Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Prostownik regulowany 0-220VDC 10A - jaki filtr wygładzający?

UAZownik 23 Sep 2022 21:24 225 8
Bosch
  • #1
    UAZownik
    Level 2  
    Cześć wszystkim,

    muszę złożyć dość prosty prostownik regulowany, którego zadaniem będzie zasilanie silnika prądu stałego 220V 1,5kW w zakresie obrotów od zera do znamionowego. Zakładane obciążenie stałe prostownika w granicach 2000VA, maksymalne krótkotrwałe rzędu 3000VA. Zasilanie jednofazowe, z agregatu prądotwórczego. Współczynnik wygładzenia chciałbym przyjąć jak najwyższy, zastosowany silnik przy sterowaniu przekształtnikowym zadowalające parametry zachowuje przy współczynniku tętnień kj=1.11.

    Moje założenie jest proste - autotransformator 2500VA, mostek graetza i najprostszy układ filtrujący, bez triaków, tranzystorów i innych elementów sterowanych. Układ powinien być odporny na wahania temperatur i wilgotność - praca w pojeździe trakcyjnym.

    Zastosowanie samego kondensatora filtrującego na pewno odpada - wg. wyliczeń potrzeba będzie pojemności rzędu 47mF. Przy tym napięciu rodzi to też problem dosyć dużego ładunku na okładzinach po odłączeniu zasilania.

    Jak natomiast wygląda sprawa z dławikami wygładzającymi? Wyczytałem na forum, że przy prądach tego rzędu zamiast filtra pojemnościowego bardziej zasadne jest filtrowanie indukcyjne. Teoretycznie już sama indukcyjność transformatora i uzwojeń silnika powinna w pewnym stopniu wygładzić napięcie, jednak czy w stopniu zadowalającym? Jaki dławik dodatkowy powinienem zastosować? Niestety nie znalazłem zadowalających wzorów pozwalających na dobór dławika.

    Przyznaję, że w temacie projektowania prostowników jestem zielony, wszelkie znalezione materiały dotyczyły niestety zasilaczy o napięciach rzędu 12 czy 24V, więc też mnie nie satysfakcjonują. Ciężko cokolwiek znaleźć w temacie zasilaczy DC na tak wysokie napięcie.

    Jaki filtr wygładzający powinienem zastosować w moim przypadku?
  • Bosch
  • #2
    CosteC
    Level 35  
    Masz bardzo dużo sprzecznych założeń:
    - Prosty ale odporny na wszystko
    - Brak kondensatora filtrującego ale bardzo dobre filtrowanie
    - W pojeździe trakcyjnym ale zasilanie 1 faza AC
    - Wielkie i ciężkie bo w stylu elektrotechnika 1950

    Co to ma być i czemu tak utrudniasz sobie życie?
  • Bosch
  • Helpful post
    #3
    jarek_lnx
    Level 43  
    Filtr z kondensatorem działa tym lepiej im mniejszy prąd, filtr z dławikiem tym lepiej im większy prąd.

    Skąd pomysł że silnik w ogóle potrzebuje filtracji, współczynnik tętnień 1,11 to bardzo dużo, potwierdza że filtr nie jest istotny.
    UAZownik wrote:
    Jak natomiast wygląda sprawa z dławikami wygładzającymi?
    Są drogie, ciężkie i kosztowne w porównaniu do filtrów pojemnosciowych. Znalazłem w internecie dławik 67mH 11A waży 18kg, wg symulacji uzyskał byś współczynnik tętnień ok 50% ten dławik wraz z kondensatorem 1000uF dał by 5%, a sam kondensator też ok 50%

    UAZownik wrote:
    Zastosowanie samego kondensatora filtrującego na pewno odpada - wg. wyliczeń potrzeba będzie pojemności rzędu 47mF
    Jak ci to wyszło, chciałeś zrobić tętnienia 1%? A pisałeś że 111% wystarczy.

    Przy dużych mocach DC robi się z prostowania trzech faz - tętnienia są mniejsze już przed zastosowaniem filtru.

