Cовременные выпрямители в свете задач трансформации энергии

[Катяра]

Возникла такая вот проблема. При включений электронагревателя на 4.8 kW системы отопления, напряжение в сети упало с 220 до 180. При этом вода очень слабо нагревалась, и батареи почти не нагревались. Для начала было решено приобрести стабилизатор сети на 5 kW. Но цена нормального преобразователя составила минимум 500 у.е. С этой проблемой обратились ко мне: "Смогу ли я собрать устройство повышающее напряжение сети до 220V".
Я решил собрать простейший выпрямитель (зная что амплитудное значения переменного напряжения при 220V составляет 310V).
Выбрал самый мощный диодный мост который смог найти на рынке MB5010 Iпр=50A, Uобр=1000V, Iпик=400A (ток заряда кандёров должен выдерживать). Сопротивление холодной спирали составило 10 Ом, значит при напряжений 220V ток не должен превышать 22A. Собрав из 10 кандеров рассчитанных на 400V общую ёмкость 3300 µF я добился того что на спирали действующее постоянно пульсирующее напряжение составило ровно 222 V.



Диодный мост установил на радиатор обдуваемый куллером. Температура радиатора и диодного моста контролировалась на протяжений нескольких часов. Радиатор был слегка тёплым, а температура самого диодного моста не превышала 75 градусов (определял на ощупь, есть опыт сравнения)



Казалось проблема решена, котел стал греться как надо, батареи стали достаточно тёплыми.
Но не тут то было! Простейшая казалось бы на первый взгляд схема доставила мне больше хлопот чем проектирование микроконтроллерных устройств.
Примерно через 3- 4 часа непрерывной работы стал срабатывать рубильник на 32A. Включаю снова. Через пол часа снова срабатывает. Потом через час. Потом через 3 часа снова срабатывает. Решил поставить рубильник на 50A (с учётом того что пускатель находится рядом с котлом и возможно срабатывает тепловая защита). Сработал через 4 часа. Снова включил. Через 10 минут из диодного моста полетели искры сопровождаемые чёрным дымом и хлопком.



Мысль была такова что в диодном мосте периодически происходил лавинный пробой (и это при Uобр=1000V) который не успевал перейти, до поры до времени, в тепловой за счёт того что срабатывал рубильник. Странно ведь диодный мост не перегревался. А при температуре до 100 градусов он должен держать ток более 22A. Решил заменить на другой, такой - же, так как на рынке это у продавцов считался самым лучшим (MIC MB5010) выбирать было не с чего. Поставил новый. Всё заработало как надо. Но через какой - то промежуток времени рубильник снова сработал.
Мысли такие:
1) Диодный мост явно не соответствует своим параметрам (китайский шерпотреп)
2) Какой-то из кандёров периодически пробивается, а при новом включений работает как ни в чём не бывало - если такое возможно

Для начало решил собрать диодный мост на четырёх мощных отдельных диодов фирмы IR так как ей доверяю. Для начала прийдётся заказать на фирме.
А пока хотелось бы услышать мнение специалистов по этому поводу!

[Moskatov]

Выбрал самый мощный диодный мост который смог найти на рынке MB5010 Iпр=50A, Uобр=1000V, Iпик=400A (ток заряда кандёров должен выдерживать).

Эти диодные сборки очень часто поддельными продают. Если после "вскрытия" и отдирания компаунда обнаружите, что диоды в сборке не проварены, а пропаяны, то она поддельная и 50 A не держит.

[Катяра]

И вправду, везде где только можно пайка.

то она поддельная и 50 A не держит

Да мне хотя бы чтобы 25A держала.

Но главное для меня разобраться какие физические процессы происходили в этой схеме. Почему срабатывал рубильник на 32 A.
А после повторного включения (через минуту после отключения) схема продолжала работать как ни в чём не бывало??? А потом снова срабатывала защита. Если это из за диодного моста, то что внутри него приводило к повышению тока выше 32A.

[Moskatov]

Почему срабатывал рубильник на 32 A.

Потому что напряжение питающей сети под нагрузкой не стабильно 180В AC. То подгорит в проводящих к дому проводах контакт, то отгорит. Напряжение то 180В АС, то меньше, то больше. Напряжение возрасло и увеличился ток.

А после повторного включения (через минуту после отключения) схема продолжала работать как ни в чём не бывало??? А потом снова срабатывала защита.

Потому что напряжение сети опять снизилось. В период до отключений полезно проконтролировать приложенное переменное напряжение.
Это всего лишь гипотеза.

[SeregaT]

Скорее всего, были плохо затянуты клеммы автомата. ток не маленький, контакт нагревался и срабатывал тепловой расцепитель. Ну а диоды пробило потому, что левые.

