Электронный ЛАТР

Link: Само решение задачи красивое, но стоит ли его воплощать в железе вопрос весьма неоднозначный и это решать автору схемы, я лишь попытался оговорить некоторые явные на мой взгляд недостатки при разработке и использовании такого ШИМ ЛАТра.

Вот и мне оно понравилось простотой реализации.
Всем спасибо за рекомендации и советы - они были услышаны.
Не прекращайте "пинать" - "То, что нас не убивает, далает нас сильнее!"

Eugene.A: Ну да, и у меня на лоджии стоит такой, 9-амперный, малоизношенный. Но как подумаешь, что его доставать и тащить... Да как-нибудь и обходишься... А у DWD, как я понял, ЛАТРа нету, вот и ...

Аналогичная ситуация - при последней смене места работы, свой ЛАТр отвёз другу в гараж. Сразу не забрал, а потом...
Да и сейчас непонятно с работой...

А ЛАТр хороший - двухканальный, с независимой регулировкой, до 250В/20А на канал. Размером 50х40х40см и весом, эдак 50КГ...
Но "...как подумаешь, что его доставать и тащить... Да как-нибудь и обходишься..."

Link: Честно говоря я думал что синус на активной нагрузке будет куда более искажён чем на самом деле показал симулятор, реактивная нагрузка в виде индуктивности приоткрыла слабые места, а нагрузка в виде входной цепи импульсного блока питания показывает насколько такой ЛАТр является не универсальным и не выполняющим свою основную функцию...

Я малость освободился, по этому "спорим" дальше...
Давайте, для начала, определимся с основными причинами искажений, которые даёт предложенный вариант и посмотрим, на сколько они отличаются от стандартной запитки, скажем, от обычного ЛАТр-а.

С активной нагрузкой - всё понятно.
С реактивной, яко бы, проблемы, но настолько ли они проблемны?

Link, Вы спрашивали: "Вы согласны иметь такой синус?".
Вам встречный вопрос - а чем он отличается при запитке обычным способом?

Процессы - одинаковые. Единственная разница - в выходном сопротивлении источника тока.
При запитке прямо от сети или посредством ЛАТр-а, когда выходное сопротивление сети или ЛАТр-а мало, делитель напряжения Rсеть + Rнагрузка имеет маленький кэффициент деления и практически всё напряжение сети прикладывается к нагрузке. Нелинейность нагрузки, искажающая форму синуса, шунтируется малым сопротивлением сети и осциллографом почти не фиксируется (кроме тока).
В результате синус, вроде бы, красивый...

Теперь, ни чего не меняя, увеличиваем внутреннее сопротивление сети и смотрим...
Вдруг появились искажения синуса - аккурат по Вашей последней осциллограмме.
И тут уже характер нагрузки по-боку - что индуктивная, что ёмкостная, что выпрямитель ИБП...
Спросите у жителей частного сектора: "Вы согласны иметь такой синус?". Сами знаете, что они ответят.

По этому ещё раз о сути предложенного способа - он представляет собой балластный резистор с управляемым коэффициентом деления напряжения сети, по этому сам не вносит ни каких искажений. Искажения становятся видимыми из-за увеличения развязки сети от нагрузки, из-за уменьшения шунтирования нагрузки сопротивлением сети.

Выход только один - уменьшать внутреннее сопротивление электронного ЛАТр-а.
Как?

Во первых, стабилизация выходных параметров должна помочь - увеличив стабильность выходных напряжения и тока, увеличим и стабильность формы.
Во вторых, применять более мощные полевики с меньшим сопротивлением открытого канала, шунтирующие их диоды - с меньшим динамическим сопротивлением, дросселя мотать толстым проводом, монтаж соответствующий...

DWD: Искажения становятся видимыми из-за увеличения развязки сети от нагрузки, из-за уменьшения шунтирования нагрузки сопротивлением сети.

говоря просто выходное сопротивление ШИМ ЛАТра больше чем сопротивление сети и к тому же реактивно.

