Источник импульсов тока: Генерирование мощных импульсов тока регулируемой длительности

Генераторы постоянного тока и высокочастотные источники питания

ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА И ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

Подразделения «ENI» и «ASTeX» компании MKS Instruments специализируются на разработке и серийном производстве оборудования для современных плазменных технологий. В перечень входят источники постоянного тока (непрерывные и импульсные), ВЧ-генераторы, СВЧ-генераторы, устройства согласования нагрузки, датчики мощности с обратной связью, СВЧ-источники плазмы.
Продукция «ENI» и «ASTeX» перекрывает широчайший спектр применений в области плазменных технологий.

ИСТОЧНИКИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Модульные (возможность добавления 20 кВт блоков) непрерывные источники тока с встроенной системой подавления дуг, диапазон мощностей 5÷120 кВт.

DCG — переключение между 3-мя диапазонами по мощности, пассивная система подавления дуг; опция — активная система ArcKill (время жизни дуги менее 75 мкс)

OPTIMA — новейшая серия источников постоянного тока. Нет необходимости переключения между диапазонами мощности, пассивная и активная система борьбы с образованием дуг и микродуг (время жизни дуги менее 7,5 мкс).

Импульсные источники постоянного тока серии RPG — мощность 5÷10 кВт, 25÷250 кГц, асимметричные моно- и биполярные импульсы.

ВЧ-ГЕНЕРАТОРЫ

ACG — компактные и легкие генераторы малой мощности  — 0,3÷1кВт, 13,56 МГц.

OEM — 0,6÷2,8 кВт, 13,56 МГц.

Genesis — генераторы, с рабочими частотами 1,6, 2, 3,2, 13,56, 27,12 и 40,68 МГц в диапазоне мощности 1,25÷8 кВт.

Spectrum — компактные генераторы. Мощность — 1,5÷10 кВт, частоты 13,56 и 2МГц. Возможность импульсной работы с частотой импульсов 0÷1000Гц.

ОБОРУДОВАНИЕ СОГЛАСОВАНИЯ УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ВЧ-ГЕНЕРАТОРОВ

Устройства согласования Matchwork

Датчик ВЧ-мощности V/I Probe

СВЧ-СИСТЕМЫ ASTEX — 2,44-2,47 ГГЦ, 2-6 КВТ

СВЧ-генераторы, устройства согласования, источники плазмы.

ИСТОЧНИКИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ENI

«MKS ENI Products» производит семейство высоконадежных непрерывных и импульсных источников постоянного тока в интервале мощностей 5-60кВт и более. Их конструкция компактна и дает возможность наращивания мощности до 200 кВт путем присоединения дополнительных 20 кВт модулей. Мониторинг и контроль дополнительных модулей осуществляется основным источником, что обеспечивает необходимую точность работы блока во всем рабочем диапазоне и ликвидирует задержки при обнаружении искровых пробоев.
Серии Optima, DCG и RPG представляют собой самый передовой модельный ряд источников постоянного тока для промышленного применения. Сконструированные с акцентом на исключительную воспроизводимость заданных параметров, превосходный контроль дугообразования, высокую надежность и удобство пользования, источники питания «MKS ENI» обеспечивают  высокую производительность технологических процессов.

Optima и DCG
 

Серия «Optima» и «DCG»  — это непрерывные источники постоянного тока, обеспечивающие надежную и точную работу в диапазоне мощностей 5-60 кВт и выше, обладают автоматической биполярной системой подавления дуг. Источники этой серии обладают высокими точностью (0,1%) и линейностью для повышенной воспроизводимости. По желанию пользователя источники питания снабжаются встроенными или дистанционными блоками управления, которые могут быть как аналоговыми, так и цифровыми. Высокая работоспособность и гибкость системы обеспечивается большим набором настраиваемых режимов. «Optima» может использоваться как источник тока, напряжения или мощности в зависимости от выбранного режима. Пользователь может запрограммировать последовательность из различных режимов (до 10), необходимую для его техпроцесса. В источники серии «DCG» в качестве дополнительного оборудования может устанавливаться улучшенная система подавления дуг «ArcKill» — время детектирования дуги < 50 нс, пиковый ток < 10 A, полная энергия дуги < 0,5 мДж.

RPG
 

ВЧ ГЕНЕРАТОРЫ  ENI

Оптимальное решение для технологий плазменного травления и напыления.
Модельный ряд перекрывает весь диапазон рабочих параметров ВЧ источников питания, необходимых в современном производстве: частоты от 1 до 41 Мгц, мощности от 300 ватт до 10 киловатт. Генераторы «ENI», построенные на полупроводниковой элементной базе, отличаются проверенной высокой надежностью, точностью и стабильностью характеристик. Они становятся неотъемлемыми элементами плазменных установок для современной индустрии полупроводников. Дополнение ВЧ-генераторов производимыми «ENI» устройствами согласования нагрузки Matchwork и датчиками мощности (V/I Probe) делает их самодостаточными системами по управлению технологическим процессом. 
ВЧ генераторы «ENI» делятся  на четыре группы в соответствии с их рабочими характеристиками и возможностями применения:

— серия «ACG»

Серия компактных ВЧ-генераторов с воздушным охлаждением. Генераторы ACG применяются для случаев малой потребной мощности (300-1000 Вт) и высокой частоты (13,56 МГц).

— серия «OEM»
ВЧ-генераторы, диапазон мощностей 0,6 — 2,8 кВт на частоте 13,56 МГц.

— серия Genesis

— серия «Spectrum»
Компактные генераторы этой серии перекрывают диапазон мощностей от 1,5 до 10 кВт (13,56 МГц). Отличаются модульной конструкцией с возможностью расширения, точностью ± 1%, высокой надежностью и исключительной плотностью ВЧ мощности. 

Устройства диагностики и согласования для ВЧ-генераторов

Датчик мощности «V/I Probe»
Точное измерение напряжения, силы тока и разности фаз генерируемой ВЧ-энергии для контроля и оптимизации процесса.
Линейка устройств согласования нагрузки Matchwork (В Series, LD Series, H Series, M Series, Dual Series) предназначена для повышения воспроизводимости и производительности технологических процессов и обеспечивает высокую скорость подстройки для согласования переменного сопротивления в рабочей камере и рабочей нагрузки генератора. Обычно параметры устройств Matchwork подбираются под конкретную конфигурацию установки и соответствуют практически всему диапазону генераторов «ENI» по мощности и частоте.  
Устройства согласования нагрузки обеспечивают непрерывное выравнивание сопротивлений разрядной системы для оптимальной передачи ВЧ-мощности от генератора в разрядную камеру. Это дает высокую эффективность в процессах травления, напыления  и т.д.

СВЧ-СИСТЕМЫ «ASTeX» — 2,44-2,47 ГГц, 2-6 кВт

СВЧ-системы «ASTeX» представляют собой не только источники СВЧ энергии SmartPower в диапазоне мощности 2-6 кВт. Источники могут быть дополнены высокоточными измерителями мощности PPD с обратной связью, устройствами согласования нагрузки SmartMatch и источниками плазмы AX7610. Источники плазмы мощностью 3 кВт выпускаются в двух версиях для нейтральной и агрессивной среды соответственно с кварцевыми и сапфировыми трубками.
Совокупность СВЧ-элементов «ASTeX» дает возможность построения автоматических плазменных систем для модификации поверхности, обработки полимеров, пассивации, удаления фоторезиста и других современных плазменных технологий.
Одним из решающих достоинств «ASTeX» является возможность индивидуального подхода к потребностям заказчика при выборе оптимального решения для конкретных условий вплоть до исследования и отладки всего технологического процесса в лабораториях производителя.

Сводная таблица источников питания «MKS In.», «ENI».

за или против? / Статьи и обзоры / Элек.

ру

Несмотря ни на что работа мысли продолжается. Так было и так всегда будет. Человек являет миру все новые, и новые изобретения. Вот и сегодня вниманию читателей мы представляем линейный генератор Олега Гунякова. Имеет ли эта разработка право на жизнь? Свой ответ на этот вопрос дает Владимир Гуревич. Отдать предпочтение одному из авторов можете и вы, приняв участие в опросе. Комментарии и обсуждения на форуме.

Олег Гуняков: линейный генератор

Исторически сложилось, что традиционные устройства для выработки электрической энергии используют вращательное движение для перемещения обмоток в магнитном поле. В движения такие устройства приводятся различными движителями: гидротурбинами, газовыми турбинами, ветром и т.д. Одним из движителей является и традиционный двигатель внутреннего сгорания. В таких движителях химическая энергия топлива проходит многократные преобразования: сначала в поступательное движение поршней, а затем — во вращательное движение коленвала. Необходимость такого преобразования приводит, как к механическим потерям, так и к усложнению конструкции движителя в целом. Мы все на опытах физики видели одну и туже картину: преподаватель берет постоянный магнит, и начинает возвратно-поступательно его двигать в катушке индуктивности. При этом на клеммах катушки появляется напряжение. В этой статье я рассмотрел возможность использования возвратно-поступательного движения для выработки электрического тока без промежуточных преобразований во вращательное движение. Такие механизмы получили название ЛИНЕЙНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ.

Предлагаемый тип линейного генератора рассчитан для использование в промышленных целях, в первую очередь на судах.

Краткое описание

В данном линейном генераторе (далее ЛГ) вместо крышек цилиндра устанавливаются два внешних поршня, которые жестко между собой закреплены. Такое технологическое решение обусловлено следующим: в традиционных цилиндрах при взрыве топлива поршень начинает двигаться в одну сторону, но по законам инерции сам цилиндр ведь тоже начинает двигаться в противоположную. И если такой генератор заставить вырабатывать большие мощности, то силы продольного смещения будут вызывать огромную вибрацию и повреждение фундаментных болтов. Для компенсации возникающих усилий и устанавливаются дополнительные внешние поршни. При условии что масса внутренних поршней и масса внешних поршней одинаковы, то и возникающие силы инерции тоже будут одинаковы. Такие силы будут взаимно гаситься, и на корпус передаваться не будут. Катушки, с которых будет сниматься напряжение крепятся к неподвижному корпусу. А в качестве индуктора будет использоваться набор постоянных магнатов трапециевидной формы.

Синхронизация движения поршней будет обеспечиваться за счет сопротивления движению постоянных магнитов при выработке электрической энергии. При условии, что обмотки электрической части имеют одинаковое сопротивление, сопротивление движению постоянных магнитов также одинаково. Но для увеличения надежности и предотвращения аварий в ЛГ устанавливают механический синхронизатор, представляющий собой две зубчатые рейки, двигающиеся относительно друг друга, и зубчатого колеса, закрепленного на неподвижной оси и вращающегося лишь от движения реек.

Более подробное описание конструкции смотрите ниже.

Работа генератора

После разгона поршней до пусковой частоты, в первый цилиндр подается топливо, происходит сгорание и начинается расширение образовавшихся газов. Во вторм цилиндре в этот момент идет сжатие воздуха.

При достижении внешнего поршня в первом цилиндре выпускных клапанов начинается выпуск отработавших газов.

При достижении внутреннего поршня в первом цилиндре продувочных окон начинается процесс продувки. В данном ЛГ продувка прямоточная, что обеспечивает наименьший коэффициент остаточных газов. Это, в свою очередь, увеличивает массовый заряд воздуха в цилиндре, что приводит к полному сгорания топлива и т.д. В этот момент поршни достигают своих крайних положений.

Расширение газов во втором цилиндре приводят в движение поршни первого цилиндра. Внутренний поршень достигает продувочных окон и перекрывает их, в то время, как выхлопные окна все еще открыты. Это приводит к потере массового заряда воздуха в цилиндре, но данной потерей можно пренебречь из-за низкого коэффициента остаточных газов в цилиндре. Внешний поршень достигает выхлопных окон, перекрывает их, и тем самым обеспечивает процесс сжатия в первом цилиндре, в то время, как во втором идет расширение. И цикл повторяется.

Технологический разрез линейного генератора

Корпус двигателя 1 — сварной стальной, цилиндрической формы, имеет внутри опоры 2, 3 и 4 для установки втулки рабочего цилиндра 5. Втулка крепится нажимным кольцом 6 на 8-ми шпильках. Шпильки крепятся в толстостенной фундаментной плите 7. Далее на втулку одевается цилиндрический водяной коллектор 8. После коллектора на втулку цилиндра одевается газовыхлопной коллектор-улитка 9.

Проточка втулки и улитки на посадочных поверхностях устроены таким образом, что между ступеньками зажимается теплостойкая асбестовая прографиченная прокладка. Улитка при работе нагревается и может расширяться в линейном направлении. Для возможности расширения улитка крепится на длинных шпильках 10, проходящих через трубки 11, гайками 12, которые создают нажимной усилия на улитку через пружины 13. После улитку на втулку одевается водяной коллектор 14.

Втулка рабочего цилиндра 5 цельная. Центральная часть втулки имеет утолщение так же, как и в месте крепления втулки — гребень 15. В центральной части втулка имеет отверстия для 2-х насос-форсунок 16. Так же втулка имеет с каждой стороны от центра по 6 отверстий для штуцеров лубрикаторной смазки (на чертеже не показана). Во втулке в центральной части внешне сделана цилиндрическая проточка для отвода и сбора охлаждающей воды с тангециальних сверлений охлаждающих каналов 17. На втулке есть 17-ть канавок для резиновых уплотнительных колец системы охлаждения. Во втулке со стороны выхлопа и со стороны продувки является тангенциальные расположены окна.

Линейный генератор имеет силовой сварной корпус 18 и легкий корпус для обеспечения безопасности обслуживающего персонала. Легкий корпус закрывается с торцов двигателя крышками 18 на фланцах.

