Регулировка по току: Лабораторный блок питания с регулировкой тока и напряжения

Небольшая доработка лабораторного БП на LM317. Регулировка величины ограничения тока.

Всем хорош мой лабораторный блок питания на LM317, описанный здесь.

удобен в работе, надёжен, т.к. имеет хорошую защиту, как от перегрева, так и от перегрузки по току и короткого замыкания в нагрузке. И не сосчитать уж сейчас сколько раз реально это выручало меня в практической работе.  Но порог срабатывания штатной защиты от перегрузки по току, как и ток короткого замыкания,  у LM317 достаточно большой и достигает  2…3А – в зависимости от падения напряжения на стабилизаторе и никак не регулируется, так что эффективно защищая себя, LM317 никак не защищает слаботочную схему (нагрузку) от перегрузки по току.

Предлагаю вашему вниманию очень простой и надёжно работающий вариант  защиты от перегрузки по току (далее – просто схемы защиты) с возможностью ступенчатой регулировки в широких пределах величины ограничения тока нагрузки LM317.

Упрощенная схема защиты  для типового включения стабилизатора напряжения на LM317 представлена на рис.1. Вновь вводимые детали схемы защиты показаны красным цветом. Она состоит из датчика тока на резисторе R3  и  регулирующего кремниевого транзистора VT1, включённых в отрицательный провод цепи питания стабилизатора. Резисторы R1 и R2 защищают транзистор от перегрузки по току соответственно по цепи базы и коллектора. При работе стабилизатора в штатном режиме по резистору R3 протекает ток нагрузки. Как только падение на нём достигнет напряжения открывания транзистора VТ1 (примерно 0,6 В), он откроется и через коллектор начнёт «притягивать» вывод 1 микросхемы к отрицательному (по отношению к общему проводу) потенциалу эмиттера, величина которого равна напряжению база/эмиттер за вычетом напряжения насыщения коллектор/эмиттер (т.е. 0.6В-0.1В)=0.5В. Схема переходит в режим стабилизации выходного тока на заданном уровне. Поскольку для полного запирания LM317 на её управляющий вывод 1 нужно подать отрицательное напряжение 1,25В, перед схемой защиты включен прямосмещённый кремниевый диод VD3, обеспечивающий дополнительный сдвиг уровня отрицательного напряжения на 0.7…0.8В.

Величина сопротивления резистора R3 задаёт порог срабатывания защиты и переход в режим стабилизации тока и может быть выбрана по формуле R[Ом]=0,6/I[А]. Для большей точности при выборе малых пределов срабатывания не забываем учесть ток потребления  самой LM317 (примерно 5-6 мА), также протекающий через датчик тока. Например, показанный на схеме резистор 1.2 Ом задаёт порог 500 мА.

Полная принципиальная схема доработанного лабораторного блока питания представлена на рис.2.  Схема защиты показана отдельно и имеет  нумерацию деталей со знаком апострофа. В исходную схему БП она включается в разрыв отрицательно провода питания (точки. А и В) и к выводу 1 LM317 (точка С). Как видно, дополнительно к описанному выше введён переключатель пределов, обеспечивающий ступенчатую регулировку величины ограничения тока нагрузки LM317. В данном случае применён малогабаритный  галетный переключатель на 6 положений и 2 направления. Пределы по току выбраны 20,50,100, 200, 500мА и 2А. Токовый датчик наименьшего предела 20 мА (резистор R3) во избежание скачкой выходного напряжения при переключении пределов подключён постоянно, а остальные резисторы-датчики тока подключаются параллельно нему. Поэтому расчёт их сопротивлений под свои требования должен учитывать эту особенность.

Номинал R3 рассчитываем  так же как, как показано выше R3=0,6/(0,02+0,005)=24 Ома, а для остальных пределов сначала определяем требуемое сопротивление шунта Rтр[Ом]=0,6/I[А], а затем вычисляем номинал реального резистора Rn с учётом параллельно включённого R3:

Rn= (R3*Rтр)/ (R3-Rтр).

Диод должен быть кремниевый, рассчитанный на максимальный прямой ток не менее 3А, кроме указанного на схеме подойдут 1N5404, КД202, Д242 и т.п. В принципе можно поставить и Шоттки, но только 2 штуки последовательно. Транзистор любой с с усилением по току не менее 100 и допустимым током коллектора не менее 500 мА 2N2222, 2N5551 и т.п.

Всё детали схемы защиты смонтированы на галетном переключателе. Для большей надёжности обе группы контактов переключателя  соединены параллельно.

Вид на монтаж сбоку

Вид на монтаж сзади

В качестве примера на фото показа реакция БП с установленным выходным напряжением +12.6В  на замыкание выхода пинцетом на пределах защиты по току 200

Короткое замыкание на пределе 200 мА

и 500 мА

Короткое замыкание на пределе 500 мА

Как видим, сопротивление пинцета примерно 0,3 Ома. Таким же образом теперь можно очень просто измерять номинал низкоомных резисторов. Да и вообще теперь, при наличии режима стабилизации тока,  многие виды измерений существенно упрощаются:  при токе 20 мА можно тестировать стабилитроны напряжением  стабилизации до 24 В, заряжать аккумуляторы и многое другое.

.Беленецкий, US5MSQ               май 2020г.                   г.Киев, Украина

Схемы блоков питания с регулировкой по току и напряжению на кр142ен

Главная » Разное » Схемы блоков питания с регулировкой по току и напряжению на кр142ен

Сборка блока питания с регулировкой тока/напряжения своими руками

Вот очередная версия лабораторного блока питания с напряжением от 0 до 30 В и регулировкой потребляемого тока 0-2 А, что всегда бывает полезно, когда используется БП для настройки самодельных схем или когда они неизвестные приборы запускаются в первый раз.

Схема ИП с регулировкой тока и напряжения

Сама схема питания — это популярный комплект из таких элементов:

1. Сам регулируемый стабилизатор, в котором заменен T1 — BC337 на BD139, T2 — BD243 на BD911
2. D1-D4 — диоды 1N4001 заменены на RL-207
3. C1 — 1000 мкФ / 40 В заменен на 4700 мкФ / 50 В
4. D6, D7 — 1N4148 на 1N4001

У используемого трансформатора есть напряжения: 25 В, 2 А и 12 В, которое полезно для управления вентилятором, охлаждающим радиатор и силовые диоды на панели. Для этого была создана небольшая плата с мостовым выпрямителем, фильтрующими конденсаторами и стабилизатором LM7812 (с радиатором).

Внутри корпуса лабораторного источника питания размещены трансформатор, плата самого регулируемого блока питания, платы стабилизаторов — 12 В и 24 В, радиатор с охлаждающим вентилятором (запускается при 50 С).

На передней части корпуса установлены выключатель, три светодиода, информирующих о состоянии блока питания (сеть 220 В, включение вентилятора и защита — ограничение тока или короткое замыкание), синие и красные LED дисплеи с наклеенной на них затемняющей пленкой. Рядом с дисплеями расположены регулирующие потенциометры, а справа выводы питания. На задней части корпуса имеется разъем для сети, предохранитель и охлаждающий вентилятор 60×60 мм.

Полезное:  Устройство плавного пуска трансформатора

Что касается индикаторных дисплеев, они показывают:

• синий — текущее напряжение в вольтах V
• красный — текущий ток в амперах A

Источник питания получился реально удобный и надёжный. Вся сборка заняла несколько дней. Что касается охлаждения, оно включается только при высокой нагрузке и то на короткое время, примерно на пару минут.

С этим БП удобно работать даже при слабом освещении, так как яркости индикаторов хватает с головой. Если хотите повысить ток до 3-4 ампера, выбирайте трансформатор по-мощнее и транзисторы регулятора, с хорошим запасам по току. Ещё пару неплохих схем источников питания смотрите по ссылкам:

6- 4,50 Загрузка…

НАЖМИТЕ ТУТ И ОТКРОЙТЕ КОММЕНТАРИИ

Регулируемый блок питания 0…16В 5А.

Регулируемый блок питания 0…16В 5А , + фикс 5 В, + фикс 12,6 В.

Предлагаем вашему вниманию универсальный блок питания, который имеет на выходе два постоянных стабилизированных напряжения 5 и 12,6 вольт, а также регулируемый выход, позволяющий изменять выходное напряжение в пределах от 0 до 16 вольт. Последний выдерживает ток нагрузки порядка 5 ампер. Токи стабилизаторов DA1 и DA2 соответствуют техническим характеристикам этих элементов. Приведенная ниже схема публиковалась в 2011 году в одном из выпусков журнала “Радиомир”.

Блок питания обладает следующими характеристиками:

● Сетевое напряжение …………………………………………………………….……………. 180-230 В;● Мощность, потребляемая от сети …………………………………………………..….…….…120 Вт;● Выходное напряжение первого канала …………………….…………..… 5 В при токе до 2 ампер;● Выходное напряжение второго канала ……………………………….12,6 В при токе до 1,5 ампер;● Выходное напряжение регулируемого канала ……………………… 0 – 16 В при токе до 5 ампер.

Принципиальная схема изображена на рисунке ниже.

Рассмотрим схему этого стабилизатора.Сетевое напряжение 220 вольт поступает на входной фильтр от помех, собранный на T1 и двух конденсаторах С1 и С2 (был взят готовый от БП компьютера), далее на понижающий трансформатор Т2. Выпрямитель реализован на диодной сборке КВР206, правда остается не понятно, эта сборка диодов расчитана на Uобрат=600В, но ток она способна пропустить всего 2 ампера. Технические характеристики смотри на картинке ниже.

Вместо нее наверно лучше было бы поставить, например, KBU6G, (RS604) мост 6А, 400В. Параметры этой диодной сборки такие:

— Максимальное постоянное обратное напряжение, В ………………………..………….400;- Максимальный прямой(выпрямленный за полупериод) ток, А …………………………..6;- Максимальное импульсное обратное напряжение, В ……………………..…………….480;- Максимальный допустимый прямой импульсный ток, А ……………..…..…………….250;- Максимальный обратный ток, мкА ……………………………………………………………10;- Максимальное прямое напряжение, В ………………………………………………………. 1.

Или, например, 8GBU06 (GBU8J), Диодный мост, 8А 600В.

При неимении подобных диодных сборок, выпрямительный мост можно собрать из отдельных диодов, способных выдерживать большие токи. Например, можно использовать Д231, Д213, Д246, или подобные.

