Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
CControls
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Regulowane źródło pradowe dla obc. indukcyjnego

Marcin_Sk 01 Gru 2015 21:19 3834 68
  • #1 01 Gru 2015 21:19
    Marcin_Sk
    Poziom 10  

    Witam wszystkich serdecznie,

    Właśnie montuję pulser magnetyczny do terapii polem magnetycznym. Elementem wykonawczym jest cewka 25mH, wytwarzająca indukcję o wartości około 1,5mT przy częstotliwości 50Hz. Elementem podającym impulsy na cewkę jest tranzystor MOSFET taktowany generatorem z wyjściem TTL zasilany z zasilacza 21VDC.

    Problem polega na tym, że zgodnie z fizyką, gdy zwiększamy częstotliwość rośnie nam reaktancja cewki, a co za tym idzie spada jej prąd i zarazem wartość indukcji wytwarzanego pola magnetycznego przy oczywiście stałym napięciu zasilania.

    Poszukuję sugestii z Waszej strony lub jakiegoś schematu źródła prądowego, które poprzez regulację napięcia (powiedzmy od 10-50V) utrzymywało by stały prąd cewki (stały strumień) przy zmieniającej się częstotliwości. Tak zwane U/F=const.

    Częstotliwość podawana na cewkę waha się w granicach od 100 do 1500Hz. Oczywiście ciężko było by utrzymać stały prąd przy tak dużym zakresie częstotliwości mając zasilacz, który podaje napięcie nie większe niż 50V, jednakże stabilność prądu w pewnym tylko zakresie będzie już dużym atutem.

    Dziękuję wszystkim z góry za odpowiedzi i pozdrawiam

    0 29
  • CControls
  • #2 01 Gru 2015 21:45
    Setel
    Poziom 25  

    Przy podanych częstotliwościach impulsowania mamy do czynienia z polem elektromagnetycznym, a nie magnetycznym. Cewka jest nadajnikiem prądu zmiennego o szerokim spektrum częstotliwości.

    0
  • CControls
  • #3 01 Gru 2015 23:21
    Rzuuf
    Poziom 43  

    Źródłem o charakterystyce "prądowej" jest np. tranzystor w układzie OE widziany od strony kolektora.
    Taką charakterystykę możesz też uzyskać ze wzmacniacza ze zmodyfikowanym sprzężeniem zwrotnym: Regulowane źródło pradowe dla obc. indukcyjnego
    Twój zakres częstotliwości to "audio", więc można użyć typowego wzmacniacza, np. TDA2040.

    0
  • #4 02 Gru 2015 17:03
    Marcin_Sk
    Poziom 10  

    Dziękuję za odpowiedzi,

    widzę, że chyba istnieje pewne niezrozumienie. Poszukuję konstrukcji układu elektronicznego podnoszącego liniowo napięcie wraz ze wzrostem reaktancji cewki, aby utrzymać jej stały prąd, a co za tym idzie strumień.

    Układ realizujący U/F=const.

    Dziękuję

    Dodano po 2 [minuty]:

    Zapomniałem dodać, iż chciałbym utrzymywać około 1,5A w jak najszerszym spectrum częstotliwości.

    0
  • #5 02 Gru 2015 17:38
    atom1477
    Poziom 43  

    Układ podany przez Rzuuf-1 zapewnia takie zachowanie.
    Na wejście można podawać nie tylko napicie stałe, ale i napięcie zmienne. Czyli ten Twój przebieg zmienny też. I ten układ zapewni że prąd w cewce będzie zależny od napięcia na wejściu wzmacniacza (czyli wraz ze wzrostem częstotliwości wzmacniacz operacyjny będzie dawał na wyjściu coraz większe napięcie zmienne).
    Ale oczywiście tak to działa tylko do momentu aż przestanie wystarczać napięcia zasilania, a u Ciebie nastąpi to dość szybko. I od razu uprzedzając pytanie trzeba napisać, że żaden układ elektroniczny tego nie rozwiąże. Trzeba po prostu większego napięcia zasilania albo cewki o mniejszej indukcyjności.
    Oczywiście dla prądu 1.5A trzeba też użyć specjalnego "wzmacniacza operacyjnego". Po prostu trzeba użyć wzmacniacza mocy audio z wejściem różnicowym.
    Niestety Twoja cewka (25mH) jest kiepska do tego rozwiązania.
    Już przy 210Hz nie pozwoli na utrzymanie prądu 1,5A przy zasilaniu 50V. Powyżej poza samym spadkiem prądu zmieni się też kształt przebiegu. Musiał byś więc korygować napięcie podawane na wejście tego wzmacniacza.
    A skoro trzeba by korygować napięcie, to w ogóle nie ma sensu stosować takiego stabilizatora: cewkę można po prostu od razu zasilać odpowiednimi napięciami dobranymi do konkretnych częstotliwości.
    Poza tym to wszystko dla sinusoid.
    A Ty coś piszesz o impulsach. przy impulsach jest o wiele gorzej. Prawdopodobnie nie da się uzyskać takiego prądu nawet przy 100Hz, czyli w ogóle nie pokryjesz nawet jednego punktu w zakładanym zakresie pracy.
    Po prostu całe Twoje założenie jak to ma działać jest błędne.