Поршневая группа каждого линейного генератора состоит из 2-х поршней 20. Внутренний поршень крепится к корпусу индуктора 21 на 8-ми шпильках 22. Внешний поршень крепится к траверс-диска 23 на 8-ми шпильках 24. Траверса-диск цилиндрической формы подкреплен в радиальном направлении треугольными косынками 25 с двух сторон, которые крепятся сваркой. Каждый поршень имеет по 6 колец: 4 компрессионных и 2 маслосъемных. Во избежание ударов поршней друг о друге при высоких степенях сжатия в линейном генераторе, днища поршней имеют плоскую конфигурацию.

Поршни имеют водяное охлаждение. Вода во внешние поршни подается по внутренней телескопической неподвижной трубке 26 с соплом на конце. Охлаждающая вода возвращается по телескопической средней трубке 27. Трубка 27 движется в неподвижной трубке 28. Между трубками 27 и 28 находятся уплотнения 29.

Внутренний поршень также охлаждается водой. Вода подводится по телескопической трубке 30, которая крепится к корпусу индуктора 21 с помощью фланца.  В индукторе и в опорном фланце поршня есть канал. Далее вода движется по трубке 31 и охлаждает поршень. Возвращается вода по трубке 32, по аналогичному пути и по телескопии 33 отводится уже подогретая.

Внешние поршни связаны между собой посредством траверза-диска 23, 6-ти штанг 34 и корпуса индуктора 35. На концах штанги имеют резьбу и крепятся за счет гаек, зажимаемых гидродомкратом. Движение внутренних и внешних поршневых групп сдвинуты на 180 градусов. Синхронизм обеспечивается за счет механизма синхронизатора — 3-х шестерен 36  6-ти зубчатых реек.

Три рейки 37, относящиеся к внутренней группе, имеют в части, ближней к корпусу индуктора 21 цилиндрическое сечение и проходят через сальники 38. Далее сечение рейки переходит в квадратное. Рейки, относящихся к внешней группе, — это 3 из 6-ти штанг 34, на которые с помощью болтов прикреплены зубчатые рейки. Все 3 механизма синхронизаторов расположены в отдельных выгородках и имеют в своем объеме масло для смазки механизма.

Сравнение ЛГ и традиционного дизеля.

• В ЛГ производство и сборка двигателя существенно упрощается из-за отсутствия таких дорогих и сложных в производстве деталей как распределительный вал и коленчатый вал.
• Уменьшение расхода топлива за счет увеличения механического КПД из-за отсутствия коленвала и распредвала.
• Уменьшение вибрации из-за взаимного гашения возникающих инерционных сил.
• Повышенная надежность ЛГ за счет уменьшения количества движущихся деталей.
• В ЛГ невозможно обеспечить ровную синусоиду генерируемого тока из-за неравномерности скорости перемещения магнитов относительно катушек. Но при современном уровне развития преобразовательной техники эта проблема не является неразрешимой.
• Повышенная неустойчивость работы ЛГ из-за наличия всего двух цилиндров и отсутствия маховика. При пропуске вспышки в одном из цилиндров ЛГ остановится, так как во втором цилиндре не произойдет сжатия воздуха достаточного для воспламенения топлива. Поэтому для решения этой проблемы возникает необходимость в установке как минимум двух форсунок на один цилиндр.

Олег Гуняков

Отзыв на статью О. Гунякова

Начать придется издалека, а именно со статьи «Линейный бензогенератор (дизель-генератор)» автора Скоромца Ю. Г., опубликованной в журнале «Электротехнический рынок», 2008, № 5(23), а также, параллельно, на многих Интернет сайтах. В этой статье описан принцип построения силовой установки относительно небольшой мощности, предназначенной для выработки электроэнергии, отличающийся тем, что в нем двигатель внутреннего сгорания объединен с электрогенератором, при этом вращательное движение ротора генератора заменено возвратно-поступательным движением магнитопровода с заложенной в него обмоткой возбуждения. Основной целью такой замены, по мнению автора, является устранение из системы кривошипно-шатунного механизма, включая коленвал, преобразующего возвратно-поступательное движение поршней двигателя внутреннего сгорания во вращательное движение ротора генератора в обычном дизель-электрическом агрегате. Идея, на первый взгляд, неплохая, хотя ее изложение вызывает массу недоуменных вопросов. Не будем комментировать некоторые высказывания автора этой статьи, а лишь процитируем, чтобы читатель мог сам оценить его вопиющий дилетантизм в области электротехники:

• В генераторе средней и высокой мощности синхронизация движения шатунов достигается путем уменьшения тока возбуждения отстающего шатуна.
• Регулирование выходного напряжения осуществляется путем изменения частоты работы генератора.
• Запуск осуществляется тремя короткими мощными импульсами тока, при этом генератор работает в режиме двигателя. Импульсы тока получаем с клемм конденсатора, предварительно зарядив его за некоторое время, через повышающий трансформатор (50-100 кГц) от маломощного источника питания.
• Ток нагрузки генератора не влияет на магнитное поле генератора, а значит и на характеристики генератора.
• Что касается самого генератора, то магнитное поле предложенного генератора, в основной части, всегда постоянно, это дает возможность изготавливать магнитопровод не с отдельных пластин (для уменьшения вихревых токов), а с цельного куска материала, что значительно увеличит прочность магнитопровода и уменьшит трудоемкость изготовления.

А теперь относительно самой идеи. Как следует из написанного автором, целью его проекта является устранение из системы двигатель-генератор кривошипно-шатунного механизма, преобразующего один вид движения (возвратно-поступательный) в другой (вращательный). Однако, с точки зрения поставленной задачи эта проблема уже давным-давно решена. В широко известном роторно-поршневом двигателе Ванкеля вращательное движение выходного вала получается без всяких кривошипно-шатунных механизмов, рис. 1.

Рис. 1. Роторно-поршневой двигатель Ванкеля и принцип его действия

Роторно-поршневые двигатели по схеме Ванкеля известны уже более пятидесяти лет. В 1960-х годах из двадцати наиболее крупных автомобилестроительных компаний 11 фирм приобрели лицензионные права на разработку и производство этих двигателей. На долю этих фирм приходилось около 70% мирового автомобильного производства, в т.ч. 80% производства легковых автомобилей США, 71% Японии, 44% Западно-европейских стран.

Проблемой этого двигателя долгое время считался быстрый износ уплотнителей. Однако в последствие эта проблема была преодолена и эти двигатели стали применять в автомобилестроении. Первый серийный автомобиль с роторным двигателем — немецкий спорткар NSU Wankelspider. Первый массовый (37204 экземпляра) — немецкий седан бизнес-класса NSU Ro80. В 1967 году японская Mazda начала продажи первого автомобиля «Cosmo Sport» оснащенного роторным двигателем мощностью в 110 лошадиных сил. Дальнейшие исследования помогли на 40 процентов снизить расход топлива и улучшить экологичность этих двигателей. К 1970 году суммарная продажа автомобилей с роторными двигателями достигла 100 тыс., в 1975 — 500 тыс., а к 1978 — перевалила за миллион. Двухцилиндровый двигатель «Renesis» фирмы Mazda объёмом всего 1,3 л выдавал мощность уже в 250 л. с. и занимал гораздо меньше места в моторном отсеке, чем обычные двигатели внутреннего сгорания. Современная модель двигателя Renesis-2 16X имеет еще меньший объём при большей мощности и меньше нагревается, рис. 2.

Рис. 2. Серийный автомобильный двигатель роторно-поршневого типа (Renesis-2 16X) компании Mazda

В этой связи возникает вполне правомерный вопрос: «а был ли мальчик?», то бишь была ли вообще проблема (а может быть и была, но не верно сформулирована)?

Кроме того, необходимость наличия весьма дорогостоящего полупроводникового преобразователя, рассчитанного на полную мощность генератора (необходимого, по утверждению автора, для обеспечения синусоидального выходного напряжения), резко снижает экономическую эффективность предлагаемого решения (если она вообще была!), не говоря уже о тысячах других, не решенных в этом проекте проблем, на которых, в виду вышесказанного, на данном этапе просто нет смысла останавливаться.

Господин О. Гуняков публикует все ту же (то есть, чужую) идею без всяких ссылок на ее истинного автора, слегка изменив конструкцию. Основное (то есть принципиальное, а не в мелких и ничего не значащих деталях) отличие его проекта от проекта Ю.  Г. Скоромца) заключается в замене обмотки возбуждения генератора — постоянным магнитом и расширение области применения его установки в область больших мощностей (из переписки с автором выяснилось, что он рассчитывает на применение такого принципа в генераторах мощностью в мегаватты). Поскольку, с одной стороны, для идеи линейного дизель-генератора не важно, как будет выполнен источник магнитного поля (обмотка или постоянный магнит), а с другой стороны и для магнита не важно, в какой именно конструкции генератора он будет использован (с вращательным или возвратно-поступательным движением), то отсюда следует, что идея замены обмотки возбуждения генератора постоянным магнитом не имеет никакого отношения к конкретной конструкции генератора, а относится ко всем генераторам вообще. Но тут сразу возникает вопрос: если в генераторе мощностью в несколько мегаватт можно заменить сложную и дорогую обмотку возбуждения постоянным магнитом из современных сплавов (например, из широко известного сплава NdFeB), то почему же этого не делают сейчас, а используют это решение лишь в небольших маломощных генераторах? Совершенно очевидно, что для этого есть веские причины. Обсуждение этих причин должно содержать слишком много подробностей «из жизни генераторов» и «из жизни магнитов», для того, чтобы подробно освещать их в данном отзыве, но даже не это сейчас главное, а то, что эта идея О. Гунякова о применении постоянных магнитов никак не связана с идеей Ю. Г. Скоромца о линейном дизель-генераторе. Попытка О. Гунякова «привязать» свою идею с постоянными магнитами (которая, сама по себе, давным-давно известна и ничего нового не содержит) к чужой должна служить, по-видимому, для поднятия значимости его идеи.

Даже если не учитывать того обстоятельства, что постоянные магниты применяются только в генераторах очень ограниченной мощности, дополнительная проблема конкретной конструкции О. Гунякова заключается в том, что его генератор расположен в зоне высокой температуры, а постоянные магниты имеют довольно незначительную верхнюю рабочую температуру, ограниченную так называемой точкой Кюри, при которой магнит полностью теряет свои магнитные свойства. Так вот, для сплава NdFeB точка Кюри находится в пределах 300-350°С, а максимальная рабочая температура ограничена величиной 100-150°С.  А теперь вспомним, какая температура бывает внутри камеры сгорания ДВС. Правильно, от 300 до 2000°С (во время разных циклов). Какая средняя температура будет на поверхности камеры сгорания, в зоне расположения магнитов? Правильно, намного больше той, на которую рассчитаны постоянные магниты. Следовательно, нужно обеспечить очень эффективное охлаждение магнитов. Как и чем? Весьма сомнительно, что температуру в области расположения магнитов можно снизить до 100°С приемлемыми, а не фантастическим способом. В этой связи следует отметить, что и вопрос об охлаждении самого линейного дизель-генератора не проработан в должной мере. Предлагаемое автором водяное охлаждение далеко не везде применимо. Например, на современных дизель-генераторных установках мощностью от сотен киловатт до нескольких мегаватт, предназначенных для резервного или аварийного электроснабжения (а это очень большой сектор рынка таких агрегатов), не используется водяное охлаждение. Такой агрегат охлаждается огромным (до двух метров в диаметре) вентилятором, насаженным на валу дизеля. Почему это сделано понятно: в аварийных ситуациях неоткуда и нечем подавать воду. Но где взять вращающийся вал для вентилятора в предлагаемой конструкции? Ага, использовать отдельный мощный электромотор, способный вращать двухметровый вентилятор… И тут наш проект начинает обрастать…

В заключение хотелось бы отметить, что ни Ю. Г. Скоромец, ни О. Гуняков не являются ни первооткрывателями этой идеи, ни авторами лучшей из конструкций. Идея эта сама по себе была известна задолго до публикаций обоих авторов. За последние годы были предложены и более удачные конструкции, чем те, которые мы обсуждаем. Например, в конструкции, предложенной Ondřej Vysoký, Josef Božek и др. из Чешского политехнического университета в 2007 году (то есть до публикации статьи Ю. Г. Скоромца) также используются постоянные магниты (авторы не претендуют на мощности в мегаватты), но в ней нет проблемы с нагревом магнитов, так как они могут находиться далеко от камер сгорания и могут быть отделены теплоизолирующей вставкой вала, на котором они закреплены. Изготовлены и испытаны небольшие лабораторные образцы таких агрегатов, рис. 3. В англоязычной литературе такие установки называются «Linear Combustion Engine (LCE)».

Рис. 3. Конструктивная схема и лабораторные образцы линейных дизель-электрических агрегатов, разработанных в Чехии

Имеется много публикаций на эту тему и в Интернете, и виде статьей и даже в виде книг (см. например, «Modeling and Control of Linear Combustion Engine»), хотя реально существующих изделий, присутствующих на рынке еще нет, как и нет каких бы то ни было технико-экономических обоснований, сравнения, например, с тем же двигателем Ванкеля. В этой связи для читателей журнала была бы, на наш взгляд, очень интересна квалифицированная обзорная информация о принципах построения таких систем, их сравнительная характеристика с другими устройствами для получения электроэнергии, информация о проблемах технических и экономических, о достигнутых результатах, а не подробное описание каких-то второстепенных деталей доморощенных конструкций, обладающих массой очевидных недостатков, но выдаваемых за величайшее достижение. Можно было бы только приветствовать публикацию автором такой обзорной статьи.

