Высоковольтные конденсаторы

Подключение пускового и рабочего конденсаторов для трехфазного электромотора

Вот оно соответствие всех нужных приборов элементам схемы

Теперь выполним подключение, внимательно разобравшись с проводами

Так можно подключить двигатель и предварительно, используя неточную прикидку, и окончательно, когда будут подобраны оптимальные значения.

Подбор можно сделать и экспериментально, имея несколько конденсаторов разных емкостей. Если их присоединять параллельно друг другу, то суммарная емкость будет увеличиваться, при этом нужно смотреть, как ведет себя двигатель. Как только он станет работать ровно и без перенагрузки, значит, емкость находится где-то в районе оптимума. После этого приобретается конденсатор, по емкости равный этой сумме емкостей испытываемых конденсаторов, включенных параллельно. Однако можно при таком подборе измерять фактический потребляемый ток, используя измерительные токовые клещи, а провести расчет емкости конденсатора по формулам.

Простейший ключ

В дальнейшем полевым транзистором мы будет называть конкретно MOSFET,
то есть полевые транзисторы с изолированным
затвором
(они же МОП, они же МДП). Они удобны тем, что управляются
исключительно напряжением: если напряжение на затворе больше
порогового, то транзистор открывается. При этом управляющий ток через
транзистор пока он открыт или закрыт не течёт. Это значительное
преимущество перед биполярными транзисторами, у которых ток течёт всё
время, пока открыт транзистор.

Также в дальнейшем мы будем использовать только n-канальные MOSFET
(даже для двухтактных схем). Это связано с тем, что n-канальные
транзисторы дешевле и имеют лучшие характеристики.

Простейшая схема ключа на MOSFET приведена ниже.

Опять же, нагрузка подключена «сверху», к стоку. Если подключить её
«снизу», то схема не будет работать. Дело в том, что транзистор
открывается, если напряжение между затвором и истоком превышает
пороговое. При подключении «снизу» нагрузка будет давать
дополнительное падение напряжения, и транзистор может не открыться или
открыться не полностью.

Несмотря на то, что MOSFET управляется только напряжением и ток через
затвор не идёт, затвор образует с подложкой паразитный
конденсатор. Когда транзистор открывается или закрывается, этот
конденсатор заряжается или разряжается через вход ключевой схемы. И
если этот вход подключен к push-pull выходу микросхемы, через неё
потечёт довольно большой ток, который может вывести её из строя.

При управлении типа push-pull схема разряда конденсатора образует,
фактически, RC-цепочку, в которой максимальный ток разряда будет равен

где — напряжение, которым управляется транзистор.

Таким образом, достаточно будет поставить резистор на 100 Ом, чтобы
ограничить ток заряда — разряда до 10 мА. Но чем больше сопротивление
резистора, тем медленнее он будет открываться и закрываться, так как
постоянная времени увеличится

Это важно, если транзистор
часто переключается. Например, в ШИМ-регуляторе

Основные параметры, на которые следует обращать внимание — это
пороговое напряжение , максимальный ток через сток и
сопротивление сток — исток у открытого транзистора. Ниже приведена таблица с примерами характеристик МОП-транзисторов

Ниже приведена таблица с примерами характеристик МОП-транзисторов.

Модель
2N7000	3 В	200 мА	5 Ом
IRFZ44N	4 В	35 А	0,0175 Ом
IRF630	4 В	9 А	0,4 Ом
IRL2505	2 В	74 А	0,008 Ом

Для приведены максимальные значения. Дело в том, что у разных
транзисторов даже из одной партии этот параметр может сильно
отличаться. Но если максимальное значение равно, скажем, 3 В, то этот
транзистор гарантированно можно использовать в цифровых схемах с
напряжением питания 3,3 В или 5 В.

Сопротивление сток — исток у приведённых моделей транзисторов
достаточно маленькое, но следует помнить, что при больших напряжениях
управляемой нагрузки даже оно может привести к выделению значительной
мощности в виде тепла.