    0
  • #6 02 Gru 2015 19:06
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    widzę, że chyba istnieje pewne niezrozumienie. Poszukuję konstrukcji układu elektronicznego podnoszącego liniowo napięcie wraz ze wzrostem reaktancji cewki, aby utrzymać jej stały prąd, a co za tym idzie strumień.

    Można to zrealizować w we wzmaciaczu mocy zamieniając go w źródło prądowe, jak pokazał kolega Rzuuf, można to zrobić stopień wcześniej we wzmacniaczu napięciowym zamieniając go we wzmacniacz różniczkujący a za nim napięciowy wzmacniacz mocy, pierwsze rozwiązanie ma tę zaletę że eliminuje błędy spowodowane nagrzewaniem cewki

    W obu rozwiązaniach występuje niekorzystna sytuacja, że przesunięcie fazy w układzie sprzężenia zwrotnego dodaje sie do przesunięcia fazy wzmacniacza co prowadzi do niestabilności, czemu trzeba przeciwdziałać.

    0
  • #7 03 Gru 2015 20:06
    Marcin_Sk
    Poziom 10  

    Witajcie,

    dziękuję wszystkim z góry za odpowiedzi i propozycje.

    Wydaje mi się, że na samym początku wyraziłem się dość nieprecyzyjnie. Chciałbym to uściślić, otóż jako obrazek schemat mojego bardzo prostego pulsera zbudowanego w oparcie o mosfeta oraz sygnał taktujący TTL. Układ ten taktuje sygnałem prostokątnym cewkę, wytwarzającą pulsujące pole magnetyczne. Właśnie dokonałem pewnych obliczeń i zgodnie z parametrami cewki podanymi powyżej mając źródło zasilania 0-110V jestem w stanie utrzymywać stały prąd o wartości 1A do częstotliwości około 650Hz. Powyżej wartość prądu spada a z nią wartość indukcji magnetycznej.

    W związku z powyższym potrzebowałbym źródła zapewniającego mi zasilanie załączonego układu napięciem od 0-110V zmieniającego się w funkcji częstotliwości, tak aby zapewnić przepływ stałego prądu przez cewkę.

    Dziękuję z góry za wypowiedzi

    Dodano po 51 [sekundy]:

    Regulowane źródło pradowe dla obc. indukcyjnego

    Dodano po 1 [minuty]:

    Oczywiście proszę się nie sugerować wartościami elementów użytych na schemacie. Chodziło mi jedynie o pokazanie idei.

    0
  • #8 04 Gru 2015 11:50
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Źrodło prądowe na MOSFET'cie:
    Link
    Sterowanie z transoptora sobie dodasz, dodatkowy tranzystor nie jest potrzebny.

    EDIT zapomniałem że miało być regulowane, w jakim zakresie?