Пятивольтовый канал собран на микросхеме 7805 (КР142ЕН5А). Это стабилизатор фиксированного напряжения. Вот его параметры:

— Тип ……………………………..…….…….….… нерегулируемый- Выходное напряжение, В……….……….……..………………. 5- Ток нагрузки, А………………………….………………………… 2- Тип корпуса ……………………………….……………….. TO220- Максимальное входное напряжение, В ……………………..15- Нестабильность по напряжению, % ……………………….. 0.05- Нeстабильность по току, % …………………………………..1.33- Температурный диапазон, C………………….……….….-10…70

Двенадцативольтовый канал реализован на стабилизаторе фиксированного напряжения 7812 (КР142ЕН8Б).

Технические характеристики 7812 (КР142ЕН8Б):- Тип ……………………………………………………… нерегулируемый- Выходное напряжение, В……………………………………………..12- Ток нагрузки, А …………………………………………………………1,5- Тип корпуса………………………………………………………….TO220- Максимальное входное напряжение, В…………………………..35- Нестабильность по напряжению, %………………………………0.05- Нeстабильность по току, %…………………………………………0,67- Температурный диапазон, C…………………………………..-10…70

Импортным аналогом КР142ЕН8Б является микросхема A7812C.

Обратите внимание, выходное напряжение этого канала на 0,6 вольта сделано больше, чем напряжение, которое выдает микросхема (за счет диода VD2), т.е. на ее выходе получается 12,6 вольт. Это сделано для того, чтобы была возможность при необходимости подзарядить 12 вольтовый аккумулятор.

Схема, защищающая стабилизатор от перегрузки и КЗ выполнена на микросхеме DA3 (TL431). Она представляет собой трехвыводной регулируемый прецизионный параллельный стабилизатор с высокой температурной стабильностью. Выпускается фирмами MOTOROLA и TEXAS INSTRUMENTS. Изготавливается в корпусах как для обычного, так и поверхностного монтажа (смотри рисунок ниже).

Параметры TL431: для увеличения таблицы кликните на изображении.

Аналоги TL431 : 142ЕН19 , HA17431A , AS2431A1D , IR9431N , LM431BCM , TL431ACD , AS2431A1LP , KA431ACZ , LM431BCZ , KA431AD , LM431BIM , SPX431LS , AS2431B1LP , HA17431VP и другие.

На транзисторе VT1 (КТ829А) собран собственно сам регулятор 0 – 16 вольт. Параметры транзистора смотри ниже.

Импортными аналогами КТ829А являются: 2SD686 , 2SD691 , 2SD692 , BD263A , BD265А , BD267A , BD335 , BD647 , BD681 , BDW23C , BDX53C.При увеличении напряжения на резисторе R8 при перегрузках или коротком замыкании на выходе регулируемого канала, произойдет открытие DA3, которая в свою очередь зашунтирует базу VT1 и ограничит выходной ток стабилизатора. Необходимый ток ограничения можно выставить сопротивлением R7. Автор статьи утверждает, что вместо микросхемы DA3 возможно поставить любой транзистор не большой мощности с обратной проводимостью. Резистор R8 намотан нихромом 1мм на 2 ваттный резистор типа МЛТ.Зеленый светодиод HL2 индицирует наличие напряжения на выходе. HL1 горит при подключенном блоке питания к сети 220 вольт.

Печатная плата устройства изображена на следующем рисунке.

В качестве амперметра применена головка на 100 мкА (например, можно поставить М2003), которая подключена к шунту RS1. Шунт можно изготовить путем намотки 10 витков медного провода диаметром 0,8мм на оправку диаметром 8мм. Чтобы подогнать показания измерительной головки , последовательно ей подключают подстроечный резистор (можно многооборотный), и с помощью него подгоняют показания относительно эталонного амперметра, включенного последовательно с нагрузкой. В качестве эталонного амперметра можно использовать цифровой мультиметр, включенный в режим измерения больших токов.Электролит С3 (смотри схему), ставьте вольт на 35, меньше утечки, меньше греться будет.Трансформатор выбирайте ватт на 150 – 200, например, перемотанный ТС-180 (200) от старых телевизоров, или типа ТПП-292 (293, 294, 303). На вторичной обмотке должно быт порядка 18 – 24 вольт, и чтобы она могла выдерживать ток порядка 5 – 6 ампер.Микросхемы стабилизаторов можно закрепить к металлическому корпусу блока питания через слюду. VT1 ставится на радиатор. При подстройке резистора R7, его оставляют в таком положении, когда при плавном вращении ручки потенциометра R3 напряжение на нагрузке перестает расти.

В особых регулировках блок питания не нуждается.

Блок питания с регулировкой тока и напряжения своими руками

   Предлагаю вашему вниманию простую схему регулируемого блока питания, которая обеспечивает регулировку выходного тока и напряжения в диапазоне напряжений от 0  до 24 вольт и с током до 5 ампер. Схема бюджетная и простая, её под силу собрать своими руками даже начинающему радиолюбителю.    Трансформатор берётся любой подходящей мощности, с выходным напряжением 24 вольт и током 5 ампер. Диоды желательно установить на радиаторы. резистором R3 регулируется выходное напряжение, а резистором R8 ток ограничения. При коротком замыкании или достижения тока ограничения загорается красный светодиод VD6. Транзистор Т4 так же устанавливаем на теплоотвод. Фактически не убиваемый блок питания, при желании можно снабдить для удобства индикаторами напряжения и ток. Можно как обычные стрелочные отечественного производства, так и китайские цифровые из алиэкспресс. Выходной ток можно и увеличить, поставив трансформатор соответствующей мощности и заменив диоды выпрямительного моста на более мощные. В таком случае уже придётся ставить кулер на радиатор транзистора Т4. Ну, и как обычно, перед включением после сборки блока питания проверить монтаж на ошибки.

Лабораторный блок питания 0 — 39 В — 7,5 А на микросхеме КР142ЕН22А

Установка и обслуживание натяжных потолков МосПрофМастер 

Лабораторный блок питания с ампер-вольтметром на базе компьютерного БП (0-30В, 11А max)

Обычно для переделки компьютерных блоков питания используют блоки ATX, собранные на микросхемах TL494 (KA7500), но в последнее время такие блоки не попадаются. Их стали собирать на более специализированных микросхемах, на которых сложнее сделать регулировку тока и напряжения с нуля. По этой причине был взят для доработки старый блок типа AT на 200W, который был в наличии.

Содержание / Contents

1. Вмонтирована плата зарядного устройства от мобильного телефона Nokia AC-12E с доработкой. В принципе можно использовать и другие зарядные устройства.

Доработка заключалась в перемотке III обмотки трансформатора и установке дополнительного диода и конденсатора. После переделки блок стал выдавать напряжения +8V для питания вентилятора и вольтметра-амперметра и +20V для питания микросхемы управления TL494N.

2. С платы блока AT выпаяны детали самозапуска первичной цепи и цепи регулировки выходного напряжения. Также были удалены все вторичные выпрямители.

Выходной выпрямитель переделан по мостовой схеме. Использованы три диодных сборки MBR20100CT. Дроссель перемотан — диаметр кольца 27 мм, 50 витков в 2 провода ПЭЛ 1 мм. В качестве нелинейной нагрузки применена лампа накаливания 26V 0,12A. С ней напряжение и ток хорошо регулируются от нуля.
Для обеспечения устойчивой работы микросхемы изменены цепи коррекции. Для грубой и точной регулировок напряжения и тока применено особое подключение потенциометров. Такое подключение позволяет плавно изменять напряжение и ток в любом месте при любом положении потенциометра грубой регулировки.

Особого внимания требует шунт, провода для регулировки и измерения должны подключатся непосредственно к его выводам, так как напряжение, снимаемое с него невелико. На схеме эти подключения показаны фиолетовыми стрелками. Измеряемое напряжение для цепи регулирования снимается с делителя с коррекцией для устранения самовозбуждения в цепях управления.
Верхний предел установки напряжения подбираются резисторами R38, R39 и R40. Верхний предел установки тока подбирается резистором R13.

3. Для измерения тока и напряжения применен вольтметр-амперметр

За основу взята схема «Суперпростой амперметр и вольтметр на супердоступных деталях (автовыбор диапазона)» от Eddy71.
В схему введена регулировка баланса ОУ при измерении тока, что позволило резко улучшить линейность. На схеме это потенциометр «Баланс ОУ», напряжение с которого поступает на прямой или инверсный входы (подбирается, куда подключить, на схеме обозначено зелеными линиями).
Автоматический выбор диапазона измерения реализован программно. Первый диапазон до 9,99A с указанием сотых долей, второй до 12A с указанием десятых долей ампера.

4. Программа для микроконтроллера написана на СИ (mikroC PRO for PIC)и снабжена комментариями.

Конструктивно все элементы размещены в корпусе блока AT. Плата зарядного устройства закреплена на радиаторе с силовыми транзисторами. Сетевые разъемы убраны и на их месте установлен выключатель и выходные зажимы. Сбоку на крышке блока находятся резисторы установки напряжения и тока и индикатор вольтметра-амперметра. Закреплены они на фальшпанели с внутренней стороны крышки.

Чертежи выполнены в программе Frontplatten-Designer 1.0. Междукаскадный трансформатор блока AT не переделывается. Выходной трансформатор блока AT тоже не переделывается, просто средний отвод, выходящий из катушки, отпаивается от платы и изолируется. Выпрямительные диоды заменены на новые, указанные в схеме.
Шунт взят от неисправного тестера и закреплен на изоляционных стойках на радиаторе с диодами. Плата для вольтметра-амперметра использована от «Суперпростого амперметра и вольтметра на супердоступных деталях (автовыбор диапазона)» от Eddy71 с последующей доработкой (перерезаны дорожки, согласно схемы).

В качестве базового блока использован блок AT 200 W. К сожалению, он имеет довольно маленький радиатор для силовых транзисторов. При этом вентилятор подключен к напряжению 8 Вольт (для уменьшения создаваемого шума), поэтому токи больше 6 – 7 Ампер, снимать можно только кратковременно, во избежание перегрева транзисторов.Файлы схем, плат, чертежей и исходники и прошивка
▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.
• How to Convert a Computer ATX Power Supply to a Laboratory Power Supply
• Суперпростой амперметр и вольметр на супердоступных деталях II (автовыбор диапазона)
• 3 digits Digital volt meter

Иван Внуковский, г. Днепропетровск

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌻 Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress

Никогда не затаривался у китайцев? Пришло время начать!
Камрад, регистрируйся на Али по нашей ссылке.
Ты получишь скидочный купон на первый заказ. Не тяни, условия акции меняются.

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.