Общие сведения

В последние годы определенное развитие получили новые электротехнологии, основанные на свойствах сильноточного импульсного разряда, протекающего через катушку индуктивности, газовую или жидкую среды.  К указанным выше технологиям можно отнести магнитную штамповку, дробление породы, очистку металлических отливок и пр. Все большее развитие получают лазерные технологии, которые используются как в промышленности, так и в медицине.

В этих технологиях в качестве одного из основных элементов оборудования применяются импульсные высоковольтные конденсаторы, к характеристикам которых предъявляются все более высокие требования, заключающиеся в увеличении удельной энергии, ресурса, рабочей частоты конденсаторов, снижении tgδ, собственной индуктивности и внутреннего сопротивления. Удовлетворить эти требования полностью, применяя традиционную для импульсных конденсаторов бумажно-масляную изоляцию, не представляется возможным из-за сравнительно высоких диэлектрических потерь.

Нами были проведены новаторские работы по созданию серий пленочных импульсных конденсаторов с удельной энергией 0,1; 0,2; 0,3 Дж/г, малоиндуктивных сильноточных конденсаторов и малоиндуктивных высокочастотных высоковольтных конденсаторов для лазерных технологий.

Важной частью этих работ являлись исследования направленные на более глубокое понимание физических механизмов, определяющих старение пленочных конденсаторов в процессе их эксплуатации при высокой напряженности электрического поля, составляющей 250…300 кВ/мм. Проведенные исследования позволили с более обоснованных позиций подойти к разработке технологии изготовления пленочных конденсаторов высокой удельной энергии

Основные черты этой технологии определились в процессе исследований и заключаются в следующем:1) использовании оптимального коэффициента запрессовки секций в пакете и устранении возможности «перепрессовки»;2) устранении источников дополнительного загрязнения пленки при изготовлении секций и сборке сухих пакетов (намотка секций в «чистой» комнате, соблюдения производственной гигиены и т.д.);3) устранении возможного загрязнения изоляции конденсатора в процессе его пропитки за счет перехода от группового метода пропитки к индивидуальному и исключении повторного использования жидкости после очистки ее сорбентами;4) тщательной вакуумной сушке пленочной изоляции конденсатора в течение 48 часов при температуре 95-105°С;5) тщательной вакуумно-термической подготовке заливаемой жидкости с целью устранения растворенной влаги;6) отказа от применения стабилизирующих эпоксидных добавок.

Следует отметить, что указанная выше технология в целом направлена на устранение из конденсаторной изоляции пылевидных загрязнений, влаги и стабилизирующих добавок. Подобные требования к технологии  изготовления конденсаторов не являются новыми. Однако новым является то, что жесткость соблюдения этих требований при изготовлении импульсных пленочных конденсаторов, как показали наши исследования, на порядок выше, чем при изготовлении конденсаторов с бумажно-касторовой изоляцией.

На основе проведенных исследований и разработанной технологии была создана серия импульсных конденсаторов типа КПИ и КПИ1.

Импульсные блоки питания: как работает структурная схема и взаимодействуют ее части — краткое пояснение

Правило №1 всех ИБП: чем выше рабочая частота, тем лучше. Преобразование электроэнергии выполняется не на промышленных 50 герц, а на более высоких сигналах в пределах 1÷100кГц.

За счет этого снижаются потери и общий вес всех элементов, но усложняется технология. Принципы работы импульсного блока питания помогает понять его структурная схема.

Показываю ее составные части прямоугольниками, связи стрелками, а форму выходного сигнала из каждого блока — мнемонической фигурой преобразованного напряжения (темно синий цвет сверху).

Сетевой фильтр пропускает через себя промышленную синусоиду. Одновременно он отделяет из нее все посторонние помехи.

Очищенная от помех синусоида поступает на выпрямитель со сглаживающим фильтром. Он превращает полученную гармонику в сигнал напряжения строго постоянной формы действующей величины.

Следующим этапом начинается работа инвертора. Он из постоянного стабилизированного сигнала формирует высокочастотные колебания уже не синусоидальной, а практически строго прямоугольной формы.

Преобразованная в подобный вид электрическая энергия поступает на силовой высокочастотный трансформатор, который, как и обычный аналоговый, видоизменяет ее на пониженное напряжение с увеличенным током.