    0
  • #9 04 Gru 2015 13:00
    atom1477
    Poziom 43  

    Nie wiem jak to obliczyłeś. Mi wychodzi że w miarę niezniekształcone impulsy są do częstotliwości 100Hz. Zależy jeszcze dla kogo jakie to są "w miarę niezniekształcone".
    Jeżeli liczyłeś wartość skuteczną albo średnią to taką się da uzyskać, tylko co z tego skoro wtedy przebieg będzie trójkątny? Tzn. po co wtedy impulsy?
    Tak wyglądają przebiegi na układzie zbliżonym do Twojego (jedynie z dodaną stabilizacją prądu):
    100Hz:
    Regulowane źródło pradowe dla obc. indukcyjnego
    1kHz:
    Regulowane źródło pradowe dla obc. indukcyjnego
    Ciężko to nazwać impulsami. Dopiero zmodyfikowanie obwodu wygaszania przepięć pomaga:
    100Hz:
    Regulowane źródło pradowe dla obc. indukcyjnego
    1kHz:
    Regulowane źródło pradowe dla obc. indukcyjnego
    Ale ciągle impulsy są zniekształcone. A dla wypełnień innych niż 50% będzie tylko gorzej.
    Choć to może nie problem że impulsy są zniekształcone. Tak jak i nie problem dać wyższe napięcie zasilania żeby polepszyć ich kształt (tylko pytanie czy cewka wytrzyma takie napięcia międzyzwojowe).

    Jeszcze jedną rzecz trzeba wyjaśnić. Do Twojego zastosowania nie trzeba zmiennego napięcia zasilania. Układ można zrobić tak że sam będzie stabilizował prąd, mimo że będzie zasilany ze stałego niezmiennego napięcia.
    I tak właśnie działają wszystkie podane przez nas 3 wersje układów.

    0
  • #10 05 Gru 2015 14:18
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    Właśnie dokonałem pewnych obliczeń i zgodnie z parametrami cewki podanymi powyżej mając źródło zasilania 0-110V jestem w stanie utrzymywać stały prąd o wartości 1A do częstotliwości około 650Hz. Powyżej wartość prądu spada a z nią wartość indukcji magnetycznej.
    Przypuszczam że liczyłeś nie to co trzeba.
    Ja liczę że przy przebiegu prostokątnym 100V i cewce 25mH uzyskasz szybkość narastania 4kA/s a więc prąd narośnie do 1A po 250us moje obliczenia nie uwzględniają rezystancji cewki. Czyli jeśli zadowoli cie przebieg trójkątny to max 2kHz. A jeśli chcesz mieć coś bliżej prostokąta, np trapez o czasie narastania równym 10% okresu to max 400Hz.


    Jak widać z symulacji kolegi atom1477 trzeba dopuścić do przepięcia na cewce żeby uzyskać w miare szybkie opadanie prądu, ja jednak nie zastosował bym rezystora w obwodzie diody tylko diodę Zenera na 110V wzmocnioną tranzystorem, opadanie będzie liniowe, a nie wykładnicze jak przy rezystancji, 110V dlatego żeby uzyskać taki sam czas opadania jak narastania, oczywiście można dopuścić wyższe przepięcie np 440V wtedy opadanie będzie trwało 62us, tylko nie widzę w tym znaczącego zysku, a MOSFET na 600V ma gorsze Rds(on) niż taki na 250V.

    Jeszcze trzeba uwzględnić straty mocy, przy zasilaniu 100V i 1A prądu cewki i wypełnieniu 50% 50W pójdzie na straty.

    0
  • #11 06 Gru 2015 19:59
    Marcin_Sk
    Poziom 10  

    Witajcie,

    na początku wielkie dzięki za Wasze odpowiedzi. jarek_lnx - dzięki za schematy źródeł, atom - dzięki za wykresy.

    jarek_Inx - oczywiście dobrze by było utrzymywać kształt prądu cewki jak najbardziej podobny do prostokąta i w jak największym zakresie częstotliwości - indukcyjność nie jest tutaj zbyt fajna do obróbki Nawet jeżeli będzie trochę odkształcony i w miarę będzie utrzymywał się do jakichś 2kHz, to pole magnetyczne wytworzone w ten sposób będzie moim zdaniem wystarczające.

    atom1477 - kształt przebiegów jest wystarczający moim zdaniem, choć jak pisze kolega jarek nie próbowałem nigdy z diodą zenera równolegle do diody gaszącej.
    atom1477 - ja nie chcę zmiennego źródła zasilania, tylko odpowiednio wysokie, aby klucz w postaci mosfeta lub tranzystora bipolarnego otwierał się bardziej lub mnie w funkcji częstotliwości zapewniając w I=const. w pewnym zakresie f (tyle ile wystarczy napięcia) Widocznie wyszło jakieś niedogadanie.