В технике существуют миллионы красивых, на первый взгляд, идей, не имеющих под собой экономической базы, или не учитывающих реальные технические проблемы, или просто не достаточно проработанных и поэтому не получивших реального воплощения. Достаточно обратиться к патентному фонду любой страны, чтобы увидеть миллионы оригинальных идей, пылящихся на полках. Такая же, по нашему мнению, судьба уготована и конкретным проектам Ю. Г. Скоромца и О. Гунякова. Тем не менее, нельзя утверждать, что миллионы не используемых сегодня патентов абсолютно бесполезны. Их очевидная польза состоит уже в том, что они стимулируют человеческую мысль и являются основой для новых идей. Как мы видим, творческая мысль продолжает активно работать и в рассмотренном направлении. Будем надеяться, что в недалеком будущем появится много новых перспективных идей в этом направлении, количество которых со временем перерастет в качество и они смогут когда-нибудь стать достаточно привлекательными для промышленности.

Владимир Гуревич

Проголосовать и(или) оставить свои комментарии на форуме

Добавление постоянной составляющей сигнала на выход генератора функций

24 Марта 2018

Максим Писковацков,
руководитель направления измерительного оборудования общего назначения
[email protected]

Подача постоянной составляющей на выход генератора функций необходима при различных испытаниях радиоэлектронной аппаратуры. Результирующий сигнал, подаваемый на испытуемое устройство, представляет собой известную форму волны, наложенную на напряжение постоянного тока. Например, для проверки устойчивости схем к шуму, который может возникнуть на реальных рабочих напряжениях, можно использовать синусоидальную волну, добавленную поверх напряжения смещения. При испытании усилителя смещение транзистора можно производить с помощью постоянного напряжения, переменная составляющая которого располагалась бы поверх этого напряжения. Даже повторяющуюся серию униполярных импульсов, используемую для управления затвором полярного транзистора в DC/DC-преобразователях, принято рассматривать как импульсную последовательность с постоянным смещением. Так или иначе, в каждом из приведенных примеров испытаний необходимо наличие DC+AC-сигнала с различными требованиями к значению тока, напряжения и полосы пропускания.

Существуют разные методы генерации форм сигнала, наложенных поверх напряжения постоянного тока. Генератор функций может создавать форму волны со смещением постоянного тока. В случае необходимости подачи более высокого смещения можно использовать источник питания (ИП) постоянного напряжения, последовательно подключенный к генератору функций. Если требуется более высокая сила тока, можно использовать управляемый генератором функций ИП постоянного тока с клеммами внешнего аналогового программирования. Также возможно применение трансформатора тока, управляемого генератором функций, для формирования сигнала переменного тока на выходе ИП постоянного тока. Наконец, некоторые ИП могут создавать формы переменного тока на собственных выходах постоянного тока.

Для справки:

Разработка преобразователя DC/DC

Инженерам, работающим над созданием преобразователя DC/DC, в ходе эксперимента требуется частота переключения и управление уровнем затвора полевого транзистора. Для экспериментирования с управляющими сигналами схемы управления затвором полевого транзистора необходимо создание различных сигналов возбуждения, состоящих из импульсов и смещения постоянного напряжения. Используя встроенные органы управления генератора функций/сигналов произвольной формы Keysight 33522B, инженерам удалось создать требуемые формы сигнала с постоянной составляющей и возможностью изменения частоты, ширины и времени нарастания импульса.

Метод использования только одного генератора функций

Большинство генераторов функций способны вносить поверх заданной формы сигнала постоянную составляющую (рис. 1). Однако из-за размещенных внутри аттенюаторов некоторые генераторы функций при установке малых значений амплитуды формы сигнала не способны выдать полный диапазон выходного напряжения постоянного тока. У последних моделей генераторов функций Keysight Technologies, Inc. данное ограничение отсутствует. Например, генератор функций/сигналов произвольной формы Keysight 33522B может генерировать форму сигнала с постоянной составляющей в диапазоне от –5 до +5 В на нагрузке 50 Ом (от –10 до +10 В при разомкнутой цепи). То есть, пользователь может выставить на приборе 33522B при выбранном значении нагрузки 50 Ом низкое значение амплитуды формы сигнала, равное 10 мВ пик–пик, и добавить максимально возможную постоянную составляющую 4,995 В. Несмотря на то, что это самый удобный способ получения сигнала с постоянной составляющей, некоторые испытания могут потребовать большее смещение. Поэтому, если необходим сигнал со смещением больше того, которое можно получить на генераторе функции, придется прибегнуть к другим методам.

Рис. 1. Сгенерированный DC+AC-сигнал с использованием только одного генератора функций

Для справки:

Большинство генераторов функций оснащены выходными каналами с 50-Ом нагрузкой, что, по сути, является резистором с номиналом 50 Ом, который последовательно соединен с выходом внутри генератора функций. Такая схема позволяет минимизировать отражение сигнала при подключении коаксиального кабеля с характерным значением импеданса и конечной нагрузкой в 50 Ом. Выходной импеданс 50 Ом и 50-Ом нагрузка образуют делитель напряжения «два к одному». Следовательно, для получения выходного напряжения на 50-Ом нагрузке с величиной, равной заданному значению напряжения, фактическое внутреннее напряжение, воспроизводимое генератором функции, должно вдвое превышать установленное значение напряжения (VSET). Следует учитывать, что если сопротивление нагрузки бесконечно (разомкнутая цепь), результирующее выходное напряжение будет в два раза больше пользовательского значения. И если значение сопротивления нагрузки (RL) отлично от 50 Ом, то фактическое выходное напряжение (VOUT) будет высчитываться по формуле:

VOUT = 2VSET [RL / (50+RL)] (рис. 2)

Рис. 2. Влияние на выходное напряжение выходного 50-Ом импеданса функционального генератора

Метод использования источника питания, управляемого генератором функций

В этом способе для получения сигнала с большим смещением по постоянному току требуется ИП с внешним входом аналогового программирования. Напряжение, подаваемое на этот вход, усиливается ИП и производит пропорциональное напряжение на его выходных клеммах. Таким образом, можно подключить выход функционального генератора ко входу аналогового программирования и модулировать выходное напряжение ИП сигналом функционального генератора (рис. 3). Этот метод обеспечивает наибольшую гибкость установки напряжения смещения и величины тока для необходимой пользователю нагрузки (определяются техническими характеристиками источника питания). Тем не менее, характеристики большинства ИП постоянного тока накладывают существенные ограничения по полосе пропускания. В то время как генераторы функций могут производить формы волн в диапазоне МГц, выход большинства ИП постоянного тока имеет пропускную способность всего в несколько кГц. Таким образом, при использовании данного метода полученный сигнал с добавленной постоянной составляющей на выходе ИП будет иметь полосу пропускания всего в несколько килогерц.

Рис. 3. Сигнал DC+AC, полученный с помощью генератора функций, приводит в действие вход аналогового программирования источника питания постоянного тока

Метод использования трансформатора тока, управляемого генератором функций

Для извлечения всех преимуществ полного выходного напряжения и тока ИП в сочетании с более широкой полосой пропускания сигнала генератора функций, можно подключить трансформатор тока, управляемый генератором функций, последовательно с выходом ИП. При этом необходимо выбрать трансформатор тока, способный поддерживать необходимую пропускную способность. Также следует убедиться, что трансформатор способен поддерживать максимальный постоянный ток, который будет протекать по нему к необходимой пользователю нагрузке. Схема подключения показана на рис. 4.

Рис. 4. DC+AC-сигнал, полученный с помощью источника питания постоянного тока, подключенного последовательно через трансформатор тока и управляемого функциональным генератором

Метод использования генератора функции, подключенного последовательно с источником питания

При необходимости создания сигнала с постоянной составляющей, напряжение смещения которого превышает значение, задаваемое на генераторе функций, можно использовать последовательное соединение ИП постоянного тока с генератором функций (рис. 5). При использовании данного метода, наряду с гибкостью установки уровня постоянного тока, обеспечиваемого источником питания, сохраняются возможности полной пропускной способности генератора функций. Однако этот метод имеет несколько существенных ограничений. Выход генератора функций может иметь изоляцию от корпуса или быть заземленным. При наличии изоляции существует параметр, указывающий на максимальный уровень напряжения, которое разрешено подавать на выход. Например, изолированный от корпуса выход Keysight 33522B выдерживает напряжение до ±42 В. Это означает, что если последовательно подключить источник постоянного тока к выходу функционального генератора, смещение постоянного тока должно быть меньше ±42В. Если выход генератора функций внутренне подключен к заземлению, то выходное напряжение ИП должно быть изолировано от заземления (если не планируется подключение узлов заземления вместе). Подавляющее большинство ИП Keysight имеет изолированные от земли выходы со значением плавающего напряжения ±240 В.
Другим ограничением использования этого метода является то, что ток, доступный для пользовательской нагрузки, ограничен выходным током выбранного генератора функций, так как ток нагрузки должен протекать через ИП и генератор функций.

Кроме того, большинство генераторов функций имеют выходной импеданс номиналом 50 Ом, т.е. любой ток нагрузки будет протекать через это сопротивление, которое, в свою очередь, будет формировать делитель напряжения с импедансом нагрузки. Поэтому следует обязательно отрегулировать соответствующее выходное напряжение источника постоянного тока.

Рис. 5. DC+AC-сигнал, полученный с помощью последовательного соединения функционального генератора с источником питания постоянного тока

Для справки:

Генераторы функций произвольной формы Keysight 33210A (серии 33500B и 33600A) позволяют вводить значение для ожидаемого сопротивления нагрузки (Rl) в диапазоне от 1 Ом до 10 кОм или бесконечно. При изменении данного параметра генератор функций автоматически отрегулирует внутреннее производимое напряжение для учета делителя напряжения, образованного 50-Ом резистором и таким сопротивлением нагрузки, при котором значение Vout равно установленной величине напряжения. Такая настройка применяется к части переменного тока выходного сигнала функционального генератора и обеспечивает смещение постоянного тока.

Метод использования источника питания со встроенным генератором сигналов

Если необходимо обеспечить напряжение или ток со значениями, превышающими максимальные значения на генераторе функций, а требования к частоте невелики (до нескольких килогерц), стоит задуматься об использовании ИП со встроенным генератором сигналов. Анализатор мощности Keysight N6705A DC способен производить произвольные формы сигналов поверх своих выходных напряжений постоянного тока без необходимости использования какого-либо внешнего оборудования (например, генератора функций или трансформатора тока). Поскольку такая возможность полностью интегрирована в продукт, это самый удобный способ для получения сигналов данного типа. Однако, поскольку в действительности выходы являются ИП постоянного тока, пропускная способность также будет ограничена величиной в несколько килогерц.

Вывод

Потребность в добавлении постоянной составляющей на выход функционального генератора возникает при различных испытаниях. Существует несколько способов решения этой задачи, и каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, влияющие на выходное напряжение, ток, пропускную способность и простоту реализации. Генераторы функций Keysight предоставляют возможность задавать смещение постоянного тока по всему диапазону выходного напряжения даже с малым значением амплитуды сигнала. Окончательный выбор метода будет зависеть от конкретных потребностей пользователя, имеющегося оборудование и время.

3 | НПП Технотрон, ООО

    
    Источник тока контактной сварки инверторного типа «ИМПУЛЬС-3» — предназначен для контактной точечной сварки деталей малых толщин (до 1,2мм).

    Поставляется с блоком выпрямительным ТТ-323 (с воздушным или жидкостным охлаждением).

    Источник может быть использован для работы в составе точечных или шовных установок контактной сварки, а также с ручным инструментом.

    Область применения источника – соединение прецизионных узлов и деталей в приборостроении и электронной технике методом контактной сварки.
Максимальная толщина свариваемых материалов:

    — малоуглеродистая сталь – до 1,0 мм;

    — нержавеющая сталь – до 1,2 мм;

    — латунь, бронза – до 0,4 мм;

    Источник поставляется с выпрямительным блоком.

    Источник «ИМПУЛЬС-3» имеет заводскую гарантию 2 года.

Панель управления источника “Импульс-3”

    График регулируемого наклона фронта импульса.

    Регулирование наклона фронта импульса необходимо для того, чтобы убрать возможные выплески металла из сварочной зоны. При сварке деталей из токопроводящих металлов и сплавов (медных, серебряных и т.д. ) применяется более крутой фронт импульса, а при сварке малоуглеродистых и нержавеющих сталей применяется более пологий фронт импульса – с целью устранения выплесков из контактной зоны и более эффективного управления тепловложения в зону образования сварочного ядра.

    Использование с ручным инструментом.

Генератор импульсов тока

Предлагаемое устройство относится к области импульсной техники и предназначено для питания обмоток возбуждения устройств, создающих импульсные магнитные поля, в частности для питания обмоток возбуждения двигателей возвратно-поступательного движения (в.п.д.). Достигаемый технический результат — упрощение конструкции. Генератор импульсов тока содержит накопительный и коммутирующий конденсаторы, силовой тиристор, цепи заряда и разряда коммутирующего конденсатора, индуктивную нагрузку, цепь заряда коммутирующего конденсатора выполнена из последовательно соединенных переменной линейной индуктивности и обмотки подмагничивания дросселя насыщения, а цепь разряда — из последовательно соединенных обмотки намагничивания дросселя насыщения и первого диода в проводящем направлении, последовательно с индуктивной нагрузкой включен второй диод. 2 ил.

Предлагаемое устройство — генератор импульсов тока (ГИТ) относится к области импульсной техники и предназначен для питания обмоток возбуждения устройств, создающих импульсные магнитные поля, в частности для питания обмоток возбуждения двигателей возвратно-поступательного движения (в.п.д.). Предлагаемый ГИТ может быть использован как устройство для питания импульсного электромеханического преобразователя энергии источника сейсмических волн (ИСВ).