После силового трансформатора наступает очередь работы выходного выпрямителя.

Заключительным звеном работает сглаживающий выходной фильтр. После него на блок управления бытового прибора поступает стабилизированное напряжение постоянной величины.

Качество работы импульсного блока поддерживается за счет создания в рабочем состоянии обратной связи, реализованной в блоке управления инвертора. Она компенсирует все посадки и броски напряжения, вызываемые колебаниями входной величины или коммутациями нагрузок.

Пример монтажа деталей показан на фотографии платы импульсного блока питания ниже.

Сетевой выпрямитель имеет в своем составе предохранитель на основе плавкой вставки, диодный мост, электромеханический фильтр, набор дросселей, конденсаторы развязки со статикой.

Накопительная емкость сглаживает пульсации.

Генератор инвертора на основе силового ключевого транзистора в комплекте с импульсным трансформатором выдает напряжение на выходной выпрямитель с диодами, конденсаторами и дросселями.

Оптопара в узле обратной связи обеспечивает оптическую развязку электрических сигналов.

Разберем все эти части подробнее.

Драйвер полевого транзистора

Если всё же требуется подключать нагрузку к n-канальному транзистору
между стоком и землёй, то решение есть. Можно использовать готовую
микросхему — драйвер верхнего плеча. Верхнего — потому что транзистор
сверху.

Выпускаются и драйверы сразу верхнего и нижнего плеч (например,
IR2151) для построения двухтактной схемы, но для простого включения
нагрузки это не требуется. Это нужно, если нагрузку нельзя оставлять
«висеть в воздухе», а требуется обязательно подтягивать к земле.

Рассмотрим схему драйвера верхнего плеча на примере IR2117.

Схема не сильно сложная, а использование драйвера позволяет наиболее
эффективно использовать транзистор.

Биполярный транзистор: внешний вид, составные элементы, конструкция корпуса — кратко

Сразу стоит определиться, что биполярный транзистор (bipolar transistor) создан для работы в цепях постоянного тока, где и используется. Сократим его название до БТ.

На фотографии ниже показал насколько разнообразные формы он имеет. А ведь этот небольшой ассортимент мной высыпан из одной маленькой коробочки.

Транзисторный корпус может быть изготовлен из пластмассы или металла в виде параллелепипеда, цилиндра, таблетки различной величины. Общими элементами являются три контактных штыря, созданные для подключения к электрической схеме.

Эти выводы необходимо различать в технической документации, правильно подключать при монтаже. Поэтому их назвали:

1. Э (E) — эмиттер;
2. К (C) — коллектор;
3. Б (B) — база.

Буквы в скобках используются в международной документации.

Основной метод соединения БТ в электрических схемах — пайка, хотя допускаются и другие.

Габариты корпуса и контактных выводов зависят от мощности, которую способен коммутировать этот модуль. Чем выше проектная нагрузка, тем большие размеры вынуждены создавать производители для обеспечения надежной работы и отвода опасного тепла.

Общеизвестно, что полупроводниковые переходы не способны выдерживать высокий нагрев — они банально перегорают. Поэтому все мощные корпуса выполняются из металла и снабжаются теплоотводящими радиаторами.

В особо ответственных узлах для них дополнительно создается принудительный обдув струями воздуха. Этим приемом значительно повышается надежность работы системных блоков компьютеров, ноутбуков, сложной электронной техники.

Любой БТ состоит из трех полупроводниковых переходов p и n типа, как обычный диод. Только у диода их меньше: всего два. Он способен пропускать ток всего в одну сторону, а в противоположную — блокирует.

Bipolar transistor создается по одной из двух схем соединения полупроводниковых элементов:

1. p-n-p, называемую прямым включением;
2. n-p-n — обратным.

При обозначении на схемах их рисуют одинаково, но с небольшими отличиями вывода эмиттера:

1. прямое направление: стрелка нацелена на базу;
2. обратное — стрелка показывается выходом из базы наружу элемента.

Указатель стрелки эмиттера показывает положительное направление тока через полупроводниковый переход.