    Tak a'propos - rezystancja cewki to 6.7Ohm.
    Dziękuję

    0
  • #12 06 Gru 2015 20:25
    atom1477
    Poziom 43  

    Marcin_Sk napisał:
    atom1477 - kształt przebiegów jest wystarczający moim zdaniem, choć jak pisze kolega jarek nie próbowałem nigdy z diodą zenera równolegle do diody gaszącej.

    Ona nie ma być równolegle bo nic nie da. Raczej szeregowo bo ta dioda Zenera musi mieć zwykłą diodę razem ze sobą żeby tutaj działać poprawnie.
    Przy czym sama dioda Zenera ze zwykłą diodą też nie wystarczy ze względu na moc strat. Potrzeba czegoś takiego:
    http://ja2gzz.uzusionet.com/zd.htm
    szeregowo z diodą np. UF5408.
    Oczywiście typ tranzystora inny (trzeba dobrać do wymaganego prądu i napięcia).

    Marcin_Sk napisał:
    atom1477 - ja nie chcę zmiennego źródła zasilania, tylko odpowiednio wysokie, aby klucz w postaci mosfeta lub tranzystora bipolarnego otwierał się bardziej lub mnie w funkcji częstotliwości zapewniając w I=const. w pewnym zakresie f (tyle ile wystarczy napięcia) Widocznie wyszło jakieś niedogadanie.

    No trochę.To układy które podaliśmy to spełniają (ten sam element (klucz) wytwarza impulsy i stabilizuje prąd).

    0
  • #13 06 Gru 2015 20:30
    Marcin_Sk
    Poziom 10  

    atom - źle napisałem, chciałem powiedzieć, że dioda zenera zamiast rezystora.

    0
  • #14 06 Gru 2015 20:42
    atom1477
    Poziom 43  

    Ale niczego to nie zmienia. Trzeba diodę Zenera wzmocnić tranzystorem, oraz szeregowo z tym całym cudem dać zwykłą diodę.
    Oczywiście przy założeniu że decydujesz się na takie rozwianie.
    Bo można też dać zupełnie inne (nie powodujące tak dużych strat mocy) ale aktualnie nie przychodzi mi do głowy żadne wystarczająco proste które by to realizowało.

    0
  • #15 06 Gru 2015 20:45
    Marcin_Sk
    Poziom 10  

    Sama dioda zenera robi przebieg bardziej wykładniczym niż rezystor - to tak dla ciekawości.

    Sprawdzę ten układ z tranzystorem zaraz...

    0
  • #16 06 Gru 2015 20:51
    atom1477
    Poziom 43  

    To niemożliwe żeby sama dioda Zenera tak działała. Może ją źle wstawiłeś. Daj schemat.

    0
  • #18 06 Gru 2015 21:24
    atom1477
    Poziom 43  

    No właśnie. Dioda Zenera powinna być odwrotnie.

    0
  • #19 06 Gru 2015 21:28
    Marcin_Sk
    Poziom 10  

    Dioda Zenera ma być na pewno przeciwsobnie podłączona do diody gaszącej. Tego jestem pewien.

    0
  • #20 06 Gru 2015 21:52
    atom1477
    Poziom 43  

    No to też. Czyli obie diody na Twoim schemacie są odwrotnie.

    0
  • #21 06 Gru 2015 21:59
    Marcin_Sk
    Poziom 10  

    No i tak ma być. Jednakże nie wydaje mi się, żeby układ z diodą zenera był lepszy od tego z rezystorem.

    0
  • #22 07 Gru 2015 15:37
    DJ ANNUS
    Poziom 31  

    A czy nie prostszym rozwiązaniem jest podwójny potencjometr jedna sekcja zwiększa częstotliwość a druga napięcie?

    0
  • #23 07 Gru 2015 15:42
    atom1477
    Poziom 43  

    Yyy? A jak byś zwiększał napięcie?

    0
  • #24 07 Gru 2015 16:07
    DJ ANNUS
    Poziom 31  

    Marcin_Sk napisał:
    Elementem wykonawczym jest cewka 25mH, wytwarzająca indukcję o wartości około 1,5mT przy częstotliwości 50Hz
    Marcin_Sk napisał:
    Częstotliwość podawana na cewkę waha się w granicach od 100 do 1500Hz


    Krotność jest 15x więc może jakieś 120V DC zasilacz by był potrzebny bo pobór prądu byłby w miarę taki sam.

