logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Efektywność filtra DC blocker w tłumieniu składowej stałej

Femen 17 Lip 2024 21:08 1290 13
REKLAMA
MediaMarkt Black Week
  • Witam po dłuższej przerwie. Chciałem przedstawić badania i artykuł mojego autorstwa na temat popularnego filtru składowej stałej.

    Czym jest DC blocker?
    DC blocker jest rodzajem filtra przeznaczonego do tłumienia składowej stałej z przebiegu przemiennego. Najczęściej budowa takiego układu bazuje na kondensatorze dużej pojemności szeregowo połączonym z obciążeniem.
    Taki kondensator musi być zabezpieczony przez skutkami rezonansu oraz przed przekroczeniem napięcia znamionowego kondensatorów np. układem przeciwsobnym diod prostowniczych.
    Kondensator o dużej pojemności, zatem o małej reaktancji pojemnościowej stanowi małą impedancję dla prądu przemiennego. W stanie ustalonym, w idealnych warunkach taki sam kondensator stanowi przerwę w obwodzie.
    Maksymalna wartość napięcia składowej stałej filtrowanej przez układ będzie ograniczona napięciem przewodzenia diod prostowniczych, typ. 0,7 V / diodę.
    Poniżej zamieszczono schemat prostego filtru składowej stałej.

    Poniżej zamieszczono schemat prostego filtru składowej stałej.


    Schemat filtru składowej stałej z kondensatorem i diodami.


    A tutaj znajduje się schemat badanego układu:


    Schemat układu filtrującego składową stałą z układem pomiarowym


    Układ pomiarowy - transformator jako obciążenie​
    Źródłem zasilania był transformator separacyjny 800 VA zasilony napięciem 230 V. Prąd zmierzono przy wykorzystaniu oscyloskopowej sondy prądowej 10 A / 0 - 800 kHz. Napięcie U1 na wejściu transformatora T2, U2 na wyjściu oraz napięcie Vdrop - spadku napięcia na filtrze zmierzono przy pomocy sond różnicowych.
    Składową stałą wprowadzono do układu pomiarowego przy pomocy zasilacza laboratoryjnego "DC source".
    Dioda D1 służy zabezpiecza zasilacz przed pojawieniem się na jego zaciskach ujemnego napięcia.
    Obciążenie stanowił transformator separacyjny o mocy 160 VA obciążony rezystancją o wartości 2,7 kΩ.
    Pierwsze pomiary wykonano przy braku składowej stałej.
    Zastosowanie filtra spowodowało obniżenie się wartości skutecznej prądu o ponad 10 mA oraz spadek wartości międzyszczytowej prądu o 80 mA. Kształt prądu oraz napięcia bez zauważalnej różnicy.
    Obciążenie strony pierwotnej transformatora:
    S = 408,92 mA * 218,17 V = 89,2 VA
    Obciążenie strony wtórnej:
    P = S =176,21V^2 / 2,7 kΩ = 15,26 VA.

    Poniżej zamieszczam oscylogramy bez wymuszenia składowej stałej.

    Bez filtra:


    Oscylogram przedstawiający przebieg prądowy i napięciowy z filtrem bez wymuszenia składowej stałej.



    Z filtrem:

    Oscylogram przebiegu elektrycznego z transformatora z filtrem DC blocker.


    Ostatni pomiar wykonano przy składowej stałej wynoszącej 20 V. Podczas tej próby moc pozorna transformatora badanego była przekroczona 3,5 - krotnie.
    Obciążenie strony pierwotnej transformatora:
    S = 2,88 A * 195,73 V = 563 VA
    Obciążenie strony wtórnej:
    P = S =176,21^2 / 2,7k = 11,49 VA
    Oscylogramy z wymuszeniem składowej stałej 20 Vdc.

    Bez filtra:

    Oscylogram trzech przebiegów elektrycznych z filtrem DC


    Z filtrem:

    Oscylogram przedstawiający przebiegi napięcia i prądu z użyciem filtra.



