Варианты выполнения формирователей выходных высоковольтных импульсов

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

Одним из наиболее важных узлов в электронном блоке удочки является формирователь выходных импульсов. Обычно в качестве электронного коммутатора используется тиристор. Этот элемент более доступен, чем другие мощные коммутаторы, к тому же тиристоры могут хорошо выдерживать кратковременную импульсную перегрузку по току.
Для управления тиристором нужен генератор импульсов с изменяемой частотой в диапазоне 10... 100 Гц. Рассмотрим работу самых распространенных вариантов, они показаны на рис. 2.9 и 2.11.


Самая простая и поэтому довольно часто используемая схема показана на рис. 2.9. Она выполнена на динисторе VS2 (КН102Ж, В) и элементах R1-R2-C3, а частота может регулироваться при помощи резистора R2.
Работает генератор следующим образом. Конденсатор СЗ заряжается по цепи +C1-R1-R2 и как только напряжение на СЗ достигнет уровня срабатывания динистора VS2 — он открывается, и емкость СЗ разряжается через малое сопротивление цепи VS2-VS1. При этом за счет управляющего тока тиристор VS1 открывается и подает напряжение на нагрузку. Но так как нам нужно получить на выходе не постоянный ток, а импульсы, на тиристоре VS1 при помощи элементов L1-C2 собран обычный релаксационный генератор, обеспечивающий закрывание тиристора. Рассмотрим работу этой схемы на примере одного цикла.
Всем известно, что для закрывания тиристора (после окончания действия управляющего импульса) необходимо снизить приложенное к нему напряжение, чтобы уменьшился протекающий ток ниже минимально допустимого уровня, необходимого для удержания открытого состояния (например, для тиристоров серии Т122 ток удержания составляет 80 мА). В цепях с постоянным напряжением это выполняется следующим образом. В начальный момент (при закрытом тиристоре VS1) конденсатор С2 заряжается через катушку индуктивности L1 и нагрузочное сопротивление Rн (которым является сопротивление воды) до уровня выходного напряжения преобразователя (U ). В таком устойчивом состоянии схема остается до прихода управляющего импульса на тиристор (момент t1 на графике, рис. 2.9, в). После включения тиристора импульсом t (длительность его должна быть меньше выходного импульса) через нагрузку Rн начинает протекать ток Iн = Uпр /Rн. Одновременно возникает в образовавшейся цепи контура L1-C2-VS1 ток (Iкон) — он вызван разрядом конденсатора С2 через катушку индуктивности и открытый тиристор. При этом напряжение на конденсаторе будет меняться по синусоиде, как это показано на рис, 2.9, г.
Через четверть периода собственных колебаний ток в контуре (1кон) достигнет максимального амплитудного значения, а напряжение на конденсаторе станет равным нулю (t2). Затем конденсатор начинает перезаряжаться, в результате чего напряжение на конденсат торе изменится на обратную (указана в скобках на рисунке), а ток станет равным нулю (момент t3).
На следующем участке периода собственных колебаний (t3—t4) ток в цепи изменит направление — начинает протекать через открытый тиристор навстречу току нагрузки. Результирующий ток через тиристор по мере нарастания синусоидального тока перезаряда конденсатора уменьшается, и, когда он станет меньше удерживающего тока, тиристор закроется (отключится).
Данная схема позволяет получить на выходе, короткие импульсы с крутым фронтом и пологим спадом, у которых амплитуда напряжения равна выходному для преобразователя (U ). Ширина этих импульсов, зависит от значений номиналов L1 и С2 (обычно длительность 0,8...1,5 мс), а частота — от R2 (резистор R1 ограничивает максимальную частоту при перестройке). Для изменения ширины импульсов параллельно с С2 иногда устанавливают дополнительный конденсатор, который можно включать, когда необходимо увеличить мощность отдаваемую в нагрузку. Ток в импульсе через нагрузку может достигать 10...40 А и зависит от емкости накопительных конденсаторов, стоящих на выходе преобразователя и сопротивления воды.
В схеме иногда не ставят диод VD1, в этом случае по заднему фронту импульса появляются положительные выбросы напряжения с амплитудой в 2 раза больше, чем Uпр и пологим спадом, что делает импульсы чуть шире (на рис. 2.9, д форма показана пунктиром). Этот выброс получается за счет того, что напряжение на конденсаторе С2 и С1 суммируется.
Для изготовления дросселя L1 лучше всего использовать альсиферовые кольца из материала марки МП 140-4 (ПЯ0.707.220ТУ) типоразмера КП44х28х10,3 мм или КП36х25х7,5 мм (рис. 2.10) (они уже имеют полукруглую форму и для намотки используют две части).

Преимущество такого материала по сравнению с обычными ферритами состоит в том, что он имеет большую начальную магнитную проницаемость и на частотах до 100 кГц работает лучше. К тому же у него ток насыщения значительно выше, чем у обычных ферритов, что делает материал пригодным для применения в дросселе, работающем на больших токах.
Обычно дроссель наматывается проводом диаметром 0,75...0,8 мм, и он содержит 180...220 витков, расположенных в три слоя, с изоляцией между слоями. В этом случае значение индуктивности получается в диапазоне 8... 15 мГн.
При сборке могут использоваться любые резисторы, но конденсаторы лучше применять С1 типа К50-27 или К50-29 на 450 В; С2 — К73-16 или К42У-2 на 250 В; СЗ — ОБМГ-3 на 500 В.
Недостатком этой схемы формирователя является сложность настройки (из-за большого технологического разброса параметров у динисторов), невысокая надежность и зависимость параметров от температуры. К тому же для работы электроудочки в конкретном водоеме бывает необходимо изменять выходное напряжение преобразователя, а в этом случае в данной схеме будет меняться и частота импульсов. Если же частоту переключать дискретно, то потребуется вводить дополнительную коммутацию в цепи заряда конденсатора СЗ, что неудобно.