    0
  • #25 07 Gru 2015 16:15
    atom1477
    Poziom 43  

    Mała literówka. Jak byś zwiększał w sensie jak byś regulował.
    Chodzi mi o to że to rozwiązanie wcale nie jest prostsze. Bo tu trzeba dodatkowy element regulujący napięcie.
    A w poprzednim rozwiązaniu regulatorem jest ten sam element co wytwarza impulsy.

    0
  • #26 07 Gru 2015 19:35
    Marcin_Sk
    Poziom 10  

    Jarek_Lnx - zrobiłem teraz wiele prób/symulacji z układami źródeł prądowych, które podesłałeś. Jeszcze raz dzięki. Wydaje się chyba to najprostsze jako najlepsze. Całkiem nieźle chodzi do 2kHz - możesz zerknąć na obrazki załączone.

    Dzięki Panowie za podpowiedzi. Macie jeszcze jakieś sugestie ?

    Dodano po 30 [sekundy]:

    Regulowane źródło pradowe dla obc. indukcyjnego Regulowane źródło pradowe dla obc. indukcyjnego Regulowane źródło pradowe dla obc. indukcyjnego

    Dodano po 1 [minuty]:

    Zapomniałem dodać, że powyższe obrazki to: 2kHz, 500Hz i 250Hz

    Dodano po 18 [minuty]:

    2kHz

    Regulowane źródło pradowe dla obc. indukcyjnego

    500Hz

    Regulowane źródło pradowe dla obc. indukcyjnego

    250Hz

    Regulowane źródło pradowe dla obc. indukcyjnego

    0
  • #27 07 Gru 2015 21:50
    atom1477
    Poziom 43  

    Nie przesadzaj z wartością R2 bo nim większe R2 tym większe przepięcie na cewce przy danym prądzie. Przy 1A i 100Ω, będzie to 100V. Ty dałeś 1000Ω więc przepięcie wyniesie 1000V (przy 1A, a widzę że symulujesz dla 3A). Mało który tranzystor to wytrzyma.
    Właśnie dlatego dioda Zenera jest lepsza. Przy rezystorze masz dużą szybkość opadania prądu, ale tylko na początku. Potem drastycznie spada.
    Przy diodzie Zenera szybkość (przy danym przepięciu) jest mniejsza, ale utrzymuje się cały czas mniej więcej taka sama, więc ostatecznie czas wygaszania prądu wychodzi mniejszy.
    Dodatkowo przy diodzie Zenera przepięcie jest ograniczane do z góry znanej wartości. A przy rezystorze będzie zależne od prądu jaki sobie ustawisz.

    0
  • #28 07 Gru 2015 22:06
    Marcin_Sk
    Poziom 10  

    atom - no masz rację z tym przepięciem, ale przy zenerze, układ się już nasyca przy niższej częstotliwości. Kombinuje nad jakimś kompromisem.

    0
  • #29 09 Gru 2015 12:54
    Marcin_Sk
    Poziom 10  

    Cześć Wam,

    atom - tak jak pisałeś dioda zenera będzie lepsza niże rezystor, ze względu na bardzo wysokie napięcie na tranzystorze. Jednakże 5W dioda zenera będzie za mała. Trzeba by użyć tego układu z tranzystorem, tylko jak się zachowa układ z tranzystorem przy zastosowaniu 51V diody zenera ? Występuję bardzo duże napięcie BC...

    Zastanawiam się nad zastosowaniem warystora, ale nie ma go LTspice'ie. Masz może takowy działający ?
    Dzięki z góry Regulowane źródło pradowe dla obc. indukcyjnego

    0
  • #30 09 Gru 2015 13:44
    atom1477
    Poziom 43  

    Warystor też będzie miał za małą moc.
    Wysokie napięcie BC jest tutaj normalne. Gdzieś to napięcie przecież musi się odłożyć.
    Po prostu trzeba zastosować odpowiedni tranzystor.
    Np. jakiś MJE13007...13009 z zasilacza ATX. Tylko nie wiem jak z ich mocą strat.

    R5 i R8 mają za duże wartości na tym Twoim schemacie. Max to po kilka kΩ tutaj.
    I jednocześnie w bazach powinno być co najmniej z 10 razy tyle żeby nie wprowadzać tranzystorów w za głębokie nasycenie.
    Do symulacji wstaw też też rezystor z 6Ω szeregowo z cewką (bo Twoja cewka ma te 6Ω rezystancji szeregowej jak sam pisałeś).

    0