*I)/(N^2*S)=0.11/(110^2*0.001)=0.009
-konstanta Al
Al<(B^2*S^2)/(L*I^2)=(1*0.001^2)/(0.02*5.5^2)=1.65uH
jadro ma malou permeabilitu coz bude problem realizovat. Nasel jsem jeste ze se to resi vzduchovou mezerou. Takze pokud bych pouzil jadro s permeabilitou = 10, vypocital bych mezeru
-relativni permeabilita jadra
ur=u/u0=10/0.00000126=7936507
lv=((N*u0*I)/B)-(l/ur)=((110*0.00000126*5.5)/1.0)/(0.25/7936507)=0.72mm
Je ten vypocet a souvislost maximalni permeability se vzduchovou mezerou spravna?
Nechamu moc dobre, proc se ta vzduchova mezera nebo max permeabilita zavadi? Je to kvuli zamezeni presyceni jadra vlivem stejnosmerne slozky proudu?
Jeste jsem ve vypoctech od mtajovsky moc nezaznamenal vliv toho cinitele filtrace jak uvadel na zacatku?
Jeste jednou diky
Ano, mezera se zavádí kvůli přesycení mag. obvodu. Výchozími veličinami je proud a potřebná indukčnost, a to jsou veličiny pevně dané. Proud je výchozí veličinou návrhu a indukčnost vychází ze stanoveného činitele filtrace, což je opět výchozí veličina daná uvažovaným použitím zdroje.
Co je podstatné - indukčnost roste s kvadrátem počtu závitů ale magnetomotorická síla jen lineárně. To znamená, že když například snížím permeabilitu vzduchovou mezerou 4x, tak počet závitů musím zvýšit jen 2x, abych dostal původní indukčnost. No a ve výsledku tedy 4x zvýším magnetický odpor obvodu ale jen 2x zvýším magnetomotorickou sílu, takže se sycení zmenší na polovinu. Existuje tedy jistá hranice kombinace minimálního počtu závitů a maximální permeability, aby nedošlo při dané indukčnosti k přesycení. Výpočet, který jsem uvedl dříve, pak počítá právě tu hranici.
Co je podstatné - indukčnost roste s kvadrátem počtu závitů ale magnetomotorická síla jen lineárně. To znamená, že když například snížím permeabilitu vzduchovou mezerou 4x, tak počet závitů musím zvýšit jen 2x, abych dostal původní indukčnost. No a ve výsledku tedy 4x zvýším magnetický odpor obvodu ale jen 2x zvýším magnetomotorickou sílu, takže se sycení zmenší na polovinu. Existuje tedy jistá hranice kombinace minimálního počtu závitů a maximální permeability, aby nedošlo při dané indukčnosti k přesycení. Výpočet, který jsem uvedl dříve, pak počítá právě tu hranici.
Vim, ze to porad omilame, ale rad bych mel jistotu, jestli to dobre chapu. Pro shrnuti navrhu, kdyz potrebuji udelat tuto DC tlumivku s potrebnou L a znam Imax a budu zkouset nejake konkretni jadro (se znamym S, Bmax a delkou silocary l), tak zvolim tento postup:
-vypocet poctu zavitu
N>(L*Imax)/(Bmax*S)
-vypocet permeability jadra
u<(L*Imax)/(N^2*S)
-nebo konstanta Al
Al<(B^2*S^2)/(L*Imax^2)
pokud z techto pomeru N a u nebude mozne pouzit zadne jadro bez vzduchove mezery (coz je asi hodne pravdepodobne), tak pouziju tento druhy postup:
-vypocet poctu zavitu
N>(L*Imax)/(Bmax*S)
-vyberu nejake jadro a vypocitam jeho relativni permeabilitu
ur=u/u0
-vypocitam potrebnou vzduchovou mezeru aby se nepresytilo
lv=((N*u0*I)/B)-(l/ur)
Co mi jeste porad neni jasne je jak vlastne funguje tato (nebo obecne) DC tlumivka, kdyz si ji predstavim na hysterezni krivce. Pokud budim nejakou indukcnost s jadrem napr bipolarnim obdelnikovym napetim, tak intenzita magn pole spolu s indukci beha porad tam a zpet z kladnych do zapornych hodnot a opacne (viz obrazek). Figuruje tam predevsim take frekvence (nebo cas), ktera pri stejnem U, S, N zasadne ovlivnuje okamzitou intenzitu mag. pole a zaroven indukci, ktera nesmi byt prekrocena. Nebo naopak kdyz se pouziva DC tlumivka v budicich tyristoru a podobne, tak akorat snizuje dU/dt prave do doby dokud nedojde k jejimu nasyceni, pak pouze s malym odporem vede max DC proud. Prave ze v tech vyse uvedenych vzorcich pro me pouziti tlumivky nikde tato frekvence ani cas nikde nefiguruje. Chapu, ze tam je sice DC proud, ale ten ma presto nejake zvlneni a to si predstavuji, ze ma hlavni vliv na to, ze se jadro nepresyti. Jinak by prece i s jakkoliv malou permeabilitou po urcitem case doslo k presyceni. Prosim, pokuste se mi i toto vice objasnit. Vzorce jsou asi jednoznacne, ale nekdy je dobry pohled i z jine strany