Основные узлы регулируемого блока питания

Трансформаторный источник питания в большинстве случаев выполняется по следующей структурной схеме.

Узлы трансформаторного БП.

Понижающий трансформатор снижает напряжение сети до необходимого уровня. Полученное переменное напряжение преобразуется в импульсное с помощью выпрямителя. Выбор его схемы зависит от схемы вторичных обмоток трансформатора. Чаще всего применяется мостовая двухполупериодная схема. Реже – однополупериодная, так как она не позволяет полностью использовать мощность трансформатора, да и уровень пульсаций выше. Если вторичная обмотка имеет выведенную среднюю точку, то двухполупериодная схема может быть построена на двух диодах вместо четырех.

Двухполупериодный выпрямитель для трансформатора со средней точкой.

Если трансформатор трехфазный (и имеется трехфазная цепь для питания первичной обмотки), то выпрямитель можно собрать по трехфазной схеме. В этом случае уровень пульсаций наиболее низок, а мощность трансформатора используется наиболее полно.

После выпрямителя устанавливается фильтр, который сглаживает импульсное напряжение до постоянного. Обычно фильтр состоит из оксидного конденсатора, параллельно которому ставится керамический конденсатор малой емкости. Его назначение – компенсировать конструктивную индуктивность оксидного конденсатора, который изготовлен в виде свернутой в рулон полоски фольги. В результате получившаяся паразитная индуктивность такой катушки ухудшает фильтрующие свойства на высоких частотах.

Далее стоит стабилизатор. Он может быть как линейным, так и импульсным. Импульсный сложнее и сводит на нет все преимущества трансформаторного БП в нише выходного тока до 2..3 ампер. Если нужен выходной ток выше этого значения, проще весь источник питания выполнить по импульсной схеме, поэтому обычно здесь используется линейный регулятор.

Выходной фильтр выполняется на базе оксидного конденсатора относительно небольшой емкости.

Обобщенная блок-схема импульсного БП.

Импульсные источники питания строятся по другому принципу. Так как потребляемый ток имеет резко несинусоидальный характер, на входе устанавливается фильтр. На работоспособность блока он не влияет никак, поэтому многие промышленные производители БП класса Эконом его не ставят. Можно не устанавливать его и в простом самодельном источнике, но это приведет к тому, что устройства на микроконтроллерах, питающиеся от той же сети 220 вольт, начнут сбоить или работать непредсказуемо.

Дальше сетевое напряжение выпрямляется и сглаживается. Инвертор на транзисторных ключах в цепи первичной обмотки трансформатора создает импульсы амплитудой 220 вольт и высокой частотой – до нескольких десятков килогерц, в отличие от 50 герц в сети. За счет этого силовой трансформатор получается компактным и легким. Напряжение вторичной обмотки выпрямляется и фильтруется. За счет высокой частоты преобразования здесь могут быть использованы конденсаторы меньшей емкости, что положительно сказывается на габаритах устройства. Также в фильтрах высокочастотного напряжения становится целесообразным применение дросселей – малогабаритные индуктивности эффективно сглаживают ВЧ пульсации.

Регулирование напряжения и ограничение тока выполняется за счет цепей обратной связи, на которые подается напряжение с выхода источника. Если из-за повышения нагрузки напряжение начало снижаться, то схема управления увеличивает интервал открытого состояния ключей, не снижая частоты (метод широтно-импульсного регулирования). Если напряжение надо уменьшить (в том числе, для ограничения выходного тока), время открытого состояния ключей уменьшается.

Конденсаторы для высоковольтных источников питания

Высоковольтные источники питания находят применение в системах формирования медицинских изображений, CRT-мониторах, электростатическом нанесении покрытий (автомобильная индустрия), электростатических фильтрах (промышленные помещения).

Высоковольтные конденсаторы Vishay соответствуют стандартам EN 50176, EN 50177, EN 50223, EN 50348. Диапазоны рабочих постоянных напряжений 1…100 кВ (рис. 5).