Вторая схема управления тиристором показана на рис. 2.11, а. В ней автогенератор, вырабатывающий для тиристора управляющие импульсы, выполнен на транзисторе, работающем в режиме обратимого пробоя. Работает она аналогично, как и вышеописанная схема, но только времязадающий конденсатор С2 разряжается через открывающийся переход коллектор-эмиттер транзистора VT1. Эта схема обеспечивает лучшую повторяемость параметров, но в ней частота также будет зависеть от напряжения.
Для того чтобы не вводить в схему сложную коммутацию, можно сделать автогенератор с независимым питанием, как это показано на рис. 2.11, б. Схема выполнена с использованием автогенератора на однопереходном транзисторе КТ117А (Б, В, Г). Он работает следующим образом. Как только напряжение при заряде С1 возрастает до порога срабатывания VT1, он открывается, и конденсатор разряжается через первичную обмотку трансформатора Т1. Во вторичной обмотке получаются короткие импульсы, открывающие тиристор.
Перестройка частоты автогенератора производится резистором R1. Из-за разброса параметров элементов может потребоваться подбор конденсатора С1 и резистора R2 (от них зависит максимальная частота импульсов). Контролировать работу управляющего автогенератора удобно при помощи осциллографа, если подключить его к конденсатору С1. Обычно бывает достаточно перестройки частоты в диапазоне 10... 100 Гц.

Импульсный трансформатор Т1 наматывается проводом ПЭЛШО-0,12 на ферритовом кольце М4000НМ типоразмера К16x10x4 мм (или М2000НМ К20х12х6 мм) и содержит в обмотке 1 — 80 витков, 2 — 60 витков. Перед намоткой острые грани сердечника закругляем наждачной бумагой или надфилем, иначе они прорежут провод. После намотки пропитываем катушку лаком. Иногда используют и более сложные схемы управления тиристором, которые позволяют в более широких пределах регулировать ширину выходного импульса, не затрачивая большой энергии на цепи закрывания.
В настоящее время, кроме тиристоров, могут применяться и другие электронные коммутаторы: биполярные или полевые высоковольтные транзисторы (рис. 2.12.).

А чтобы обеспечить развязку высоковольтных цепей от первичной, питать схему выходного формирователя можно от дополнительной обмотки трансформатора преобразователя, дающей 9... 12 В. В такой схеме в качестве задающего генератора удобно использовать аналоговый интегральный таймер КР1006ВИ1 (или импортные из серии 555, например, LM555). Применение этой микросхемы позволяет регулировать в широких пределах не только частоту (резистором R3), но и длительность выходных импульсов (R1).
При использовании транзисторного коммутатора отпадает необходимость в применении дросселя и конденсатора (занимающих много места в корпусе), как это нужно для работы тиристорного ключа.
Примечание
Несложно догадаться, что при изготовлении электроудочки для получения высокого выходного напряжения можно поступить одним из указанных ниже способом:
а) приобрести переносной бензиновый электрогенератор промышленного изготовления и подключить к нему формирователь импульсов (за рубежом так иногда делают, рис. 2.13);
б) взять источник бесперебойного питания от компьютера (UPS) и подключить к нему формирователь импульсов.



Формирователь импульсов может быть выполнен, например, по схеме, как это показано на рис. 2.14. На входе схемы имеется умножитель напряжения (C1-VD1-VD2-C2), повышающий его в 2 paза - оно подается на формирователь импульсов, уже описанный выше. Умножитель может быть выполнен и по второй схеме, (рис. 2.15). так как после умножения на конденсаторе напряжение может достигать. 600 В, в этом случае выходной ток можно регулировать только за чет введения добавочных резисторов, включенных последовательно с нагрузкой. Правда, их оптимальные значения придется подобрать для конкретного водоема. К тому же на добавочных резисторах будет теряться часть мощности, что снижает КПД электроудочки. Обычно большинство схем электроудочек предусматривают питание от аккумулятора. Такой вариант питания, например с использованием UPS, обойдется значительно дешевле по сравнению с электрогенератором. Он позволяет сделать устройство компактным и легко переносимым, что во многих случаях более удобно. Источник бесперебойного питания подойдет только из самых дешевых моделей. Все они выполняются по схеме Stand By, т. е. не имеют внутри сетевого трансформатора и разных хитрых узлов (для данного применения не нужных).
Какой мощности необходим источник? Мощность компьютерных UPS обычно указывается полная — в вольт-амперах (VA). Для того чтобы получить привычные для нас единицы измерения активной мощности в ваттах (Вт), эту величину нужно разделить на 1,4. Так как для электролова может потребоваться минимальная мощность 200 Вт, то это значение соответствует полной мощности 280 VA, но лучше, ес-ли будет запас (для длительной рыбалки аккумулятор, конечно, потребуется подключить более мощный, чем установлен в UPS).
Книга. Электроника для рыболова Шелестов И. П.
Двухфункциональное устройство
«Электростимулятор» для... рыбы
Катушка с электроприводом

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Счетчик тИЦ и PR