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

Zasilanie impulsowe i wartość skuteczna

andrzejlisek 12 Kwi 2016 13:40 609 4
  • #1 12 Kwi 2016 13:40
    andrzejlisek
    Poziom 28  

    Docelowo chciałbym zasilać drut oporowy (grzałkę) za pomocą napięcia impulsowego ze sterowanym wypełnieniem szerokości impulsu poprzez załączanie za pomocą tranzystora MOSFET dużej mocy. W rozważaniach teoretycznych pomijam wpływ parametrów samego tranzystora na działanie układu.

    Upraszczając odpowiedni wzór z Wikipedii zauważyłem, że dla sterowania impulsowego wartość skuteczna to po prostu napięcie impulsu pomnożone przez pierwiastek ze współczynnika wypełnienia. Otrzymałem taką tabelę zależności (DC to Duty Cycle):

    Code:
    DC     RMS
    
    0,00   0
    0,02   0,141421356
    0,04   0,2
    0,06   0,244948974
    0,08   0,282842712
    0,10   0,316227766
    0,12   0,346410162
    0,14   0,374165739
    0,16   0,4
    0,18   0,424264069
    0,20   0,447213595
    0,22   0,469041576
    0,24   0,489897949
    0,26   0,509901951
    0,28   0,529150262
    0,30   0,547722558
    0,32   0,565685425
    0,34   0,583095189
    0,36   0,6
    0,38   0,6164414
    0,40   0,632455532
    0,42   0,64807407
    0,44   0,663324958
    0,46   0,678232998
    0,48   0,692820323
    0,50   0,707106781
    0,52   0,721110255
    0,54   0,734846923
    0,56   0,748331477
    0,58   0,761577311
    0,60   0,774596669
    0,62   0,787400787
    0,64   0,8
    0,66   0,81240384
    0,68   0,824621125
    0,70   0,836660027
    0,72   0,848528137
    0,74   0,860232527
    0,76   0,871779789
    0,78   0,883176087
    0,80   0,894427191
    0,82   0,905538514
    0,84   0,916515139
    0,86   0,92736185
    0,88   0,938083152
    0,90   0,948683298
    0,92   0,959166305
    0,94   0,969535971
    0,96   0,979795897
    0,98   0,989949494
    1,00   1


    Z powyższej tabeli można rozumieć, że przy zasilaniu impulsowym napięciem 10V ze współczynnikiem wypełnienia 0,64, drut oporowy grzeje się do tej samej temperatury i oddaje taką samą moc, jak przy zasilaniu prądem stałym o napięciu 8V. Zakładam, że częstotliwość impulsów jest tak duża, że temperatura grzałki jest stała z powodu bezwładności termicznej. Czy dobrze rozumiem?

    Jakiś czas temu, w podobny sposób wysterowałem pasek LED RGB i za pomocą luksomierza sporządziłem wykres zależności jasności świecenia od wypełnienia impulsu. W tym eksperymencie stwierdziłem, że jasność świecenia jest wprost proporcjonalna do wypełnienia impulsu. Zakładam, że sprawność działania (straty energii w postaci ciepła) jest ta sama dla każdego wypełnienia. Jak to jest, że jasność zależy proporcjonalnie od współczynnika wypełnienia, a nie wartości skutecznej, która jest proporcjonalna do energii dostarczonej? Czy może jednak w tym eksperymencie popełniłem błąd? Jeżeli tak, to go powtórzę.