Простой блок питания с регулировкой напряжения и тока. — Радиомастер инфо

Довольно распространенная схема такого блока питания выполнена на двух транзисторах, силовом p-n-p КТ818 и усилителе КТ815. Схема для начинающих и они часто задают вопрос, можно ли выполнить эту схему на более распространенном силовом n-p-n транзисторе. Сделать можно, результаты даже лучше, чем на КТ818. О том, как это сделать рассказано в этой статье.

Для начала приведу, базовую, назовем ее так, схему простого блока питания на силовом p-n-p транзисторе КТ818.

Схема простого блока питания состоит из понижающего трансформатора Tr1, двухполупериодного выпрямителя на четырех диодах 1N4007, конденсатора фильтра С1, резистора R1, ограничивающего ток стабилитрона VD1, регулятора напряжения R4, усилителя на Т2, силового транзистора Т1, цепи регулировки тока R5 с ограничителем R2, диода развязки тока базы Т2 и резистора, повышающего стабильность работы схемы при разных токах нагрузки R3.

Максимальное выходное напряжение определяется напряжением вторичной обмотки трансформатора, рабочим напряжением стабилитрона VD1, допустимым напряжением транзисторов Т1 и Т2.

Максимальный ток нагрузки определяется мощностью трансформатора Tr1, соответственно диаметром провода вторичной обмотки, током диодов выпрямителя, максимальным током К-Э транзистора Т1, его коэффициентом усиления и как следствие, его током базы и параметрами транзистора Т2, который должен увеличить малый ток от стабилитрона до необходимого значения тока базы силового транзистора Т1, иначе Т1 полностью не откроется и на выходе не будет увеличения напряжения и тока при повороте соответствующих регуляторов (R4, R5).

Учитывая изложенный выше принцип работы схемы, был изготовлен вариант на силовом транзисторе n-p-n по следующей схеме.

В качестве транзисторов были опробованы несколько вариантов:

Т1 – КТ819, КТ805, КТ829, КТ8109, КТ8101

Т2 – КТ814, КТ816, КТ973

Сочетания транзисторов использовались разные. Наилучшие результаты получены на транзисторах Т1 КТ805БМ и Т2 КТ814В1.

Вот как выглядят детали, примененные в этой схеме:

Диапазон регулировки напряжения и тока самый широкий, падение напряжения на силовом транзисторе Т1 самое низкое и соответственно его нагрев меньше.

Что еще важно учитывать при изготовлении этой, и других подобных схем линейных стабилизаторов.

1. Так как все лишнее напряжение падает на силовом транзисторе Т1, он греется. Больше всего он греется при больших тока и низких напряжениях на выходе. Например, при входном напряжении 16В, выходном 5В и токе 2А на транзисторе Т1 будет падать напряжение 11В. При токе 2А мощность, рассеиваемая на этом транзисторе будет равна 2А х 11В = 22Вт. При приблизительной оценке площади радиатора для Т1 получаем значение более 400 см кв. Это пластина 20х20 см или ребристый радиатор с такой же площадью охлаждения.

2. Это понижает КПД устройства и делает его применение невыгодным при больших мощностях. Самый простой выход для повышения КПД, подобрать трансформатор с отводами на вторичной обмотке и поставить переключатель. В таком случае при нужном напряжении на выходе 5В на входе можно установить 7В. В этом случае, при том же токе 2А, на транзисторе Т1 будет рассеиваться мощность 4Вт. Это более чем в 4 раза меньше, чем в предыдущем случае.
3. Схема простого блока питания не имеет эффективной защиты от короткого замыкания в нагрузке и при неблагоприятных ситуациях (большом токе и нагретом Т1) силовой транзистор Т1 может выйти из строя.
4. Вывод. Данная схема удобна при использовании для токов в нагрузке до 1А. Наиболее рациональным в этом случае является изготовление металлического корпуса для блока питания и использования его в качестве радиатора для транзистора Т1. Главное достоинство – простота, отсутствие дефицитных деталей, а также плавная регулировка напряжения и тока делает схему привлекательной.

Материал статьи продублирован на видео:

Мощный блок питания с защитой по току

Каждому человеку, собирающему электронные схемы, необходим универсальный источник питания, позволяющий в широких пределах изменять напряжение на выходе, контролировать ток и при необходимости отключать питаемое устройство. В магазинах подобные лабораторные блоки питания стоят весьма недёшево, но зато собрать такой можно самостоятельно из распространённых радиодеталей. Представленный блок питания включает в себя:

• Регулировку напряжения до 24 вольт;
• Максимальный ток, отдаваемый в нагрузку, до 5 ампер;
• Защиту по току с выбором нескольких фиксированных значений;
• Активное охлаждение для работы при больших токах;
• Стрелочные индикаторы тока и напряжения;

Схема регулятора напряжения

Самый простой и доступный вариант регулятора напряжения – схема на специальной микросхеме, называемой стабилизатором напряжения. Наиболее подходящим вариантом является LM338, она обеспечивает максимальный ток в 5 А и минимум пульсаций на выходе. Также сюда подойдут LM350 и LM317, но максимальный ток в этом случае составит 3 А и 1,5 А соответственно. Переменный резистор служит для регулировки напряжения, его номинал зависит от того, какое максимальное напряжение необходимо получить на выходе. Если максимальное выходное требуется 24 вольта – необходим переменный резистор сопротивлением 4,3 кОм. В этом случае нужно взять стандартный потенциометр на 4.7 кОм и соединить параллельно с ним постоянный на 47 кОм, общее сопротивление получится примерно 4.3 кОм. Для питания всей схемы необходим источник постоянного тока с напряжением 24-35 вольт, в моём случае это обычный трансформатор со встроенным выпрямителем. Также можно применять зарядные устройства ноутбуков или другие различные импульсные источники, подходящие по току.
Данный регулятор напряжения является линейным, а значит, вся разница между входным и выходным напряжением приходится на одну микросхему и рассеивается на ней в виде тепла. При больших токах это весьма критично, поэтому микросхема должна быть установлена на большом радиаторе, лучше всего для этого подойдёт радиатор от процессора компьютера, работающий в паре с вентилятором. Для того, чтобы вентилятор не вращался всё время зря, а включался только при нагреве радиатора, необходимо собрать небольшой датчик температуры.

Схема управления вентилятором

В его основе лежит NTC термистор, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры — при увеличении температуры сопротивление значительно уменьшается, и наоборот. Операционный усилитель выполняет роль компаратора, регистрируя изменение сопротивление термистора. При достижении порога срабатывания на выходе ОУ появляется напряжение, транзистор отпирается и запускает вентилятор, вместе с которым загорается светодиод. Подстроечный резистор служит для настройки порога срабатывания, его номинал стоит выбирать исходя из сопротивления термистора при комнатной температуре. Допустим, термистор имеет сопротивление 100 кОм, подстроечный резистор в этом случае должен иметь номинал примерно 150-200 кОм. Главное преимущество этой схемы – наличие гистерезиса, т.е. разницы между порогами включения и выключения вентилятора. Благодаря гистерезису не происходит частого включения-выключения вентилятора при температуре, близкой к пороговой. Термистор выводится на проводках непосредственно на радиатор и устанавливается в любое удобное место.

Схема защиты по току

Пожалуй, самая важная часть всего блока питания – защита по току. Работает она следующим образом: падение напряжение на шунте (резистор сопротивлением 0.1 Ом) усиливается до уровня 7-9 вольт и с помощью компаратора сравнивается с эталонным. Эталонное напряжение для сравнения задаётся четырьмя подстроечными резисторами в диапазоне от нуля до 12 вольт, вход операционного усилителя подключается к резисторам через галетный переключатель на 4 положения. Таким образом, меняя положение галетного переключателя мы можем выбирать из 4-х заранее установленных вариантов токов защиты. Например, можно установить следующие значения: 100 мА, 500 мА, 1,5 А, 3 А. При превышении тока, заданного галетным переключателем, сработает защита, напряжение перестанет поступать на выход и загорится светодиод. Для сброса защиты достаточно кратковременно нажать на кнопку, напряжение на выходе появится вновь. Пятый подстроечный резистор необходим для установки коэффициента усиления (чувствительности), его нужно установить так, чтобы при токе через шунт 1 Ампер напряжение на выходе ОУ было примерно 1-2 вольта. Резистор настройки гистерезиса срабатывания защиты отвечает за «чёткость» защёлкивания схемы, его нужно настраивать в том случае, если напряжение на выходе не пропадает полностью.Данная схема хороша тем, что имеет высокую скорость срабатывания, моментально включая защиту при превышении тока.

Блок индикации тока и напряжения

Большинство лабораторных блоков питания оснащено цифровыми вольтметрами и амперметрами, показывающими величины в виде цифр на табло. Такой вариант компактен и обеспечивает неплохую точность показаний, однако совершенно неудобен для восприятия. Именно поэтому для индикации решено использовать стрелочные головки, показания которых легко и приятно воспринимаются. В случае с вольтметром всё просто – он подключается к выходным клеммам блок питания через подстроечный резистор с сопротивлением примерно 1-2 МОм. Для правильной работы амперметра необходим усилитель шунта, схема которого показана ниже.

Подстроечный резистор необходим для настройки коэффициента усиления, в большинстве случаев его достаточно оставить в среднем положении (примерно 20-25 кОм). Стрелочная головка подключается через галетный переключатель, с помощью которого можно выбирать один из трёх подстроечных резисторов, с помощью которых задаётся ток максимального отклонения амперметра. Таким образом, амперметр может работать в трёх диапазонах – до 50 мА, до 500 мА, до 5А, это обеспечивает максимальную точность показаний при любом токе нагрузки.

Сборка платы блока питания

Плата печатная:

Теперь, когда все теоретические аспекты учтены, можно приступать к сборке электронной части конструкции. Все элементы блока питания – регулятор напряжения, датчик температуры радиатора, блок защиты, усилитель шунта для амперметра собираются на одной плате, размеры которой 100х70 мм. Плата выполняется методом ЛУТ, ниже представлены несколько фотографий процесса изготовления.

Силовые дорожки, по которым течёт ток нагрузки, желательно залудить толстым слоем припоя для уменьшения сопротивления. Сперва на плату устанавливаются мелкие детали.

После этого все остальные компоненты. Микросхему 78L12, питающую датчик температуры и кулер, необходимо установить на небольшой радиатор, место для которого предусмотрено на печатной плате. В последнюю очередь на плату запаиваются провода, на которых выводятся вентилятор, термистор, кнопка сброса защиты, галетные переключатели, светодиоды, микросхема LM338, вход и выход напряжения. Вход напряжения удобнее всего подключить через DC разъём, при этом необходимо учитывать, что он должен обеспечивать большой ток. Все силовые провода необходимо использовать соответствующего току сечения, желательно медные. Плюс выхода с печатной платы идёт к выходным клеммам не напрямую, а через тумблер с двумя группами контактов. Вторая группа при этом включает и выключает светодиод, показывающий, подаётся ли на клеммы напряжение.

