|
|
В общем, так...
Индуктивность обмоток трансформатора тока в простом инверторе сильно влияет на рабочую частоту только при активной (активно-индуктивной) нагрузке.
Если на выходе инвертора стоит резонансный контур, то частота определяется им. Сначала пробовал моделировать.
Так как интересует момент запуска, когда лампа не горит и контур представляет собой последовательный резонансный, то схема представляла собой полумостовой инвертор с самовозбуждением с обратной связью по току, нагруженном последовательно соединёнными разделительным конденсатором, дросселем, резонансным конденсатором и резистором, имитирующем сопротивление спиралей.
Индуктивность менялась от 1мГн до 10мГн. Ёмкость резонансного конденсатора - от 1000пФ до 0,01мкФ.
Разделительный конденсатор брался только 3-х номиналов - 0,047мкФ, 0,15мкФ и 1мкФ. Выходная частота инвертора менялась в зависимости от номиналов элементов контура, и однозначно определялась именно им. Остальое не менялось.
Так как зависимости были одинаковыми, то приведу только два крайних случая.
При дросселе 10мГн и ёмкости 0,01мкФ (Fрез.=16кГц) выходная частота инвертора была 15кГц.
При дросселе 1мГн и ёмкости 1000пФ (Fрез.=159кГц) выходная частота инвертора была 151кГц. Интересно, что при разных комбинациях индуктивности и ёмкости, инвертор запускался на частоте, ниже резонансной частоты контура, примерно, на 5%. Эта цифра получалась при учёте ёмкости разделительного конденсатора. Практика.
Проверена работа реального инвертора от сгоревшей компактной лампочки (обрыв спирали, инвертор целый).
Транзисторы инвертора - типа MJE13002. Дроссель индуктивностью 4,398мГн. Родной резонансный конденсатор 3300пФ. Разделительный конденсатор на 0,047мкФ. Токовый трансформатор на кольце К10х6х5. Токовая обмотка 7 витков, базовые - по 2 витка. Схема такая же, как и при моделировании. В качестве сопротивления спиралей использовался резистор на 1Ом (для измерения тока). То есть, работа, практически, на голый резонансный контур.
Запитка от генератора. Напряжение питания 160В переменки (действующее, больше генератор не выдаёт). Долго не гонял, лишь бы только успеть измерить частоту. Результаты.
Дроссель 4,398мГн, конденсатор 0,01мкФ (Fрез.=24кГц). С учётом разделительного конденсатора на 0,047мкФ резонансная частота 26,43кГц. Инвертор запустился на частоте 30кГц. При увеличении напряжения питания до максимума частота увеличилась до 33кГц. Дроссель тот же (4,398мГн), конденсатор 2200пФ (Fрез.=52,35кГц). Опять же - с учётом разделительного конденсатора.
Инвертор запустился на частоте 55,5кГц. В реале, частота инвертора, наоборот, выше резонансной частоты контура на 25-30% с большим конденсатором (0,01мкФ) и на 6% с малым (2200пФ). Затем, в этом инверторе был перемотан токовый трансформатор. Первичка из 7-и витков заменена на 17 витков. Базовые обмотки так и остались по 2 витка. С резонансным конденсатором на 0,01мкФ инвертор запустился на частоте 33,1кГц.
С конденсатором на 2200пФ инвертор запустился на частоте 57,1кГц. Выводы.
При моделировании инвертора с самовозбуждением и обратной связью по току он запускается почти на резонансной частоте и всегда ниже её. Отличие рабочей частоты от резонансной частоты контура я объясняю не полным учётом всех составляющих элементов контура (индуктивносей и ёмкостей токового трансформатора и монтажа), а так же, частотными (скоростными) характеристиками ключевых транзисторов.
Кстати, это интересно будет сравнить на конкретных цифрах...  В реале, частота запуска инвертора оказывается выше резонансной частоты контура, но так же, вблизи её. Отличие в частотах, думаю, можно объяснить тем же - не полным учётом всех емкостей и индуктивностей контура и ключевых характеристик транзистра и токового транформатора (для трансформатора - утрировано). Получается, что такой инвертор запускается всегда вблизи резонансной частоты контура. А так как связь с частотами получается довольно однозначной и разница не большой, то можно утверждать, что инвертор запускается, именно, на резонансной частоте контура. Что и требовалось доказать...
Проверьте, может, я в чём то ошибся или не правильно интерпретирую полученные факты? Объяснить разницу между моделированием и реальным инвертором я не могу. То есть, не знаю, почему при моделировании инвертор запускается всегда на частоте ниже резонансной контура, а в реале, наоборот, выше.
Можно будет проверить таким способом несколько инверторов. |
|
|
|
Sergey_G.: Сопротивление холодного позистора порядка 100 Ом. Соответственно, резонансный конденсатор замкнут - можно считать его вообще нет. Соответственно и контура нет. Контур остаётся, просто, его элементы меняются.
Конденсатор на 2200пФ замыкается малым сопротивлением позистора и этот конденсатор из контура, действительно, можно выбросить. Однако, контур остаётся последовательным и состоит теперь из разделительного конденсатора на 0,15мкФ, дросселя на 2,6мГн, сопротивления спиралей и параллельно соединённых конденсатора на 2200пФ и позистора на 100Ом.
Конденсатор на 2200пФ на столько мал, что его можно не учитывать. По этому, получается контур из дросселя 2,6мГн и разделительного конденсатора 0,15мкФ с резонансной частотой 8060Гц. Моделируем этот контур и получаем его АЧХ (смотрите аттач).