    Poprzez rozpisanie w arkuszu kalkulacyjnym i przeliczenie za pomocą wzoru ogólnego, stwierdziłem, że wartość skuteczna napięcia wyprostowanego jednopołówkowego jest połową wartości szczytowej, a nie połową wartości skutecznej napięcia przemiennego, dla 230V RMS prądu przemiennego wychodzi ok. 160V RMS przy prostowaniu jednopołówkowym, przypuszczam, że miernik true RMS pokazałby właśnie 160V, a nie 115V. Czytałem kilka wątków na temat oświetlenia w piwnicy i w sytuacji, gdy jest wykonane prostowanie jednopołówkowe (dioda szeregowo w obwodzie oświetleniowym), to w takich wątkach ludzie piszą o napięciu 115V i że żarówki na 120V (takie, jak w USA) będą odpowiednie. Tylko, że w USA jest 120V napięcia skutecznego, a według moich obliczeń, w tak zasilanej piwnicy jest napięcie 160V, więc żarówka na 120V długo nie pociągnie, pomijam fakt, że w piwnicy ze światło na ogół włącza się rzadko i na krótko. W takim razie, jak to jest z prostowaniem jednopołówkowym i oświetleniem piwnic z diodą?

    Zgodnie z definicją wartości skutecznej, przy współczynniku wypełnienia 0,64 urządzenie spełniające prawo Ohma pobiera moc na poziomie 0,8 pełnej mocy, ale eksperyment z LEDami pokazał, że przy współczynniku 0,64 diody świecą z mocą 0,64 mocy znamionowej.

    Skąd się bierze ta różnica i czy moc drutu oporowego jest proporcjonalna do współczynnika wypełnienia, czy wartości skutecznej?

    Problem jest taki, że układ zasilający drut oporowy będzie zasilać konkretnym napięciem z ustawianym wypełnieniem impulsu. Przykładowo, obwód zasilający drut zawiera źródło napięcia 10V, a na mikrokontrolerze ustawię napięcie obliczeniowe 7V. Jak wyznaczyć wypełnienie impulsu takie, żeby drut pracował z taką samą mocą, jakby był zasilany prądem stałym o napięciu 7V, a w rzeczywistości będzie zasilany impulsowo napięciem 10V?

    0 4
  • Deimic Smart Home
  • Pomocny post
    #2 12 Kwi 2016 14:06
    jesion40
    Poziom 27  

    Tabela jest ok, rozumowanie też. Moc wydzielana w grzałce jest proporcjonalna do kwadratu napięcia, bo prąd jest proporcjonalny do napięcia (pomijając zmianę rezystancji z temperaturą).

    Przy LED napięcie na diodzie jest w przybliżeniu stałe, więc zależność jest inna. Strumień świetlny jest (z grubsza, w sensownym zakresie) proporcjonalny do wartości średniej prądu, ta zaś wprost proporcjonalna do wypełnienia.

    0
  • Deimic Smart Home
  • Pomocny post
    #3 12 Kwi 2016 14:07
    grzeskk
    Poziom 30  

    Przy odbiorniku liniowym jakim jest grzałka będzie to spełnione.
    Załóżmy że grzałka ma 1 Om. 10 V zasilania popłynie 10 A prądu, przy współczynniku 0,64 też popłynie 10 A prądy tyle że z przerwami.
    Zasilając z 8 V popłynie 8 A prądu co przełoży się na tę samą moc.

    0
  • #4 12 Kwi 2016 14:13
    andrzejlisek
    Poziom 28  

    grzeskk napisał:
    Przy odbiorniku liniowym jakim jest grzałka będzie to spełnione.
    Załóżmy że grzałka ma 1 Om. 10 V zasilania popłynie 10 A prądu, przy współczynniku 0,64 też popłynie 10 A prądy tyle że z przerwami.
    Zasilając z 8 V popłynie 8 A prądu co przełoży się na tę samą moc.


    Rozumiem, że przy odpowiedniej częstotliwości impulsów, w obu przypadkach grzałka będzie miała tą samą temperaturę i tą samą średnią moc, tylko moc chwilowa będzie różna. Czyli o temperaturze grzałki decyduje napięcie skuteczne i dobierając wypełnienie należy posłużyć się napięciem skutecznym, a eksperyment z LEDami nie ma nic do tego.

    0
  • #5 12 Kwi 2016 14:24
    grzeskk
    Poziom 30  

    Ledy nie są elementem liniowym, one świecą proporcjonalnie do wartości prądu, a napięcie na nich jest tylo lekko zmienne, zachowują się podobnie do diod zenera.

    0