www.FoAr.ru - ФОрум АРсенала
www.FoAr.ru - ФОрум АРсенала
 Помощь      Поиск      Пользователи


 Страниц (2): « 1 [2] 

> Без описания
Evgeny Администратор
Отправлено: 18 Августа, 2008 - 01:45:40
Post Id


Администратор


Сообщений всего: 2394
Дата рег-ции: Нояб. 2005  
Откуда: Псков




Наиболее незамысловатая многоступенчатая топология – несколько одноступенчатых систем, поставленных одна за другой. В этом случае ступени получаются практически независимыми друг от друга, каждая ступень питается от своего отдельного конденсатора.

Общим является лишь преобразователь, заряжающий конденсаторы всех ступеней одновременно. Чтобы энергия преобразователя равномерно растекалась по конденсаторам всех ступеней, эти конденсаторы подключаются через диодную развязку. Для слежения за напряжением целесообразно добавить к схеме следящий конденсатор небольшой ёмкости, установленный сразу на выходе преобразователя, до диодной развязки. В любой момент, напряжение на следящем конденсаторе будет равно минимальному из напряжений остальных конденсаторов ускорителя.
Заряд начнётся с самого разряженного конденсатора, и, постепенно выравниваясь, в процесс заряда будут вовлекаться остальные конденсаторы, пока напряжение не выровняется на всех конденсаторах. Дальше заряжаться конденсаторы будут все вместе, пока напряжение на них не достигнет нормы.
На рисунке показана цепь заряда многоступенчатого ускорителя с диодной развязкой. Следящий конденсатор показан красным. Схематично в преобразователе зелёным цветом показаны выпрямительный диод и резистор обратной связи.

-----
Евгений В.
 
 Top
Evgeny Администратор
Отправлено: 18 Августа, 2008 - 01:54:35
Post Id


Администратор


Сообщений всего: 2394
Дата рег-ции: Нояб. 2005  
Откуда: Псков




Многоступенчатая система с отдельными конденсаторами для каждой ступени позволяет использовать незапираемые ключи - обычные тиристоры. Недостаток такой топологии - повышенные потери на внутреннем сопротивлении конденсаторов. У небольших конденсаторов это внутреннее сопротивление сравнительно велико.
При использовании тиристоров нужно обязательно останавливать преобразователь на время выстрела, иначе преобразователь после выстрела будет поддерживать небольшой ток через катушку, не давая тиристору закрыться.

-----
Евгений В.
 
 Top
Evgeny Администратор
Отправлено: 18 Августа, 2008 - 02:24:51
Post Id


Администратор


Сообщений всего: 2394
Дата рег-ции: Нояб. 2005  
Откуда: Псков




Ускоритель с транзисторными ключами может иметь организацию как с питанием ступеней от отдельных конденсаторов, так и с питанием от одного общего конденсатора.

Применение одного общего конденсатора для питания всех ступеней ускорителя позволяет снизить потери на внутреннем сопротивлении конденсатора. Конструкция также несколько упрощается.
Вообще, топология с транзисторными ключами имеет несколько существенных недостатков. Во первых - цена вопроса. На каждую ступень приходится ставить довольно дорогой транзисторный ключ. Во вторых - сложность управления. Транзистору нужен качественный открывающий сигнал в течение всего времени работы ступени. Поэтому управлять транзистором приходится от какого-либо приличного драйвера.
При питании от одного общего конденсатора невозможно за время выстрела израсходовать всю энергию, накопленную в конденсаторе - какая-то часть обязательно останется неиспользованной. Эта неиспользованная энергия при одиночном выстреле уходит в никуда, а при серии выстрелов сохраняется, так как заряд конденсатора для повторного выстрела начнётся не с нуля, а с остаточного напряжения. При такой топологии время заряда для первого выстрела всегда больше, чем для выстрелов повторных.
И последнее - при работе ступеней напряжение общего конденсатора будет постепенно снижаться и питание последних ступеней окажется пониженным. Если задаться целью израсходовать на выстрел 75% исходной энергии конденсатора, то последние ступени придётся питать напряжением, сниженным в два раза. Учитывая, что последние ступени работают короткое время, для получения в них энергии, примерно того же порядка, что была передана первым ступеням, ток последних ступеней должен быть значительно увеличен. Это потребует применения более мощных ключей, способных выдержать большой ток. Такие ключи стоят дороже.

