Maksymalny prąd cewki indukcyjnej...

[obi one kenobi]

Witam.

Potrzebuję wzoru na policzenie maksymalnego prądu, który uzyskam z cewki pracującej w układzie przetwornicy DC/DC obniżającej napięcie...

Jako dane mam:

- stałą Al rdzenia;

- jego efektywną powierzchnię;

- jego efektywną objętość;

- maksymalną indukcję magnetyczną materiału rdzenia.

Cewka będzie pracować w topologii Buck, więc będzie przez nią przepływać ciągły prąd.

Czy przepływ składowej stałej prądu ma jakiś wpływ na wartość maksymalnego prądu cewki??

Proszę o odpowiedź.

Łukasz Kiełbowicz

[Witgol]

To chyba liczenie nie w tym kierunku.
Najpierw trzeba znać potrzeby - tzn. jaki zasilacz jest potrzebny - jaka częstotliwość, jakie prądy, jakie napięcia itd. - to podczas projektowania pozwala wyliczyć potrzebną wartość indukcyjności i wartość maksymalnego prądu, jaki będzie płyną w indukcyjności. Dopiero po tym można, na podstawie tych danych sprawdzić, czy dany rdzeń spełnia założenia projektu.
Odwrotnie się nie da. Jak nie znamy potrzebnej indukcyjnosci, to nie wiadomo ile zwoi - więc nic nie można wyliczyć. A od wartości indukcyjności trzeba zacząć.
Co do prądu stałego - nie ważne jaest ,jaki to prąd płynie przez cewkę - nigdy nie wolno przekroczyć dopuszczalnego maksymalnego prądu nasycenia.
Pozdrawiam.

[obi one kenobi]

Witam.

Chcę zbudować spawarkę TIG na prąd 250A w topologii mostka H + buck, czyli za zmianę polaryzacji elektrody względem spawanego podłoża będzie odpowiedzialny mostek H, w którego poprzeczną gałąź będzie włączona szeregowo cewka indukcyjna i łuk spawalniczy...

Średni prąd przepływający przez tą cewkę będzie wynosił 250A a zmiany prądu będą na poziomie +/- 5A, czyli dla zasilania mostka H z sieci trójfazowej mam około 315VDC na wejściu mojej przetwornicy buck, zaś napięcie wyjściowe na łuku przy prądzie 250A wyniesie około 30V, więc cewka będzie podłączana na około 0.1 okresu do różnicy napięcia około 300 V zaś przez około 0.9 okresu będzie oddawać energię...

Przetwornica buck będzie pracować na częstotliwości 50 kHz, więc czas ładowania energii z sieci to około 2us, zaś czas oddawania energii to około 18us...

Z prostego wyliczenia potrzebowałbym około 120uH...

Znalazłem chyba największy rdzeń produkowany na świecie:

http://www.ferroxcube.com/prod/assets/tx14010625.pdf

Ten rdzeń powinien z łatwością sobie poradzić z prądem 250A, a nawet nie wiem czy można by zastosować mniejszy rdzeń, bo ten waży 800g i pewnie kosztuje fortunę...

Jako łączników w mostku H będę stosować tranzystory IGBT na ciągły prąd 300A, zaś jako prostownik trójfazowy będzie zastosowany mostek na ciągły prąd 400A, więc jeśli chodzi o inne elementy, to nie ma problemu...

Tylko mam problem z dobraniem odpowiedniego rdzenia, żeby zbudować cewkę na prąd maksymalny 255A przy napięciu wejściowym 300V i częstotliwości taktowania 50 kHz

Proszę o pomoc

Pozdrawiam

Łukasz Kiełbowicz

[Witgol]