Сборка корпуса

Корпус можно как найти готовый, так и собрать самостоятельно. Изготовить его можно, например, из фанеры и ДВП, как я и сделал. В первую очередь вырезается прямоугольная передняя панель, на которой будут установлены все органы управления.

Затем изготавливаются стенки и днище ящика, конструкция скрепляется воедино саморезами. Когда готов каркас, можно устанавливать внутрь всю электронику.

Органы управления, стрелочные головки, светодиоды устанавливаются на свои места в передней панели, плата укладывается внутри корпуса, радиатор с вентилятором крепятся на заднюю панель. Для крепления светодиодов используются специальные держатели. Выходные клеммы желательно продублировать, тем более что место позволяет. Размеры корпуса получились 290х200х120 мм, внутри корпуса остаётся ещё много свободного пространства, и туда может уместиться, например, трансформатор для питания всего аппарата.

Настройка

Несмотря на множество подстроечных резисторов, настройка блока питания довольно проста. Первых делом калибруем вольтметр, подключив к выходным клеммам внешний. Вращая подстроечный резистор, включенный последовательно со стрелочной головкой вольтметра добиваемся равенства показаний. Затем подключаем на выход какую-либо нагрузку с амперметром и калибруем усилитель шунта. Вращая каждый и трёх подстрочных резисторов добиваемся совпадений показаний на каждом из трёх диапазонов измерений амперметра – в моём случае это 50 мА, 500 мА и 5А. Далее устанавливаем необходимые токи защиты с помощью четырёх подстроечных резисторов. Сделать это несложно, учитывая, что штатный амперметр уже откалиброван и показывает точный ток. Плавно повышаем напряжение (при этом повышается и ток) и смотрим, при каком токе срабатывает защита. Затем вращаем каждый из резисторов, устанавливая четыре нужных тока защиты, между которыми можно переключаться с помощью галетного переключателя. Теперь осталось лишь установить нужный порог срабатывания датчика температуры радиатора – настройка закончена.

Смотрите видео

Переделка компьютерного блока питания ATX в регулируемый блок питания

Лабораторный блок питания с защитой по току

Доброго дня, радиолюбители-самоделкины!

Никому не открою Америку, если скажу, что на рабочем столе любого уважающего себя радиолюбителя должен стоять полноценный лабораторный блок питания. В начале своего радиолюбительского пути я питал самодельные электронные самоделки от каких угодно бытовых блоков питания, даже от телефонных зарядок. Это мало того, что дико неудобно, так ещё и несколько раз приводило к фееричной пиротехнике — неправильно собранная схема давала КЗ, в итоге фонтан искр, сгоревшая схема и испорченное настроение. В один момент мне это надоело и я решил с нуля создать свой, полноценный и функциональный лабораторный блок питания в большом просторном корпусе, с лицевой панелью в духе лабораторных приборов прошлого века. Особенностью моего блока питания будет применение стрелочных индикаторов напряжения и тока. Казалось бы, они ещё давно отошли на второй план после появления цифровых, но практика показывает, что наблюдать показания вольтметра и амперметра куда удобнее и нагляднее на стрелочных головках. К тому же они смотрятся антуражно, в отличие от ширпотребских цифровых показометров. Блок питания должен отвечать следующим требованиям:

• В первую очередь, иметь надёжную защиту по току с возможностью выбора значения максимального тока. Именно это свойств отличает лабораторные блоки питания от обычных бытовых
• Также он должен давать возможность регулировать выходное напряжение в широких пределах, ведь разные электронные конструкция требуют разного напряжения питания. Диапазон регулировки напряжения будет составлять 1,25 — 24В
• Максимальные ток, отдаваемый в нагрузки, должен быть не менее 5А. Это увеличивает универсальность устройства, от него можно будет запитать даже мощные самоделки
• Отсутствие пульсаций на выходе, это очень актуально для питания чувствительных схем. Фильтрация пульсаций будет обеспечиваться большой ёмкостью конденсаторов по питанию и применением линейного регулятора напряжения, а не импульсного
• Иметь хорошее охлаждение и большой радиатор для возможности долговременной работы на мощную нагрузку

Далее рассмотрим подробно каждую составляю часть блока питания. Итак, первым делом идёт регулятор напряжения — буквально основа всего блока питания. Его схема представлена ниже.

Регулятор напряжения построен на микросхеме LM338, данная микросхема является очень удачным линейным регулятором напряжения, представляет собой более мощный аналог известной LM317. Способна без проблем пропустить через себя ток в 5А, и это при наличии запаса — ведь в характеристиках максимальный ток заявлен в 8А. Особенностью линейных регуляторов напряжения является то, что всё «неиспользуемое» напряжение они рассеивают на себе. Поэтому микросхема будет рассеивать на себе большое количество тепла, особенно когда напряжение на выходе маленькое, а ток большой (на микросхеме мощность придётся бОльшая, чем на саму нагрузку). Справится с нагревом в дальнейшем поможет радиатор от компьютерного процессора и вентилятором, но зато уровень пульсаций напряжения на выходе будет минимальным. На схеме показан конденсатор ёмкостью 8 800 мкФ на входе, он представляет собой четыре конденсатора по 2 200 мкФ, включенные параллельно. Переменный резистор Р2 регулирует напряжение на выходе, сюда очень кстати будет поставить многооборотный для более точной настройки напряжения на выходе, но подойдёт и обычный. Характеристика потенциометра обязательно должна быть линейной.

Неотъемлемой часть блока питания является вентилятор, а значит, не лишним будет предусмотреть его автономную работу, чтоб включался он только тогда, когда температура радиатора превысит определённый уровень. Есть много схем подобных регуляторов всего на 1-2 транзисторах, но я решил разработать свой вариант на компараторе, так как он позволяет точно задавать порог срабатывания и достаточно надёжен. Схема представлена ниже.

Операционный усилитель работает в роли компаратора, сравнивая напряжение на своих входах. Подстроечным резистором Р1 задаёт порог срабатывания по температуре, оптимально установить включения вентилятора при 50-60 градусах, радиатор быстро остынет. Транзистор Т1 коммутирует вентилятор, сюда желательно поставить NPN транзистор помощней, например, КТ819, особенно если используемый вентилятор достаточно мощный. Светодиод LED1 указывает на то, что вентилятор работает, для наглядности можно будет в дальнейшем вывести этот светодиод на переднюю панель. Особенно хочу обратить внимание на терморезистор. Сюда подойдёт практически любой NTC терморезистор сопротивлением около 100 кОм. Его необходимо надёжно установить на радиатор LM338, обеспечив полное прилегание. Как только терморезистор нагреется от радиатора, произойдёт срабатывание компаратора, включится вентилятор и остудит радиатор. Гистерезис срабатываний задаётся резистором обратной связи R5.

Следующий модуль блока питания — схема, обеспечивающая защиту по току. Как видно из этой схемы, напряжение на неё подаётся с выхода регулятора. И если плюс просто напрямую проходит через всю схему, то вот минус идёт через шунт — низкоомный резистор R3, его сопротивление должно быть 0,1 Ома. Такое низкое сопротивление не нарушает работу блока питания, зато позволяет детектировать превышение потребляемого тока. Полевой транзистор Т2 разрывает цепь питания нагрузки по минусу, если схема срабатывает. Также на схеме виден галетный переключатель на 4 положения и также 4 подстроечных резистора — с их помощью можно выбирать и вручную настраивать значения токов, при которых будет срабатывать защита. На мой взгляд, оптимальными значениями будут 50 мА, 300 мА, 1 А, 5 А. Подстроечные резисторы Р1 и Р2 отвечают за чувствительность и гистерезис срабатывания защиты соответственно. В большинстве случаев достаточно просто оставить их в среднем положении. Кнопка без фиксации S1 нужна для сброса защиты. Данная схема хорошо себя зарекомендовала именно высокой чувствительностью. Например, если подключить к выходам блока питания микроконтроллер обратной полярностью и установить режим защиты по току на 50 мА, то микроконтроллер останется жив, защита сработает моментально.

Стрелочные индикаторы хороши тем, что представляют информацию в наглядном виде, нет необходимости следить за прыгающими цифрами на электронном экране. Для того, чтобы использовать стрелочную головку в качестве вольтметра достаточно просто подключить её параллельно выходу, поставив последовательно с ним подстроечный резистор на 1-2МОм. После сборки нужно будет откалибровать вольтметр этим подстроечным резистором с помощью точного мультиметра.

А вот с подключением второй стрелочной головки в качестве амперметра не всё так просто. Конечно, можно подключить её просто последовательно с выходном блока питания, подобрав соответствующий шунт. Но тогда получится суммарно два шунта (помните, первый в схеме защиты по току), что уже много. Поэтому будем использовать шунт из предыдущей схемы на 0,1 Ома и соберём простую схему усилителя шунта, на выход которой подключим стрелочную головку. Галетный переключатель на три положения позволит выбирать разные пределы измерения вольтметра. Амперметр также, как и вольтметр, нужно будет откалибровать после сборки всего блока блока питания.

Со схемами разобрались, самое сложное позади. Теперь осталось только собрать всё воедино, все схемы собираются на одной печатной плате, она прилагается к статье. Плата выполняется ЛУТом, процесс создания виден на фото ниже.

Теперь запаиваем детали, рекомендую проверять всё перед запайкой, ведь делаем блок питания, как говорится «на века». Все органы управления, а также микросхема LM338 выводятся на проводах, они припаиваются в последнюю очередь. Ниже представлены подробные фотографии процесса сборки.

Последний этап — изготовление корпуса. Чтобы на передней панели уместились все многочисленные ручки, светодиоды и массивные стрелочные приборы, панель должна быть большой, соответственно и размеры корпуса получатся солидные. Это хорошо, ведь внутрь как раз может поместится трансформатор, либо импульсный сетевой блок питания. Либо питание можно подвести от внешнего трансформатора, через разъём, я так и сделал. Фотографии изготовления корпуса ниже.

Для вентилятора нужно выпилить круглое окошко на задней стенке, не лишним будет поставить туда же решётку. При этом стоит учитывать, что если корпус блока питания поставить вплотную к стене, то вентилятор закроется, поэтому зазор до задней стенки должен быть как минимум 1 см. Корпус большой и просторный, поэтому размещать внутри него заранее собранную электронику одно удовольствие. Множество фотографий с разных ракурсов ниже.

