Theorie und Beispiele von AC Resonant Aufladung,

RESONANTE AUFLADEN

Die Verbindung eines Tank-Kondensators über eine induktiv ballasted Versorgung erstellt ein Resonant Circuit.

Die folgenden Grafiken zeigen den Frequenzgang eines 10kv/100mA Neon Sign Transformators mit einem "ausgeglichenen" 32nF-Tank-Kondensator. Dieser Kondensator wurde bewusst gewählt, um eine Resonant Circuit an genau die 50 Hz Zeilenfrequenz zu bilden.

C wird so gewählt, dass F = 1 / 2*pi*sqrt(L*C) = 50 Hz.

Auf das obere Diagramm zeigt die rote Linie der normalen Leerlaufspannung aus der Transformator. Die grüne Linie zeigt die endgültige Spannung über den Transformator, wenn der Kondensator, über sie angeschlossen ist und Resonanz findet. Ein Frequenz-Antwort-Diagramm wie diese zeigt, wie die Spannung mit verschiedenen Versorgung Frequenzen variiert.

Beachten Sie, wie die Spannung über der normalen Leerlaufspannung des Transformators steigt, wie die Linie-Frequenz 50 Hz Ansätze. Die maximale tritt bei 50 Hz und die Spannung dann fällt weg, da die Frequenz weiter erhöht wird. (Die Simulation prognostiziert eine endgültige Spannung von fast 200KV, wenn eine 50 Hz Versorgung verwendet wird! In der Praxis würde Scheitern der Transformator oder Kondensator den resonanten Aufstieg-Effekt lange stoppen, bevor solch eine Hochspannung entwickeln könnte.)

Die untere Grafik zeigt wie die aktuelle von der Transformator geliefert durch die Bildung der Resonant Schaltung beeinflusst wird. Die rote Linie zeigt die normale Kurzschlussstrom Neon liefern, und die grüne Linie zeigt den aktuellen an der "abgestimmten" Kondensator bei verschiedenen Versorgung Frequenzen geliefert.

Beachten Sie, wie der Strom unterhalb der Nennstrom ist, wenn die Zeilenfrequenz deutlich unter oder über 50 Hz ist. Bei Frequenzen ist beiderseits der zirkulierenden 50Hz aktuelle gleich die 100mA Nennstrom des Transformators. Wie die Linie-Frequenz 50 Hz Ansätze erhöht die zirkulierenden aktuelle. Die Simulation prognostiziert fast 2 Ampere bei 50 Hz. Das ist 20 Mal die aktuelle die Geschobene Transformator soll in einen Kurzschluss zu ermöglichen, und destruktive Heizung der Wicklungen führen würde.

Die beiden diese Graphen zeigen, was passiert am die WORST CASE wenn ein MATCHED Kondensator wird verwendet, und es gibt Nr. FUNKENSTRECKE der Energie gehen irgendwo vorzusehen. Bei einer entsprechend festgelegten Funkenspalt wird würde die dann regelmäßig Energie löst entfernt werden, aus dem schwingenden System vor die Spannungen und Ströme konnte zu solchen schädlichen Niveau aufbauen.

In diesem Beispiel ist hier enthalten, weil es zeigt, dass vier Dinge:-

1. Es zeigt, wie wichtig es ist, legen Sie in der korrekten Sicherheitslücken zu übermäßigen Spannungsanstieg zu unterbinden, wenn mit einen Kondensator, die Nähe zu "Größe abgestimmt".

2. Es zeigt, dass die Tank-Kapazität effektiv heraus die Ballast-Induktivität nahe der Resonanzfrequenz wird abgebrochen. In diesem Beispiel bei 50 Hz ist der Strom 2A die Strombegrenzung durch nur der Wicklungswiderstand führt. Der induktive Einschotterung Effekt der magnetischen Shunts wird eliminiert.