Красной линией показано входное напряжение контура - 150В. Зелёной - напряжение после дросселя. Типичная резонансная кривая с резонансной частотой 8128Гц. Сравните с вычисленной - 8060Гц. Правда, разница не большая? Добротность контура равна Q=sqr(L/C)/R=sqr(2.6e-3/0.15e-6)/100=1.3
Довольно высокая. А из теории, резонанс не возможен в контуре, если его добротность менее 0,5. Получается, что контур есть. Sergey_G.: Когда лампа горит, то контур тоже не проявляет резонансных свойств, потому что активное сопротивление лампы преобладает над сопротивлением конденсатора. Это и видно - рабочая частота совпадает с частотой при прогреве и равна около 35 кГц. То, что рабочая частота совпадает с частотой запуска, говорит о почти одинаковом сопротивлении позистора при зауске и эквивалентного сопротивления горящей лампы. По данным проги BDA сопротивление лампы на 11Вт равно, примерно, 500Ом.
У Вас получилась частота 35кГц. Когда я подставил все эти значения при моделировании инвертора, то получил пусковую частоту 28кГц. Не очень далеко от Вашего реального значения. 42236.djvu |
|
|
|
Индуктивность обмоток трансформатора тока в простом инверторе сильно влияет на рабочую частоту только при активной (активно-индуктивной) нагрузке.
Если на выходе инвертора стоит резонансный контур, то частота определяется им. Это правильная мысль. На практике это приводит к тому, что инвертер переключается при одном из двух событий:
1. Ток намагничивания управляющего трансформатора становится больше тока его первичной обмотки. Тогда напряжение на нем резко падает и происходит переключение.
2. Изменяется направление тока в резонансном контуре. Следствием является то, что частота инвертера растет при возрастании тока. Это можно применять для стабилизации тока лампы. Эти условия уже позволяют гибко задавать частоту запуска и рабочую частоту, несмотря на кажущуюся простоту схемы. Сюда следует добавить, что направление тока в резонансном контуре может меняться только тогда, когда его резонансные свойства выражены достаточно ярко. Это наблюдается при холодном старте. Еще влияние оказывает рабочая частота относительно резонансной. Если контур рассчитан на работу на частоте выше резонансной, то конденсатор и дроссель получаются довольно большими. В результате резонансные свойтсва контра сохраняются даже при работающей лампе. Но экономически более выгодно работать на частоте ниже резонансной. При этом для запуска необходимо значительное повышение частоты. Оно обеспечивается "бесплатно" благодаря особенностям схемы. Но после зажигания лампы мы имеем не контур, а RL цепочку. По осцилограммам это тоже видно - форма напряжения на лампе больше похожа не на синусоиду, а на отрезки экспоненты. Еще роль играет задержка выключения транзисторов, которая составляет 2-4 мкс. Что касается проведенных запусков китайских изделий, то результаты следует ожидать самые разнообразные. Они зависят от идеологии, заложенной разработчиком. При условии, что разработчик знает все то, что я написал выше. Хотя после близкого рассмотрения китайской продукции кажется, что все подобрано методом тыка. У китайцев всегда в первичной обмотке управляющего трансформатора больше витков, чем во вторичных. Зачем? У них что, транзисторы с усилением по току меньше единицы? |
|
|
|
birua: В нашем (Вашем) случае нужно обязательно перемерять ёмкости. Так как разница между частотой запуска инвертора и резонансной частотой контура не большая, то решил последовать совету и точно определить ёмкости используемых конденсаторов. Реальная индуктивность получилась 4,941мГн вместо 4,398мГн.
Конденсаторы - вместо 0,01мкФ реально получилось 8900пФ, а вместо 2200пФ - 2070пФ. В результате, резонансные частоты контура с этими конденсаторами получились не 26,43кГц, а 26,17кГц для первого конденсатора и не 52,35кГц, а 50,85кГц для второго. Разница не очень большая, по этому, вчерашние выводы можно считать правильными, так как процентное соотношение осталось, практически, прежним а разброс стал меньше - 26%...14,6% вместо 25%...13% для первого конденсатора, и 9% вместо 6% для второго. Заодно, было проверено так же ещё два инвертора.
Один от лампы на 30Вт, но реально она выдавала около 10Вт. Лампа давно сгорела (обрыв спиралей), по этому инвертор лежал для экспериментов. Однако, параметры дросселя в этой лампе оказались близкими к уже описанному, по этому и результаты оказались, практически, идентичными. Я их не привожу.
То есть, два разных инвертора с близкими индуктивностями дросселей показали одинаковые результаты. Другая лампа - "Electrum FC-307" на 25W, 4000К. Реально выдаёт порядка 23Вт при напряжении сети 220В.
Индуктивность дросселя 3,791мГн. Разделительный конденсатор на 0,047мкФ (реально - 0,0484мкФ). Резонансные конденсаторы такие же, как и в прошлом эксперименте - 2200пФ и 0,01мкФ с реальными ёмкостями 2070пФ и 8900пФ. Получилось, что вычисленная резонансная частота контуров с этими конденсаторами (с учётом разделительного) была 29,8кГц и 58кГц. Реально, же инвертор запускался на частотах 38,5кГц и 58,8кГц соответственно. То есть, в этой лампе инвертор запускается на частоте, выше резонансной контура на 29% и на 1,4% с конденсаторами, соответственно, на 8900пФ и 2070пФ. С одной стороны, результаты подтверждаются - реальный инвертор запускается вблизи резонансной частоты контура и немного выше. То есть, инвертор стремится запуститься на резонансной частоте контура.
Однако, увеличилась разница между значениями частот с разными конденсаторами. При этом были разными и токи контуров. При разнице между пусковой частотой инвертора и резонансной частотой контура в 29% ток контура был 1А.
А при разнице в 1,4% ток был 0,4А.
Получается, что чем больше выходной ток инвертора (ближе к насыщению трансформатора тока), тем больше отличается частота запуска от резонансной частоты контура? |
|