    Wykonano po 9 pomiarów układzie pomiarowym z filtrem oraz bez niego. Wyniki pomiarów oscyloskopowych przedstawiono w postaci graficznej poniżej.
    Napięcie pierwotne (Uwej) badanego transformatora, wynoszące około 218 V wynika z obciążenia transformatora separacyjnego odkształconym prądem badanego transformatora. Transformator separacyjny (T1) zasilony był napięciem 224 V AC.

    Bez filtra:

    Wzrost prądu w funkcji wartości napięcia składowej stałej był liniowy i wynosił 0,3 A / 2,5 V.
    W przypadku napięcia wyjściowego (I2) spadek napięcia wynosił 2,5 - 3,9 V / 2,5 Vdc.

    Z filtrem:
    Wzrost prądu w funkcji wartości napięcia składowej stałej powyżej 2,5 Vdc był liniowy i wynosił 0,3 A / 2,5 V.
    W przypadku napięcia wyjściowego (I2) powyżej 2,5 Vdc spadek napięcia wynosił 2,4 - 3,9 V / 2,5 Vdc.

    Widoczne jest działanie filtra do wartości napięcia składowej stałej 2-2,5 V. Przy tej wartości napięcie na układzie ogranicznika diodowego wynosiła około 1,47 Vrms przy 80 mV składowej zmiennej.

    Układ z filtrem bardzo dobrze separował składową stałą do wartości około 2-2,5 V składowej stałej. Powyżej tej wartości ogranicznik napięcie na ograniczniku wynosiło około 1,39 V RMS, 1,5 Vmax, przy czym składowa zmienna wynosiła 150 mV.


    Wykres przedstawiający wpływ składowej stałej na pracę transformatora.


    Wnioski
    Klasyczny układ DC blocker-a posiada spore ograniczenia filtrowania składowej stałej. Jego skuteczność zależy od zastosowanych podzespołów. Zbyt mała pojemność kondensatora szeregowego wiąże się ze spadkiem napięcia przy przepływie prądu przemiennego i może wiązać się z ryzykiem rezonansu.

    Pozdrawiam

    Fajne? Ranking DIY
    O autorze
    Femen
    Poziom 17  
    Offline 
    Femen napisał 246 postów o ocenie 35, pomógł 10 razy. Mieszka w mieście Jaworzno. Jest z nami od 2008 roku.
  • REKLAMA
    MediaMarkt Black Week
  • #2 21158631
    mkpl
    Poziom 37  
    Będę upierdliwy ale...
    W układach prądu przemiennego w szczególności za transformatorem aby uzyskać jakąś składową stałą konieczny jest element nieliniowy np. dioda.

    Linia energetyczna ma po drodze kilka transformatorów, które już są z natury "DC blokerami"

    Pojawienie się niewielkiej składowej może być wywołane wyłącznie kiepskiej jakości linią energetyczną (instalacją budynku) i urządzeniami z prostownikiem jednopołówkowym lub wybitnie niesymetrycznym układem pracy np. Układ z triakiem, który załączał by się w górnej połówce i w dolnej połówce w różnych miejscach (takie urządzenie jest złe).

    Konglomerat tych dwóch usterek czyli wysoka rezystancja instalacji i asymetryczne urządzenie pobierające duży prąd asymetryczny względem połówek sieci może dać taki "offset".

    Niemniej dalej mamy do czynienia z wadą transformatora, który musimy chronić.
    Dlaczego? bo podwyższony prąd przy tak małej asymetrii oznacza zbyt wysoką wartość indukcji w rdzeniu. Czyli wykonany jest zbyt oszczędnie.

    W takiej sytuacji DC bloker mógłby być pomocny gdyby nie fakt, że podniesienie napięcia sieci (co ostatnio jest normą) i tak spowoduje gwałtowny wzrost prądu na przemagnesowanie rdzenia i grzanie się transformatora.

    Podsumowując. Moim zdaniem DC bloker przydaje się wszędzie tam gdzie sieć energetyczna jest kiepska, chroniony transformator również jest kiepski oraz w obwodzie zamontowane są nielegalne urządzenia, które nie spełniają normy związanej z harmonicznymi pobieranego prądu (pomijając już całą resztę).