Тем не менее, не смотря на перечисленные недостатки, многоступенчатая система с транзисторными ключами и общим конденсатором (на рисунке) находит применение, равно как и система с транзисторами и отдельными конденсаторами.

-----
Евгений В.
 
 Top
Evgeny Администратор
Отправлено: 18 Августа, 2008 - 02:52:32
Post Id


Администратор


Сообщений всего: 2394
Дата рег-ции: Нояб. 2005  
Откуда: Псков




Вообще, при небольшом количестве ступеней (три-четыре) возможно применять все способы включения ступеней, используемые в одноступенчатом ускорителе.
Например, включать каждую ступень своим полумостом на двух транзисторах.
При увеличении числа ступеней до десятка-другого такие способы становятся слишком расточительными, как по стоимости, так и по излишней сложности.
В ускорителях с большим числом ступеней целесообразными становятся иные топологии, применение которых при малом числе ступеней неэффективно, прежде всего - это использование комбинированных транзисторно-тиристорных ключей. При этом включение и выключение осуществляется транзистором, общим для всех ступеней, а выбор конкретной ступени производится тиристором. Так, затраты силовых ключей составят по одному тиристору на каждую ступень, плюс один общий транзистор (или два общих транзистора при полумостовой схеме). При использовании комбинированных ключей проще питать все ступени от одного общего конденсатора, так как раздельные конденсаторы в этом случае сильно усложняют схему.

На рисунке показан пример топологии с комбинированными ключами. Схема имеет существенный недостаток - после закрытия транзистора нужно выждать некоторое время перед следующим его включением. За это время ток в отключенной ступени должен постепенно прекратиться, после чего нужно выждать ещё 50-100 мкс для надёжного закрытия тиристора. Иначе, при следующем открытии транзистора только что закрытый тиристор снова самопроизвольно включится. Эта особенность схемы требует размещать ступени на стволе не вплотную, а со значительными промежутками, что может увеличить общую длину ускорителя в два-три раза.

-----
Евгений В.
 
 Top
Evgeny Администратор
Отправлено: 18 Августа, 2008 - 03:14:12
Post Id


Администратор


Сообщений всего: 2394
Дата рег-ции: Нояб. 2005  
Откуда: Псков




От промежутков между катушками можно избавиться достаточно просто. Для этого нужно использовать не один транзисторный ключ, а два. Нечетные ступени со своими тиристорами подключаются к одному транзистору, чётные - ко второму. Получаются две ветви, работающие по очереди. Пока работает четная катушка, ток в отключенной нечётной спадает и проходит время, необходимое для закрытия тиристора. Если в быстрых ускорителях и этого будет мало, то по аналогии можно использовать не две ветви, а три. Тогда отдыхать каждая ветвь будет в два раза дольше, чем работать - этого уже должно хватить для большинства случаев.

Так как в отключаемой катушке появляется ЭДС самоиндукции, схема должна содержать какую-то шунтирующую цепь для гашения этой ЭДС.
Кроме того, возникающая при отключении ступени ЭДС самоиндукции может быть использована для включения тиристора следующей ступени. А поскольку питающих конденсаторов вероятно два или три, энергия отключаемой катушки может быть направлена в конденсатор более простым способом, чем в полумостовой схеме. Для этого направлять энергию нужно не в конденсатор своей ветви, а в противоположный.
Такая усовершенствованная топология предложена мной в 2006 г. в патенте РФ N2324249 на "Многоступенчатый ускоритель с бегущим переключением соленоидов".
Более подробно здесь: http://www.coilgun.ru/exbb/topic...m=35&topic=2
а на рисунке - схема топологии из этого патента.

-----
Евгений В.
 