Вы обратили на "звон" после сброса тока заряда ёмкости? это звенит НЧ фильтр, т.е. при таком подходе сам ЛАТр порождает гармоники и не только за счёт высокого выходного сопротивления, ну а виной всему отсутствие правильной ОС, но в Вашем случае сделать правильную ОС будет не так то и просто, т.к. необходима ОС которая отслеживает амплитудное напряжение на всём периоде синуса, а для этого нужен эталонный синус, может можно как то зацепится за входной синус и сравнивать входной синус с выходным?
Имея правильную ОС я не вижу смысла снижать сопротивление ключей и дросселя в вопросе снижения выходного сопротивления, для выбора сопротивления ключей и дросселя рациональней всего отталкиваться от запланированных потерь, и возможности сброса тепла т.е. КПД и габариты.
Потом, есть ещё одна маленькая проблема, это НЧ фильтр на выходе ЛАТра, чем меньше номиналы этого фильтра тем меньше лишней энергии в нём будет болтаться, и тем меньше сам фильтр, т.е. повысив частоту коммутации ключей можно уменьшить величину выходного фильтра, тем самым можно реализовать более глубокую ОС и уменьшить реактивную энергию в фильтре, облегчив тем самым работу самой ОС. Повышение частоты повысить проблему динамических потерь, и ЭМИ по этому нужно чётко знать габариты НЧ фильтра для 50кГц и решить подходит ли такой фильтр для поставленной задачи. Ну, а если идти на значительное повышение частоты т.е. выше 150кГц то есть смысл уже рассматривать в качестве выходного каскада мостовую схему УНЧ класса Д, с выпрямлением и стабилизацией входного напряжения и генерацией эталонного синуса с помощью МК, т.е. схемотехника такого ЛАТра кардинально изменится...
Где то так...

DWD: По этому ещё раз о сути предложенного способа - он представляет собой балластный резистор с управляемым коэффициентом деления напряжения сети, по этому сам не вносит ни каких искажений.

Это не совсем так, сам принцип ШИМ ЛАТра вносит искажения, и они явно выражены в показанных ранее картинках, и это всё без ОС, т..е. на картинках результат работы самой сути идеи, с учётом реалий от которых сильно то и не избавишься, если ввести Вашу ОС то вполне возможно спектр гармоник сместится и увеличится, ну а более точно то весь вопрос в том что считать неприемлемым уровнем гармоник и брать их во внимание, а что считать приемлемым уровнем и не брать этот уровень во внимание.

Link: говоря просто выходное сопротивление ШИМ ЛАТра больше чем сопротивление сети и к тому же реактивно.

Естественно, оно больше. А что делать...
Реактивно - да, дроссель на выходе.
И?

У ЛАТр-а сопротивление, конечно, меньше - сопротивление провода обмоток.
А вот реактивность тоже есть, и, думаю, не маленькая.

Link: Вы обратили на "звон" после сброса тока заряда ёмкости? это звенит НЧ фильтр, т.е. при таком подходе сам ЛАТр порождает гармоники и не только за счёт высокого выходного сопротивления,

Пока разбирался с работоспособностью идеи, на расчёт выходного фильтра не обращал внимание. Сейчас, убедившись, что идея рабочая, думаю над фильтром...

Указанные на схеме значения - отфонарёвые, по этому вряд ли оптимальные.
Ток в контуре зависит от его волнового сопротивления RO=Um/Im=SQR(L/C), и для выбранных случайно номининалов оно равно RO=SQR(L/C)=SQR(3мГн/1мкФ)=55Ом. То есть, довольно высокое.
Для его уменьшения нужно увеличить ёмкость и уменьшить индуктивность.

Ёмкость выберем, исходя из равенства её реактивного сопротивления минимальному сопротивлению нагрузки:
XC=Rн=250В/2,5А=100Ом
C=1/Rн/6.28/50Гц=1/100Ом/6.28/50Гц=31,8мкФ=33мкФ.

А вот сдросселем - не получается, не знаю, как считать...

