Моделирование пульсаций мостового выпрямителя

Я смоделировал в LTSPice работу схемы, ранее предоставленной Виктором.

Параметры модели диода 1N5711 взяты от ST Microelectronics.
Температура +27 градусов Цельсия.
Частота сигнала источника 10 МГц.

Проведена серия расчетов переходных процессов при амплитуде ЭДС источника от 0 до 15 вольт с шагом 0.5 вольт (директива .step param V 0 15 0.5 ).
Каждый переходный процесс в серии рассчитывался в интервале от 0 до 2.5 миллисекунд (директива .tran 2.5ms)
Выходное напряжение измерено на катоде диода (метка цепи n003)

По результатам серии построена зависимость выходного напряжения v_out (на катоде диода) от амплитуды синусоиды ЭДС источника v_in.
Поскольку при указанных параметрах элементов через 2.5 миллисекунды процесс можно условно считать установившимся, то выходное напряжение измерено в момент t=2.5мс (директива .meas TRAN V_OUT FIND V(n003) AT 2.5m )
График зависимости v_out от v_in приложен. Также приведен график зависимости "дельты"(то есть значения v_in - v_out) от v_in

В приложенном ZIP архиве находится текстовый файл с результатами расчета. Из него можно взять цифры v_in и v_out для дальнейшего использования

PCM, я видел эту страницу, спасибо.

Здесь, кстати, нужно обратить внимание по какой схеме идет расчет, а именно как включен резистор 50 Ом, последовательно с диодом или параллельно источнику. При импульсах тока через диод порядка 10 мА это должно дать разницу. Могут измениться и сами импульсы.

Цитата: SYN от Январь 20, 2024, 03:52:16 am

а именно как включен резистор 50 Ом, последовательно с диодом или параллельно источнику.

У меня схема реальная, только номинал R2 взят с потолка, но вряд ли там будет больше нескольких Ом, источник - это выход трансформатора тока, нагруженного на 50 Ом.

Цитата: 0лег от Январь 19, 2024, 09:16:38 pm

Я смоделировал в LTSPice работу схемы

Спасибо. Как бы всё сходится в разных программах- и с практикой ... А график V -in-out - это вообще классика, теперь без сомнений внесу это в калибровку своего прибора.
Это график при использовании миллиапмерметра на 1 мА. Часто используют головки на 100 мкА ( да и в схемах с микропроцессорами тоже) - тогда нужно вместо 13 кОм поставить 130 кОм. Интересно было бы глянуть на график V-in-out для этого случая .
P.S. Скачал LTSpice, попытаюсь освоить. Выложенная схема в виде файла модели очень помогла бы для первого шага

Цитата: UA9OC от Январь 20, 2024, 11:06:16 am

Часто используют головки на 100 мкА ( да и в схемах с микропроцессорами тоже) - тогда нужно вместо 13 кОм поставить 130 кОм. Интересно было бы глянуть на график V-in-out для этого случая

Вот результаты моделирования для R3=130k. Я увеличил интервал расчета каждой кривой до 25 миллисекунд.
Модель и журнал с результатами приложены в ZIP архиве.

Цитата: 0лег от Январь 20, 2024, 02:15:05 pm

Вот результаты моделирования для R3=130k.

Как и ожидалось, здесь дельта поменьше, но всё равно подлежит учёту :-). Цифры теперь есть, и модели, всю инфо можно вытащить в нужном варианте.
Спасибо.

Нашел изъян в своем расчете. Сопротивления вторичной обмотки трансформатора для расчета мало. Мысль эта сидела, да некогда заняться. Нужно, конечно же, вводить активное сопротивление обеих обмоток трансформатора, приведенное к сопротивлению вторичной обмотки. Просто ведь все. А ищется оно очень просто. Именно эту формулу я честно подсмотрел хотя в ней ничего необычного или секретного нет, сопротивление трансформируется в квадрате. Здесь R1 - сопротивление постоянному току первичной обмотки, R2 - вторичной, Е2 - ЭДС вторичной обмотки, U1 - напряжение первичной обмотки. По идее нужно учитывать еще и Х, но чаще всего им можно пренебречь. Теперь при расчете БП все получается существенно точнее.

Цитата: SYN

Нужно, конечно же, вводить полное сопротивление трансформатора, приведенное к сопротивлению вторичной обмотки.

Конечно же...
Там ещё и внутреннее активное сопротивление источника учитывается, которое можно просто к активному сопротивлению первички прибавлять...cr123

Цитата: Игорь

Там ещё и внутреннее активное сопротивление источника учитывается,

Ну да но оно не велико в принципе, если транс не огромный конечно. С этим кстати связан один диалог в магазине, когда я покупал то-ли выключатель, то ли что-то еще и пришлось вспомнить про ток КЗ. Так продавец в магазине стал мне объяснять, что сопротивление сети равно нулю!

ps Я часть текста, которую Вы процитировали, чуть изменил, изначально не совсем точно выразился. Правда это для трансформаторов относительно небольших. Для больших (масляных, в сетях электроснабжения) как раз наоборот, пренебрегают активной составляющей, а учитывают X.

В последнее время на форумах было много обсуждений о параллельной работе 2-х мостов, каждый притаемый от своего трансформатора, на общий конденсатор с нагрузкой. Моделировать это можно с помощью такого уравнения. В примере имеем 2 трансформатора с одинаковым приведенным сопротивлением, но ЭДС вторичных обмоток у них 1000 и 980 В, это видно на графике.