Известен ГИТ (а.с. СССР №1018201, кл. Н03К 3/53, БИ №18, 1983), предназначенный для питания обмоток возбуждения двигателя в.п.д. импульсами тока. Он содержит зарядное устройство, трансформатор с основными и вспомогательными обмотками, конденсаторы, диоды, дроссели, первый и второй основные и вспомогательные тиристоры, включенные последовательно и в прямом направлении по отношению к зарядному устройству. Такой ГИТ содержит большое количество диодов, индуктивностей и индуктивно связанных обмоток. Рекуперация энергии из индуктивной нагрузки осуществляется через индуктивно связанные обмотки (трансформатор) в накопительный конденсатор. Все это значительно усложняет конструкцию.

Известен ГИТ (а.с. СССР №911685, кл. Н03К 3/335, БИ №9, 1982), предназначенный для питания обмоток электромеханических преобразователей энергии в.п.д. импульсами тока. Он содержит зарядное устройство, накопительный и коммутирующий конденсаторы, силовой и коммутирующий тиристоры, диод, индуктивную нагрузку и индуктивность в цепи перезаряда коммутирующей емкости. Основным недостатком такого ГИТ является сложность цепи искусственной коммутации тиристора в цепи нагрузки и отсутствие цепи первичного заряда коммутирующей емкости.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и характеру протекания электромагнитных процессов является устройство по а.с. СССР №1484249, кл. Н02М 3/135, 1987 г. — устройство для питания импульсного электромеханического преобразователя энергии источника сейсмических волн (прототип). ГИТ содержит мостовую схему из тиристоров и диодов. К одной диагонали подключен накопительный конденсатор, а к другой — обмотка возбуждения электромеханического преобразователя. Коммутирующий конденсатор, зашунтированный диодом, последовательно включен с коммутирующим тиристором, который зашунтирован из последовательно включенных диода и индуктивности. Недостатком ГИТ по прототипу (а.с. СССР №1484249, кл. Н02М 3/135, 1987 г.) является сложность конструкции.

Целью предлагаемого устройства является упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом ГИТ цепь заряда коммутирующего конденсатора выполнена из последовательно соединенных переменной линейной индуктивности и обмотки подмагничивания дросселя насыщения, а цепь разряда — из последовательно соединенных обмотки намагничивания дросселя насыщения и первого диода в проводящем направлении, последовательно с индуктивной нагрузкой включен второй диод.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами: на фиг.1 изображен предлагаемый генератор импульсов тока, на фиг.2 — кривые токов и напряжений на его элементах.

Устройство на фиг.1 состоит из накопительного конденсатора 1, силового тиристора 2, индуктивной нагрузки 3, цепи заряда коммутирующего конденсатора, составленной из последовательно включенных линейной переменной индуктивности 5 и обмотки подмагничивания 6 дросселя насыщения 7. Цепь разряда коммутирующего конденсатора 4 состоит из последовательно включенных обмотки намагничивания 8 дросселя насыщения 7 и первого диода 9. Последовательно с индуктивной нагрузкой 3, выполненной, например, в виде обмотки возбуждения электрического двигателя в.п.д., включен второй диод 10.

На фиг.2 приведены кривые напряжений и токов на элементах ГИТ, где 11 — напряжение на накопительном конденсаторе 1; 12 — ток в индуктивной нагрузке 3; 13 — напряжение на коммутирующем конденсаторе 4; 15 — ток в последовательно соединенных обмотках индуктивностей 5 и 6.

Работает генератор импульсов тока следующим образом. В исходном положении накопительный конденсатор 1 заряжен до исходного напряжения полярностью, указанной на фиг.1. Коммутирующий конденсатор 4 заряжен до исходного напряжения полярностью, указанной на фиг.1 без скобок.

В момент времени t₀ фиг.2, когда в индуктивной нагрузке 3, выполненной, например, в качестве обмотки возбуждения двигателя в.п.д., необходимо сформировать импульс тока 12 фиг. 2, подают управляющий сигнал на открытие силового тиристора 2. Тиристор 2 открывается и емкость 1 колебательно разряжается на индуктивную нагрузку 3, по закону, близкому к косинусоидальному 11. При этом в нагрузке 3, последовательно включенной со вторым диодом 10, формируется импульс тока 12 и импульсное электромагнитное поле. Одновременно с этим через зарядную цепь, составленную из линейной переменной индуктивности 5 и обмотки подмагничивания 6 дросселя насыщения 7, осуществляется колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора 4, напряжение на котором изменяется по закону, описываемому кривой 13. При этом в цепи перезаряда протекает ток 15, под действием которого полярность напряжения на коммутирующем конденсаторе 4 устанавливается, как показано на фиг.1 в скобках. Под действием протекающего по обмотке подмагничивания 6 дросселя насыщения 7 импульсного тока 15 магнитная система дросселя 7 намагничивается, например, в положение, характеризующееся индукцией насыщения -B_m. В момент времени t=t₁ напряжение 11 разряжающейся емкости 1 и напряжение 13 перезаряжающейся емкости 4 сравниваются и при t>t₁ напряжение 13 емкости 4 становится больше напряжения 11 емкости 1. Под действием этой разницы напряжений первый диод 9 открывается и по цепи обмотки намагничивания 8 дросселя 7 протекает ток, перемагничивающий магнитопровод дросселя 7 в положение, характеризующееся индукцией насыщения +B_m. На интервале ∆t=t₂-t₁ перемагничивания дросселя 7 его индуктивное сопротивление велико и ток перемагничивания невелик. В момент t=t₂ магнитная система дросселя 7 насыщается, его индуктивное сопротивление скачкообразно уменьшается (материал магнитопровода дросселя 7 выбирают, чтобы петля гистерезиса была близка к прямоугольной). Разница напряжений ∆U (фиг.2) на емкостях 1 и 4 при t=t₂ становится достаточной для запирания тиристора 2. Это напряжение ∆U к тиристору 2 прикладывается как обратное, тиристор 2 закрывается, а ток 12 нагрузки 3 перехватывается в цепь перезаряжающейся емкости 4, перезаряжая ее по контуру: конденсатор 4, обмотка 8 дросселя 7, первый диод 9, обмотка нагрузки 3, диод 10, конденсатор 4 полярностью, указанной на фиг. 1 без скобок. В момент времени t=t₃ ток 12 нагрузки 3 становится равным нулю, напряжение на конденсаторе 4 достигает максимального значения. Это напряжение поддерживает диод 10 в закрытом состоянии, а ток 15 линейного дросселя 5 затухает до нуля по контуру: обмотка дросселя 5, обмотка 6 дросселя 7, обмотка 8 дросселя 7, диод 9, обмотка дросселя 5. При t>t₂ накопительный конденсатор 1 от источника питания заряжается до исходного максимального значения, после чего предлагаемый ГИТ готов к повторному срабатыванию.

Для регулирования времени ∆t=t₂-t₁ и, таким образом, энергии, вводимой из накопительного конденсатора 1 в индуктивную нагрузку 3, а стало быть, и мощности (энергии), потребляемой нагрузкой 3, линейную индуктивность 5 выполняют регулируемой (переменной), например, путем изменения числа витков ее обмотки или величины воздушного зазора ее магнитной системы. С уменьшением величины индуктивности 5 кривая 13 напряжения перезаряда конденсатора 4 будет проходить круче, как показано на фиг. 2 пунктиром (кривая 14), время разряда емкости 1 на нагрузку 3 уменьшается, уменьшается и мощность (энергия) нагрузки 3. При увеличении индуктивности 5 время разряда конденсатора 1 на нагрузку 3 увеличивается, мощность (энергия), потребляемая нагрузкой, увеличивается.

В предлагаемом ГИТ один силовой тиристор и два диода, что позволило существенно упростить по сравнению с прототипом как конструкцию ГИТ, так и его схему управления, уменьшить весогабаритные показатели и стоимость ГИТ в целом.

Генератор импульсов тока, содержащий накопительный и коммутирующий конденсаторы, силовой тиристор, цепи заряда и разряда коммутирующего конденсатора, индуктивную нагрузку, выполненную, например, в качестве обмотки возбуждения двигателя в.п.д., отличающийся тем, что цепь заряда коммутирующего конденсатора выполнена из последовательно соединенных переменной линейной индуктивности и обмотки подмагничивания дросселя насыщения, а цепь разряда — из последовательно соединенных обмотки намагничивания дросселя насыщения и первого диода в проводящем направлении, цепи заряда и разряда включены параллельно друг другу, а последовательно с индуктивной нагрузкой включен второй диод.

Методики измерения пускового тока для соответствия требованиям Постановления Правительства

Скачать PDF версию|0,4 Мб

В соответствии с общепринятой терминологией, пусковой ток в электронных блоках питания (БП) – это самый первый импульс тока, возникающий сразу после включения БП в питающую сеть. Амплитуда такого тока зачастую в десятки раз превышает рабочий ток (nominal current), что связано с «нулевым сопротивлением» входных емкостей, являющихся элементами фильтра ЭМС/ЭМИ без которых невозможно создать БП соответствующий всем нормам и требованиям.

1. Амплитуда и длительность пускового тока (inrush current) всеми известными мировыми производителями блоков питания для светодиодных светильников (MOONS’, MEAN WELL, INVENTRONICS, HELVAR, OSRAM, PHILIPS и др.) измеряется в соответствии с требованиями мирового стандарта NEMA 410-2015 (Performance Testing for Lighting Controls and Switching Devices with Electronic Drivers and Discharge Ballasts) и приведена в Приложении №1.




2. В соответствии с Постановлением Правительства РФ от 3 ноября 2018 г. № 1312 пункт 27: «Пусковой ток светильников на этапе 2 не должен быть более 5-кратного рабочего тока источника питания». Поскольку определение «пусковой ток» и методика его измерения в российской нормативной базе не описана, то мы можем сами определять, какой именно ток в нашем светильнике «пусковой». То есть мы можем в качестве пускового указать значение тока не в момент включения БП в питающую сеть, а через 300–800 мс. Этот ток правильно называется «стартовый», но, еще раз повторим, нам никто не запрещает назвать его применительно к нашему изделию «пусковым». Методика измерения Амплитуды пускового тока приведена в Приложении №2. В связи с тем, что выполнить эти требования «честно» представляется возможным только применяя специальные дополнительные устройства, например, SPD-230_OVP от MOONS’, что приводит к существенному удорожанию светильников, то были введены в действие результаты работы так называемой регуляторной гильотины, отсекшей ряд Постановлений Правительства, касающихся требований к светотехнической продукции. В частности, в Постановлении Правительства РФ от 11 июля 2020 г. № 1036 признаны утратившими силу с 1 января 2021 года:

   • Постановление Правительства РФ от 10 ноября 2017 г. № 1356 «Об утверждении требований к осветительным устройствам и электрическим лампам, используемым в цепях переменного тока в целях освещения».

   
   

   • Постановление Правительства Российской Федерации от 3 ноября 2018 г. № 1312 «О внесении изменений в требования к осветительным устройствам и электрическим лампам, используемым в цепях переменного тока в целях освещения».

Приложение 1

ТИПОВАЯ МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ПУСКОВОГО ТОКА ПО NEMA 410-2015 ДЛЯ ЛЮБОГО БЛОКА ПИТАНИЯ ИЛИ СВЕТИЛЬНИКА

1. Необходимо подать напряжение на блок питания строго в момент времени максимального значения амплитуды (пик) напряжения, так как именно в этот момент времени значение пускового тока будет максимально. Это можно сделать, например, с помощью специального лабораторного оборудования в виде электронного генератора сети переменного тока, как указано ниже:




2. Использовать эквивалент питающей сети – 450 мОм 800 мкГн;




3. Подключить осциллограф с 2 каналами (с гальванической изоляцией измерительных каналов от питающей сети) ко входу блока питания, чтобы наблюдать форму входного тока относительно формы входного напряжения;




4. Зафиксировать осциллограмму (режим Триггер) и измерить амплитуду пускового тока, а также измерить длительность импульса при 10% и 50% от значения амплитуды импульса. Типовые значения Амплитуды пускового тока >20 А, а длительность тока в среднем составляет от 150 до 400 мксек;




5. Провести такое измерение 5 раз, чтобы в итоге в паспорте на изделие указать среднее значение.

Приложение 2

МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ПУСКОВОГО ТОКА БЛОКОВ ПИТАНИЯ MOONS’

В отличие от методики NEMA 410-2015 в которой измеряется амплитуда и длительность пускового тока, в данной методике необходимо измерить только амплитуду стартового тока (в Паспорте на свой светильник Вы имеете право назвать стартовый ток пусковым, так как отсутствует определение Пускового тока) – соответственно не требуется подавать напряжение на блок питания строго в момент максимального значения амплитуды напряжения, так как на стартовый ток это никак не влияет.

Если Вы используете в своих светильниках БП MOONS’, то мы рекомендуем указывать максимальное кол-во подключаемых БП на один автоматический выключатель, эту информацию Вы найдете в спецификации на БП или обратитесь в компанию «Планар-СПб».