Если на вскидку взять 300мкГн, то в принципе получается не плохо.

Link, попробуйте, пожалуйста, промоделировать схему со следующими параметрами фильтра:
дроссель - 300мкГн, конденсатор - 33мкФ.

DWD: Естественно, оно больше. А что делать...
Реактивно - да, дроссель на выходе.
И?

Я вижу один путь вводить ООС.

DWD: У ЛАТр-а сопротивление, конечно, меньше - сопротивление провода обмоток.
А вот реактивность тоже есть, и, думаю, не маленькая.

А я думаю что именно реактивное сопротивление у ЛАТра меньше чем активное, в принципе грубо говоря реактивное сопротивление автотрансформатора равно индуктивности рассеивания его обмотки, а судя по тому как изготовлен ЛАТр то индуктивность рассеивания обмотки одна из минимально возможных.

DWD: Указанные на схеме значения - отфонарёвые, по этому вряд ли оптимальные.

Покуда нет основного критерия или критериев выбора фильтра то говорить о оптимальности фильтра весьма проблематично, к примеру экономический критерий – что будет дешевле больший дроссель или больший конденсатор? Габаритный критерий – что будет занимать больше места дроссель или конденсатор? Критерий КПД где будет больше активных потерь? Критерий ЭМИ – какой дроссель будет пропускать через себя больше ЭМИ? Критерий подавления основной частоты коммутации – типа какая амплитуда ВЧ колебаний считается допустимой??? И т.д. и т.п. Вообще расчёт любого выходного фильтра по критерию его оптимальности это весьма творческая задача, и её оптимальное решение весьма сложно, но в Вашем случае думаю покуда стоит сместить своё основное внимание на надобность или не надобность изменения именно ОС, т.е. насколько Вы согласны с вашей ОС и тем что синус будет в ряде случаев кривой, т.е. Вы должны сказать что я согласен с кривым синусом и пусть он будет такой как есть, либо сказать что такой синус неприемлем и нужно изменять ОС и задать чёткий порог по искажениям и иметь не более 0,1В пульсаций на 50кГц, и вот тогда можно уже отталкиваться от этих величин и задать частоту среза фильтра и прикинуть необходимую глубину ОС, и рассмотреть сможет ли фильтр второго порядка подавить 50кГц до нужной величины и т.д и т.п. Опять же для расчёта таких вещей нужно привлекать специалиста который на этом собаку съел, либо мучить симулятор перебирая разные варианты, но при этом нужно иметь полную модель ШИМ ЛАТра.

DWD: Ток в контуре зависит от его волнового сопротивления

Не сочтите за укор или оскорбление, но волновым сопротивлением оперируют в электрически длинных линиях т.к. реактивные и активные элементы цепи при её анализе нельзя сосредоточить в одном месте, оперировать волновым сопротивлением в электрически коротких линиях не совеем корректно, в электрически коротких линиях использую величину выходного и входного сопротивления, и чем меньше выходное сопротивление источника ЭДС Rout=Uxx/Iкз. тем это как бы лучше для потребителя.

DWD: Ёмкость выберем, исходя из равенства её реактивного сопротивления минимальному сопротивлению нагрузки:
XC=Rн=250В/2,5А=100Ом
C=1/Rн/6.28/50Гц=1/100Ом/6.28/50Гц=31,8мкФ=33мкФ.

Как по мне то точка опоры высосана из пальца. Сопротивление конденсатора переменному току ну ни как не влияет на сопротивление нагрузки. Я бы начал скакать от дросселя, определил бы допустимые габариты и потери в меди и стали, а потом уже подобрал конденсатор, с учётом габаритов и цены обоих компонентов. Как по мне то иметь конденсатор 33мкФ экономически не целесообразно, легче индуктивность увеличить тем самым снизив ВЧ потери в индуктивности. Есть ещё более простой путь, это скакть от того что есть в наличии, не знаю ну нет лёгких и однозначных путей определения оптимального НЧ фильтра. В качестве доказательства приведу один пример из жизни, из теории известно что трансформатор имеет максимальное КПД когда потери в меди равны потерям в стали, но, в стране Китай трансформаторная сталь намного дешевле меди, по этому выпуск бытовых маломощных трансформаторов с максимальным КПД на фоне Китайской экономики просто нерентабелен, и в итоге получается что экономически эффективней выпускать трансформаторы с более низким КПД.