[Катяра]

Скорее всего, были плохо затянуты клеммы автомата.

Исключено! Клемы всегда зажимаю сверх возможного предела .
Для проверки ставил разные автоматы и везде хорошо зажимал.

Потому что напряжение питающей сети под нагрузкой не стабильно 180В AC. То подгорит в проводящих к дому проводах контакт, то отгорит. Напряжение то 180В АС, то меньше, то больше.

Исключено! Напряжение в сети без нагрузок выше 220V не подымается. Постоянно контролировал тестором и визуально по яркости освещения. Когда напряжение падает до 180 V лампочки светят тусклее. Если бы напряжение повышалось выше 220V, то лампочки хотябы маргнули ярче в этот момент. А этого не наблюдалось.

Напряжение возрасло и увеличился ток.

Для того чтобы ток увеличился до 32A при 10 Ом напряжение после выпрямителя должно быть 320 V. При проверке от другого источника 220V (где под нагрузкой напряжение не падало) на нагрузке в 10 Ом напрряжение после выпрямителя было максимум 255V. Я уже не говорю о том что срабатывал даже рубильник на 50A.

Для начала решил собрать выпрямитель на отечественных диодах
Д122-40 (Iпр=40А, Uобр=1200 V)

Как испытаю, напишу что из этого получилось.

[Moskatov]

Конденсаторы были крашенные или обтянутые изоляционной плёнкой?

Из фотографии в первом посте видно - оптянутые плёнкой и на 85 град.

[MAN53]

Конденсаторы были крашенные или обтянутые изоляционной плёнкой?

Из фотографии в первом посте видно - оптянутые плёнкой и на 85 град.

А как насчёт напряжения пульсации ,возможно оно более разрешённого для этих конденсаторов ?(при таких мощностях и токе) Они не нагреваются при работе ?

Отступ от темы- намного лучше было бы использовать для этих целей
автотрансформатор, намного надёжней и дешевле, и никакой электроники! Правда размеры немного более будут чем у вас (БП компа)
Сработка автомата- а мощьность новая откуда появляется из воздуха?

[INFERION]

Примерно через 3- 4 часа непрерывной работы стал срабатывать рубильник на 32A.

Рубильнику и так не сладко живётся, а тут вы его ещё и озадачили резко НЕсинусоидальным потреблением тока. Тепловая защита разогревается сильнее из-за того, что ток потребляется импульсами. Средний ток остаётся на прежнем уровне, но т.к. напряжение падения на активном сопротивлении термореле увеличивается (в импульсах ток ведь больше) - вырастает и тепловыделение. Тоже самое происходит и с проводкой. Потерь больше.

Вот к примеру возьмём резистор в 1Ом и пропустим через него 1 ампер постоянного тока. Падение на нём составит 1В, а мощность на нём будет рассеиватся в 1 ватт. Теперь подадим на него меандр со СРЕДНИМ током в 1 ампер - напряжение падения в импульсах увеличится вдвое. Средний ток остаётся средним - 1 ампер, но рассеиваемая резистором мощность увеличивается до 2-х ватт...

Как было подмечено выше - автотрансформатор самый нормальный вариант. Он лишён этого недостатка. Хотя я бы вместо компенсации падения напряжения поискал бы причину этого падения.

Уже не в первый раз повторяю - я не господин.

Язык невольно поворачивается после того, как ознакомишся с вашими работами .

[MAN53]

. Тоже самое происходит и с проводкой. Потерь больше.

Хотя я бы вместо компенсации падения напряжения поискал бы причину этого падения.

Не совсем понятно. Вопрос-ответ. Автор ничего не говорил о силовой сети , хотя вся причина в ней(малое сечение провода + алюминий), ибо и вся эта конструкция появилась из за большого падения в питающей сети . Возможно это уже НЕ устранимо технически. Проводка замурована в стену , а прокладка нового провода не возможна, хотя автору на месте видней .Возможно падение папряжения происходят уже до вводного автомата, автор указал 180V на розетке включения нагревателя, на клеммаз вводного автомата сколько ?
Очень трудно давать ""советы" не зная схему питания (эл.проводки)
Смею предложить испытать вариант с автотрансформатором
ибо сам применяю несколько для подобных целей (проточный водонагреватель) ,в схеме выпрямителя со временем будут постоянные заморочки с р.элементами -диоды (мост твёрдотельный MB5010 это часто фуфло ) кулер обдува (зачем лишний шум?), автотрансформатор совершенно бесшумен, не требует принудительного охлаждения, не искажает напряжение и ток ( вводный автомат будет доволен такой нагрузкой)

[sema]

Вот к примеру возьмём резистор в 1Ом и пропустим через него 1 ампер постоянного тока. Падение на нём составит 1В, а мощность на нём будет рассеиватся в 1 ватт. Теперь подадим на него меандр со СРЕДНИМ током в 1 ампер - напряжение падения в импульсах увеличится вдвое. Средний ток остаётся средним - 1 ампер, но рассеиваемая резистором мощность увеличивается до 2-х ватт...