Рис. 5. Конденсаторы для высоковольтных источников питания

Конденсаторы являются компактным, гибким, надежным решением для высоковольтных источников питания широкого спектра назначений и областей промышленности. Предлагаются в виде высоковольтных систем серий BG 1971-000-9000A, BG 1971-000-9700 и BG 1972-6100-010, BG 1972-6123-01.

BG 1971-000-9000A, BG 1971-000-9700 — компактные приборы с интегрированной платой управления для систем нанесения жидкой краски или напыления порошковых покрытий. Напряжение питания 30 В при токе потребления 1,5…5 А, выходное напряжение до 100 кВ, ток 250…500 мкА.

BG 1972-6100-010, BG 1972-6123-01 — компактные высоковольтные генераторы в цилиндрическом корпусе с напряжением питания 1…24 В и выходным напряжением до 100 кВ.

ЛАБОРАТОРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

Лабораторный блок питания ни что иное как высококачественный универсальный источник питания с нормированными и термостабильными характеристиками. Эти устройства имеются на любом предприятии, которое занимается разработкой, изготовлением или ремонтом и/или ремонтом радиоэлектронной аппаратуры.

Используют их во время проверки и/или калибровки различных приборов. Кроме того они необходимы в тех случаях, когда нужно с высокой точностью подать питающее напряжение и ток на радиотехническое устройство.

Как правило, лабораторные блоки питания оснащаются всевозможными устройствами защиты (перегрузка, защита от короткого замыкания и пр.) и органами регулировки выходных параметров (напряжение и ток).

Лабораторные блоки оснащают также специальными входами для подачи модулирующих сигналов, что позволяет пользователю формировать выходное напряжение и ток произвольной формы.

Серийно выпускаемые лабораторные источники питания могут быть как линейными, так и импульсными.

Линейные.

Линейные лабораторные БП строятся на базе больших низкочастотных трансформаторов, которые понижают сетевое напряжение ~220 В частотой 50 Гц до определенного значения. Частота переменного тока при этом остается без изменений. Затем синусоидальное напряжение выпрямляется, сглаживается емкостными фильтрами и доводится до заданного значения линейным полупроводниковым стабилизатором.

Приборы, работающие по такому принципу обеспечивают требуемое значение выходного напряжения с высокой точностью. Оно отличается стабильностью и отсутствием пульсаций. Однако они имеют ряд недостатков:

• большие габаритные размеры и вес, который может быть больше 20 кг. Из-за этого мощность на нагрузке у таких БП редко превышает 200 Вт.;
• низкий КПД (не более 60%), что обусловлено принципом работы линейного стабилизатора, где все избыточное напряжение преобразуется в тепло;
• наличие высокочастотных помех, проникающих из сети ~220 в, 50 Гц., для устранения которых необходим сетевой фильтр;
• относительно небольшое время наработки на отказ, вызванное старением электролитических конденсаторов.

Импульсные.

В основу работы импульсных лабораторных блоков питания положен принцип заряда сглаживающих конденсаторов импульсным током. Он образуется в момент подключения/отключения индуктивного элемента. Переключение происходит под действием специально оптимизированных транзисторов, а выходное напряжение регулируется путем изменения глубины широтно импульсной модуляции (ШИМ).

Основные преимущества импульсных лабораторных источников обеспечиваются за счет:

• плавного изменения глубины ШИМ, что в свою очередь, позволяет закачивать в сглаживающие конденсаторы такое количество энергии, которое соизмеримо с энергопотреблением нагрузки БП. При этом КПД блока питания может достигать 90 и более процентов;
• высокочастотной составляющей, которая дает возможность использования сглаживающих конденсаторов значительно небольшой емкости.

За счет этого габаритные размеры корпуса невелики. Кроме того, за счет более высокого КПД значительно уменьшается выделение тепла и улучшается температурный режим работы источника питания.

Существенным недостатком импульсных лабораторных блоков, несколько ограничивающих их применение являются:

• высокочастотные пульсации на выходе, которые достаточно тяжело отфильтровать;
• радиочастотные наводки и их гармоники, вызванные периодическими токовыми импульсами.

При работе с радиочастотными схемами импульсные блоки питания необходимо располагать на максимальном расстоянии от них или использовать трансформаторные схемотехнические решения.