Gdyby to było takie proste...
Ale po kolei:
1. Nawet, jeżeli wykonasz taką przetwornicę, to przemyśl następującą sprawę: spawasz, przerywasz spawanie i --- co się dzieje z właśnie nagromadzoną energię w rdzeniu, gdy przerwałeś spawanie? W normalnych przetwornich typu buck energia ta ładuje kondensator na wyjściu przetwornicy (kiedy napięcie na nim wzrośnie, przetwornica wyłącza zasilanie indukcyjności); niestety porcja energi zmagazynowana w rdzeniu musi gdzieś być oddana w momencie przerwania poboru prądu - przerwania spawania... a jast to całkiem niemały prąd i energia...
2. Podczas prostowania napięcia jednofazowego, faktycznie otrzynuje się około 320V (230V * 1,41). Ale przy prostowaniu mostkowym napięcia trojfazowego otrzymasz ponad 600V ( a nie 315V jak piszesz). Chyba że zastosujesz prostowanie jednopołówkowe (co przy sieci trójfazowej byłoby co najmniej dziwne...)
3. Zakładając nawet tylko 350V na wejściu przetwornicy to i tak sterowanie tranzystorami w przetwornicy będzie prawie niemożliwe - czas załączenie od nanosekund (przy minimalnym obciążeniu przetwornicy) do maksymalnie około 1,7 us przy maksymalnym obciążeniu. To już naprawdę ekstremalne warunki strowani przy przełączanych prądach na poziomie 300A !!!
4. W załącznikach zamieszczam przykładowy rysuneczek przebiegu prądu przy założeniach 350V na wejściu 250A/30V na wyjsciu. Jak widać indukcyjność wcale nie będzie tak duża jak podajesz - to zaledwie kilka uH !!! No i prądy w przetwornicy Buck są większe niż prąd wyjściowy - wcale nie owe 255 A tylko jak widać co najmiej 300A. Faktycznie, można zmniejszyć tętnienia prądu wyjściowego znacząco zwiększając indukcyjność i uzyskując mniejszy prąd maksymalny w indukcyjności, ale: po pierwsze większa indukcyjność przy tak dużym prądzie to coraz większe (kosmiczne) rdzenie a po drugie - coraz większa energia zgromadzona w indukcyjności, a nie ma co z nią zrobić przy gwałtownym zaniku obciążenia (nawet jeżeli gwałtownie wyłączymy tranzystory, to i tak energia przecież jest już właśnie zgormoadzona w rdzeniu).
5. Stosując rdzenie bez szczeliny powietrzej nie uda się uzyskać bez problemów prądów rzędu 300A; Dla takiego rdzenia, jak wyszukałeć maksymalny prąd nasycenia, jaki może być przeniesiony przez ten rdzń przy indukcyjności około 6uH (2 zwoje!!!) to zaledwie niecałe 20A !!!!
6. Jedyna możliwośc to niestety rdzeń ze szczeliną powietrzną i to i tak będzie jakiś kosmiczny rdzeń.
7. jedna ze względu na wspomniane wcześniej problemy podczas zaniku obciążenia, nie radzę czegoś takiego nawet próbować
8 Wzorek do prostego, przybliżonego wyliczona maksymalnego prądu w rdzeniu:
danetrzeba oczywiście sobie przygotować, bo oprócz parametrów rdzenia, ptrzebna jest np. liczba zwojów, która będzie wynikała z potrzebnej indukcyjnosci (a ta zależy od pradów, częstotliwości itd):
- Bmax - maksymalna dopuszczalna indukcja w rdzeniu (typowo ok. 03T)
- Ae - wiadomo, parametr rdzenia
- Al - parametr rdzenia, oczywiście realny, uwzględniając już ew. szczelinę powietrzną
- N - ilość zwojów
- Imax - dopuszczalny MAKSYMALNY (szczytowy) prąd w uzwojeniu
Wówczas (w przybliżeniu):

I max = (Bmax * Ae) / (N * Al)

Jak widać jednak koncepcja przetwornicy typu BUCK moim zdaniem nie jest najlepsza do tej aplikacji. Tak duży prąd przy wymaganiu gromadzenia energii w rdzeniu nie jest chyba najlepszym rozwiązaniem. Dodatkowo dosyć trudno utrzymywać konkretne napięcie na wyjsciu. Wydaje mi się, że jednak koncepcja przetwornicy typu transformatorowego (push-pull) może okazać się znacznie prostsza do realizacji, nie tylko ze względu na brak gromadzenia energii w rdzeniu, ale również na znacznie prostszą kontrolę napięcia i prądu wyjściowego.

Pozdrawiam

[bartekgajos]

Witam

Przy tak duzych prądach najlepszym rozwiązaniem może okazać się przetwornica typu "FULL BRIDGE"

Polecam seminaria unitrode z TEXAS INSTRUMENTS ( dostępne bezpośrednio na stronie www.ti.com, w dziale knowledge base.

pozdrawiam
Bartek