    Quote:
    - Wielkie i ciężkie bo w stylu elektrotechnika 1950
    Ponadto, z powodu że w dzisiejszych czasach nikt tak nie robi, elementy "retro" stały się słabo dostępne i drogie.
  • #4
    CYRUS2
    Level 43  
    UAZownik wrote:

    muszę złożyć dość prosty prostownik regulowany, którego zadaniem będzie zasilanie silnika prądu stałego 220V 1,5kW w zakresie obrotów od zera do znamionowego.
    Zasilanie jednofazowe, z agregatu prądotwórczego.
    - praca w pojeździe trakcyjnym.
    Praca domowa zadana przez belfra.
  • #5
    UAZownik
    Level 2  
    CosteC wrote:
    Masz bardzo dużo sprzecznych założeń:
    - Prosty ale odporny na wszystko

    Im prostszy tym mniej elementów podatnych na uszkodzenia, chyba nie ma w tym nic nadzwyczajnego.

    CosteC wrote:
    - Brak kondensatora filtrującego ale bardzo dobre filtrowanie

    Nie zakładam całkowitego braku kondensatorów, zakładam uniknięcie filtru opartego o sam kondensator, to chyba lekka różnica. Dobre filtrowanie to też względna, nie zakładam nierealnych tętnień rzędu kilku mV, tylko 10-20V.

    CosteC wrote:
    - W pojeździe trakcyjnym ale zasilanie 1 faza AC

    Bo nie chcę się bawić w problematyczne baterie akumulatorów, tylko źródło energii oparte na paliwie. Początkowo zakładałem silnik eSiok z prądnicą DC, ale to zbyt droga zabawa, wygrał typowy agregat. Do tego mam plus w postaci mobilnej elektrowni na elektronarzędzia, potrzebne do prac na szlaku.

    CosteC wrote:
    - Wielkie i ciężkie bo w stylu elektrotechnika 1950

    Taki jest pośredni zamysł, bo taki mój kaprys. W pojeździe szynowym waga mnie nie ogranicza, a gdybym chciał iść we współczesną energoelektronikę to bym po prostu kupił gotowy zestaw do elektroskutera. Wolę jednak postawić na ciut ciekawsze rozwiązanie z punktu widzenia technicznego.

    CosteC wrote:

    Co to ma być i czemu tak utrudniasz sobie życie?


    Spalinowo-elektryczna lokomotywka małej mocy w charakterze wołka roboczego na utrzymywanej przeze mnie linii kolejowej. Tak w dużym skrócie.


    jarek_lnx wrote:

    Skąd pomysł że silnik w ogóle potrzebuje filtracji, współczynnik tętnień 1,11 to bardzo dużo, potwierdza że filtr nie jest istotny.

    Rozumiem, że filtr całkowicie można pominąć? No to by było bardzo pomocne w moim przypadku, dzięki.

    jarek_lnx wrote:

    [dławiki] Są drogie, ciężkie i kosztowne w porównaniu do filtrów pojemnosciowych. Znalazłem w internecie dławik 67mH 11A waży 18kg, wg symulacji uzyskał byś współczynnik tętnień ok 50% ten dławik wraz z kondensatorem 1000uF dał by 5%, a sam kondensator też ok 50%


    Waga mnie tutaj nie ogranicza, mam też dostęp do starych prostowników selenowych dużej mocy z których dławiki mogę pozyskać bezkosztowo. Dławik z resztą mogę też ostatecznie nawinąć sam. Spróbuję poeksperymentować z podanymi wartościami, dzięki wielkie.

    jarek_lnx wrote:

    Ponadto, z powodu że w dzisiejszych czasach nikt tak nie robi, elementy "retro" stały się słabo dostępne i drogie.


    Tu akurat z racji pracy na kolei elementów retro mam dostępnych pod dostatkiem wszelkiej maści.
  • Helpful post
    #6
    _jta_
    Electronics specialist
    Jeśli masz zasilanie 1-fazowe, to 100x na sekundę masz za niskie napięcie z samego prostowania, i aby dostarczać moc na wyjście, musisz użyć energii zmagazynowanej w filtrze (a dokładniej, w jego kondensatorze, lub dławiku). Powiedzmy, że potrzebujesz 1,5kW przez odcinki po 6,6ms - to oznacza energię 10J, o tyle musi się zmieniać energia zmagazynowana. Dla kondensatora 10mF=0,01F naładowanego do 205V rozładowanie do 195V daje 0,01F*(205²-195²)V²/2=20J (energia = C*U²/2; dla dławika energia = L*I²/2).