Таким образом, получится красивый, функциональный и полезный блок питания, который станет верным другом и помощником любого радиолюбителя. Внутри много свободного места, а значит, есть возможность для доработок и усовершенствования. Чего, на ваш взгляд, не хватает в этом устройстве? Жду ваших вариантов в комментариях.

Расположение органов управления на передней панели одновременно компактное и эргономичное. Светодиоды показывают, если ли напряжение на входе, включено ли напряжение на выходе, состояние защиты по току и состояние вентилятора охлаждение. Не стоит также забывать про такой важный элемент, как тумблер включения-выключения нагрузки на выходе — он должен выдерживать ток в 5А и находится в удобном месте. Питать такой лабораторный блок питания можно, например, от ноутбучного блока питания на 19В, либо сетевого трансформатора на 24В. Удачной сборки! Все вопросы, замечания и дополнения пишите в комментарии.

plata.zip

[135.37 Kb] (скачиваний: 166)

Источник (Source)

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

(PDF) Прогнозируемое управление током инвертора источника напряжения

502 IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRONICS ELECTRONICS, VOL. 54, НЕТ. 1, ФЕВРАЛЬ 2007

Рис. 19. Спектр напряжения нагрузки для экспериментальных результатов.

спектр распределен, как для результатов моделирования, показанных

на рис. 12, но сконцентрирован около 1 кГц. Для случая использования

меньшего времени выборки

, спектр напряжения

распространяется по более широкому частотному диапазону, а содержание гармоник

представляет меньшую амплитуду с четким пиком около 8 кГц.

Время вычисления, используемое DSP для выполнения текущего управления

при ранее упомянутых условиях, меньше

7

. Алгоритм управления прост в реализации, и время и ресурсы повторной обработки

можно использовать для других задач

, таких как управление скоростью.

VII. C

ПРИМЕРЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Были представлены прогнозирующая стратегия управления током и ее практическое воплощение

.Было показано, что предложенный метод

очень эффективно контролирует токи нагрузки, имея

хороший динамический отклик и очень хорошо сравнивается с классическими методами

.

Рассмотрена реализация стратегии контроля.

Рассмотрено. Метод прост, и алгоритм управления легко реализовать на DSP. Предлагаемая стратегия избегает использования линейных и нелинейных контроллеров

. Кроме того,

не обязательно включать какой-либо модулятор.Управляющие сигналы для IGBT

генерируются непосредственно системой управления.

Ввиду важности модели, используемой для прогнозирования, устойчивость метода управления

была изучена для ошибок в

значениях индуктивности нагрузки и сопротивления модели. Эффектом сопротивления

можно пренебречь. Характеристики управления

ухудшаются, если расчетная индуктивность ниже

реального значения, но почти не изменяется при завышенном значении индуктивности

.Это делает предпочтительным завышение значения индуктивности на бит

.

Стратегия, представленная в этой статье, очень проста и эффективна и выгодно учитывает дискретный характер питания преобразователей и микропроцессоров

. Кроме того, высокая вычислительная мощность существующих сегодня DSP делает этот метод очень привлекательным для управления преобразователями мощности.

Эти результаты показывают, что прогнозирующее управление — это очень мощный инструмент

с концептуально другим подходом, который открывает новые возможности

для управления преобразователями мощности.Метод

может быть применен без существенных изменений к любому типу преобразователя и

регулируемых переменных.

R

EFERENCES

[1] Дж. Хольц, «Электронное преобразование мощности с широтно-импульсной модуляцией», Proc.

IEEE, т. 82, pp. 1194–1214, Aug. 1994.

[2] М. П. Казмерковски, Р. Кришнан, Ф. Блаабьерг, Control in Power

Electronics. Нью-Йорк: Academic, 2002.

[3] Н. Мохан, Т. М. Унделэнд, У. П.Роббинс, Силовая электроника,

2-е изд. Нью-Йорк: Wiley, 1995.

[4] Р. Кеннел и А. Линдер, «Предиктивное управление инвертором, снабженным электроприводами

», в Proc. Конф. Record Power Electronics Specialists,

Голуэй, Ирландия, июнь 2000 г., стр. 761–766.

[5] Р. Кеннел, А. Линдер и М. Линке, «Обобщенный прогнозирующий контроль

(GPC), готовый для использования в приложениях для приводов?» В Proc. Конф. Record

Специалисты по силовой электронике, Ванкувер, Канада, июн.2001.

[6] Х. Ле-Хи, К. Слимани и П. Виаруж, «Анализ и реализация

прогнозирующего контроллера тока в реальном времени для синхронных сервоприводов с постоянным магнитом

», IEEE Пер. Ind. Electron., Vol. 41, нет. 1, pp.

110–117, февраль 1994 г.

[7] О. Кукрер, «Дискретно-временное регулирование тока трехфазных инверторов

PWM с питанием от напряжения», IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 11, вып. 2, pp.

260–269, Mar. 1996.

[8] L.Малесани, П. Маттавелли и С. Бусо, «Надежный стабилизатор тока

для ШИМ-выпрямителя и активных фильтров», IEEE Trans. Ind. Appl., Vol.

35, нет. 3, стр. 613–620, май / июн. 1999.

[9] П. Маттавелли, Г. Спиацци и П. Тенти, «Прогностическое цифровое управление предварительными регуляторами коэффициента мощности

», в Proc. Конф. Record Power Electronics

Specialists, Мексика, 2003 г., стр. 1703–1708.

[10] W. Zhang, G. Feng, Y.-F. Лю, «Анализ и реализация нового метода цифрового управления

PFC», в Proc.Конф. Record Power Elec-

tronics Specialists, Мексика, 2003 г., стр. 335–340.

[11] A. Dell’Aquila, A. Lecci и M. Liserre, «Предиктивное управление однофазным активным фильтром

полумостового типа

», Proc. Рекорд 10 евро. Конф.

Power Electron. Appl., Сентябрь 2003 г., CD-ROM.

[12] Дж. Хольц и С. Штадтфельд, «Прогнозирующий контроллер для вектора тока статора

машин переменного тока, питаемых от переключаемого источника напряжения», в Proc. Int.

Power Electron.Конф., Токио, 1983, стр. 1665–1675.

[13] С. Мюллер, У. Амманн и С. Рис, «Новая стратегия модуляции для матричного преобразователя

с очень маленьким сетевым фильтром», в Proc. Power Elec-

трон. Конференция специалистов, Мексика, 2003 г., стр. 1275–1280.

[14] Дж. Родригес, Дж. Понт, К. Силва, П. Кортес, С. Рис и У. Амманн,

«Прогнозируемое прямое управление крутящим моментом асинхронной машины», в Proc.

Power Electron. Конференция по управлению движением, Рига, Латвия, сен.2–4, 2004,

CD-ROM.

[15] Дж. Родригес, Дж. Понтт, П. Корреа, П. Лезана и П. Кортес, «Predic-

Управление мощностью преобразователя переменного / постоянного / переменного тока», в Proc. IEEE 40th An-

nual Meeting Industry Appl. Общество, Гонконг, 2–6 октября 2005 г., стр.

934–939.

[16] Дж. Родригес, Дж. Понт, П. Кортес и Р. Варгас, «Предиктивное управление

трехфазным инвертором с фиксированной нейтралью», в Proc. Power Electron.

конф., Ресифи, Бразилия, 12–16 июня 2005 г., стр. 1364–1369.

Хосе Родригес (M’81 – SM’94) получил инженерно-технический специалист En-

и доктор технических наук. дипломы Университета

Федерико Санта-Мария, Вальпараисо, Чили, и

Университета Эрлангена, Германия, в 1977 и 1985 годах,

соответственно, оба в области электротехники.

С 1977 года работает в университете

Федерико Санта-Мария. В настоящее время он является профессором

и президентом Университета Федерико Санта

Мария.Во время своего творческого отпуска в 1996 году он был

и отвечал за горнодобывающее подразделение корпорации Siemens

, Чили. Он имеет большой опыт консультирования в горнодобывающей промышленности, особенно в области применения больших приводов, таких как синхронные двигатели

с питанием от циклоконвертера для мельниц полусамоизмельчения, конвейеры большой мощности, управляемые приводы

для экскаваторов и вопросы качества электроэнергии. . Он является автором

и соавтором более 130 рецензируемых статей в журналах и конференциях, а также

, внесенных в одну главу в Power Electronics Handbook (Нью-Йорк:

Academic, 2006).Его исследовательские интересы в основном находятся в области силовой электроники

и электроприводов. В последние годы его основные исследовательские интересы

связаны с многоуровневыми инверторами и новыми топологиями преобразователей.

Разрешенное лицензионное использование ограничено: Universidad Tecnica Federico Santa Maria. Загружено 19 мая 2009 г. в 10:36 с сайта IEEE Xplore. Ограничения применяются.

Контролируемый ток в сравнении с контролируемым включением

Источник напряжения с управляемым напряжением (VCVS)

и источник тока, управляемый напряжением (VCCS), Сравнение

Усилители

AE Techron серии 7000 могут быть настроены на месте для работы в качестве усилителей напряжения (источник напряжения, управляемого напряжением) или как усилителей крутизны (источник тока, управляемого напряжением).Выбор режима осуществляется с помощью перемычки, расположенной на основной плате усилителя. Для получения полных инструкций, включая расположение перемычки, обратитесь к руководству по вашему продукту.

При настройке в качестве источника Controlled Voltage (усилитель напряжения) усилитель будет обеспечивать постоянное выходное напряжение, пропорциональное управляющему (входному) напряжению. Если импеданс нагрузки изменяется, усилитель будет стремиться поддерживать это соотношение входного и выходного напряжения путем увеличения или уменьшения производимого им тока до тех пор, пока усилитель способен создавать требуемый ток.Используйте этот режим, если вы хотите, чтобы сигнал выходного напряжения был подобен входному сигналу.

И наоборот, когда он сконфигурирован как источник контролируемого тока (усилитель крутизны), усилитель будет обеспечивать выходной ток, который постоянен и пропорционален управляющему (входному) напряжению. Если импеданс нагрузки изменяется, усилитель будет стремиться поддерживать эту крутизну (отношение входного напряжения к выходному току) путем увеличения или уменьшения создаваемого напряжения до тех пор, пока усилитель способен создавать требуемое напряжение.Используйте этот режим, если вы хотите, чтобы форма волны выходного тока была похожа на форму волны входного сигнала.