1. Подключить блок питания через токовый шунт 0,5 Ом (мощностью 1 Вт для блоков питания мощностью до 320 Вт) к питающей сети напряжения 220/230 В 50 Гц;




2. Подключить осциллограф с 2 каналами (с гальванической изоляцией измерительных каналов от питающей сети) ко входу блока питания, чтобы наблюдать форму входного тока относительно формы входного напряжения;




3. Зафиксировать осциллограмму (режим работы Триггер) и измерить амплитуду стартового тока – импульс тока, следующий после пускового тока через ориентировочно 300-800 мсек характеризующий включение БП. Типовые значения амплитуды стартового тока превышают значения номинального входного тока в зависимости от мощности БП в 1,5-2 раза;




4. Провести такое измерение 5 раз, чтобы в итоге в паспорте на изделие указать среднее значение;




5. Осциллограмма блоков питания MOONS’ ME075Mxxx приведена ниже и на них мы видим, что жёлтым показано входное напряжение, синим – входной ток, а стартовый ток выделен красным и полностью соответствует требованиям Постановления Правительства.

Формирование наносекундных импульсов тока пучка в плазменных эмиссионных системах на основе разряда в скрещенных E×H полях

Please use this identifier to cite or link to this item:
http://elib.psu.by:8080/handle/123456789/20910

Title:	Формирование наносекундных импульсов тока пучка в плазменных эмиссионных системах на основе разряда в скрещенных E×H полях
Authors:	Абраменко, С. Н. Антонович, Д. А. Груздев, В. А.
Keywords:	Государственный рубрикатор НТИ — ВИНИТИ::ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТОЧНЫЕ НАУКИ::Физика Плазменный источник электронов Плазменный эмиттер Импульсы тока пучка Разряд в скрещенных E×H полях Системы электропитания плазменных источников электронов Plasma electron source Beam current pulses Discharge in crossed E×H fields
Issue Date:	Sep-2017
Publisher:	Полоцкий государственный университет
Citation:	Вестник Полоцкого государственного университета. Серия C, Фундаментальные науки. — 2017. — № 12. — C. 17-21
Series/Report no.:	Серия C, Фундаментальные науки;2017. — № 12
Abstract:	Предложен способ формирования импульсов тока пучка с длительностью до 100 нс с короткими (порядка 5 нс) фронтами в плазменном источнике электронов. Для реализации способа предлагается использовать плазменный источник электронов на основе разряда в скрещенных E×H полях с управляющим электродом, который не участвует в формировании плазмы, но может формировать и регулировать минимум потенциала в системе ускорения электронов. Приведена электродная структура такого источника. Проведено моделирование соответствующей системы электропитания, генерирующей импульсы напряжения на управляющем электроде плазменного источника электронов длительностью порядка сотен наносекунд, с регулируемой частотой и скважностью следования импульсов с применением различных ключевых элементов.= The method for forming beam current pulses with duration of up to 100 ns with short (about 5 ns) fronts is proposed. To implement this method, it is proposed to use a plasma electron source based on the discharge in crossed E × H fields with an additional electrode that does not participate in plasma formation, but can generate and control the minimum potential in the electron acceleration system. Shown an electrode structure of such a source. Modeling of the corresponding voltage pulse generation system on the control electrode of a plasma electron source with duration of the order of hundreds of nanoseconds is performed, with an adjustable frequency and a duty cycle of pulses. The amplitude of the control voltage pulses is about 1000 V.
Description:	FORMATION OF NANOSECOND BEAM CURRENT PULSES IN PLASMA EMISSION SYSTEMS BASED ON DISCHARGE IN CROSSED E × H FIELDS S. ABRAMENKO, D. ANTONOVICH, V. GRUZDEV
URI:	http://elib.psu.by:8080/handle/123456789/20910
ISSN:	2070-1624
Appears in Collections:	Электрофизика. Плазменные эмиссионные системы. 2017, № 12

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Источник постоянного / непрерывного импульсного тока 10 А

Источник постоянного / непрерывного импульсного тока SpikeSafe ™ 10 А является частью семейства источников постоянного / непрерывного импульсного тока SpikeSafe. Этот программируемый источник тока обеспечивает прецизионную импульсную передачу с минимальной шириной импульса 1 мкс и временем нарастания наносекунд. Этот источник тока поддерживает надежность VCSEL, светодиодов и лазерных диодов, приработку, IESNA LM-80 и другие тестовые приложения, требующие постоянного или импульсного тока. Он обеспечивает до 4 независимых каналов источника надежного и точного привода постоянного или непрерывного импульсного тока при согласованном напряжении до 200 В.Эта возможность высокого напряжения делает 10A идеальным выбором для питания последовательных цепей, содержащих несколько сильноточных устройств. Каждый канал источника обеспечивает выходную мощность до 1600 Вт при лучшей в отрасли эффективности преобразования мощности 96%. Высокая эффективность снижает потребность в электроэнергии и охлаждении помещения, снижая общую стоимость владения системами. Технология непрерывного преобразования энергии означает отсутствие ограничений на рабочий цикл или ширину импульса.

Регулируемая настройка нагрузки позволяет SpikeSafe компенсировать условия нагрузки, импеданс кабеля и длину.В результате получаются выходные импульсы с микросекундным временем нарастания и спада. Импульсы из нескольких каналов могут быть синхронизированы или смещены для балансировки нагрузки. Несколько пар выходных проводников поддерживают максимальный ток на проводник ниже 5 А, что позволяет направлять выходной ток через стандартные соединительные устройства. Встроенная система сбора данных измеряет импульсное или постоянное напряжение и ток в соответствии с требованиями мониторинга LM-80. Тестируемые устройства защищены плавным включением во время разгона и защитой от нагрузки SpikeSafe во время работы. Защита нагрузки SpikeSafe непрерывно отслеживает схемы напряжения и тока и мгновенно отключает привод при обнаружении неисправностей устройства. Этот источник тока имеет максимальный ток 10 А с точностью выходного тока 0,04% + 350 мкА.

Формы импульсов источника 10 А

Прецизионная генерация импульсов — ключ к лучшим методам измерений. Прецизионный импульсный источник тока 10А предлагает гибкость программируемой ширины импульса. Он может работать с большой длительностью импульса (от мсек до секунд) и с короткой длительностью импульса (длительность импульса 100 мксек и более).С источником импульсов доступна минимальная длительность импульса 10 мксек с обновлениями для высокоточной импульсной генерации (ширина импульса 1 мкс). Точность ширины импульса составляет 1 мксек с временами нарастания и спада наносекундного импульса. Время разгона регулируется.

• Прецизионный импульсный источник тока Vektrex 10 А, 44,8 В, импульс тока 100 мкс, длительность импульса 863,2 нс, время нарастания

• Прецизионный импульсный источник тока Vektrex 10 А, 50 В, 100 мкс, ширина импульса тока

• Прецизионный импульсный источник тока, 10 А, 100 В, 100 мкс

• Прецизионный импульсный источник тока Vektrex 10 А 200 В 100 мкс Ширина импульса тока

• Прецизионный импульсный источник тока Vektrex 10 А 35 В импульс тока 50 мкс ширина импульса 1. 334us время нарастания

Кривые производительности

Эта модель доступна для использования с внутренним источником питания (300 или 600 Вт). Для полной выходной мощности по 4 независимым каналам источника (4 x 1,6 кВт = 6,4 кВт) требуется вспомогательный источник питания. Пожалуйста, проконсультируйтесь с Vektrex для получения рекомендаций по дополнительному источнику питания.

Узнайте больше о наших источниках постоянного / непрерывного импульсного тока SpikeSafe здесь.

Источники постоянного / непрерывного импульсного тока SpikeSafe

Источники постоянного / непрерывного импульсного тока Vektrex SpikeSafe обеспечивают надежный привод постоянного или прецизионного импульсного тока.Эти импульсные источники тока оптимизированы для проверки надежности и обкатки, а также для других испытательных приложений, требующих постоянного постоянного тока или непрерывного импульсного тока. Они применимы для светодиодов, VCSEL, лазерных диодов и других токоведущих устройств. Источники тока серии SpikeSafe DC / Continuous Pulse с широким спектром моделей с одним и несколькими источниками каналов удовлетворят потребности всего семейства продуктов. Кроме того, все модели энергоэффективны и имеют индивидуальное управление каналом источника и точные токи на концах длинных кабелей.Минимальная длительность импульса 10 мкс. Плотность мощности высока — обычно от 6,4 кВт до 8 кВт. Запатентованная Vektrex технология SpikeSafe защищает устройства двумя способами: за счет упреждающего обнаружения аномалий тока и быстрого отключения питания для сохранения устройств, а также путем жесткого регулирования напряжения.

STARS (Система тестирования и надежности SpikeSafe) Программное приложение контролирует и управляет до 1024 индивидуально управляемых каналов источника тока. Кроме того, программное приложение панели управления предоставляет простой в использовании программный интерфейс.

Какой ток вам нужен?

Energy Efficient> 96% означает, что рентабельность инвестиций снижается из-за экономии затрат, связанных с использованием электроэнергии на предприятии. При максимальном согласованном напряжении 400 В многие устройства, подключенные последовательно, могут управляться одним каналом источника. С минимальным временем наработки на отказ> 175 000 часов, эти источники тока надежны и подходят для круглосуточной работы.

Точная передача импульсов по длинным кабелям

Регулируемая настройка нагрузки позволяет SpikeSafe компенсировать условия нагрузки, импеданс кабеля и длину.В результате получаются быстрые и чистые импульсы с небольшим выбросом — даже с выходными кабелями длиной более 10 метров. Использование SpikeSafe позволяет легко дублировать реальные условия испытаний в импульсном режиме — например, режим ШИМ 720 Гц при рабочем цикле 1%.

Выходная разводка витой пары упрощает систему

В отличие от других прецизионных импульсных источников, для которых требуются экзотические коаксиальные или плоские ленточные выходные кабели, в источнике постоянного / непрерывного импульсного тока SpikeSafe 400 используется простая и недорогая выходная проводка на основе витой пары. Для сильноточных моделей ток возбуждения разделяется на несколько выходных пар, обеспечивая максимальный ток на проводник ниже 7,5 А. Эта конструктивная особенность позволяет направлять токовый выход через обычно используемые соединительные устройства, такие как краевые разъемы печатной платы.

Без ограничений рабочего цикла

Источники тока

SpikeSafe используют непрерывное преобразование мощности для преобразования входящей большой мощности постоянного тока в чистые импульсы выходного тока или постоянные токи постоянного тока. Такой подход к регулированию по требованию устраняет необходимость в громоздких накопительных конденсаторах, и это одна из причин того, что SpikeSafe имеет такую ​​высокую плотность мощности.Но что более важно, это означает отсутствие ограничений на рабочий цикл или ширину импульса. Пульсирование от 1% до 100% рабочего цикла поддерживается вплоть до полных ограничений по напряжению и току модели.

Модульный, масштабируемый

Источники тока

SpikeSafe легко объединяются в системы, содержащие до 1024 каналов источника тока в шкафу электроники. Масштабируемая модульная конструкция позволяет легко расширять систему для увеличения емкости. Благодаря полному спектру вариантов источников тока SpikeSafe, системных компонентов, камер, креплений, конструкций загрузочных плат, кабелей и программного обеспечения Vektrex может предоставить идеальное решение для тестирования для лаборатории любого размера — большой или маленькой.Четыре из пяти основных производителей светодиодов стандартизируют источники тока SpikeSafe, и более 40% лабораторий LM-80 во всем мире используют источники тока SpikeSafe для управления своими светодиодами, в том числе лаборатории в Германии, Китае, США, Корее, Тайване, Гонконге и Малайзии.

Варианты конфигурации системы источников постоянного и постоянного тока Vektrex

Программное обеспечение

Vektrex предлагает варианты программного обеспечения для полного решения. Источники постоянного / непрерывного импульсного тока Vektrex просты в использовании с программным приложением Vektrex Control Panel, программным обеспечением для тестирования и надежности SpikeSafe (STARS) и STARPLOT. Программное обеспечение панели управления и источники тока SpikeSafe позволяют настраивать, контролировать и отслеживать устройства — в лаборатории или удаленно. STARS контролирует и контролирует источники, нагрузки и устройства терморегулирования во время испытаний. Кроме того, тесты STARS, долгосрочной надежности и обкатки могут быть автоматизированы и необслуживаемы. Кроме того, STARS поддерживает запуск и завершение независимого исходного канала. Следовательно, это позволяет запускать несколько пакетов светодиодов в одной системе для оптимизации производительности.Что наиболее важно, автономное программное обеспечение для построения графиков STARPLOT обеспечивает графическое представление данных о напряжении, токе и температуре для быстрого определения и иллюстрации тенденций.

Защищает устройства

Запатентованная система защиты нагрузки SpikeSafe

Vektrex непрерывно отслеживает характеристики напряжения и тока. Кроме того, он мгновенно отключается при обнаружении аномалий. Кроме того, быстрое отключение сохраняет неисправное устройство для анализа и защищает другие устройства в цепи. Наконец, результатом является меньшее количество отказов и улучшенная статистика надежности.

Энергоэффективность

Источники тока

SpikeSafe работают с эффективностью преобразования 96%. Следовательно, такой высокий КПД снижает потребление электроэнергии и сводит к минимуму тепловыделение в лаборатории. Кроме того, высокое допустимое напряжение источников тока и защита нагрузки SpikeSafe позволяют тестировать множество устройств в одной последовательной цепи. Что наиболее важно, эта конфигурация намного более эффективна, чем традиционные схемы с одним устройством. В заключение, чистый результат — более низкие годовые эксплуатационные расходы и более низкая совокупная стоимость владения.

Приложения

Применения включают тестирование надежности, испытание устройства на обгорание (постоянный или импульсный), приложения HASS и LM-80, сертификацию Energy Star, стресс-тестирование, эмуляцию вспышки сотового телефона, привод калибровочной лампы, лампы постоянного тока, старение резистора и лазерный диод постоянного тока. водить машину.