    Zauważ, że w kondensatorze 10mF naładowanym do 200V zmagazynowana jest energia 200J - czyli 10x większa, niż się wykorzystuje przy zmianie napięcia o 10V. Zastosowanie przetwornicy mogłoby pozwolić na lepsze wykorzystanie zmagazynowanej energii, ale to oznacza komplikację układu.

    Jeśli ma być filtr LC, to może by rozważyć zrobienie paru równoległych torów, z różnymi wartościami opóźnienia - tak, by "górka" prądu z jednego trafiała na "dołek" z drugiego - może w taki sposób udałoby się uzyskać mniejsze tętnienia przy lepszym wykorzystaniu zmagazynowanej energii?
  • #7
    CosteC
    Level 35  
    UAZownik wrote:
    CosteC wrote:
    Masz bardzo dużo sprzecznych założeń:
    - Prosty ale odporny na wszystko

    Im prostszy tym mniej elementów podatnych na uszkodzenia, chyba nie ma w tym nic nadzwyczajnego.

    Powszechny mit. Wg tego co mówisz dodawanie bezpieczników zmniejsza niezawodność systemu, albo przetwornice impulsowe współczesne powinny padać częściej od zasilaczy liniowych na 1 tranzystorze i zenerce. To nie takie proste.

    UAZownik wrote:

    CosteC wrote:
    - W pojeździe trakcyjnym ale zasilanie 1 faza AC

    Bo nie chcę się bawić w problematyczne baterie akumulatorów, tylko źródło energii oparte na paliwie. Początkowo zakładałem silnik eSiok z prądnicą DC, ale to zbyt droga zabawa, wygrał typowy agregat. Do tego mam plus w postaci mobilnej elektrowni na elektronarzędzia, potrzebne do prac na szlaku.

    Tutaj masz problem numer 1: złe założenia. Zasilanie 3 fazowe bardzo by uprościło projekt, mimo pozornej komplikacji.

    UAZownik wrote:

    CosteC wrote:
    - Wielkie i ciężkie bo w stylu elektrotechnika 1950

    Taki jest pośredni zamysł, bo taki mój kaprys. W pojeździe szynowym waga mnie nie ogranicza, a gdybym chciał iść we współczesną energoelektronikę to bym po prostu kupił gotowy zestaw do elektroskutera. Wolę jednak postawić na ciut ciekawsze rozwiązanie z punktu widzenia technicznego.

    Za kaprysy trzeba zapłacić. Za wagę też: będzie powolne i paliwożerne. I jeśli to hobby to nie wypada jojczeć :)

    UAZownik wrote:

    CosteC wrote:

    Co to ma być i czemu tak utrudniasz sobie życie?


    Spalinowo-elektryczna lokomotywka małej mocy w charakterze wołka roboczego na utrzymywanej przeze mnie linii kolejowej. Tak w dużym skrócie.

    Piękna idea.

    UAZownik wrote:

    jarek_lnx wrote:

    Skąd pomysł że silnik w ogóle potrzebuje filtracji, współczynnik tętnień 1,11 to bardzo dużo, potwierdza że filtr nie jest istotny.

    Rozumiem, że filtr całkowicie można pominąć? No to by było bardzo pomocne w moim przypadku, dzięki.

    jarek_lnx wrote:

    [dławiki] Są drogie, ciężkie i kosztowne w porównaniu do filtrów pojemnosciowych. Znalazłem w internecie dławik 67mH 11A waży 18kg, wg symulacji uzyskał byś współczynnik tętnień ok 50% ten dławik wraz z kondensatorem 1000uF dał by 5%, a sam kondensator też ok 50%

    @jarek_lnx ma rację we wszystkich kwestiach. Dodam tylko, że elektroenergetyka współczesna wygrała bo poprawia wszystko z wyjątkiem prostoty i toporności. Małe, lekkie, niezawodne, działa dłużej, działa taniej.
    UAZownik wrote:

    Waga mnie tutaj nie ogranicza, mam też dostęp do starych prostowników selenowych dużej mocy z których dławiki mogę pozyskać bezkosztowo. Dławik z resztą mogę też ostatecznie nawinąć sam. Spróbuję poeksperymentować z podanymi wartościami, dzięki wielkie.

    jarek_lnx wrote:

    Ponadto, z powodu że w dzisiejszych czasach nikt tak nie robi, elementy "retro" stały się słabo dostępne i drogie.