Рисунок 1: Зависимость контролируемого напряжения от регулируемого тока
(Изображение любезно предоставлено Брюсом Охаром, «Электронный усилитель», Википедия)

Аспекты безопасности и эксплуатации при работе с регулируемым током

Когда усилитель AE Techron настроен как источник контролируемого тока, необходимо соблюдать осторожность при его работе. Любой источник тока, управляемый напряжением, никогда не должен включаться без нагрузки (с некоторым импедансом, действительным или эффективным), подключенной к его выходным клеммам. Когда требуется работать таким образом, любой источник тока (включая усилитель AE Techron) будет увеличивать свое выходное напряжение, пытаясь направить требуемый ток в нагрузку. В состоянии холостого хода создание тока невозможно. Источник тока будет увеличивать свое выходное напряжение до тех пор, пока не достигнет предела напряжения. Это потенциально опасное состояние как для усилителя AE Techron, так и для любого пользователя, который может коснуться выходных клемм усилителя.

При работе в режиме контролируемого тока (CC) требуется схема компенсации для обеспечения точного выходного тока. Поскольку нагрузка является критическим компонентом схемы в режиме CC, индуктивные и резистивные значения нагрузки будут определять требуемые значения компенсации. Хотя для некоторых приложений будет достаточно заводской настройки компенсации по умолчанию, настройку компенсации также можно отрегулировать в полевых условиях. Дополнительную информацию см. В разделе «Компенсация нагрузки усилителя при работе CC».

Цифровая токовая петля

значительно снижает шум шагового двигателя

Обычные ступенчатые приводы с «прерывателем тока» приводят к большому шуму шагового двигателя, ненужному нагреву двигателя и потреблению большего тока. Цифровая токовая петля приведет к значительно более тихой и более низкой температуре работы двигателя, что полезно во многих приложениях. В этой статье подробно рассказывается, как цифровая токовая петля приведет к значительно более тихой, более быстрой работе и более низкой температуре работы двигателя, что полезно во многих приложениях.

Шум шагового двигателя

Шаговые двигатели, управляемые с помощью цифровой токовой петли, будут значительно тише, быстрее и будут иметь более низкие рабочие температуры. В этой статье объясняется, как уменьшить шум шаговых двигателей с помощью цифровой токовой петли.

Предпосылки эксперимента

Шаговые двигатели присутствуют примерно в половине всех решений для управления движением. По сравнению с серводвигателями, менее дорогие шаговые двигатели часто используются в низкоскоростных приложениях, где динамическая нагрузка предсказуема и минимальна.Нет причин платить более высокую цену за серводвигатель с обратной связью по положению, если требования приложения могут быть выполнены с помощью шагового двигателя. Если характеристики шагового двигателя нуждаются в улучшении, иногда может быть реализована «замкнутая» система шагового двигателя путем добавления датчика положения к шаговому двигателю. Хотя это решение увеличивает динамический отклик двигателя, оно имеет несколько недостатков:

• Дополнительная стоимость энкодера
• Дополнительные провода для энкодера
• Дополнительный риск отказа компонентов
• Дополнительное время, затрачиваемое на ввод системы в эксплуатацию для настройки реакции замкнутого контура

Для повышения производительности шагового двигателя альтернативой является оптимизация поведения метода управления током без необходимости добавления в систему энкодера с обратной связью по положению.За управление током отвечает усилитель двигателя (каскад привода), поэтому усовершенствования системы могут быть выполнены путем выбора цифрового усилителя с улучшенным регулированием тока обмотки.

Для стабильного управления шаговым двигателем требуется контроль тока в обмотках двигателя. Исторически этот ток контролируется с помощью «прерывателя тока». В этом случае на обмотки двигателя подается полное напряжение питания до тех пор, пока ток не достигнет предварительно определенного сравнительного значения. После достижения этого заданного значения напряжение снимается с обмотки двигателя на фиксированное время, в результате чего ток будет уменьшаться.Обычно пользователь имеет некоторый контроль над значением сравнения и временем отключения.

Performance Motion Devices использует улучшенный алгоритм управления током, который применяет пропорциональное напряжение, рассчитанное на основе контура управления током PI (пропорционально-интегральная схема). Реализация схемы широтно-импульсной модуляции (ШИМ) означает, что действующее напряжение, прикладываемое к обмотке двигателя, составляет некоторую долю напряжения на шине. Результатом является набор форм сигналов тока в двух фазах двигателя, которые намного ближе к желаемому току и намного более плавны.(Рис. 1) Повышение точности особенно заметно, когда ток пересекает ноль, когда устаревшие приводы с прерывателем тока плохо справляются с регулированием.

Улучшение формы сигнала тока имеет несколько преимуществ на системном уровне. Наиболее заметным будет уменьшение слышимого шума, которое является результатом уменьшения вибрации двигателя и нагрузки, приложенной к двигателю. Любая вибрация, присутствующая в системе, означает потерю механической энергии и повышение температуры двигателя.Тем не менее, еще одним преимуществом является то, что снижение вибрации подразумевает, что имеется больше энергии, доступной для желаемого механического отклика (ускорение и замедление), и меньше энергии тратится на нагрев двигателя.

Результаты экспериментов

Экспериментальная система, состоящая из шагового двигателя и каскада усилителя / привода, была создана с целью сбора сравнительных данных. В одной установке использовался устаревший привод прерывателя тока, а в другой — комплект разработчика Performance Motion Devices Developer Kit DK58113, в котором используется цифровая токовая петля PI.

Один набор сравнительных данных представляет собой испытание, в котором ненагруженному шаговому двигателю 24 В дается команда вращаться как можно быстрее без потери шагов (Vmax). Другой набор данных представляет шум и температуру в установившемся режиме при работе двигателя с номинальными значениями скорости / крутящего момента (дБном, Tном).

Как видно из данных, цифровая токовая петля Performance Motion Devices способна приводить двигатель в действие на 20% быстрее, с более низким уровнем шума более чем на 20 дБ и значительно меньшим рабочим током по сравнению с обычным приводом с прерывателем.Дополнительные данные были собраны с использованием другого шагового двигателя, предназначенного для высокоскоростной работы.

Опять же, цифровая токовая петля значительно превосходит привод прерывателя.

Описанные выше эксперименты демонстрируют поведение при непрерывном вращении. Часто шаговый двигатель приводит в движение линейную нагрузку в фиксированном диапазоне положений. Преобразование из вращательного в линейное обычно достигается с помощью ременной передачи или ходового винта в высокопроизводительных приложениях. На видео ниже показана линейная ступень, приводимая в действие ходовым винтом и шаговым двигателем.В первом видеосегменте используется обычный привод прерывания тока, а в следующем сегменте — привод DK58113 компании Performance Motion Devices с пропорционально-интегральным (PI) цифровым регулированием токовой петли.

Причина, по которой работа токовой петли превосходит по эффективности прерыватель тока, связана с формой кривой тока в обмотке двигателя. Два конкретных свойства формы волны могут быть проанализированы, чтобы понять, где существенные различия между сигналами цифрового токового контура и токового прерывателя.

Самая плавная работа шагового двигателя достигается за счет генерации синусоидальной формы волны тока в обмотках. Более гладкая синусоида приведет к более плавному движению. В обоих методах управления используется «переключающее» напряжение на обмотках двигателя. Событие переключения вызывает «звон» или «пульсацию» в форме волны тока, которая является отклонением от желаемой формы. Это отклонение является пустой тратой энергии, вызывающей чрезмерный нагрев двигателя. Количество потраченной впустую энергии зависит от амплитуды звона.

На рис. 2 показаны форма и пульсации тока, возникающие в результате использования привода с прерывателем тока. На рисунках 2a и 3a синусоидальная волна наложена на формы сигналов, чтобы лучше показать, как форма волны приближается к чистой синусоидальной функции. Рисунок 2b получен путем увеличения небольшого участка сигнала на 2a.

На рис. 3 показана форма волны при работе одного и того же двигателя в одних и тех же кинематических условиях движения с использованием технологии токовой петли PI компании Performance Motion Devices.

При сравнении рисунков 2а и 3а можно заметить, что форма сигнала на рисунке 3а имеет гораздо более гладкую синусоиду. Сравнение с синусоидальной волной на Рисунке 2а показывает гораздо более слабую корреляцию фактической формы волны с синусоидальной формой волны, особенно во второй половине нарастания и спада тока двигателя, тогда как корреляция с синусоидальной волной на Рисунке 3а показывает что подход PMD Corp. с токовой петлей значительно лучше соответствует идеальной синусоидальной волновой функции. Кроме того, амплитуда пульсаций тока на рисунке 3b вдвое меньше, чем на рисунке 2b.Частота пульсаций выше на рисунке 2b, поскольку цифровая токовая петля PMD, работающая на частоте 20 кГц, будет переключать напряжение быстрее и более периодически. Частота переключения прерывателя тока варьируется, так как она зависит от того, как быстро переходный процесс тока достигает сравнительного значения.

Заключение по снижению шума шагового двигателя

Очевидно, что обычные ступенчатые приводы с «прерывателем тока» приводят к большому шуму шагового двигателя, ненужному нагреву двигателя и потреблению большего тока.Цифровая токовая петля приведет к значительно более тихой и более низкой температуре работы двигателя, что полезно во многих приложениях, таких как лабораторные приборы, медицинское оборудование, работа камер видеонаблюдения и 3D-принтеры.