Основным техническим параметром лабораторных источников электро энергии является мощность. Здесь существует такое подразделение:

• стандартные, мощностью до 700 Вт. Их максимальный вес не превышает 15 кг.;
• большой мощности.

Стандартные исполнения могут быть как трансформаторными, так и импульсными. Предназначены они для работы с напряжениями в диапазоне от 15 до 150 В. При этом максимальный ток ограничивается величиной порядка 25 А. Как правило, они имеют от одного до трех каналов, из которых два являются регулируемыми.

Схемы КПЕ

Важно отметить, что на схеме каждый конденсатор, который входит в блок, отображается отдельно. Для того чтобы указать, что емкость переменного конденсатора из этого блока и остальных элементов может быть изменена при помощи всего одной ручки, управляющей всем блоком, те стрелки, который обозначают регулирование, должны быть соединены одной штриховой линией механической связи

Стоит отметить, что есть некоторые разновидности таких КПЕ. Один из видов — это дифференциальные конденсаторы, которые нашли свое применение, к примеру, в плечах емкостных мостов. Особенностью этого вида будет то, что он имеет два ряда статорных пластин и один ряд роторных. Расположение групп пластин таково: когда одна группа выходит из зазора, вторая тут же занимает их место. В этот момент емкость конденсатора переменного тока дифференциального типа будет уменьшаться между пластинами первой группы статора и группой ротора. А вот между второй группой пластин статора и группой ротора этот показатель будет расти. Таким образом, суммарное значение будет все время оставаться неизменным.

Краткое описание

Импульсные конденсаторы КПИ и КПИ1 предназначены для работы в электрофизических и технологических установках в импульсном режиме с частотой повторения импульсов до 1 Гц. Конденсаторы разработаны на напряжение 5—200 кВ и имеют пластмассовый морозостойкий корпус. Конденсаторы могут работать как в вертикальном, так и в горизонтальном положениях. Переполюсовка напряжения в конденсаторе при разряде на нагрузку не более 10%. Ресурс конденсатора, указанный в таблице, соответствует такому типу разряда, при вероятности безотказной работы, равной 0,90. Однако конденсаторы могут успешно работать и при ярко выраженном колебательном характере разряда. В этом случае для сохранения ресурса необходимо снижать зарядное напряжение. Внешний вид и габаритные размеры конденсаторов КПИ приведены на рисунках ( 1 ) и ( 2 ).

Структура условного обозначения:

Предельно допустимые климатические воздействия   

Конденсаторы типа КПИ и КПИ1 относятся по климатическому воздействию к группе УХЛ 4. Номинальные значения климатических факторов по ГОСТ 15543-70 и ГОСТ 15150-69, в частности, значения рабочей температуры находятся в диапазоне +1 ÷ +35°С. Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли и агрессивных газов в концентрациях, снижающих параметры конденсатора в недопустимых пределах.

Предельно допустимые механические воздействия      

Конденсаторы выдерживают воздействие вибрационных нагрузок в диапазоне частот 5 ÷ 200 Гц с амплитудой 0,5 мм и ускорением 19,6 м/с2; воздействие ударных нагрузок с ускорением 147 м/с2 и длительностью удара 5 ÷ 10 мс.

Величина емкости конденсаторов, приведенных в таблицах 1 и 2, может отклоняться в пределах ±10% от номинала. Под индуктивностью имеется в виду собственная индуктивность конденсатора. Максимальный ток для конденсаторов КПИ составляет 100 кА, а для КПИ1 – 50 кА. Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте ≤ 50 Гц равен 0,002÷0,003, что существенно меньше, чем в бумажно-масляных импульсных конденсаторах. Ресурс указан для случая разрядки конденсаторов на нагрузку с переполюсовкой напряжения (реверсом напряжения) не более 10% и температурой окружающей среды +200°С. При отклонении условий эксплуатации  от  указанных  в  таблице  ресурс  может  быть приближенно рассчитан по формуле N = N0xK1xK2xK3xK4,  где N0 – номинальный (табличный) ресурс; К1, К2, К3, К4 – коэффициенты долговечности.