    Tu akurat z racji pracy na kolei elementów retro mam dostępnych pod dostatkiem wszelkiej maści.

    Ło panie... Selenowe prostowniki... Policz ile mocy na nich stracisz i czym to chłodzić będzie trzeba. One wyleciały z użycia 20 minut po wejściu diod krzemowych na odpowiednie prądy i napięcia.

    A tak serio, to system 3 fazowy jest niebo łatwiejszy do opanowania. Mniejsze filtry, lepsze dostarczanie mocy. Może dorwiesz stosowny agregat.
  • #8
    UAZownik
    Level 2  
    CosteC wrote:


    UAZownik wrote:

    CosteC wrote:
    - Wielkie i ciężkie bo w stylu elektrotechnika 1950

    Taki jest pośredni zamysł, bo taki mój kaprys. W pojeździe szynowym waga mnie nie ogranicza, a gdybym chciał iść we współczesną energoelektronikę to bym po prostu kupił gotowy zestaw do elektroskutera. Wolę jednak postawić na ciut ciekawsze rozwiązanie z punktu widzenia technicznego.

    Za kaprysy trzeba zapłacić. Za wagę też: będzie powolne i paliwożerne. I jeśli to hobby to nie wypada jojczeć :)


    Z wyliczeń wychodzi, że przy jeździe luzem prędkości rzędu 50-60km/h będą osiągalnie, więc nie takie powolne ;) Zwłaszcza porównując do faktu, że obecnie do dyspozycji mamy tylko ręczną kiwajkę na której dłuższa jazda 20km/h to jednak wyczyn. Ile to spali to już kwestia drugorzędna - to zabawka, a nie samochód do codziennej jazdy, ten kanister na jeden weekend to już nie problem.

    CosteC wrote:

    Ło panie... Selenowe prostowniki... Policz ile mocy na nich stracisz i czym to chłodzić będzie trzeba. One wyleciały z użycia 20 minut po wejściu diod krzemowych na odpowiednie prądy i napięcia.

    Nie no, aż tak głęboko to nie schodzę - płytek selenowych pchać tu nie będę. BTW - do dziś pracują u nas prostowniki selenowe z lat 50-tych, jako zasilanie buforowe baterii zasadowych, 24/7. Bestie nieśmiertelne.

    CosteC wrote:

    A tak serio, to system 3 fazowy jest niebo łatwiejszy do opanowania. Mniejsze filtry, lepsze dostarczanie mocy. Może dorwiesz stosowny agregat.


    Bezsprzecznie - już samo zmniejszenie tętnienia bez filtra jest warte uwagi, agregaty trójfazowe to też już standard, tylko pozostaje jeden problem - transformacja napięcia przed prostownikiem. Autotransformatory regulacyjne trójfazowe są piekielnie drogie, a bawić się w rozruch oporowy przy zakładanej długotrwałej pracy na obniżonym napięciu DC rozwiązanie te skutecznie torpeduje. Grzejnika 1000W pod siedzeniem w lato raczej nie potrzebuję. No chyba, że istnieją względnie tanie przekształtniki napięcia 3~.
  • #9
    CosteC
    Level 35  
    Musisz zdecydować czy robisz po nowemu czy antycznemu. Każde podejście ma zalety ale ich mieszanie jest technicznie słabo uzasadnione. Stare lokomotywy używają silników obcowzbudnych aby obejść problemy o których mówisz. Nowe lokomotywy silników indukcyjnych bo falowniki na to pozwalają. Dawniej się nie dało...

    Nie rozwiązuj od nowa problemów które rozwiązali nasi pradziadkowie :)