3. Es zeigt, dass Strom aus gezeichnet wird, obwohl noch kein Strom aus dem System genommen werden. (Es gibt keine Funkenstrecke um die Kondensatorentladung.) Der fließende Strom ist reaktive Strom und Energie "schwappt" innerhalb und außerhalb des Tank-Kondensators darstellt, wie er geladen ist, in unterschiedliche Richtungen durch die positiven und negativen Zyklen der Versorgung.

4. Es zeigt die "Form" der LC resonant Antwort, bevor die Wirkung einer Funkenstrecke eingeführt wird.

Der Zusatz von einer richtig Set Funkenspalt wird den Spannungsanstieg gestattet zwar den Vorteil der erhöhten Gebühren immer noch aktuelle begrenzen.

Resonante aufladen kann mit Neon Sign Transformatoren und induktiv ballasted Leistungstransformatoren stattfinden. Der einzige Unterschied ist, dass der Ballast in der Neon-Transformator eingebaut ist. Leistungstransformatoren, haben jedoch viel niedrigere interne Verluste. Dies führt zu einem höheren Q-Wert und verursacht intensiver Spannung und curreNT steigt um die Resonanzfrequenz.

Durch die Intensität des Effekts resonant Aufstieg ist es nicht immer wünschenswert, einen "abgestimmten" Kondensator zu verwenden, der bewirkt, dass die Resonanz auf genau die Zeilenfrequenz. Die Grafik unten zeigt die Auswirkungen der Verwendung "kleiner als Resonanz" und "größere als Resonanz" Kondensatoren auf der gleichen 10kv/100mA-Neon liefern. (Die Lieferung hat noch keine Funkenstrecke angeschlossen, nur der Tank-Kondensator).

Linie 1 zeigt eine 128nF Mütze (4 x "Matched" Größe) Fres = 25,0 Hz
Zeile 2 zeigt eine 64nF Mütze (2 x "Matched" Größe) Fres = 35, 4 Hz
Linie 3 zeigt eine 32nF Mütze (1 x "Matched" Größe) Fres = 50,0 Hz
Linie 4 zeigt eine 16nF Cap (1/2 "Matched" Größe) Fres = 70,7 Hz
Zeile 5 zeigt eine 8nF Cap (1/4 "Matched" Größe) Fres = 100 Hz

Die weißen Kreuze zeigen das Finale Spannung, die durch resonante Aufstieg mit einer 50 Hz Versorgung auftreten würde, wenn die Funkenstrecke abwesend war oder nicht feuern. Es ist leicht einzusehen, dass der Spannungsanstieg wesentlich geringer bei einem Kondensator ist, die nicht "abgestimmten" Größe ist. Transformator und Kondensator eventuell eine Chance dieser Überspannung zu überleben, wenn die Funkenstrecke zu breit für Feuer eingestellt war. Linie 3 mit übereinstimmenden GAP stellt eine bestimmte Tod Situation dar, wenn der Funkenstrecke zu Fehlzündung!

Die weiße Kreuze auf den Linien 1 und 2 zeigen die Auswirkungen der Verwendung von Kondensatoren, die größer als gesuchte Größe sind. Wie der Kondensator größer gemacht wird tendiert die Spannung Richtung Null. (Das Angebot ist weniger in der Lage ist, den größeren Kondensator aufladen werden.)

Die weiße Kreuze auf den Linien 4 und 5 zeigen die Auswirkungen der Verwendung von Kondensatoren, die kleiner als gesuchte Größe. Wie der Kondensator ist kleiner tendiert die Spannung der normalen Leerlauf-Bewertung des Transformators. (Der Transformator ist leichter geladen zu werden.)

Linie 2 stellt einen Sonderfall dar. 2 X "Matched" Kondensator Wert bewirkt, dass keine resonante Aufstieg bei 50 Hz und die endgültige Spannung gleich was die Leerlaufspannung des Transformators normalerweise wäre. Dies ist der einzige Kondensator-Wert führt keine Spannung an die Netzfrequenz zu steigen, und dient deshalb "Inductive Kick" in einem separaten Abschnitt unten zu untersuchen.