Для приложений измерения освещенности посетите страницу источников тока серии SpikeSafe Performance Series.

Галерея продуктов

SpikeSafe импульсный источник постоянного тока с формой импульса

Выбор и использование импульсных источников постоянного тока и рекомендации по синему диоду

Введение

Обычный лабораторный генератор импульсов предназначен для подачи импульсов определенного напряжения на резистивный
нагрузка.Однако во многих случаях инженеру требуется импульс определенного тока, который должен
остаются неизменными по амплитуде, независимо от напряжения или сопротивления нагрузки. Это обычное требование в
такие разнообразные приложения, как испытание сверхпроводников, пиропатронов и надувных устройств подушек безопасности, предохранителей, взрывчатых веществ, лазера
диоды и широкий спектр полупроводниковых приборов. Эти приложения часто требуют довольно больших токов в несколько
усилители или больше. Avtech предлагает несколько семейств моделей, идеально подходящих для этих приложений с импульсным постоянным током (см.
Таблица 1 ниже и страницы 66-73).

Таблица 1

Соответствие напряжения и максимальное изменение амплитуды

Помимо очевидных технических характеристик генератора тока, таких как максимальная амплитуда тока, повышение
время и диапазон ширины импульса, есть два других ключевых параметра: напряжение соответствия и максимальная амплитуда
вариация. Напряжение согласования, V _C , — это просто диапазоны напряжений нагрузки, которые импульсные
источник постоянного тока будет нормально работать с. Например, импульсный генератор постоянного тока Avtech AV-108F-1A-B имеет максимальную амплитуду 50
Ампер и согласованное напряжение 20 В. AV-108F-1A-B будет
работают должным образом только в том случае, если напряжение нагрузки остается ниже 20 В. Например, если амплитуда AV-108F-1A-B была установлена ​​на 40 А, наибольшая резистивная нагрузка, которая
мог бы быть 0.5 Ом, так как 40 А x 0,5 Ом = 20 В. (Наименьшая резистивная нагрузка составляет 0 Ом.
— источник тока не поврежден коротким замыканием, в отличие от некоторых генераторов напряжения.)

Второй ключевой параметр — максимальное изменение амплитуды тока при изменении
напряжение нагрузки. Идеальный генератор тока не имеет изменения амплитуды тока при изменении напряжения нагрузки. Тем не мение,
большинство токовых генераторов в действительности будут отображать небольшое изменение тока. Это изменение обычно обозначается как
процентное изменение тока при изменении напряжения нагрузки с нуля вольт на напряжение согласования
В _С .Это вариант наихудшего случая. Например, если AV-108F-1A-B был установлен на 40 А, на короткое замыкание (ноль Ом) и сопротивление нагрузки
затем повышается до 0,5 Ом (возможно, из-за тепловых эффектов или размыкания переключателя), где напряжение нагрузки
равный V _C , тогда ток задается не более чем на 5% — он будет лежать в диапазоне 38
до 40 А.

Емкостные нагрузки

Если нагрузка имеет большую шунтирующую емкость, время зарядки конденсатора будет увеличиваться.
часто ограничиваются законами физики, а не временем нарастания генератора импульсов.Определяющее уравнение для
конденсатор I = C dV / dt. Например, рассмотрим генератор импульсов AV-107E-B, который будет подавать импульсы до 2,5 А с заданной
время нарастания менее 30 нс (см. верхний сигнал, рисунок 1). Однако если этот импульсный генератор постоянного тока
установлен на низкую амплитуду 20 мА и используется для управления нагрузкой 1 кОм, наблюдается время нарастания напряжения около 1 мкс
(см. нижнюю осциллограмму, рисунок 1). Время нарастания напряжения ограничено паразитной выходной емкостью (и нагрузкой).
(которая может превышать несколько сотен пикофарад) через соотношение I = C dV / dt.Если бы нагрузкой был лазерный диод,
эта паразитная емкость задерживает время, в течение которого напряжение на диоде достигает порогового напряжения генерации.

На время спада генератора импульсов тока может влиять или не влиять наличие емкости,
в зависимости от конкретной модели, которая используется. Для примера, описанного выше (см. Нижнюю осциллограмму, рисунок 1),
время спада все еще очень короткое, потому что выход генератора закорочен на землю, когда выход не обеспечивает
текущий импульс.Это очень быстро разряжает любую емкость. Другие модели не замыкают выход на землю, поэтому
Время спада контролируется соотношением I = C dV / dt, как и время нарастания.

Рисунок 1

Индуктивные нагрузки

В то время как емкостные нагрузки могут ухудшать слабые импульсы тока, настоящий смертельный враг генераторов тока.
— индуктивность нагрузки. При использовании генераторов импульсов тока, особенно сильноточных, необходимо соблюдать особую осторожность.
высокоскоростные, с любой индуктивной нагрузкой или кабелем.Даже небольшая индуктивность может привести к значительному
«индуктивный удар», который представляет собой скачок напряжения, предсказываемый законом Ленца: V = L dI / dt. В качестве примера рассмотрим
ситуация, когда Avtech AV-107E-B используется для управления
резистивная нагрузка 10 Ом, и нагрузка подключается на расстоянии 4 дюймов от генератора, используя провод 20 AWG для передачи сигнала.
линии и заземляющего провода, всего 8 дюймов провода. AV-107E-B будет обеспечивать ток 2,5 А при времени нарастания 30 нс, а провод будет
имеют индуктивность примерно 200 нГн. Затем закон Ленца предсказывает индуктивный скачок напряжения 15 В! (См. Средний
сигнал, рисунок 1). Даже если общая длина провода уменьшится до 1 дюйма, индуктивный выброс все равно будет более 1 дюйма.
V !! (1 дюйм провода № 24 равен 20 нГн) !! Есть два взаимодополняющих подхода к борьбе с этой проблемой. Это первое
подход состоит в том, чтобы разместить нагрузку как можно ближе к генераторам импульсов, избегая использования кабелей или
разъемы. Для максимальной производительности и удобства установка нагрузки возможна на многих
модели.(Специально разработанное гнездо с низкой индуктивностью позволяет устанавливать диодную нагрузку непосредственно на импульсном
выходной модуль генератора.) Второй подход, обсуждаемый ниже, заключается в использовании линии передачи с низким сопротивлением.

Линии передачи с низким сопротивлением

Линии передачи характеризуются параметром Z ₀ , «характеристика
сопротивление »линии передачи. Когда линия передачи подключена к нагрузке, равной ее
характеристическое сопротивление (R _L = Z ₀ ), тогда линия передачи действует как идеальный кабель:
генератор импульсов не «видит» паразитную емкость или индуктивность в линии.Этот метод можно использовать для
длиной до нескольких футов. Основная трудность заключается в получении линии передачи с правильным импедансом.
— практически все имеющиеся в продаже кабели имеют импеданс 50 Ом или выше. Лазерные диоды и др.
Сильноточные нагрузки, скорее всего, будут иметь сопротивление всего в несколько Ом. К счастью, Avtech выпускает линейку
low-Z ₀ линий передачи (серия AV-LZ, см. стр. 77). Доступны со значениями Z ₀ .
1, 2, 3, 6 и 12 Ом.Линии AV-LZ доступны с опцией диодного гнезда, что позволяет
установка диодной нагрузки в конце ЛЭП.

Токовые генераторы с потерями

Генераторы тока по своей природе имеют потери, то есть они рассеивают гораздо больше тепла, чем напряжение.
генераторы. По этой причине генераторы импульсов тока часто ограничиваются работой с низким рабочим циклом и / или используют воду и вентилятор.
охлаждение. (Рабочий цикл — это часть времени, в течение которого выходной сигнал генератора импульсов является высоким — i.е. 100% x ширина импульса /
период). В наихудшем случае мгновенное рассеяние мощности в генераторах тока происходит, когда нагрузка представляет собой короткое замыкание,
и примерно равен напряжению податливости, умноженному на амплитуду тока. Например, Avtech
AV-108F-3A-B будет подавать импульсы 200A с соблюдением
напряжение 20 В, что в худшем случае приводит к мгновенному рассеянию мощности 4 кВт! (Максимально допустимая средняя мощность
рассеиваемая мощность в AV-108F-3A-B составляет 400 Вт, в результате
в ограничениях рабочего цикла.)

Текущие мониторы

Измерение и наблюдение импульсов тока может быть неудобным, поскольку осциллографы предназначены для
измерить напряжения. Доступно несколько подходов. Например, пробники и трансформаторы тока можно приобрести в
ряд источников, таких как Tektronix, Pearson или American Laser. Датчики и трансформаторы могут обеспечить
отличные результаты, но учтите, что токоведущий провод должен проходить через трансформаторы в форме пончика или
щупы, поэтому их нельзя использовать с линиями передачи, так как главный провод экранирован.Второй подход
используются токочувствительные резисторы с малой индуктивностью (например, доступные от Isotek и Caddock), которые размещаются
последовательно с нагрузкой, и поэтому напряжение на резисторе будет пропорционально току. В
сопротивление должно быть низким, чтобы избежать больших падений напряжения и рассеивания мощности. Третий метод относится к
Дело в том, что многие генераторы тока Avtech доступны с удобными встроенными датчиками тока. Текущий монитор
выход выдает импульс напряжения, который пропорционален импульсу основного выходного тока (с одинаковой шириной импульса). В
Кроме того, многие устройства с функцией -B GPIB обеспечивают отображение тока на ЖК-дисплее.

На рис. 2 показаны четыре формы сигнала для генератора импульсов тока Avtech. Верхняя осциллограмма показывает напряжение
через нагрузку 5 Ом при подаче постоянного импульса 400 мА. Вторая форма волны показывает напряжение нагрузки, когда
Вместо этого используется нагрузка 0,5 Ом с той же амплитудой тока. Естественно, напряжение нагрузки в десять раз больше.
меньше, так как сопротивление в десять раз меньше, чем раньше. Третья и четвертая формы волны показывают выходной сигнал
текущий монитор для этих двух случаев.Эти две формы сигналов идентичны, поскольку амплитуда тока не изменилась.
менялся, несмотря на разные сопротивления нагрузки и напряжения. (В этом примере текущий выход монитора обеспечивает
Монитор V = I _OUT /5. Поскольку I _OUT = 0,4 А в обоих случаях, монитор V = 80 мВ,
как показано на фото. )

Рисунок 2

Использование генератора импульсов напряжения в качестве генератора импульсов тока

Следует отметить, что если пользователю не требуется ток более одного или двух ампер и
может выдерживать некоторое изменение амплитуды тока в зависимости от напряжения нагрузки, генератор импульсов Avtech 50 или 100 В может быть
используется для аппроксимации импульсного источника постоянного тока путем добавления сопротивления последовательно с лазерным диодом
нагрузка.Рисунок 3 иллюстрирует эту технику. Avtech AV-1010-B Pulse
Генератор предназначен для подачи импульсов 100 В на нагрузку 50 Ом. Если нагрузку 50 Ом заменить на
Резистор 49 Ом (R _СЕРИИ ), соединенный последовательно с лазерным диодом 1 Ом (R _D ), AV-1010-B может использоваться как источник тока 2 А (поскольку 100 В /
R _СЕРИЯ + R _D = 2A). Эта установка имеет то преимущество, что линия передачи 50 Ом может быть
используется, так как линия передачи будет завершена с сопротивлением 50 Ом. По сравнению с настоящим источником тока, это
подход гораздо менее подвержен индуктивным ударам (то есть ЗАКОНУ ЛЕНЦА).

При длительном использовании AV-1010-B
более низкие токи нагрузки (например, 10 мА) R _СЕРИИ можно значительно увеличить (например, до 10 кОм), но затем
в схему необходимо добавить шунтирующий резистор (R _SHUNT ), как показано на рисунке 4. Этот резистор выбран так, чтобы
что его параллельная комбинация и R _SERIES + R _D равна 50Ω, чтобы правильно
прекратить линию передачи.(Если линия передачи не терминирована должным образом, вызовы и выбросы
происходят на пульсе. См. Примечание по применению 1A, рис. 11). При использовании AV-1010-B в таких приложениях того же эффекта можно добиться, просто установив
переключатель сопротивления источника в положение 50 Ом (т.е. шунтирующий резистор не требуется).

AV-1010-B имеет время нарастания и спада
10 нс, частота повторения от 10 Гц до 1 МГц, длительность импульса от 100 нс до 1 мс и высокие значения рабочего цикла. Эти
широкий диапазон делает AV-1010-B более универсальным
прибора, чем многие другие генераторы импульсного постоянного тока и драйверы лазерных диодов, рассмотренные выше.

Кроме того, при использовании дополнительных согласующих трансформаторов импульсы до 4А (см. Рисунок 5) или 8А
(см. рисунок 6) может быть получен при максимальной длительности импульса менее 10 мкс. Повышенный ток наступает при
за счет снижения выходного напряжения (максимум 50 В для установки 4 А и 25 В для 8 А). Выходное напряжение должно быть
поддерживаемое выше порогового напряжения лазерного диода для генерации диода.См. Стр. 52–65 для полной линейки Avtech
драйверов лазерных диодов импульсного напряжения.

Драйверы импульсов для исследования синих лазерных диодов

Требования к испытаниям импульсного режима синего лазерного диода высоки, поскольку
исследовательские прототипы демонстрируют высокие пороговые токи и высокие пороговые напряжения. Обычно напряжения в открытом состоянии для GaN
лазеры имеют напряжение от 10 В до 30 В или даже выше, в зависимости от сложности контакта. (Диоды, построенные из
Системы II-VI, такие как ZnSe, как правило, имеют более низкие прямые падения напряжения, обычно от 4 В до 12 В).Пороговый ток
во многом зависит от размера и мощности диода и может варьироваться от нескольких десятков миллиампер до нескольких ампер.