В уравнении:
E1 и E2 - амплитуды ЭДС вторичных обмоток трансформаторов
R1 и R2 - приведенные сопротивления трансформаторов
Rn - сопротивление нагрузки
Uc - напряжение на конденсаторе
Первый член в скобках - ток второго выпрямителя
Соответственно для первого выпрямителя меняем индексы с двойки на единицу

Коммутируем диоды (точнее в данном случае R1 и R2, падение на диодах здесь не учтено) как и прежде, по условию превышения напряжением конденсатора Uc над E1 для первого трансформатора и Е2 для второго.

Можно сделать тоже самое и для схемы, где мосты разделены дополнительным диодом, для надежности. Несмотря на похожесть это другая схема, конденсаторов здесь именно 2 и они разделены диодами, т.е. каждый из них отдает в нагрузку ток независимо, а при низком напряжении второго трансформатора второй конденсатор просто отключается от схемы диодом, емкость фильтра становится вдвое ниже. Для того, что бы смоделировать такую работу нужно написать 2 уравнения, работающих в системе, и три условия коммутации, 2 из них для каждого выпрямителя, точно так же как в обычном мостовом выпрямителе (работа выпрямительного диода), третье по условию сравнения напряжений на конденсаторах с закрытием соответствующего дополнительного диода.

В уравнениях:
R11 и R21 - приведенные к вторичной обмотке сопротивления трансформаторов,
R12 и R22 - сопротивления дополнительных диодов, коммутируем их от Ома до мегаом,
E1 и E2 - мгновенные значения ЭДС трансформаторов,
Uc1 и Uc2 - напряжения на конденсаторах,
Rn - сопротивление нагрузки.

В примере работа 2-х трансформаторов с выпрямителями, приведенные сопротивления трансформаторов одинаковы. У одного трансформатора амплитуда ЭДС 1000 В, у второго 930 В. На графиках хорошо видно, как выпрямитель с меньшим напряжением "подхватывает" нагрузку в провалах первого выпрямителя. Можно вывести и токи выпрямителей.

Цитата: SYN

Можно вывести и токи выпрямителей.

Поскольку в схеме c двумя дополнительными диодами последние могут запирать друг друга, ток в нагрузку может отдаваться импульсами каждого из источников, это может создать неблагоприятный и для источника и в отношении создания лишних помех режим, поэтому на выходе такого источника (в точке соединения катодов 2-х диодов) нужен дополнительный электролит и желательно неэлектрлоитический кондер небольшой емкости. Проанализировать точно сложнее, хотя можно заморочиться и написать уравнения и для такой схемы, получится система 3-х уравнений, но уравнения получатся уже довольно громоздкими.

Лучше использовать схему без дополнительных диодов, тогда конденсатор будет один, напряжение на конденсаторе, как известно из курса электротехники, не может измениться скачком, мосты (во время импульсов заряда) будут отдавать ток без каких-либо переключений, ну во время разряда конденсаторов тоже никаких проблем, как в обычном выпрямителе с одним трансформатором.

Кстати, если говорить о питании от 2-х трансформаторов с параллельным включением мостов (без доп. диодов), то более интересным может оказаться вариант питания трансформаторов от разных фаз, пульсации в этом случае будут иметь меньший уровень. А еще лучше, если уж есть доступ к разным фазам, делать сразу 3-х фазный источник с выпрямителем Ларионова.

2 программы расчета, для мостового выпрямителя с емкостным фильтром и для удвоителя по приведенной схеме. Вывод графиков я отключил, что бы не морочить голову с установкой программы построения графиков. Каждая из программ рассчитывает максимум и минимум напряжения пульсаций, величину импульса тока через диод в установившемся режиме. Для расчета принято 150 импульсов выпрямленного напряжения моста, что бы для всех возможных случаев получить установившийся режим, хотя для большинства случаев это излишне. Каждый импульс при расчете разбивается на 1500 шагов (тоже излишне, но так принял, менять не стал), итого программа делает 150*1500*2 = 450000 шагов (множим на 2 т.к. для определения Uмин принято снижение напряжения от максимума начальной установки, итого 2 прохода), в каждом шаге свой набор вычислений, определенный принятым методом решения ДУ. Дополнительно считается среднеквадратичное напряжение выхода, не среднее арифметическое между Umax и Umin, а именно среднеквадратичное по форме выпрямленного и отфильтрованного напряжения с использованием численного интегрирования, а так же ток от этого напряжения. Хотя расчеты показывают, что разница между среднеквадратичным и средним арифметическим, в данном случае, становится заметна только при малых емкостях с большими провалами напряжения. Набор железа трансформатора, понятное дело, должен быть достаточен с учетом коэффициента использования трансформатора. Было бы интересно потестить на предмет совпадения расчета с практикой.

Ссылки: Мостовая схема, Удвоение

Не мешало бы учитывать внутреннее сопротивление источника. Если верить данным Handbook от какого-то древнего 1970 года, то оно заметно влияет на выходные параметры в силовых устройствах.
Привожу очень полезные диаграммы, пользуюсь ими с 1971 года, не подводят...

Сейчас проверил бегло по Вашим диаграммам, по одному расчету для моста и удвоителя, вроде есть совпадение. Однако нужно еще понять какое значение на диаграммах принято за DC Voltage, это максимум пульсаций или среднее, что показывает прибор при измерении опять же, разными приборам можно намерить, вероятно, разные значения. У меня программа выводит 3 значения, максимум, минимум пульсаций и среднеквадратичное значение, я сравнивал со среднеквадратичным.

Цитата: UA9OC

Не мешало бы учитывать внутреннее сопротивление источника.

Что касается учета внутреннего сопротивления источника, оно учитывается конечно же, пост выше № 81, просто на схеме удвоителя я его не стал показывать. К сопротивлению первичной обмотки можно даже сопротивление сети прибавить, как Игорь писал. А вообще сопротивление источника учитывается в самом уравнении.