    Na koniec zadam pytanie. Jaka jest prawidłowa wartość prądu przemagnesowania (jałowego) dla transformatora i z czego ona wynika oraz jakie są warunki brzegowe?
  • #3 21159234
    Janusz_kk
    Poziom 38  
    mkpl napisał:
    oraz w obwodzie zamontowane są nielegalne urządzenia, które nie spełniają normy związanej z harmonicznymi pobieranego prądu (pomijając już całą resztę).

    Dlaczego nielegalne? zwykła suszarka do włosów na 1 biegu wnosi asymetrię bo ma grzałkę włączoną przez diodę, sam to wykryłem przy ups-ie że bardziej buczy jak żona suszy włosy :)
    Podobnie jest np z opalarkami, i to są wszystko sprzęty dopuszczone do użytku, czyli mieszczą się w normach.
    Co do rozwiązania z kondensatorami i pomiaru uważam że jest bez sensu, nic te pomiary nie udowodniły. Te śladowe różnice równie mogą wynikać z błędów pomiarów jak i tego że sieć jest dynamiczna i jej parametry się zmieniają w czasie.
  • #4 21159239
    sq3evp
    Poziom 36  
    Tak sobie czytam i nasuwa mi się pytanie - czy montująć sobie taki bloker od strony zasilanie mogę się chronić przed składowac stałą w mieszkaniu?
    rozumiem sens instalacji - trafo trzba chronić bo to dużu koszt przy dużych mocach, a stosuje się taki bo im większa moc tym większa sprawność transformatora.
  • REKLAMA
    MediaMarkt Black Week
  • #5 21159249
    Femen
    Poziom 17  
    >>21158631
    "W układach prądu przemiennego w szczególności za transformatorem aby uzyskać jakąś składową stałą konieczny jest element nieliniowy np. dioda."

    Prostowniki pełnookresowe też są nieliniowe, a jednak nie są źródłem składowej stałej w sieci. Liczy się asymetria względem zera na osi prądu (lub napięcia). Jednopołówkowe układy prostownicze (sterowane lub nie) które działają tylko przez połowę okresu i są głównym źródłem tego zjawiska. Pomijam stany przejściowe typu zwarcia i załączenie tr.

    Przebieg napięcia (niebieski) oraz prądu (zielony) na wejściu prostownika pełnofalowego.
    Wykres przedstawiający przebieg napięcia i prądu na wejściu prostownika pełnofalowego.


    Linia energetyczna ma po drodze kilka transformatorów, które już są z natury "DC blokerami"

    Transformator przenosi składową stałą będącą składową przebiegu przemiennego i jej niewielka wartość powoduje wzrost prądu magnesującego, odkształcenie ASYMETRYCZNE i spadek napięcia.
    W przedstawionych tutaj badaniach widać dokładnie, że przebieg napięcia wtórnego badanego transformatora odkształca się asymetrycznie pod wpływem składowej stałej. AUC (pole pod wykresem) jest różne dla dodatniej oraz dla ujemnej połówki sinusoidy, zatem wartość skuteczna napięcia dla każdej z połówek sinusoidy będzie inna, asymetryczna.
    „Pojawienie się niewielkiej składowej może być wywołane wyłącznie kiepskiej jakości linią energetyczną (instalacją budynku) i urządzeniami z prostownikiem jednopołówkowym lub wybitnie niesymetrycznym układem pracy np. Układ z triakiem, który załączał by się w górnej połówce i w dolnej połówce w różnych miejscach (takie urządzenie jest złe).”

    Elementy instalacji elektrycznej budynku takie jak przewody, czy aparaty elektryczne mają nieznaczny wpływ na składową stałą.


    „Konglomerat tych dwóch usterek czyli wysoka rezystancja instalacji i asymetryczne urządzenie pobierające duży prąd asymetryczny względem połówek sieci może dać taki "offset".”
    Rezystancja instalacji odpowiada za spadek napięcia zależny liniowo od wartości prądu, zawsze symetryczny przy symetrycznym napięciu.