Avtech имеет несколько семейств импульсных генераторов постоянного тока, которые обеспечат эти большие
токи и большие напряжения одновременно (см. Таблицу 1). Например, каждая из четырех моделей серии AV-107
имеет номинальное напряжение 60 В, что более чем достаточно для большинства применений синих лазерных диодов. Эти
модели характеризуются умеренно быстрым нарастанием и спадом от 10 до 30 нс и номинальным пиковым током от 2 до 20 ампер.В
Устройства серии AV-106 имеют аналогичные номинальные значения тока и напряжения, но с более высоким временем нарастания и большей шириной импульса.
Для еще более широких импульсов и меньшего времени нарастания (и более высоких значений рабочего цикла) серия AV-156 должна быть
считается. Все инструменты в Таблице 1 обладают тем свойством, что они являются настоящими источниками тока. Это
токовый выход практически не зависит от напряжения или импеданса нагрузки. Для синих диодов с меньшим включенным напряжением (и
сопротивление), истинный источник тока может не потребоваться, и тогда можно рассмотреть импульсные драйверы напряжения, такие как
серии AVO-2, AVO-5 и AVO-6 (см. стр. с 53 по 57), которые могут обеспечивать время нарастания до 1 нс и выходную мощность
токи в диапазоне от 1 до 18 Ампер.Если время нарастания 10 нс является приемлемым, тогда модель общего назначения
AV-1010-B
следует рассматривать для
приложения, требующие силы тока до 8 ампер. Для более высоких токов (до 14 А) используются АВР-4, АВР-5 и
Следует рассмотреть серию AVR-7 (см. Страницы с 40 по 43).

Источник тока с опцией импульса

Поскольку вы все равно не предоставите нам явно важную информацию, такую ​​как напряжение цифрового выхода, какие напряжения питания доступны, какой ток светодиода и сколько он падает при этом токе, я просто собираюсь восполнить вещи.

Вот топология, которая должна работать:

Коллектор Q1 выглядит как управляемый сток тока, когда цифровой сигнал высокий. Цифровое высокое напряжение за вычетом падения B-E появляется на R1. Поскольку это фиксированное напряжение, оно вызывает фиксированный ток через R1. Из-за усиления транзистора большая часть этого может поступать только от коллектора. В этом примере напряжение на R1 составляет около 2,6 В, поэтому его ток равен 96 мА. Ток светодиода будет чуть меньше, где-то 95 мА.

Обратите внимание, что ток светодиода не зависит от напряжения питания, пока он достаточно высок. Q1 имеет на эмиттере около 2,6 В. Чтобы он работал как сток, должно быть не менее 1 В постоянного тока, поэтому на коллекторе должно быть не менее 3,6 В. В этом примере я предположил, что на светодиодах проходит 1,9 В, что дает нам напряжение питания не менее 5,5 В. Было бы лучше, если бы транзистор прочно находился в области стока тока. Максимальное напряжение питания ограничивается только рассеиванием на Q1. Например, при питании 7 В он рассеивает около 250 мВт, когда светодиод включен. Если вы переключаетесь быстро и используете в среднем 1/2 включенного времени, то при питании 7 В. он рассеивает 125 мВт.

C1 предназначен только для того, чтобы немного ускорить процесс, поскольку скорость является проблемой. Когда база переводится из низкого состояния в высокое, C1 должен заряжаться. Это посылает небольшую дополнительную плату через D1 при запуске. При выключении он обеспечивает максимально быстрое выключение транзистора. Переход B-E будет фактически смещен в обратном направлении в течение короткого времени, что быстро истощает неосновные носители из базовой области.Значение, которое я показываю для C1, является очень приблизительным. Слишком много неизвестных, чтобы точно предсказать требования. Значение C1 лучше всего найти, начав с неопределенно правдоподобного значения, как показано, а затем экспериментально подобрать правильное значение, наблюдая за напряжением коллектора на осциллографе.

Самодельный генератор импульсов мощности DIY

Многоцелевой генератор импульсов мощности, способный приводить в действие катушки Тесла и другие катушки большой мощности. Это устройство основано на проекте Homemade Tesla Coil и использует улучшенную версию схемы драйвера катушки зажигания для генерации высокого напряжения.

Это устройство может очень просто генерировать сильноточные импульсы переменной частоты и ширины. В этом устройстве в качестве основного источника сигнала используется генератор прямоугольной волны, показанный в разделе «DIY-устройства», но к нему также можно подключить любой другой источник сигнала. Входной сигнал усиливается с помощью массива из девяти силовых транзисторов 2N3055 (T2), которые способны переключать огромные количества мощности.

Переключатель позволяет подавать питание на внешние катушки для низковольтных приложений, или внутренние катушки зажигания могут получать питание для зарядки большого высоковольтного конденсатора импульсного разряда.

Схема низкого напряжения в этом устройстве похожа на драйвер самодельной катушки Тесла, но с некоторыми важными отличиями. Сильные импульсы тока от свинцово-кислотных аккумуляторов делают генератор сигналов нестабильным в оригинальной конструкции. В новой версии используется полностью независимый источник сигнала с собственной батареей, чтобы минимизировать помехи. Также имеется дополнительная буферная схема для защиты транзисторов 2N3055 от скачков напряжения, вызванных индуктивной отдачей от катушек автоматического зажигания.

Вся силовая электроника размещена в алюминиевом корпусе с панельными индикаторами, портами ввода-вывода и переключателями. Схема генератора сигналов размещена в независимом блоке с собственной батареей 9 В. Он может быть подключен к основному блоку через экранированный кабель, что позволяет управлять им с безопасного расстояния.

Высокое напряжение на выходе катушек зажигания выпрямляется с помощью некоторых больших высоковольтных диодов (D2), разработанных для рентгеновских аппаратов. Выпрямленный выход подключен к большому конденсатору (C1) для сглаживания выхода постоянного тока.Из сглаживающего конденсатора в цепь зарядки были добавлены катушка индуктивности (L1) и дополнительный диод «de-Q-ing» (D3), чтобы блокировать сигнал переменного тока от первичной катушки TC от попадания на сглаживающий конденсатор. Они также помогают защитить выпрямитель от коротких замыканий, дуговых токов и возможных обратных ЭДС или переходных процессов.

Используемые здесь разъемы стандартного типа «банан». Они не предназначены для использования под высоким напряжением и поэтому будут пропускать небольшую энергию из-за ионизации воздуха поблизости.

Основная высоковольтная передняя панель на коробке имеет гнезда для выхода постоянного тока высокого напряжения, внутренний конденсатор импульсного разряда высокого напряжения и внутренний искровой разрядник. Это позволяет конфигурировать цепи высокого напряжения различными способами без необходимости повторного подключения каких-либо внутренних компонентов.

Изображение справа показывает, как панель подключена к катушке Тесла.Искровой разрядник можно отрегулировать с помощью ручки на боковой стороне корпуса. В зависимости от резонансной частоты управляемого ТС может потребоваться регулировка емкости. Это можно сделать, просто добавив несколько конденсаторов параллельно или используя отдельный.

На этом изображении показаны соединенные между собой выходы катушек зажигания. Катушки зажигания подключены параллельно, чтобы обеспечить более высокий выходной ток.

Все высоковольтные кабели внутри коробки помещены внутри гибких пластиковых трубок для дополнительной изоляции.Здесь вы можете видеть, что низковольтные соединения катушек зажигания также закрыты трубками для дополнительной защиты.

Корпус заземляется путем подключения толстого провода к длинному металлическому штырю, вбитому в землю. Все заземляющие соединения для внутренних цепей также подключены к корпусу.

Подключение корпуса к заземляющему штырю необходимо при использовании устройства для управления катушками Тесла. Это связано с тем, что катушка Тесла (TC) будет генерировать радиочастотные (RF) токи, которые в противном случае присутствовали бы во всей цепи.Без хорошего радиочастотного заземления вы, вероятно, получите небольшие толчки от органов управления при работе с катушкой Тесла.

Внутренний регулируемый искровой разрядник

Этот новый искровой разрядник состоит из трех сферических электродов в диэлектрическом корпусе с высоким К. Двойной кожух искрового промежутка снижает общий шум и позволяет легировать воздушный поток другими газами. Анод и катод расположены дальше, чем может произойти скачок напряжения, и третья сфера может перемещаться в зазор и выходить из него через длинный стержень из стекловолокна.Это позволяет плавно регулировать искровой промежуток в любом месте между коротким замыканием и разрывом цепи, пока он активен.

Для улучшения прохождения воздуха через искровой промежуток установлена ​​пара бесщеточных вентиляторов 12 В постоянного тока. Это не улучшает закалку, но снижает коррозию электрода из-за накопления озона в корпусе разрядника. К разъемам вентиляторов добавлен дополнительный фильтрующий конденсатор, так как этот тип чувствителен к скачкам напряжения

Органы управления

Схема управления, используемая для генерации управляющего сигнала, сделана с использованием схемы на основе 555.Эту схему можно найти на странице DIY Devices, она называется «Генератор сигналов с контролем ширины импульса». Эта схема размещена внутри небольшой переносной коробки с батареей 9 В. Его можно подключить к генератору импульсов мощности с помощью штекера на конце кабеля от устройства. Вы можете купить расширенную версию этого источника сигнала здесь.

Различные катушки зажигания или трансформаторы будут иметь разные резонансные частоты. Использование этой схемы позволяет настраивать катушки зажигания и управлять ими на их резонансной частоте.

Внешние трансформаторы, катушки или соленоиды также могут работать с любой желаемой частотой в пределах диапазона таймера 555. Возможности широтно-импульсной модуляции схемы управления используются для управления уровнем мощности трансформаторов и других катушек. Эта функция также позволяет запитать большие или малые двигатели постоянного тока с переменной скоростью от 0% до 100%. Их также можно настроить на их резонансную частоту.

Это устройство подходит для множества экспериментов и отлично подходит для любого исследователя, экспериментирующего с импульсной мощностью или резонансными приложениями. Вы можете увидеть эксперименты, которые мы провели с катушками Тесла с использованием этого устройства на странице экспериментов с катушками Тесла.

Импульсный источник питания | Оборудование для производства полупроводников

Импульсный источник питания Блок генерации импульсов Блок зарядного устройства

Мы поставляем высокоточные и стабильные мгновенные высоковольтные и сильноточные импульсные мощности с высокой частотой повторения.

Характеристики продукта

Импульсный источник питания — это устройство, которое мгновенно вырабатывает высокую мощность на уровне микросекунд или наносекунд. Наш импульсный блок питания сконфигурирован с конденсаторным зарядным устройством и схемой генерации импульсов с полупроводниковым переключателем и системой схемы сжатия магнитных импульсов (насыщаемый реактор) и способен обеспечивать высокоточное и стабильное управление за счет большого количества повторений.
Кроме того, выходное импульсное напряжение может выводиться с высокой точностью (колебания были уменьшены до 1/40 нашего обычного колебания), и оно может выводиться с чрезвычайно малыми колебаниями (джиттером) на своей оси времени (оно было уменьшено до 1/55 нашего обычного колебания). Эффективность устройства повышается за счет установки схемы рекуперации энергии.

• Подача высокого напряжения в несколько единиц 10 кВ или более с резким повышением уровня наносекунд (нс)
• Высокоточная форма выходного импульса
• Длительный срок службы (обеспечение стабильного импульсного выхода в течение длительного периода времени)
• Достижение доставки 1000 устройств и более

Технические характеристики

Спецификация импульсного источника питания

• * Ширина импульса является типичным значением, когда C2 = Cp и Cp расположены близко.

Спецификация импульсного блока питания для испытаний

Прилагаемый документ представляет собой справочный документ. Пожалуйста, заполняйте формы в розовых квадратах как можно больше. Пожалуйста, отправьте то же самое при обращении к нам. Для запроса нажмите кнопку ниже.

Обзор требований (по техническому заданию) (Ppt: 118KB)

Новый продукт

Мы разработали импульсный источник питания для тестирования.

• Вес был уменьшен до 1/9 от обычного за счет интеграции блока генерации импульсов и зарядного устройства.
• Питание может подаваться от источника переменного тока 100 В через постоянный ток.
• Он может подавать питание с быстрым нарастанием в десятки наносекунд (нс).

Приложения и решения

В настоящее время импульсный источник питания широко используется в качестве источника питания привода для плазменных систем.Примеры использования плазмы включают процесс, в котором синхротронное излучение или заряженные частицы, такие как электроны и ионы из плазмы, реагируют с объектом, стерилизация и обработка воды с использованием ударной волны, генерируемой импульсным дуговым разрядом, лазерной генерации, очистки выхлопных газов, генерации озона. и источник света в крайнем ультрафиолете (EUV) с помощью плазменного разряда высокой плотности.

Наш импульсный источник питания активно используется в качестве источника питания различных типов для источника эксимерного лазера, источника EUV-света, системы предотвращения распространения водяных штанг и т. Д., и каждый из них характеризуется шириной выходного импульса 100 нс или менее, частотой повторения 20 кГц, выходным напряжением 120 кВ и т. д.
Мы предлагаем лучший источник питания для удовлетворения требований клиентов.

Эксимерный лазер

Это лазер с большой выходной мощностью и высокой эффективностью, который генерирует генерацию на длине волны ультрафиолета (KrF: 248 нм, ArF: 193 нм и т. Д.) И используется в системе литографии полупроводников. При использовании эксимерного лазера необходимо мгновенно возбуждать лазерный газ, и требуется источник питания, способный производить чрезвычайно короткий импульс.

