6 phasen gelijkrichter circa 5kW inductieverhitting

gks viseter

Golden Member

Beste mensen, bij mijn oriëntatie op inductieverhitting met wat groter vermogen stuitte ik op problemen met de voeding.
Op een Engelstalig forum :

https://highvoltageforum.net/index.php?PHPSESSID=647dc2re85hc0hch4h1si

maken mensen zich erg druk om de rimpelspanning op de voeding voor een Royer oscillator voor inductieverhitting. Ze willen enorme afvlak elco’s gebruiken. Mijn eerste vraag is:

Is het terecht om je druk te maken over een rimpelspanning ( na gelijkrichting van een driefasige wisselspanning) van minder dan 15% op de voeding voor een Royer oscillator? Zo’n oscillator zou een “kick-start” nodig hebben. En is dit anders of hetzelfde bij een voedingsspanning voor een hardschakelende powerfet versterker eindtrap die aangedreven wordt door een stuurtrap met een instelbare frequentie? In dit tweede geval zou ik denken: Geen sturing betekent geen stroom door de versterker; dus gaat er ook niets kapot. En als de voedingsspanning een dipje vertoont is er alleen maar wat minder output. Is dit juist gedacht?

Het hele probleem van de rimpelspanning kan ook getackeld worden door het gebruik van 6 fasen gelijkrichting uit een transformator met 6 wikkelingen die daarvoor zowel in ster als driehoek gebruikt worden, blijkt uit deze informatie:

http://server.idemdito.org/techtalk/elec/wiss/hexa.htm

In dit verhaal staat na de eerste drie alinea’s :

“Overigens kan men werken met één driefasige transformator die tweemaal drie secundaire wikkelingen heeft (zie afbeelding links) en een driefasige spanning omzet naar een zesfasige spanning.” De afbeelding links is echter een foto die geen informatie verschaft over wikkelverhoudingen. De verdere tekst van deze Belgische site suggereert volgens mij dat de zes wikkelingen niet allemaal gelijk moeten zijn, men heeft het immers over gelijktijdig gebruik van ster en driehoek schakeling van de secundaire wikkelingen.

Mijn vraag is hoe dit dan precies geschakeld moet zijn. Mogelijk heb ik wel het antwoord daarop gevonden maar ik snap de tekeningen van de schakelingen niet precies. Ik zag in “Dubbel” Taschenbuch für den Maschinenbau, 13 Auflage Neudruck 1974 Zweiter Band (dat lijkt mij een vrij betrouwbare bron van informatie) op bladzijde 984 de volgende schema's :

Voor het kijkgemak een deelvergroting zonder tekst:

Volgens mij staat hier alles in ster; de middenaftakkingen zitten aan elkaar.
Nu heb ik een restant van een Philips gelijkstroombron voor waarschijnlijk het laden van accu’s. Helaas is het ding voor een groot deel gesloopt maar van de losse onderdelen heb ik er nog heel wat. Het is het type PE2042. Een model kast van circa twee meter hoog, .6m breed. Op de trafo staat:

Zou ik hier, recht toe recht aan, twaalf diodes aan kunnen knopen zoals in het schema in “Dubbel” bij “B6” in “Bild 173”?
Klopt het dat ik dan een rimpelspanning heb van slechts ongeveer 5%? Ik overweeg dan hier een Royer schakeling mee te voeden als een eerste experiment. Mijn uiteindelijke doel is een toestel met een instelbare frequentie, maar daar ben ik nog lang niet. Ik kan de spanning van de trafo primair met een drievoudige variac regelen naar de gewenste hoogte, eerst maar eens flink wat lager dan de 1.4maal 120 volt die ik met een directe aansluiting verwacht.Is deze aanname juist?

Als iemand mij aan een schema van dit apparaat de philips PE2042, zou kunnen helpen zou ik daar zeer mee geholpen zijn. In ieder geval alvast bedankt voor het meedenken.

Als je een driefazige scheidings transformator hebt, met twee sets (galvanisch gescheiden) driefazige secundaire wikkelingen. En in de veronderstelling dat iedere wikkeling steeds 10V uit geeft
Dan kan je volgde twee schakelingen maken.

Schakeling 1 :
De drie wikkelingen in ster.
Dan bekom je een driefazige spanning van 3 x 17.5V
10 x sqrt(3) = 17.3V

Schakeling 2 :
De drie wikkelingen in driehoek.
De spanning die hier dan uitkomt is 3 x 10V

Hieruit zie je al dat (zoals gesuggereerd werd) dat de wikkeling niet hetzelfde aantal windingen kunnen hebben.

De drie faze liggen 120° verschoven ten opzichte van elkaar.
Door dubbelfazig te gaan gelijkrichten (6 diodes nodig) gaan de toppen van de sinussen nog 60° uit elkaar liggen.
De faze verschuiving tussen de spanning van schakeling 1 en van schakeling 2 bedraagt 30° (verschil tussen ster en driehoek)
Hierdoor komen de toppen van de sinussen uit schakeling 2 tussen die van schakeling 1 te liggen.
Hierdoor is de rimpel op de gelijkgerichte uitgangsspanning lager, dan bij een gewone drie fazige gelijkrichter.

Dit heet een 12 puls gelijkrichter.

Is het niet eenvoudiger om met een 3-fase PFC te beginnen, waarbij je de setpoints manipuleert om te uitgangsspanning constant te houden? De power factor is dan iets minder dan één, maar nog altijd veel beter dan met een gelijkrichter, en je hebt geen enorme transformator nodig.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

.