 Top
Evgeny Администратор
Отправлено: 18 Августа, 2008 - 04:08:35
Post Id


Администратор


Сообщений всего: 2394
Дата рег-ции: Нояб. 2005  
Откуда: Псков




Полумост также может быть выполнен с комбинированным ключом (см. рис.).
Эта топология была предложена несколько лет назад участниками форума 4HV.org
И здесь тоже требуется время для закрытия тиристора и поэтому нужны промежутки между ступенями. Избежать промежутков в этой топологии можно уже упомянутым способом - удвоить количество транзисторных ключей и организовать две ветви - нечётную и четную, работающие поочередно.

-----
Евгений В.
 
 Top
Evgeny Администратор
Отправлено: 18 Августа, 2008 - 04:33:32
Post Id


Администратор


Сообщений всего: 2394
Дата рег-ции: Нояб. 2005  
Откуда: Псков




При дальнейшем увеличении числа ступеней (свыше нескольких десятков), топологии с поочерёдным выбором ступеней заменяются на матричные, предложенные в одном из зарубежных патентов. Суть достаточно проста: катушки соединяются в матрицу. Для управления матрицей используются две группы транзисторных ключей: верхняя и нижняя. Одна группа ключей выбирает строку, другая - столбец. При включении обоих ключей через катушку, расположенную на пересечении строки и столбца, начинает течь ток. Так, используя десять ключей, можно независимо управлять 25-ю ступенями. Двадцать ключей способны включать и выключать 100 ступеней. А если ускоритель содержит 400 ступеней, то для управления такой матрицей потребуется всего 40 транзисторных ключей.

Одна из групп ключей, например выбор столбцов, может быть тиристорной. Тогда выключение будет осуществляется за счёт транзисторных ключей выбора строк. Подобная топология в упрощенном виде показана на рисунке.
Для исключения влияния одних элементов матрицы на другие, последовательно с каждой из катушек нужно включить диод, на рисунке это не показано. Также не показаны цепи управления и цепи гашения ЭДС самоиндукции.

-----
Евгений В.
 
 Top
Evgeny Администратор
Отправлено: 18 Августа, 2008 - 17:04:01
Post Id


Администратор


Сообщений всего: 2394
Дата рег-ции: Нояб. 2005  
Откуда: Псков




При использовании верхних и нижних ключей следует с осторожностью применять драйверы управления верхними транзисторными ключами, построенные на стандартных микросхемах. Такие драйверы созданы для управления транзисторами в нормальном полумостовом включении и используют для питания бутстрепную ёмкость, а топология койлгана не всегда создаёт условия для заряда этой бутстрепной ёмкости.
Так, в предыдущей матричной схеме целесообразнее транзисторные ключи поставить вниз, а тиристоры использовать сверху. В этом случае тиристорами можно управлять через разделительные импульсные трансформаторы, что, возможно, окажется проще, чем создавать дополнительные цепи искусственного заряда бутстрепных ёмкостей верхних транзисторных ключей.
При матричной топологии тиристор выбирает группу из нескольких подряд расположенных ступеней (см. рисунок в предыдущем сообщении), а транзистор выбирает конкретную ступень в группе. Таким образом решается вопрос с временем для закрытия тиристоров и ступени можно располагать вплотную друг к другу.

-----
Евгений В.
 
 Top
Evgeny Администратор
Отправлено: 18 Августа, 2008 - 17:12:03
Post Id


Администратор


Сообщений всего: 2394
Дата рег-ции: Нояб. 2005  
Откуда: Псков




На этом обзор основных топологий койлгана закончен.
Вероятно, на основе комбинации основных схем можно создать ещё какие-то варианты топологии.
Остались непоказанными схемы для систем с одновременной работой нескольких ступеней (включение с перекрытием ступеней), но это пока мало исследованная область.

-----
Евгений В.
 
 Top
Страниц (2): « 1 [2]
« Теория »


Все гости форума могут просматривать этот раздел.
Только администраторы и модераторы могут создавать новые темы в этом разделе.
Только администраторы и модераторы могут отвечать на сообщения в этом разделе.



ExBB FM 1.0 Beta by TvoyWeb.ru InvisionExBB Style converted by Markus®