Поскольку вас заинтересовала эта статья, вас также могут заинтересовать:

[# ART1804B v.1]

Силовые электронные преобразователи: стратегии ШИМ и методы управления током

Введение xv

Глава 1.Широтно-импульсная модуляция на основе несущей для двухуровневых трехфазных инверторов напряжения 1
Francis LABRIQUE and Jean-Paul LOUIS

1.1. Введение 1

1.2. Опорные напряжения varef, vbref, vcref 4

1.3. Эталонные напряжения Paref, Pbref, Pcref 10

1.4. Связь между величинами va, vb, vc и Pa, Pb, Pc 12

1.5. Генерация сигналов ШИМ 13

1.6. Определение опорных волн varef k, vbref k и vcref k из опорных волн varef k, vbref k, vcref k 24

1.7. Заключение 32

1.8. Библиография 33

Глава 2. Стратегии пространственной векторной модуляции 35
Николас ПАТИН и Винсент ЛАНФРАНЧИ

2.1. Инверторы и пространственно-векторная ШИМ 35

2.2. Геометрический подход к проблеме 48

2.3. Пространственно-векторная ШИМ и реализация 58

2.4. Заключение 68

2.5. Библиография 69

Глава 3. Избыточная модуляция трехфазных инверторов напряжения 71
Николас ПАТИН и Эрик МОНМАССОН

3.1. Справочная информация 71

3.2. Сравнение стратегий модуляции 72

3.3. Насыщение модуляторов 78

3.4. Улучшенная перемодуляция 81

3.5. Библиография 91

Глава 4. Вычисленные и оптимизированные стратегии широтно-импульсной модуляции 93
Винсент ЛАНФРАНЧИ, Николас ПАТИН и Даниэль ДЕПЕРНЕТ

4.1. Введение в программную ШИМ 93

4.2. Диапазон допустимых частот для ШИМ 95

4.3. Программируемое подавление гармоник PWM 97

4.4. Оптимизированный ШИМ 100

4.5. Расчетный многоуровневый ШИМ 108

4.6. Заключение 114

4.7. Библиография 115

Глава 5. Дельта-сигма модуляция 119
Жан-Поль ВИЛЕН и Кристоф ЛЕСБРУССАР

5.1. Введение 119

5.2. Принцип однофазной дельта-сигма модуляции 120

5.3. Трехфазный корпус: вектор DSM 128

5.4. Заключение 138

5.5. Библиография 139

Глава 6.Стратегии стохастической модуляции 141
Винсент ЛАНФРАНЧИ и Николас ПАТИН

6.1. Введение 141

6.2. Методы расширения спектра и их приложения 142

6.3. Описание методов стохастической модуляции 144

6.4. Спектральный анализ стохастической модуляции 147

6.5. Заключение 155

6.6. Библиография 156

Глава 7. Электромагнитная совместимость приводов с регулируемой скоростью: влияние стратегий управления ШИМ 159
Bertrand REVOL

7.1. Введение 159

7.2. Цели исследования EMC 161

7.3. Механизмы ЭМС в статических преобразователях 162

7.4. Моделирование во временной области 167

7.5. Частотное моделирование: инструмент для инженера 169

7.6. ШИМ-регулирование 178

7.7. Сравнение источников для разных несущих стратегий ШИМ 190

7.8. Космический вектор ШИМ 193

7.9. Структура для минимизации синфазного напряжения 199

7.10. Заключение 200

7.11. Библиография 200

Глава 8. Инверторы с многофазными источниками напряжения 203
Ксавье КЕСТЕЛИН и Эрик SEMAIL

8.1. Введение 203

8.2. Векторное моделирование инверторов источников напряжения 204

8.3. Инвертор в многофазной нагрузке 221

8.4. Заключение 237

8.5. Библиография 238

Глава 9. Стратегии ШИМ для многоуровневых преобразователей 243
Тьерри МЕЙНАР и Гийом ГАТО

9.1. Введение в многоуровневые и чередующиеся преобразователи 243

9.2. Модуляторы 252

9.3. Примеры генераторов управляющих сигналов для различных многоуровневых структур 274

9.4. Заключение 280

9.5. Библиография 283

Глава 10. ПИ-регулятор тока синхронного двигателя 287
Мохамед Виссем НАУАР, Эрик МОНМАССОН, Ильхем СЛАМА-БЕЛХОДЖА и Ахмад Аммар НААССАНИ

10.1. Введение 287

10.2. Модель синхронного двигателя 288

10.3. Типовая система подачи энергии для синхронного двигателя 300

10.4. ПИ-регулирование тока синхронного двигателя в фиксированной трехфазной системе координат статора 303

10.5. ПИ-регулирование тока синхронного двигателя во вращающейся системе координат (d, q) 311

10.6. Заключение 316

10.7. Библиография 317

Глава 11. Прогностическое управление током для синхронного двигателя 319
Мохамед Виссем НАУАР, Эрик МОНМАССОН, Ильхем СЛАМА-БЕЛХОДЖА и Ахмад Аммар НААССАНИ

11.1. Введение 319

11.2. Стратегии управления с прогнозированием минимальной частоты коммутации 320

11.3. Стратегии управления с прогнозированием с ограниченной частотой коммутации 321

11.4. Стратегии управления током с прогнозированием с ограниченной частотой коммутации для синхронного двигателя 322

11.5. Заключение 333

11.6. Библиография 334

Глава 12. Регулирование тока в скользящем режиме для синхронного двигателя 335
Ахмад Аммар НААССАНИ, Мохамед Виссем НАУАР, Эрик МОНМАССОН и Ильхем СЛАМА-БЕЛХОДЖА

12.1. Введение 335

12.2. Регулировка тока в скользящем режиме для двигателя постоянного тока 336

12.3. Плавное регулирование тока синхронного двигателя 350

12.4. Заключение 369

12.5. Библиография 370

Глава 13. Гибридный регулятор тока с широкой полосой пропускания и фиксированной частотой переключения 371
Серж ПЬЕРФЕДЕРИЧИ, Фарид МЕЙБОДИ-ТАБАР и Жан-Филипп МАРТИН

13.1. Введение 371

13.2. Основные типы регуляторов тока с дискретным выходом 374

13.3. Инструменты для анализа предельного цикла 392

13.4. Заключение 414

13.5. Библиография 414

Глава 14. Управление током с использованием автоколебательных регуляторов тока 417
Жан-Клод ЛЕ КЛЕР

14.1. Введение 417

14.2. Принцип действия автоколебательного регулятора тока 418

14.3. Улучшения SOCC 428

14.4. Характеристики SOCC 432

14.5. Расширения концепции SOCC 435

14.6. Заключение 445

14.7. Библиография 445

Глава 15. Стратегии управления током и напряжением с использованием резонансных корректоров: примеры приложений с фиксированной частотой 449
Джозеф ПЬЕРКВИН, Арно ДЭВИНЬИ и Бенуа Робинс

15.1. Введение 449

15.2. Контроль тока с резонансными корректорами 451

15.3. Стратегия регулирования напряжения 463

15.4. Заключение 483

15.5. Приложение: параметры трансформатора 484

15.6. Библиография 484

Глава 16. Текущие стратегии управления многоячеечными преобразователями 487
Гийом ГАТО и Тьерри МЕЙНАР

16.1. Введение 487

16.2. Топология многоуровневого преобразования 488

16.3. Моделирование и анализ степеней свободы управления 495

16.4. Анализ степеней свободы алгоритма управления 497

16.5. Классификация стратегий управления 500

16.6. Стратегия косвенного управления однофазной ветвью 501

16.7. Стратегия прямого управления однофазной ветвью 513

16.8. Командная стратегия, трехэтапный подход 521

16.9. Особенности многоклеточных преобразователей: необходим наблюдатель 530

16.10. Выводы и перспективы 531

16.11. Библиография 533

Список авторов 537

Указатель 541

Текущее определение контроля | Словарь английских определений

текущий

прил

1 из ближайшего настоящего; в процессе
текущие события

2 самые последние; актуальный
текущий номер журнала

3 общеизвестные, применяемые или принятые; распространенный
текущий слух

4 в обращении и действителен в настоящее время
текущих монет
n

5 (особенноводы или воздуха) постоянный, как правило, естественный поток

6 Масса воздуха, воды и т. Д., Имеющая постоянный поток в определенном направлении

7 расход такой массы

8 (также называется)
электрический ток (физика)

a поток электрического заряда через проводник

b скорость потока этого заряда.Обычно измеряется в амперах., (Символ)
Я

9 общая тенденция или дрейф
токов мнений
(C13: от старофранцузского corant, буквально: бег, от corre to run, от латинского currere)
♦
в настоящее время adv
♦
актуальность n

переменный ток
n непрерывный электрический ток, который периодически меняет направление, обычно синусоидально (аббревиатура.)
AC Сравнить →
постоянный ток

Кромвельское течение
n экваториальное тихоокеанское течение, текущее на восток с Гавайских островов на Галапагосские острова
(C20: названо в честь Т. Кромвеля (1922-58), океанографа США)

расчетный счет
н

1 счет в банке или строительном кооперативе, на который можно в любое время выписать чеки (U.Имя С.)
текущий счет (канадское название)
чек-счет

2 (Экономика), часть платежного баланса, состоящая из торгового баланса и невидимого баланса
Сравнить →
счет операций с капиталом →
1

оборотные активы
pl n денежные средства и операционные активы, конвертируемые в денежные средства в течение года (также называемые)
оборотные средства Сравнить →
основные средства

Учет текущих затрат
n метод учета, при котором активы оцениваются по их текущей восстановительной стоимости, а не по первоначальной стоимости.Часто используется во время высокой инфляции
Сравнить →
учет по первоначальной стоимости

плотность тока
n отношение электрического тока, протекающего в определенной точке проводника, к площади поперечного сечения проводника, взятой перпендикулярно току, протекающему в этой точке. Он измеряется в амперах на квадратный метр., (Символ)
Дж

КПД по току
n (Физика) отношение фактической массы вещества, высвобождаемого из электролита при прохождении тока, к теоретической массе, высвобождаемой в соответствии с законом Фарадея

текущие расходы
pl n некапитальные и обычно повторяющиеся расходы, необходимые для деятельности предприятия

краткосрочные обязательства
pl n коммерческие обязательства со сроком погашения в течение года

темновой ток
n остаточный ток, производимый фотоэлектрическим устройством, когда он не освещен

постоянный ток
n непрерывный электрический ток, который течет только в одном направлении, без существенного изменения величины (аббревиатура.)
DC Сравнить →
переменный ток

вихревой ток
n электрический ток, индуцируемый в массивном проводнике, таком как сердечник электромагнита, трансформатора и т. Д., Переменным магнитным полем, (также называемый)
Ток Фуко

электрический ток
n другое название для →
текущий →
8

Ток Фуко
n другое название для →
вихретоковый

Течение Гумбольдта
n холодное океанское течение в южной части Тихого океана, текущее на север вдоль побережья Чили и Перу (также называется)
Перу Текущий

Японское течение
n теплое океаническое течение, текущее на северо-восток от восточного побережья Японии в сторону северной части Тихого океана (также называемое)
Куросио

Лабрадорское течение
n холодное океанское течение, текущее на юг от побережья Лабрадора и встречающееся с теплым Гольфстримом, вызывая густые туманы у Ньюфаундленда

Peru Current
n другое название для →
Течение Гумбольдта

устройство защитного отключения
adv
n устройство отключения цепи, установленное в электрическом оборудовании для защиты оператора от поражения электрическим током (аббревиатура.)
УЗО

термоэлектронный ток
n электрический ток, возникающий между двумя электродами в результате электронов, испускаемых термоэлектронной эмиссией

поток мутности
n закрученная масса воды и взвеси, поднятая цунами, штормом, наводнением реки и т. Д.