Diky
-vypocet poctu zavitu
N>(L*Imax)/(Bmax*S)
-vypocet permeability jadra
u<(L*Imax)/(N^2*S)
-nebo konstanta Al
Al<(B^2*S^2)/(L*Imax^2)
pokud z techto pomeru N a u nebude mozne pouzit zadne jadro bez vzduchove mezery (coz je asi hodne pravdepodobne), tak pouziju tento druhy postup:
-vypocet poctu zavitu
N>(L*Imax)/(Bmax*S)
-vyberu nejake jadro a vypocitam jeho relativni permeabilitu
ur=u/u0
-vypocitam potrebnou vzduchovou mezeru aby se nepresytilo
lv=((N*u0*I)/B)-(l/ur)
Co mi jeste porad neni jasne je jak vlastne funguje tato (nebo obecne) DC tlumivka, kdyz si ji predstavim na hysterezni krivce. Pokud budim nejakou indukcnost s jadrem napr bipolarnim obdelnikovym napetim, tak intenzita magn pole spolu s indukci beha porad tam a zpet z kladnych do zapornych hodnot a opacne (viz obrazek). Figuruje tam predevsim take frekvence (nebo cas), ktera pri stejnem U, S, N zasadne ovlivnuje okamzitou intenzitu mag. pole a zaroven indukci, ktera nesmi byt prekrocena. Nebo naopak kdyz se pouziva DC tlumivka v budicich tyristoru a podobne, tak akorat snizuje dU/dt prave do doby dokud nedojde k jejimu nasyceni, pak pouze s malym odporem vede max DC proud. Prave ze v tech vyse uvedenych vzorcich pro me pouziti tlumivky nikde tato frekvence ani cas nikde nefiguruje. Chapu, ze tam je sice DC proud, ale ten ma presto nejake zvlneni a to si predstavuji, ze ma hlavni vliv na to, ze se jadro nepresyti. Jinak by prece i s jakkoliv malou permeabilitou po urcitem case doslo k presyceni. Prosim, pokuste se mi i toto vice objasnit. Vzorce jsou asi jednoznacne, ale nekdy je dobry pohled i z jine strany
Diky- Přílohy
-
- hysterezni krivka.jpg
- (5.41 KiB) Staženo 88 x
Sycení cívky je přece dané proudem, když je proud cívkou omezený okolním obvodem, je i sycení omezené a nemůže do nekonečna růst. Ty si to pleteš s případem, kdy je okolním obvodem dáno napětí na cívce a kdy proud je určený samotnou cívkou. Tam za předpokladu nenulové střední hodnoty napětí na cívce skutečně proud stále poroste a tím i sycení.
Ale jaké myslíš, že je na té cívce protékané konstantním proudem napětí? Resp. jaká je střední hodnota napětí na cívce protékané stejnosměrným proudem s nějakým zvlněním?
Ale jaké myslíš, že je na té cívce protékané konstantním proudem napětí? Resp. jaká je střední hodnota napětí na cívce protékané stejnosměrným proudem s nějakým zvlněním?
Vzduchová mezera tu hysterezní smyčku nakloní, takže při tom buzení N*I/l se nodnota B pohybuje mimo oblast nasycení.
- Přílohy
-
- hyster.png
- (54.62 KiB) Staženo 100 x
Mas pravdu. Uz jsem to snad pochopil. Zkousel jsem to simulovat a napeti na civce pri konstantnim DC proudu je vlastne nulove. Takze kdyz se zamyslim nad vzorcem pro vypocet indukce napr B=U/(4*f*N*S), tak i kdyz cas roste, tak se napeti snizuje k nule a tim padem hodnota indukce zustava v urcitem intervalu zavislem na zvlneni proudu civkou. Takze podle meho pochopeni bude pri pruchodu urciteho DC proudu se zvlnenim vypadat krivka jako cervene na nasledujicim obr.? Napeti pro zvlnenem DC proudu bude behat kolem nuly.Andrea píše:Sycení cívky je přece dané proudem, když je proud cívkou omezený okolním obvodem, je i sycení omezené a nemůže do nekonečna růst. Ty si to pleteš s případem, kdy je okolním obvodem dáno napětí na cívce a kdy proud je určený samotnou cívkou. Tam za předpokladu nenulové střední hodnoty napětí na cívce skutečně proud stále poroste a tím i sycení.
Ale jaké myslíš, že je na té cívce protékané konstantním proudem napětí? Resp. jaká je střední hodnota napětí na cívce protékané stejnosměrným proudem s nějakým zvlněním?