    „Niemniej dalej mamy do czynienia z wadą transformatora, który musimy chronić.
    Dlaczego? bo podwyższony prąd przy tak małej asymetrii oznacza zbyt wysoką wartość indukcji w rdzeniu. Czyli wykonany jest zbyt oszczędnie.”
    Niestety, ale to prawda, że ze względu na oszczędność miedzi i żelaza obecnie produkowane transformatory mają wysokie wartości prądu biegu jałowego i mały zapas napięcia zasilania.

    „Podsumowując. Moim zdaniem DC bloker przydaje się wszędzie tam gdzie sieć energetyczna jest kiepska, chroniony transformator również jest kiepski oraz w obwodzie zamontowane są nielegalne urządzenia, które nie spełniają normy związanej z harmonicznymi pobieranego prądu (pomijając już całą resztę).”
    Sieć jako ZE ma znikomy wpływ na składową stałą. To co jest podłączone do sieci po stronie nN już owszem.

    „Na koniec zadam pytanie. Jaka jest prawidłowa wartość prądu przemagnesowania (jałowego) dla transformatora i z czego ona wynika oraz jakie są warunki brzegowe?”
    Na takie pytanie nie da się jednoznacznie odpowiedzieć. Kiedyś były transf. do mikrofali, które przy napięciu znamionowym 230 V pobierały 2,25 A bez obciążenia przy 600VA mocy. Mierzyłem transf. 4 kVA 400/230V który pobierał 300 mA jałowo. Gdybym miał określić warunki brzegowe to tylko przy dokonaniu badań prądu magnesowania. Nasycenie łatwo wtedy wychwycić jako punkt w którym prąd przestaje liniowo narastać, a zaczyna wykładniczo.

    Straty jałowe w transformatorach pochodzą głównie ze strat histerezowych i wirowych. Straty histerezowe są liniowo zależne od częstotliwości, indukcji oraz wielkości rdzenia. Prądy wirowe zależne są od kwadrat amplitudy indukcji, częstotliwości i grubości i rezystywności materiału.
    Dla stanu jałowego w uproszeniu stosuje się zależność mówiącą o tym, że straty mocy rosną wraz ze wzrostem napięcia.
    W praktyce aby zmniejszyć wartość prądu biegu jałowego należy zastosować mat. mag. O mniejszych stratach, cieńsze blachy, większą liczba zwojów i większy przekrój rdzenia.
    Zmierzyłem sporo transformatorów i najlepsze parametry posiadały przekładniki prądowe i napięciowe pod względem parametrów prądu b.jałowego (p. nap.) i stratności.


    >>21159239
    "Tak sobie czytam i nasuwa mi się pytanie - czy montująć sobie taki bloker od strony zasilanie mogę się chronić przed składowac stałą w mieszkaniu?
    rozumiem sens instalacji - trafo trzba chronić bo to dużu koszt przy dużych mocach, a stosuje się taki bo im większa moc tym większa sprawność transformatora."
    Od składowej stałej pochodzącej z sieci tak, od tej pochodzącej z Twojego mieszkania już nie.
    Trafo chroni się bezpiecznikiem topikowym, ew. innymi zab. Wzrost składowej stałej powoduje wzrost prądu, prawidłowo dobrane zab. wyłączy transformator.
    Ilość składowej stałej w sieci jest niewielka, nie popadał bym też w paranoję z tego powodu, bo każdy transformator jest w stanie pracować przy niewielkim podnamgensowaniu prądem stałym:)


    Janusz_kk napisał:
    mkpl napisał:
    oraz w obwodzie zamontowane są nielegalne urządzenia, które nie spełniają normy związanej z harmonicznymi pobieranego prądu (pomijając już całą resztę).