Система управления постоянным током | Только Leading Edge

Около

Предпосылки и основная концепция технологии

Системы управления HVDC обычно разрабатываются с помощью методов и систем, которые используют, например, подход переменных состояния для определения линейных и нелинейных дифференциальных уравнений классической системы управления HVDC.Этот подход обычно требует точного знания систем переменного тока (AC) и соответствующих систем постоянного тока (DC) и нежелательно включает сложную математику, а также вычислительно-интенсивные вычисления для достижения конечного результата.

Изобретение содержит этапы определения, по меньшей мере, передаточной функции объекта управления током для выпрямителя и / или инвертора классической системы управления HVDC с использованием уравнения тока во временной области; определение по меньшей мере передаточной функции объекта управления напряжением по меньшей мере для выпрямителя классической системы управления HVDC с использованием уравнения напряжения во временной области; использование определенной передаточной функции объекта управления током для выпрямителя и / или инвертора и / или определенной передаточной функции объекта регулирования напряжения, по меньшей мере, для выпрямителя, чтобы облегчить проектирование системы управления HVDC.

Applications & amp; Рыночные возможности

На практике чрезвычайно сложно, если не невозможно, получить точные сведения о системах переменного тока, подключенных к классическим системам управления HVDC. В связи с этим ограниченные временные ограничения, налагаемые на специалистов по управлению HVDC, неопределенности системы переменного тока и сложная математика препятствовали широкому практическому использованию подхода переменных состояния для получения передаточных функций объекта классических систем управления HVDC.Методы проб и ошибок, используемые для проектирования систем управления HVDC, требуют экспертных знаний, которых не хватает. Кроме того, эти методы проб и ошибок являются нежелательно трудоемкими и необязательно надежными. В этом отношении настоящее изобретение направлено, по меньшей мере, на решение вышеупомянутых проблем и на обеспечение более быстрого и удобного способа разработки систем управления HVDC.

Стадия разработки

Разработка.

Статус интеллектуальной собственности

Патенты поданы в Южной Африке (2010/0830), США (13/577 436), Китае (2011800155859) и Европе (11739482.5).

Сотрудничество привлекло

Отраслевых партнеров / спонсоров.

& nbsp;

Электротоковый контроль спиновой спиральности в странствующем гелимагнетике

Свойства образца MnP

MnP имеет ромбическую и центросимметричную кристаллическую структуру с пространственной группой P b n m (рис. 2a) (рис. 2a) (рис. 2a) 90 16,17,18,19,20,21,22,23 . Чтобы увеличить плотность электрического тока, мы изготовили монокристаллический образец микрометрового размера (~ 10 × 20 × 1 мкм ³ ), используя метод сфокусированного ионного пучка (см.Методы и дополнительный рис.1). На рис. 2b показано удельное сопротивление для настоящего микроструктурного образца в сравнении с сопротивлением массивного (миллиметрового масштаба) образца, о котором ранее сообщали Shiomi et al. ²¹ . Удельные сопротивления подобны друг другу, что указывает на то, что повреждение образца из-за микротехнологии минимально для настоящего образца. На рис. 2с показана магнитно-фазовая диаграмма, построенная на основе зависимости удельного электрического сопротивления от магнитного поля для данного образца (см. Дополнительное примечание 2).Фазовая диаграмма очень похожа на приведенную в литературе ²³ . Ферромагнитно упорядоченная фаза (FM1) стабилизируется даже при нулевом магнитном поле выше 60 К, в котором магнитные моменты выравниваются вдоль оси c . Мы наблюдали скачкообразные изменения сопротивления, сопровождающие гистерезис (вставка на рис. 2б), что указывает на фазовый переход первого рода в спиральное магнитное состояние. В то время как нижняя граничная температура метастабильной области составляет 43,5 K, верхняя граница является неопределенной, между 55 K и 60 K.В спиральной магнитной фазе спиральная плоскость перпендикулярна вектору распространения вдоль оси a ¹⁹ . Следовательно, это спиральная структура, реализованная в центросимметричном материале. Когда магнитное поле прикладывается параллельно оси a , магнитные моменты наклоняются, образуя коническое магнитное состояние (рис. 2d). По мере дальнейшего увеличения магнитного поля до того, как магнитные моменты полностью выровняются по оси a (FM2), возникает веерная структура (FAN), в которой магнитные моменты находятся в плоскости a c , и угол между магнитным моментом и вектором распространения осциллирует в пространстве вдоль вектора распространения (рис.2г). Эту магнитную структуру можно рассматривать как суперпозицию двух конических структур с разной спиральностью. Следовательно, веерный магнитный переход соответствует ахирально-киральному переходу.

Рис. 2: Свойства образца MnP.

a Кристаллическая структура MnP. Черная линия представляет собой элементарную ячейку. b Температурная зависимость удельного сопротивления для данного образца MnP, изготовленного с использованием сфокусированного ионного пучка. Удельное сопротивление массивного (миллиметрового масштаба) образца, ранее измеренное Shiomi et al. ²¹ воспроизведен для сравнения. На вставке показана историческая зависимость удельного сопротивления вокруг спирально-ферромагнитной фазовой границы. c Фазовая диаграмма микрофабричного образца MnP для H ∣∣ a . Красные точки — это границы фаз, оцененные по зависимости удельного электрического сопротивления от магнитного поля (см. Дополнительное примечание 2). Черные линии — это ориентиры для глаз. В заштрихованной области реализованная магнитная структура зависит от гистерезиса.Зеленая стрелка указывает на процедуру опроса. d Иллюстрации веерных и конических магнитных конструкций.

Контроль спиральности электрическим током

В случае сегнетоэлектриков для управления электрической поляризацией часто используется так называемая процедура опроса. В этой процедуре электрическое поле прикладывается в высокотемпературной параэлектрической фазе, а затем температура понижается ниже температуры сегнетоэлектрического перехода. Поляризацией можно легко управлять с помощью процедуры полинга из-за небольшого коэрцитивного поля и большой восприимчивости около температуры перехода.Здесь мы применяем аналогичный метод управления спиральностью. Мы прикладывали постоянный электрический ток j _p параллельно или антипараллельно магнитному полю H _p вдоль вектора распространения ( a -ось) при прохождении веерного переходного поля (рис. 2c, г). Величина H _p медленно уменьшалась с 7 Тл до 3 Тл со скоростью 4 Th ^-1 при 51 К чуть ниже температуры ферромагнитно-спирального перехода.Затем мы удалили постоянный электрический ток j _p . В дальнейшем мы называем последовательность этих процессов «процедурой опроса». Чтобы обнаружить спиральность после процедуры полинга, мы использовали электрический магнитохиральный эффект ²⁴ : электронная транспортная версия магнитохирального дихроизма ²⁵ . В исходном магнитохиральном явлении оптические свойства зависят от направления волнового вектора независимо от оптической поляризации. Эффект проявляется только при одновременном нарушении симметрии обращения времени и зеркальной симметрии. {2} \ cos (2 \ omega t ).$$

(3)

Здесь ω и t — угловая частота и время соответственно. В то время как нехиральные нецентросимметричные материалы также показывают аналогичные удельные сопротивления второй гармоники ^26,27 , характерной особенностью электрического магнитохирального эффекта является то, что нелинейный перенос возникает параллельно или антипараллельно приложенному магнитному полю. Такое явление наблюдалось в нескольких гелимагнетиках с хиральной кристаллической структурой ^28,29 .Поскольку хорошо установлено, что ρ _ch зависит от хиральности, этот эффект полезен в качестве доказательства знака хиральности.

На рисунках с 3a по d показан вклад 2-й гармоники в электрическое сопротивление ρ ^2f при 51 K как функцию магнитного поля вдоль вектора распространения ( a -ось), наблюдаемого после полинга с ± Дж. _p и ± H _p . В то время как магнитная структура зависит от истории в диапазоне низких полей при 51 К, гелимагнитное состояние стабильно в процессе уменьшения поля (см. Дополнительное примечание 2).Величины полинг и плотности переменного электрического тока j _p , j _ac равны 1,1 × 10 ⁹ Am ⁻² и 5,1 × 10 ⁸ Am ⁻² соответственно. Наблюдаемую зависимость от магнитного поля ρ ^2f можно рассматривать как комбинацию нечетных и четных функций. В то время как компонент четной функции, кажется, демонстрирует небольшую зависимость от магнитного поля, резкое изменение около H = 0 указывает на заметный компонент нечетной функции.Наблюдение компонента нечетной функции является отличительной чертой электрических магнитохиральных явлений, характерных для киральной симметрии, тогда как вклад четной функции, по-видимому, происходит из-за неизбежных эффектов неоднородности и / или геометрии электродов, как обсуждается в литературе ^26,29 . В то время как некоторая частотная зависимость прослеживается для вклада внешней четной функции, вклад нечетной функции почти не зависит от частоты ниже 15 Гц (см. Дополнительное примечание 3). ρ _ch в уравнении. (2) соответствует вкладу нечетной функции. Поскольку кристалл MnP центросимметричен, винтовой магнитный порядок ответственен за возникновение магнитохирального явления. Важно отметить, что магнитохиральный вклад показывает изменение знака при изменении положения H _p или j _p . Они ясно показывают, что спиральность гелимагнитной структуры зависит от того, параллельны или антипараллельны H _p и j _p .

Рис. 3: Контроль спиральности электрическим током.

a — d Зависимость от магнитного поля вклада второй гармоники электрического сопротивления ρ ^2f после процедуры полинга с положительным и отрицательным магнитными полями H _p и постоянным электрическим током j _с. . Величины j _p и переменного электрического тока для измерения j _ac равны 1.{2 {\ rm {f}}} \) на фазовой границе. В гелимагнетиках с нецентросимметричной кристаллической структурой магнитохиральный эффект наблюдается в более широком диапазоне температур ^28,29 . В MnSi магнитохиральный сигнал показывает усиление около температуры спирально-парамагнитного перехода, но оно подавляется приложением большого магнитного поля ²⁸ . Причина этого была приписана киральной магнитной флуктуации вблизи границы раздела фаз. Усиление магнитохирального сигнала вокруг фазовой границы также наблюдалось в CrNb ₃ S ₆ , в то время как некоторые компоненты с разным происхождением, по-видимому, сосуществуют ²⁹ .{2 {\ rm {f}}} \) контрастирует с линейной кривой намагничивания вдоль оси a ¹⁶ . Подобное резкое усиление при слабом магнитном поле, не связанное с намагниченностью, наблюдается в парамагнитном состоянии MnSi ²⁸ , что может быть характеристикой индуцированного хиральными флуктуациями магнитохирального сигнала.