Jeste posledni ujisteni, ktere nevim jak jednoduse overit, zda vzorec, ktery jsem uvadel pro vypocet vzduchove mezery teto DC civky je spravny?
lv=((N*u0*I)/B)-(l/ur)
Diky za diskuzi.
- Přílohy
-
- t_hysterezni_krivka_132.jpg
- (14.82 KiB) Staženo 91 x
Já bych to už proudem nekomplikoval. Jakmile máme indučnost L, max. permeabilitu μ<μmax a počet závitů N:
Φ = Um/Rm = (L.I)/N neboli
(N.I)/Rm = (L.I)/N (1) a z toho
L = N^2/Rm (2). Po dosazení za L:
Rm = L/(μ.S) (3) což je asi známý vztah. Celkový mag.odpor se skládá z odporu železa a odporu vzduchové mezery. Aplikujeme (3) a srovnáme s Rm podle (2) :
Rm = Rfe + Rv = lz/(μz.S) + lv/(μv.S) = N^2/L (4)
Ze (4) můžeme vypočítat vzduchovou mezeru lv a pokud není velmi malá, lze člen lz/(μz.S) vynechat, protože permeabilita vzduchu (vaakua) je až o několik (3-4) řádů menší, než permeabilta železa.
Φ = Um/Rm = (L.I)/N neboli
(N.I)/Rm = (L.I)/N (1) a z toho
L = N^2/Rm (2). Po dosazení za L:
Rm = L/(μ.S) (3) což je asi známý vztah. Celkový mag.odpor se skládá z odporu železa a odporu vzduchové mezery. Aplikujeme (3) a srovnáme s Rm podle (2) :
Rm = Rfe + Rv = lz/(μz.S) + lv/(μv.S) = N^2/L (4)
Ze (4) můžeme vypočítat vzduchovou mezeru lv a pokud není velmi malá, lze člen lz/(μz.S) vynechat, protože permeabilita vzduchu (vaakua) je až o několik (3-4) řádů menší, než permeabilta železa.
Takze zkousim mou puvodne vypocitanou vzduchovou mezeru 0.72mm (viz vyse) vypocitat podle tveho prevedeneho vzorce:alvr píše: -podle schematu uvadim priblizne hodnoty: proud tlumivkou Imax=5.5A, L=0.02H, prurez jadra S=0.001m2, delka stredni silocary l=0.25m
-vypocet poctu zavitu
N>(L*I)/(Bmax*S)=(0.02*5.5)/(1.0*0.001)=110 zavitu
-vypocet permeability jadra
u<(L*I)/(N^2*S)=0.11/(110^2*0.001)=0.009
-konstanta Al
Al<(B^2*S^2)/(L*I^2)=(1*0.001^2)/(0.02*5.5^2)=1.65uH
jadro ma malou permeabilitu coz bude problem realizovat. Nasel jsem jeste ze se to resi vzduchovou mezerou. Takze pokud bych pouzil jadro s permeabilitou = 10, vypocital bych mezeru
-relativni permeabilita jadra
ur=u/u0=10/0.00000126=7936507
lv=((N*u0*I)/B)-(l/ur)=((110*0.00000126*5.5)/1.0)/(0.25/7936507)=0.72mm
lv=uv*S((N^2/L)-(lfe/ufe*S))=0.00000126*0.001((110^2/0.02)-(025/10*0.001))=0.76mm
Vysel zanedbatelny rozdil. Nevim jestli tim, ze jsem pocital s nepresnou delkou silocary jadra lfe bez odecteni delky vzduchove mezery?
Ten vyse uvedeny vypocet plati pro podminku μ<μmax? Pokud ano, tak mi to nesedi, proc by se pak vlastne delala ta vzduchova mezera? Nebo to je vypocet, kdyz je naopak μ>μmax?
Kdyz bude μ > μmax tak dojde k přesycení, o tom přece celou dobu mluvíme.
Tím μ se myslí výsledné skutečné μ jádra s mezerou a μmax je hranice, kterou nesmí přesáhnout.
Ten rozdíl: jak jsem se díval do předchzího výpočtu, tak relativní permeabilita 7936507 je nějak moc vysoká. Železo má podle složení a zpracování 300 - 10000 (asi).
Čistě z technického hlediska si myslím, že oba výpočty dopadly ve velmi dobré shodě a rozdíl 0,04 mm bude nakonec stejně překryt výrobní tolerancí.
Tím μ se myslí výsledné skutečné μ jádra s mezerou a μmax je hranice, kterou nesmí přesáhnout.
Ten rozdíl: jak jsem se díval do předchzího výpočtu, tak relativní permeabilita 7936507 je nějak moc vysoká. Železo má podle složení a zpracování 300 - 10000 (asi).
Čistě z technického hlediska si myslím, že oba výpočty dopadly ve velmi dobré shodě a rozdíl 0,04 mm bude nakonec stejně překryt výrobní tolerancí.