2 Вт это импульсная мощность, средняя останется 1 Вт. для примера из собственного опыта: импульсная мощность РЛС более 10 кВт, при работе на излучение во дворе института используется эквивалент нагрузки с тепловой мощностью рассеяния менее 10 Вт.

[MAN53]

Вот к примеру возьмём резистор в 1Ом и пропустим через него 1 ампер постоянного тока. Падение на нём составит 1В, а мощность на нём будет рассеиватся в 1 ватт. Теперь подадим на него меандр со СРЕДНИМ током в 1 ампер - напряжение падения в импульсах увеличится вдвое. Средний ток остаётся средним - 1 ампер, но рассеиваемая резистором мощность увеличивается до 2-х ватт...

2 Вт это импульсная мощность, средняя останется 1 Вт. для примера из собственного опыта: импульсная мощность РЛС более 10 кВт, при работе на излучение во дворе института используется эквивалент нагрузки с тепловой мощностью рассеяния менее 10 Вт.

Пример несовсем в "тему" ибо в вашем случае импульс задаётся с внешнего генератора, да и длительность его очень мала (мкс или мс)
из чего и получаются такие импульсные мощности, в нашем случае присутствует искажение формы тока проходящее через автомат .

[INFERION]

2 Вт это импульсная мощность, средняя останется 1 Вт. для примера из собственного опыта: импульсная мощность РЛС более 10 кВт, при работе на излучение во дворе института используется эквивалент нагрузки с тепловой мощностью рассеяния менее 10 Вт.

Не исключаю возможность своей ошибки, но приведу пару формул из закона Ома, которыми я руководствовался.
Вариант первый:
1. U=I*R - ток умноженый на сопротивление даёт нам просадку напряжения на резисторе. 1А*1Ом=1В.
2. P=I*U - умножая ток на напряжение падения узнаём мощность тепловыделения на резисторе. 1А*1В=1Вт.
Вариант второй:
1. Ток импульсный и в среднем равен 1-му амперу, но его аплитуда - 2 ампера. 2А*1Ом=2В
2. Берём импульсный ток для расчёта моментального тепловыделения - 2А, и получаем 2А*2в=4Вт.
3. Вычисляем во сколько раз средний ток меньше импульсного - 2А/1А=2раза.
4. Вычисляем среднюю рассеиваемую мощность резистора, которая в столько же раз меньше, во сколько раз средний ток меньше импульсного - 4Вт/2раза=2Вт.
Т.е. в два раза больше чем в первом варианте, хоть средний ток такой же. А эквивалент нагрузки - это паралельное подклучение. Тут напряжение не увеличивается при увеличении тока. Оно задаётся самим источником.

Пример несовсем в "тему" ибо в вашем случае импульс задаётся с внешнего генератора, да и длительность его очень мала (мкс или мс)
из чего и получаются такие импульсные мощности, в нашем случае присутствует искажение формы тока проходящее через автомат

Согласен, но в голову ничего лучше не пришло. Импульсы не очень малы, они равны скважности, а частота роли тут не играет. Формы не так уж и отличаются от примера. Ведь выпрямитель начинает потреблять ток только в тот момент, когда в сети напряжение выше, чем на накопительных конденсаторах. И при очень больших ёмкостях мы какраз и получим очень короткое время, но с очень большим током зарядки, так как конденсаторам надо успеть впитать всё, что они отдавали в нагрузку в течении остального времени + сама нагрузка продолжает кушать, а в момент снижения напряжения в сети ниже накопленного - и она от неё отключается.

[MAN53]

2 Вт это импульсная мощность, средняя останется 1 Вт. для примера из собственного опыта: импульсная мощность РЛС более 10 кВт, при работе на излучение во дворе института используется эквивалент нагрузки с тепловой мощностью рассеяния менее 10 Вт.

Не исключаю возможность своей ошибки, но приведу пару формул из закона Ома, которыми я руководствовался.
Вариант первый:
1. U=I*R - ток умноженый на сопротивление даёт нам просадку напряжения на резисторе. 1А*1Ом=1В.
2. P=I*U - умножая ток на напряжение падения узнаём мощность тепловыделения на резисторе. 1А*1В=1Вт.
Вариант второй:
1. Ток импульсный и в среднем равен 1-му амперу, но его аплитуда - 2 ампера. 2А*1Ом=2В
2. Берём импульсный ток для расчёта моментального тепловыделения - 2А, и получаем 2А*2в=4Вт.
3. Вычисляем во сколько раз средний ток меньше импульсного - 2А/1А=2раза.
4. Вычисляем среднюю рассеиваемую мощность резистора, которая в столько же раз меньше, во сколько раз средний ток меньше импульсного - 4Вт/2раза=2Вт.
Т.е. в два раза больше чем в первом варианте, хоть средний ток такой же. А эквивалент нагрузки - это паралельное подклучение. Тут напряжение не увеличивается при увеличении тока. Оно задаётся самим источником.