der Schlüssel zur Herstellung resonant Anstieg einer Tesla-Transformator-Stromversorgung ist nur die gewünschte Spannungsanstieg und nicht mehr zu erreichen. Dies kann durch sorgfältige Einstellung der ein 100 BPS synchron rotierende Funkenstrecke. In das resonant Ladesystem sloshes Energie hin und her zwischen den Ballast-Induktivität und der Tank-Kondensator aufbauend auf jedem Zyklus, wie durch den Transformator mit Strom versorgt wird. Der Brand-Point der Dreh Lücke muss festgelegt werden, so dass eine erhebliche Menge an Energie aus das Ladesystem entfernt wird, während es in der Tank-Kondensator ist. Diese Energie geht in die Tesla-Spule primäre wicklung um gute Funken zu erzeugen und verhindert, dass das Niveau der Energie in das Ladesystem Himmel rasant in gefährliche Höhen schnellen.

Das Ergebnis von zwei unterschiedlichen Zeiten (Phase-Einstellungen) synchron rotierende Kluft 100 BPS sind unten gezeigt:

In diesem ersten Diagramm wird die Dreh-Phase nicht korrekt eingestellt. Obwohl der Kondensator ein hoch genug Spannung aufgeladen wird, wird der Brand-Punkt ist zu spät und tritt zu weit nach dem Höhepunkt der Spannung. Folglich ist wenig Energie aus den resonanten Ladeschaltung entfernt und die Spannung steigt auf ein gefährliches Niveau in wenigen Millisekunden.

In die Grafik unten der Dreh-Phase wird in der Nähe die optimale Position festgelegt. Zunächst einmal feststellen Sie, dass die Spannung-Skala jetzt realistischer. Die Funkenstrecke ausgelöst wird, wenn der Kondensator bei seiner Spitzenspannung ist und mehr Leistung in der Tesla-Spule-System bietet. Da eine Menge Energie aus der Kondensator auf jeden Firing der Lücke entfernt wird, gibt es fast keine Resonanz Anstieg aufgrund Energie aufzubauen, die Ladeschaltung.

Der Unterschied im Dreh Timing zwischen diesen Beispielen ist weniger als 2 ms, und es ist leicht einzusehen, dass der erste Fall katastrophal wäre, wäre eine gute Sicherheits-Lücke nicht beschäftigt, die resonant Spannungsanstieg vorzugehen. In der Praxis würde eine gute Dreh Einstellung irgendwo zwischen den beiden obigen Beispielen liegen. Wenn die Komponenten empfindlich sind und Überspannung minimiert werden muss wird das Timing in der Nähe der Unterseite des Gehäuses sein. Wenn die Komponenten robust sind und mehr Überspannung toleriert werden kann kann das Timing verzögert werden, um Resonanz Aufstieg und gehen Sie näher an das obere Beispiel. Dieser muss mit Vorsicht als Änderung der Phase von a 100 BPS Lücke wird geschehen geben einige Kombinationen mit sehr leistungsstarken resonant Aufstieg und hohe Stromaufnahme!

Funkenstrecke Versagern,

Da resonant Spannungsanstieg von Uhrzeit lebt, erforderlich für die Spannung zu Aufbau, ist es überlegenswert, was passiert wenn unsere Funkenstrecke versehentlich war eine Auslösung vermissen würde. Wenn eine rotierende Lücke misfires, kann es nicht weiteren Schuss bis zum nächsten Mal, das die Elektroden ausgerichtet sind. Dies bedeutet, dass wenn eine Auslösung verpasst ist es doppelt so lang zwischen Einleitungen des Kondensators Tank ist, und dadurch wird die Spannung zum Ring bis zu einer höheren Spannung.

Computerbasierte Simulation Pakete wie PSpice sind ideal für Vorhersagen was würde Acanheben passieren unter solchen Umständen, ohne zu riskieren keine teuren Komponenten. Die nachstehende Grafik zeigt die Auswirkungen der ein richtig Set, 100 BPS synchron rotierende Abstand, nicht das Feuer auf t = Zugriffszeit. Die Energie, die zu diesem Zeitpunkt nicht aus dem System entfernt wird bleibt das Ladesystem und bewirkt, dass die Spannung am nächsten abfeuern der Funkenstrecke höher zu sein.