Характеристики используемого импульсного блока питания

• Частота повторения: 6 кГц или менее
• Выходное напряжение: -30 кВ или менее
• Средняя выходная мощность: 15 кВт класс
• Ширина выходного импульса: 100 нс или менее

Импульсный блок питания для источника света EUV

Мы проводим исследования и разработки в области EUV (экстремального ультрафиолета) с длиной волны 13,5 нм для ведущего источника света для литографии следующего поколения. Наш импульсный источник питания использовался в исследованиях метода DPP (плазменного разряда), в котором EUV генерируется путем разряда.Более высокая мощность требовалась в источниках света EUV, а также в импульсных источниках питания.
Мы разработали импульсный источник питания, который может выполнять повторяющиеся операции с максимальной частотой 20 кГц. Он работает поочередно от двух параллельно включенных импульсных блоков питания по 10 кГц каждый. Мы осуществляли поставки в Ассоциацию разработчиков систем экстремальной ультрафиолетовой литографии (EUVA), которая является основным подрядчиком исследовательского проекта NEDO по контракту: «Проект разработки базовой технологии для системы экстремальной ультрафиолетовой литографии (EUV)».

Характеристики используемого импульсного блока питания

• Частота повторения: 20 кГц или менее
• Выходное напряжение: несколько кВ или менее
• Средняя выходная мощность: 200 кВт
• Ширина выходного импульса: 5 мкс

Импульсный источник питания системы предотвращения распространения цветения воды

Разряд может генерироваться не только в газе, но и в воде при использовании импульсной мощности. Примером применения подводного импульсного разряда является система предотвращения распространения цветения воды.Поскольку крупные вспышки цветения воды в озерах, болотах, прудах и т. Д. Летом вызывают загрязнение воды, они лечатся путем уничтожения пузырьков воздуха внутри ячеек цветения воды с помощью ударных волн, генерируемых подводным импульсным разрядом. Чтобы вызвать разряд в воде, необходимо быстрое повышение напряжения, а также необходима высокая энергия разряда для увеличения объема обработки.
Мы разработали импульсный источник питания, способный производить стабильную высоковольтную и сильноточную импульсную мощность в воде, и он был отправлен в корпорацию EBARA.

Характеристики используемого импульсного блока питания

• Частота следования: 40 Гц или менее
• Выходное напряжение: 120 кВ или менее
• Выходная энергия: 40 Дж / импульс
• Ширина выходного импульса: 2 мкс

Конфигурация системы

Пример принципиальной блок-схемы системы импульсного питания

Пример конфигурации системы импульсного питания

Пример конфигурации системы импульсного питания, включая систему управления. Он сконфигурирован с 4 блоками контроллера, зарядным устройством, блоком генерации импульсов и нагрузкой. От источника трехфазного переменного тока 400 В зарядное устройство выдает импульс 2,5 кВ, а модуль генерации импульсов выдает импульс -30 кВ. Стабильная выходная импульсная мощность и импульсный разряд могут быть получены путем управления с помощью детектора напряжения для импульсного источника питания и системы наблюдения (датчики и т. Д.) Для разрядной трубки нагрузки.

Пример конфигурации главной цепи

Зарядное устройство

Конденсатор первой ступени заряжается путем преобразования коммерческой энергии в постоянный ток.

Блок генерации импульсов

Заряженная энергия преобразуется в импульс с помощью IGBT, и короткий импульс высокого напряжения, который сжимается путем повышения и схемы сжатия магнитного импульса, выводится на нагрузку.

Импульсные токовые системы до 35 кА

Испытания элементов безопасности в условиях короткого замыкания — важный аспект безопасности при разработке новых электромобилей.

Введение

Напряжение тяговых батарей в электромобилях сегодня обычно находится в диапазоне от 400 В до 800 В и в будущем может достигать значений 1500 В, поскольку более высокие напряжения могут обеспечить более высокую производительность при меньших потерях.Энергия в этих аккумуляторах огромна и может нанести значительный ущерб в случае выхода из строя. Устройства безопасности в электромобилях гарантируют, что высокое напряжение и энергия в высоковольтных батареях не будут представлять опасности для людей — ни водителя, ни пассажиров, ни лиц, оказывающих первую помощь, в случае спасения после аварии.

Рисунок 1: IRS Systementwicklung GmbH и GvA Leistungselektronik GmbH в тесном сотрудничестве разрабатывают импульсные источники питания до 35 кА.

Даже в случае аварии необходимо убедиться, что опасное напряжение не может достичь кузова автомобиля. Для этого используются предохранители, которые очень надежно отключают систему накопления энергии до того, как токоведущие части могут изогнуться и вступить в контакт. Предполагая, что короткое замыкание все же происходит в транспортном средстве в результате аварии, необходимо надежно разделить токи в несколько килоампер. Это делается, например, с помощью так называемых пироплавких предохранителей, которые разрывают электрическое соединение с помощью небольшого взрыва, подобно таблеткам зажигания, используемым в подушках безопасности, которые распространены в автомобильной промышленности.Пиротехнические предохранители являются важным компонентом безопасности, поэтому их необходимо тщательно проверять.

Для подтверждения срабатывания такого компонента в смоделированных условиях короткого замыкания требуется источник тока, который может обеспечивать несколько килоампер тока в течение нескольких миллисекунд. Кроме того, он должен генерировать реалистичное напряжение батареи до 1500 В при срабатывании предохранителя.

IRS Systementwicklung GmbH и GvA Leistungselektronik GmbH в тесном сотрудничестве разрабатывают импульсные источники питания до 35 кА. Это сотрудничество сочетает в себе многолетний и солидный опыт GvA в области силовой электроники, сильноточного проектирования и производства систем, а также IRS в области программного обеспечения, безопасности и измерительной техники.

Рисунок 2: Упрощенная блок-схема системы перенапряжения

Ключевые факты

• Пиковые токи до 35 кА
• Диапазон напряжения до 1500 В
• Длительность импульса ок. 5 мс при 35 кА
• Одно- или опциональная многоимпульсная функция с технологией IGBT

Приложения

Измерители перенапряжения от GvA и IRS могут использоваться для тестирования различных коммутационных устройств в автомобильном секторе.В настоящее время основное внимание уделяется разделению тяговых батарей в случае аварии, но приложения в энергетическом секторе также имеют аналогичные требования.

С одной стороны, системы используются для подтверждения конструкции производителями и испытательными институтами. Кроме того, испытания на случайной выборке при производстве гарантируют надежность изделий с пироплавкими предохранителями.

Техническое описание

Ток 35 кА при напряжении 1500 В означает пиковую мощность более 50 мегаватт в течение короткого времени.Такое количество энергии нелегко получить даже от мощной промышленной установки, не говоря уже о стандартной лабораторной розетке — энергия должна сохраняться, чтобы быть доступной в любой момент.

Накопитель энергии — это конденсатор, который заряжается источниками питания до заданного напряжения. Импульс тока возникает, когда конденсатор разряжается через испытуемое устройство и дополнительный регулируемый резистор, включенный последовательно. Полупроводниковый высокоскоростной сильноточный переключатель определяет время разряда, а механические контакторы обеспечивают безопасное отключение во время обслуживания.Резистор и настройка напряжения определяют испытательный ток.

Накопитель энергии

Реалистичные напряжения аккумуляторной батареи уже находятся в диапазоне 400 . .. 800 В сегодня и будут стремиться к 1500 В в будущем. Поэтому необходимо использовать конденсаторы с высокой диэлектрической прочностью. Кроме того, конденсаторам необходима высокая емкость, превышающая две фарады, чтобы поддерживать напряжение в определенных пределах при протекании высокого импульсного тока. Такие герметичные конденсаторы с высокой емкостью требуют много места — от 3 до 8 шкафов, в зависимости от ступени расширения.

Для зарядки конденсаторов до 1500 В в течение нескольких минут используются источники постоянного тока в диапазоне 10 … 50 кВт — в зависимости от требуемого интервала зажигания. Кроме того, источники питания должны быть устойчивы к возможным перенапряжениям в диапазоне киловольт, которые могут быть вызваны индуктивными компонентами. Наконец, рекомендуется использовать устройства с обратной связью по сети, чтобы эффективно возвращать избыточную энергию в сеть после испытания.

Рисунок 3: Огромные конденсаторные батареи от GvA буферизуют необходимую энергию

Импульсный блок

Если конденсатор заряжен, ток подается в тестируемый объект через импульсный блок в определенное время. Первоначально это делается с помощью быстрого полупроводникового переключателя, который доступен в двух версиях в зависимости от требований:

Тиристор

• Одиночный
• Надежный стандартный компонент
• Экономичное решение

Рисунок 3.1: Тиристор

Стек IGBT

• Мультикадр с функцией включения / выключения
• Комплексный массив IGBT
• для любого времени с разрешением в мкс

Рисунок 3.2: Стек IGBT

Рисунок 4: Сравнение полупроводниковых переключателей от GvA: экономичная и сложная синхронизация

Рисунок 5: Настройка тока с помощью матрицы сопротивлений и / или контролируемой перемычки

В то время как тиристорные решения могут запускать одиночный импульс тока в точный момент времени благодаря своей структуре постоянного напряжения, сложный стек IGBT можно включать и выключать в любое время. Это увеличивает гибкость системы, например для проверки замыкающих переключающих элементов импульсным током.

Испытательный ток определяется напряжением, приложенным к конденсатору, и регулируемым сопротивлением. Используются различные решения, в которых настраиваемые матрицы сопротивлений и, необязательно, дополнительные катушки индуктивности имитируют внутреннее сопротивление батареи. Если сопротивление может быть легко выбрано пользователем вручную с помощью перемычек, это соединение можно контролировать оптически, чтобы исключить ошибки оператора.

Блок измерения и управления

Силовая часть импульсной системы должна находиться под безопасным контролем, а данные измерений должны регистрироваться для последующего анализа и оценки. Compact RIO от National Instruments используется в сочетании с модулями IRS для точного измерения времени и измерения. С одной стороны, эта платформа позволяет использовать мощные технологии измерения и управления в диапазоне микросекунд с комбинацией процессора, операционной системы реального времени и FPGA. С другой стороны, существует бесшовное соединение с системами Windows для анализа данных измерений с помощью знакомых инструментов. Хотя импульсы тока и напряжения записываются с высокой частотой дискретизации, помехи в суровых условиях сильных магнитных полей должны подавляться. Аппаратное и программное обеспечение IRS гарантирует, что чистые результаты испытаний доступны для дальнейшей обработки.

Рисунок 6: Точное по времени управление через оптоволоконные кабели и аналоговые измерения

Управление силовой электроникой (тиристор или IGBT) гальванически развязано через оптические интерфейсы IRS Compact-RIO.Это гарантирует, что измерительную систему можно безопасно разместить отдельно от силовой электроники, и что мешающие воздействия останутся минимальными. Измерительная система также гальванически изолирована от рабочего компьютера через оптоволокно. Таким образом, измерительная техника и система управления в операционной дополнительно пространственно отделены от опасных напряжений.

Пользовательский интерфейс

Система управляется промышленным ПК с пользовательским интерфейсом IRS, что позволяет оператору установки легко создавать и выполнять тестовые конфигурации.Состояние текущего источника всегда отображается на экране, и можно обрабатывать измеренные данные и формы сигналов для дальнейшего анализа.

Техника безопасности

И последнее, но не менее важное: безопасность является критическим вопросом при работе импульсных систем питания. Контроллеры безопасности отслеживают состояние дверных контактов и блокировок, контролируют изоляцию и напряжение, а также управляют блокировками дверей, разрядными контакторами, выключателями нагрузки и заземления, чтобы гарантировать, что люди не подвергаются опасности в любое время.Ведь напряжение прикосновения до 1500 В опасно для жизни. Необходимо обеспечить, чтобы система работала только тогда, когда все цепи безопасности работают без ошибок, двери закрыты и все состояния системы правдоподобны. Только когда энергия почти полностью рассеивается, все доступные соединения автоматически заземляются и предоставляется доступ в испытательную комнату. В то же время блоки питания с рекуперацией электроэнергии гарантируют эффективное восстановление избыточной накопленной энергии.

Рисунок 7. Пользовательское программное обеспечение для простой настройки и визуализации

Но опасность поражения электрическим током — не единственная опасность, от которой должны быть защищены сотрудники и посетители, потому что в случае неисправности образец для испытаний может лопнуть.Следует отметить, что в полностью заряженной системе хранится более 2 мегаджоулей энергии.

Если бы только 1% этой энергии был преобразован в движение механического компонента образца для испытаний на разрыв, эта часть получила бы силу 12-мм снаряда. Следовательно, для работы такой системы необходимо пространственное разделение испытуемого образца и безопасного программного обеспечения.

Рисунок 8: Меры безопасности для предотвращения опасных ситуаций

Блок управления безопасностью всегда контролирует состояние системы, а также состояние тестового поля более высокого уровня — независимо от программного обеспечения, используемого для управления системой.

Технические характеристики

Разработаны и построены различные варианты систем импульсного тока — в зависимости от требований заказчика. Следующие данные представляют параметры полностью разработанной версии в соответствии с текущим статусом. Меньшие или большие варианты могут быть поставлены индивидуально в соответствии с требованиями заказчика.

	Мин.	Тип	Макс	Установка
Диапазон напряжения	10		1500	В
Выходной ток	0. 1		35	кА
Мощность зарядки	15		45	кВт
Временное разрешение (контроль и измерение)		1		мкс
Длительность импульса (при 35 кА) В зависимости от емкости и падения напряжения		5		мс

Эта статья изначально была опубликована в журнале Bodo’s Power Systems.

.