Опять гадание на кофейной гуще. А всё значительно проще! Читаем литературу, ходим в Гугль считаем на бумажке, калькулятор, или используем готовые программы для расчёта. Смотрим пристёжку и находим все ответы по теме почему автомат срабатывает и диоды
выгорают. В таблице ток вторичной обмотки = входному току протекающему в сети.

[Пухич]

Пиковый ток - это круто. И диоды горят по пиковому току (локальные перегревы). Но тогда они погорели бы раньше.

Есть предположение, что иногда происходят какие-то коммутации (что там регулирует), и это приводит к таким экстратокам, которых диоды уже не держат (и автомат тоже). Ведь обычные импульсы заряда кондеров они держат. Только в какие-то моменты времени они пробивают сильно. Либо идет накопление импульсных токов (сильно похоже). Автомату на 50А надо больше времени на накопление - вот он и выключил позже.

Вообще надо бы выбрать диоды с большим запасом и глянуть, что будет. Хорошо бы под осциллом пройтись.

Чесгря, идея с кондерами - не очень. Лучше было бы переделать ТЭНы. Или автотранс.

[yuriko]

довольно необычное решение проблемы... данная схема не будет рабочей! вы не учли импульсы тока.очень вредное явление.надо изменить схему или найти другой вариант решения данной проблемы!

[MAN53]

довольно необычное решение проблемы... данная схема не будет рабочей! вы не учли импульсы тока.очень вредное явление.надо изменить схему или найти другой вариант решения данной проблемы!

Во как! Переведите на РУССКИЙ свой пост ! Или попытайтесь прочесть ВСЮ тему с первого поста! И приведите ФАКТЫ не обсужденные в теме , реально

[ploop]

Вычисляем среднюю рассеиваемую мощность резистора, которая в столько же раз меньше, во сколько раз средний ток меньше импульсного - 4Вт/2раза=2Вт.

Вы тут не учли еще и напряжение. Оно тоже меньше в 2 раза. Итого - 4Вт/2/2=1Вт. Мощность тоже будет средняя. Её можно проще рассчитать - Uср*Iср.

[INFERION]

Вычисляем среднюю рассеиваемую мощность резистора, которая в столько же раз меньше, во сколько раз средний ток меньше импульсного - 4Вт/2раза=2Вт.

Вы тут не учли еще и напряжение. Оно тоже меньше в 2 раза. Итого - 4Вт/2/2=1Вт. Мощность тоже будет средняя. Её можно проще рассчитать - Uср*Iср.

Если мы усредним ещё и напряжение - получим неверный результат, т.к. уже не будет учитыватся импульсный характер тока.
Постоянный - 1В*1А=1Вт
Меандр - 2В*2А/2=2Вт. Так как скважность импульса в меандре равна его длительности, то делим на два. Усреднять ничего не нужно. Надо было мне сразу эти примеры написать. А я начал разжевывать всё. И только запутал...
Я на это дело постоянно натыкаюсь при расчёте температурных режимов импульсных устройств. Чем длительнее импульс, тем меньше теряется энергии на ключах при той же средней мощности.
Вот если бы в нашей сети вместо переменного тока был постоянный - мы бы в проводке теряли на корень из двойки (1,4) раза меньше энергии на оммическом сопротивлении. Но это только как пример. На практике с постоянным током сложнее будет обращатся в наше время.

P.S. Что-то автор темы притих. Похоже наши дискуссии тут больше никому не нужны .

[ploop]

действительно запутанно вышло.
Вы увеличили мощность не в 2, а в 4 раза, поэтому меандр по мощности и получился в 2 раза больше постоянки.
Самый простой способ прикинуть соотношение по мощности разной формы сигналов - посчитать площадь по графику, между осью Х и самим графиком.

Вот если бы в нашей сети вместо переменного тока был постоянный - мы бы в проводке теряли на корень из двойки (1,4) раза меньше энергии на оммическом сопротивлении. Но это только как пример. На практике с постоянным током сложнее будет обращатся в наше время.

Не понял что-то... Если был бы постоянный - напряжение было бы 220В. Это число и взято для рассчетов мощности на активной нагрузке. А амплитудное сами знаете - 310.