Beachten Sie, dass keine Überspannung am eigentlichen Punkt wo die Entlassung wurde verpasst, aber der Kondensator-Spannung-Schaukel wieder aggressiv in Richtung eine viel höhere positive Spannung vor dem nächsten feuern. Die Spannung Spitze hier ist um zweimal die normale Spitzenspannung, gesehen vom Tank-Kondensator und Transformator und könnten eine Gefahr für eine marginal bewertet Komponente darstellen.

Hinweis: in diesem Beispiel wird einen "abgestimmten" Kondensator, der sehr große Resonanz bei der Linie-Frequenz gibt, und erhebliche Überspannung tritt nach nur eine verpasste feuern. Wenn die Funkenstrecke zu breit gesetzt ist und es mehrere angrenzende verpasste Verschuß gibt steigt die Spannung höher noch. Daher ist es wichtig, eine richtig eingestellt Sicherheits-Lücke ist bei der Verwendung von eines übereinstimmenden Kondensators, vor allem in Kombination mit einer low-Speed-Rotary ausgestattet.

Die synchrone 200 BPS-Rotary ist toleranter falsche Phase Einstellungen und Entlassungen verpasste. Dies ist da bei 200 BPS das schwingenden System doppelt so häufig entladen ist. Die Zeit, in der resonante Aufbau auftreten kann, daher halbiert wird, jedoch gibt es Nachteile zu diesem zu. Dies wird in einem anderen Abschnitt näher erläutert.

Breite statischen Lücken,

Resonante aufladen gilt nicht nur für Systeme mit einem rotierende Funkenstrecke. Resonante aufladen ist das Mittel, durch die eine große statische Lücke kann Feuer und guten Leistung zu geben.

Ein eng beieinander statische Funkenstrecke feuern mit einer relativ niedrigen Spannung, verursacht des Tank-Kondensators viele Male pro Lieferung Zyklus aufgeladen werden. In der Grafik wurde unten eine Simulation ausgeführt mit einem statischen Lücke-Satz bei 14Kv Feuer (Dies ist nur unter der Spitze Leerlaufspannung des Transformators, so es nur feuern würde, wenn über den Transformator allein verbunden.) Das Auslösen der statischen Lücke ist ziemlich unberechenbar, mit etwa 2 bis 3 Zündungen pro halben Zyklus der Versorgung. Diese erratische Feuern ist ganz normal. In diesem Fall ist die durchschnittliche Feuerrate rund 250 BPS.

In die Grafik unten die statischen Lücke war "eröffnet-bis" 22KV, schießen die ist höher als die normalen Höhepunkt-Ausgangsspannung des Transformators. Es kann nur durch resonante Aufstieg, Feuer, also die Zeit zwischen den Verschuß größer ist. In diesem Fall gibt es zwischen 1 und 2 Zündungen pro halben Zyklus im Durchschnitt. Daher ist die durchschnittliche Pause Wert auf rund 150 BP gefallen. Die Energie jedes Bang hat jedoch wegen der erhöhten feuern-Spannung erhöht.

Im Beispiel oben die Zündung Spannung besteht zu 57 % höher als im vorherigen Beispiel. Da in der Tank-Kondensator gespeicherte Energie mit dem Quadrat der Spannung ansteigt, ist die Energie Knall 2,46 mal so im ersten Beispiel. Doch die Feuerrate im zweiten Beispiel ist niedriger. In der Tat ist die Feuerrate etwa 150 im Vergleich zu 250 im vorherigen Beispiel. Zusammenfassend lässt sich sagen Verbreiterung der statischen Lücke die Knall-Energie Erhöhung um 2,46 mal verursacht hat, und die Feuerrate mit einem Faktor von 0.6 dies zu ändern gibt einen Gesamtanstieg macht Durchsatz von fast 50 %! Deshalb weit statische Funken Lücken geben guten Leistung, aber betonen auch Komponenten, dadurch, dass eine große Resonanz Spannungsanstieg auftreten.

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