Например, пусть конденсатор КПИ-50-5 (таблица 1)эксплуатируется при зарядном напряжении Uз = 30 кВ, максимальном обратном напряжении 18 кВ, при температуре 30°С и времени удержания напряжения после зарядки конденсатора равном 15 с. Необходимо найти ресурс N, соответствующий данным условиям эксплуатации конденсатора. Воспользуемся формулой  N = N0xK1xK2xK3xK4. Номинальный ресурс N0 найдем из таблицы 1. Он равен 6·104 циклов заряд-разряд. Коэффициент К1  при Uз/U0 = 35/50 = 0,7. Он равен 28.  при Т = 30°С находится К2 = 0,5.  при Uобр/Uз = 18/30 = 0,6 находится К3 = 0,1. Коэффициент К4 = 0,52,  при t_уд = 20 с. По формуле находим эксплуатационный ресурс: N = 6·104 x 28 x 0,5 x 0,1 x 0,52 = 4,37·104 циклов.

Схема ускоренного включения

Как уже было сказано, если напряжение на затворе относительно истока
превышает пороговое напряжение, то транзистор открывается и
сопротивление сток — исток мало. Однако, напряжение при включении не
может резко скакнуть до порогового. А при меньших значениях транзистор
работает как сопротивление, рассеивая тепло. Если нагрузку приходится
включать часто (например, в ШИМ-контроллере), то желательно как можно
быстрее переводить транзистор из закрытого состояния в открытое и
обратно.

Относительная медленность переключения транзистора связана опять же с
паразитной ёмкостью затвора. Чтобы паразитный конденсатор зарядился
как можно быстрее, нужно направить в него как можно больший ток. А так
как у микроконтроллера есть ограничение на максимальный ток выходов,
то направить этот ток можно с помощью вспомогательного биполярного
транзистора.

Кроме заряда, паразитный конденсатор нужно ещё и разряжать. Поэтому
оптимальной представляется двухтактная схема на комплементарных
биполярных транзисторах (можно взять, например, КТ3102 и КТ3107).

Ещё раз обратите внимание на расположение нагрузки для n-канального
транзистора — она расположена «сверху». Если расположить её между
транзистором и землёй, из-за падения напряжения на нагрузке напряжение
затвор — исток может оказаться меньше порогового, транзистор откроется
не полностью и может перегреться и выйти из строя

Пленочные высоковольтные конденсаторы

Когда появились полипропиленовые высоковольтные конденсаторы типа ТРС, проектирование преобразовательной техники существенно изменилось.

Современные технологии способны обеспечить конденсаторы необходимыми и уникальными свойствами:

• высокой надежностью;
• способностью сохранять работоспособность до 5 % изначальной емкости благодаря технологии самовосстановления полипропиленовой пленки при аварии;
• небольшими размерами при высоких значениях емкости и напряжения, а также максимальных значениях силы тока на один конденсатор;
• долгим сроком эксплуатации при гораздо более неблагоприятных условиях окружающей среды благодаря наполнению неактивным маслом (в то время, как аналогичные конденсаторы заполняются газом);
• возможностью использования конденсаторов с индуктивностью в 40 нГн в преобразовательных приборах на основе IGBT технологий.

Разновидности

В зависимости от конструктивных особенностей различают следующие разновидности импульсных трансформаторов:

• стержневые;
• броневые;
• тороидальные, с намоткой провода на изолированный сердечник, не предполагающие применения катушек;
• бронестержневые.

Виды магнитопроводов

Поперечное сечение сердечника в большинстве устройств выполняется в форме круга или прямоугольника, по аналогии с силовыми аппаратами.

Основные характеристики устройств нанесены на корпус, поэтому из условного обозначения можно почерпнуть информацию об главных параметрах оборудования.