DWD: попробуйте, пожалуйста, промоделировать схему со следующими параметрами фильтра:
дроссель - 300мкГн, конденсатор - 33мкФ.

Я прицепил схему в МС9,

Скачать 50Gh.CIR с WebFile.RU

там ничего сложного нет, сможете сами проверять всё что Вам интересно, надо просто скачать МС9 открыть в нём схему и зайти в меню анализ, запустить анализ переходных процессов, нажать кнопку запуск, и наблюдать за синусоидой.

Ниже картинки итогов симуляции.
Диодно-емкостная нагрузка.


Индуктивная нагрузка.

Всё таки я считаю что основной недостаток, это то что напряжение на выходе не может быть выше напряжения сети, порой ЛАТр тем и ценен что он может повышать напряжение сети. Пытаясь устранить этот недостаток, установкой дополнительного автотрансформатора, теряется вся изюминка предложенной схемы.

DWD: Естественно, оно больше. А что делать...

Не спалось и ввёл я ООС, опорным взял входной синус, и выходной синус заметно улучшился, но ООС требует усложнение схемы, в виде гальванической развязки, но зато даёт возможность подровнять выходной синус к образу и подобию входного, насколько это оправданно решайте сами. Файл прицепил, ООС не рассчитывал, а взял с потолка, гальваническая развязка сделана как бы в виде понижающего трансформатора с Ктр=0,1.

Файл симуляции.
Скачать 50Gh_494.CIR с WebFile.RU
За читаемость схемы и её оптимальность сильно не пинайте, всё делал на быструю руку дабы проверить возможность применения ООС.

долго вчитывался и пытался понять "А на кой Х...Й такое комуто НАДО???" я понимаю частотник генеряший нужной частоты и амплитуды синус...
или схема УПС с синусом на выходе...
все задачи топика буквално решаются ЛАТРОМ 50гц на железе+реверсивный мотр-редуктор=РД09-прокатит
есть лабовые линейные маслянные ЛАТРЫ 2-10квт где мотор И РЕДУКТОР привода ползунка уже встроен в конструктив и находится в баке транса залитос маслом(+2 КОНЦЕВИКА )-кстати среди них есть и трансы С галваноразвязкой-ПЕРВИЧКА +ОТДЕЛНАЯ 2-РИЧКА С ПОЛЗУНКОМ(РОЛИЕКОМ)
ВЫВОД У КОГОТО НЕТ ЛАТРА ИЛИ ДЕЛАТЬ ПРОСТО НЕЧЕГО...

Для поставленной в стартпосте задачи действительно достаточно простого ЛАТРа, но часто нужны функции, которые он не способен обеспечить. Например, исследовать поведение устройства при пониженном/повышенном напряжении питающей сети, т.е. уже нужна стабилизация. У меня в обозримом будущем тоже появится задача сделать такое устройство, пока не знаю как. Интуитивно смотрю в сторону усилителей класса Д, питаемого от регулируемого ШИМом напряжения сети, но как организовать ОС - это вопрос, нагрузка реактивная. Помнится, в изолирующих усилителях использовались двойные оптопары (один излучатель, два приёмника), один канал использовался для ОС, второй работал в изолированной части. Может стоит и здесь использовать нечто подобное, т.е. обратную связь организовать с канала нагруженного резистором, а такие же импульсы выдавать в нагрузку. Будет ли такая схема работать?

Тетраэдр: Будет ли такая схема работать?

musor
Поисковик ничего не выдаёт. Не понял, существуют электронные 5 киловаттные "ЛАТРы", выдающие стабилизированную синтезированную синусоиду?
Если можно, поподробнее, кто производит, сколько стоит?