    Dlaczego nielegalne? zwykła suszarka do włosów na 1 biegu wnosi asymetrię bo ma grzałkę włączoną przez diodę, sam to wykryłem przy ups-ie że bardziej buczy jak żona suszy włosy :)
    Podobnie jest np z opalarkami, i to są wszystko sprzęty dopuszczone do użytku, czyli mieszczą się w normach.
    Co do rozwiązania z kondensatorami i pomiaru uważam że jest bez sensu, nic te pomiary nie udowodniły. Te śladowe różnice równie mogą wynikać z błędów pomiarów jak i tego że sieć jest dynamiczna i jej parametry się zmieniają w czasie.


    Znajdę czas, to przetestuję układ z opalarką jako obciążenie. Dobry przykład. Wydawało mi się, że producenci już nie stosują takich praktyk.
  • #7 21160089
    sq3evp
    Poziom 36  
    ledo99 napisał:
    Tutaj jest bardzo dobrze opracowany ten problem: https://sound-au.com/articles/xfmr-dc.htm


    Tak sobie poczytałem i po pierwzym szybkim czytaniu wniosek taki, że w sprzecie audio może to mić duż znaczenie.
    Teraz juz wiem co kolaga pomiarowiec robiąc pomiary czeegoś tam w elektrowni w pobliżu generatora musiał zasilać porpzez transformatory izolacyjne i listwy filtrujące z Dc blokerami. On tylko składał układ pomiarowy, który ktoś tam wymyślił i robił pomiary raz na miesiąc.
    Ogólnie składowa stała nie jest dobra dla uzwojeń transformatora.
  • #8 21160094
    gulson
    Administrator Systemowy
    Dzięki za podzielenie się swoim autorskim artykułem, cieszę się, że powstaje #gruparatowaniapoziomuforum.
    Napisz do mnie Paczkomat a wyślę mały upominek.
  • #9 21161147
    Jacekser
    Poziom 25  
    A czy kompensatory mocy biernej obecnie stosowane obejmują ten aspekt ?
  • #10 21161321
    Janusz_kk
    Poziom 38  
    Jacekser napisał:
    A czy kompensatory mocy biernej obecnie stosowane obejmują ten aspekt ?

    Nie i nie będą bo rola ich jest zupełnie inna.

    sq3evp napisał:
    Tak sobie poczytałem i po pierwzym szybkim czytaniu wniosek taki, że w sprzecie audio może to mić duż znaczenie.

    I tylko tam gdzie są spore zwykłe transformatory, tyle że wtedy wystarczy dać 2 kondensatory i kilka diod lokalnie, w danym urządzeniu, robienie wymyślnych blokad DC na całe zasilanie jest bez sensu bo reszta sprzętu tego nie potrzebuje.
  • #12 21161396
    Janusz_kk
    Poziom 38  
    Femen napisał:
    jednak w przypadku damam przypuszczenia,

    Możesz to po polsku napisać?
  • #14 21163494
    sq3evp
    Poziom 36  
    Janusz_kk napisał:
    I tylko tam gdzie są spore zwykłe transformatory, tyle że wtedy wystarczy dać 2 kondensatory i kilka diod lokalnie, w danym urządzeniu, robienie wymyślnych blokad DC na całe zasilanie jest bez sensu bo reszta sprzętu tego nie potrzebuje.

    To prawda - myślę, że dobre wyjście to ewentulanie listwa dla sprzętu i wystarczy.

Podsumowanie tematu

DC blocker to filtr składowej stałej, który tłumi tę składową w obwodach prądu przemiennego, najczęściej zbudowany z kondensatora dużej pojemności. W dyskusji poruszono kwestie związane z wpływem jakości linii energetycznej oraz urządzeń prostowniczych na pojawianie się składowej stałej. Uczestnicy podkreślili znaczenie elementów nieliniowych, takich jak diody, w generowaniu składowej stałej oraz rolę transformatorów jako naturalnych "DC blokerów". Wskazano również na konieczność ochrony transformatorów przed skutkami składowej stałej, co jest istotne w kontekście sprzętu audio. Pojawiły się pytania dotyczące zastosowania kondensatorów i dławików w ograniczaniu składowej stałej oraz roli kompensatorów mocy biernej.
Podsumowanie wygenerowane przez model językowy.
REKLAMA