Конструкция высоковольтных конденсаторов

Сплошной пленочный диэлектрик

В конденсаторах производства RTR используется диэлектрик, состоящий из трех шероховатых с обеих сторон полипропиленовых пленок высокой степени чистоты. Такая конструкция в отличие от используемой другими производителями двухслойной односторонней конструкции повышает безопасность конденсаторов компании RTR и увеличивает их срок службы. Двусторонняя шероховатость полипропиленовой пленки является необходимым условием для её качественной пропитки, это способствует высокой стабильности работы конденсатора в течение длительного времени.

Биоразлагаемая пропитка (Non PCB – без трихлордифенила ТХД)

Для пропитки высоковольтных конденсаторов производства RTR ENERGIA используется не содержащее хлор (без трихлордифенила — ТХД) масло MDBT, разработанное компанией Elf-Atochem (Франция) для наиболее ответственных областей применения. Эта жидкость характеризуется высоким значением температуры воспламенения, способностью поглощения газов, выделяемых при внутренних электрических разрядах, и хорошими экологическими свойствами (возможность биологического разложения).

Конструкция с расширенными листами и применением технологии «wild fold»

Конденсаторы компании RTR ENERGIA выполняются из отдельных элементов, каждый из которых состоит из намотанных в катушку листов алюминиевой фольги и полипропиленовой пленки. Алюминиевые листы выходят за края намотки, их кромки сворачивают, формируя кольцо, для исключения коронирования. При этом обеспечивается величина напряженности появления частичных разрядов на диэлектрике на 50% выше номинального значения. Листы спаяны друг с другом и с соседними катушками специальными сплавами, отличающимися высокой адгезией и низкой температурой плавления. Таким образом исключается использование «засеки», характерной для предыдущих конструкций.

Напряженность электрического поля

Компания RTR ENERGIA проектирует изделия на основе консервативных критериев, предполагающих относительно низкую величину рабочей напряженности электрического поля (кВ/мм) на материалах. При этом размеры конденсаторов несколько больше по сравнению с конденсаторами других производителей, но они имеют больший срок службы.

Встроенные предохранители

Компания RTR ENERGIA в большинстве конденсаторов среднего напряжения (особенно на большие мощности) использует отдельные встроенные предохранители новой конструкции для каждого намотанного рулона («конденсаторного элемента»). Предохранители позволяют локализовать неисправность любого элемента, при этом другие элементы по-прежнему могут нормально работать. Предохранители отделены друг от друга, поэтому срабатывание одного из них не приводит к срабатыванию соседнего предохранителя. На основе конденсаторов со встроенными предохранителями можно создавать более простые, легкие и экономичные конструкции.

Низкие потери в диэлектрике

Характеристики конструкции, точный подбор материалов и тщательность конструирования и производства позволяют получить конденсаторы с низкими потерями, что способствует снижению их размеров и рабочей температуры, а также увеличению срока службы.

Изоляторы ввариваются в корпус

Фарфоровые изоляторы с глазурированной поверхностью серого или коричневого цвета для использования на открытом воздухе вварены в металлический корпус, это гарантирует надёжность фиксации, устойчивость к ударам и возможному неправильном обращении при транспортировании. Выводы снабжены пустотелыми резьбовыми болтами М16х50 мм, рассчитанными на крутящий момент не более 1,5 Н*м.

Металлический корпус из нержавеющей стали

Корпус из нержавеющей стали марки AISI 409 покрывается антикоррозийной грунтовкой, окрашивается в цвет RAL 7040 и покрывается бесцветным полиуретановым защитным лаком. Крышки прикрепляются к корпусу с помощью сварки в инертном газе.

Тестирование

Все конденсаторы перед упаковкой и отгрузкой индивидуально проходят проверки и испытания в соответствии со стандартом МЭК 871-1/2.

Стоимость трансформатора

Цена на единицу продукции может колебаться от 50 до 700 рублей и выше, в зависимости от характеристик устройства. При покупке учитывается производитель изделия и размер приобретаемой партии. Наиболее дешево обойдётся продукция китайского производства, массово представленная на рынке.

Импульсные трансформаторы – устройства, без которых невозможно представить современную бытовую технику и промышленное производство. Эти аппараты обладают рядом преимуществ, по сравнению с аналогичным оборудованием, но в некоторых случаях сопутствующие недостатки не позволяют их использовать.