[Bericht gewijzigd door MGP op 27 augustus 2021 08:37:13 (99%)]

LDmicro user.

Ik zie dat je 6 secundaire wikkelingen hebt, dan kun je nog kiezen tussen ofwel dubbele stroom ofwel dubbele spanning.
Het af te nemen vermogen blijft in beide gevallen gelijk!

Als je afbeelding B6 gebruikt heb je aan 3 bruggelijkrichters genoeg.

LDmicro user.
gks viseter

Golden Member

Pamwikkeling, SparkyGSX en MGP, hartelijk dank voor jullie reacties.

Op de trafo staat inderdaad “6x 60V” maar in feite is het 3x120V want de wikkelingen zijn aan elkaar gesoldeerd. Ik heb één zo’n middelpunt uit elkaar gehaald maar de aftakkingen vind ik wel wat akelig dicht bij elkaar zitten. Ik ga het wel proberen ze gescheiden te gebruiken.Op de foto's van de trafo zie je nog een aftakking op 48V maar die heb ik maar uit het verhaal en mijn schemaatje weggelaten, die lijkt mij onbruikbaar in dit geval.De vierde foto is een opname van het blokschema dat van de oorspronkelijke lader in de binnenkant van de deur zat.

De derde foto is het schema dat ik jullie wil voorleggen: 3 wikkelingen zet ik dan in ster, maar ik maak ook een aftakking op 1/√3 (=0.577x 60V) zodat ik dan 60V lijnspanning secundair krijg , dat levert dan met 6 diodes een gelijkspanning op met 6 pieken per periode van 50Hz, dus een 300Hz rimpel. Moet deze spanning dan nog vermenigvuldigd worden met √2 omdat de wisselspanning als effectieve spanning gerekend ( gemeten) wordt, en de gelijkspanning met de piekwaarde aangegeven wordt?

De andere drie wikkelingen sluit ik ieder aan op een brug met 4 dioden (=12 dioden) zodat ik drie gelijkspanningen krijg met 6 pieken per periode van 50Hz ,dus ook een 300Hz rimpel. Deze 60Volt wisselspanning levert een pulserende gelijkspanning op van √2 maal de effectieve waarde die gelijk is aan de gelijkgerichte spanning van de wikkelingen in ster.

Door het faseverschil tussen lijn en fase spanning krijg ik dan een rimpelfrequentie van 600Hz, en volgens de berekening op de “idemdito site” (de tweede link in mijn openingspost) zou die dan minder dan 5% zijn. De spanning varieert dus tussen √2x60Volt= 84,85Volt en 0,966x84,85= 81,97Volt.

Graag zou ik willen weten of mijn redenering juist is.

In mijn redenering heb ik 3x4 diodes (de brugcellen voor de gelijkrichting van de fase spanningen) + 6 diodes ( de gelijkrichting van de lijnspanningen) nodig. In totaal dus 18 diodes.
In de praktijk zal ik de aftakkingen niet zo nauwkeurig kunnen aanbrengen en zal de rimpel groter zijn.

Hoeveel vermogen zou ik nu ter beschikking hebben? Op de trafo staat 41 Ampere. en ook 15kVA. Zou ik als max circa 2x 80x41 =6560Watt moeten aanhouden?

Het antwoord is kort, je kunt de 2 verschillende spanningen, 60Vac en 34.6Vac via gelijkrichting niet parallel leggen.
Allemaal gelijk of niets!

e:/ wat ga je daarmee doen? olie verwarmen?

[Bericht gewijzigd door MGP op 2 september 2021 08:22:52 (14%)]

LDmicro user.
Frederick E. Terman

Honourable Member

Wel, de diodes voorkomen natuurlijk onderlinge sluiting.
Bovendien blijft de 34,6V niet die spanning: daar komt nog √3 overheen.

Of het gemakkelijk zo uit te voeren is, kan ik niet overzien. Maar het schema klopt inderdaad (klik=groter):

Let er wel op dat de 34,6V-wikkelingen en hun diodes √2 maal zoveel rms-stroom voeren als bij de 60V-wikkelingen.
Voor iedere stroompuls uit een 60V-wikkeling (highlight), moet de overeenkomende 34,6V-wikkeling twee van zulke pulsen leveren (links en rechts van de highlighted puls) (alleen van V1 en V4 getekend).

In mijn plaatje is de piek-piek rimpel 2,8 V. Dat is minder dan 5% van de gemiddelde spanning van 82 V.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Zoiets als bovenstaande ga je moeten proberen te maken.

Een transformator met hierop 3 driefazige wikkelingen.
1) een primaire driefazige wikkeling (Y)
2) een eerste secundaire driefazige wikkeling, waarbij de wikkelingen in ster staan. (y0)
3) een tweede secundaire driefazige wikkeling, waarbij de wikkelingen in driehoek staan (d11)

De uitgangsspanning van 2) en 3) moeten gelijk zijn.
Dit wil zeggen dat de spanning over de afzonderlijke spoelen van secundair 3) 1.73 keer groter moet zijn dan de spanning over de afzonderlijke spoelen van secundair van 2)

Door de ster / driehoek schakeling van secundaire 2) en 3) is er een faze verschuiving van 30° tussen beide uitgangsspanningen.
Na gelijkrichting gaan de "toppen" van de twee gelijkgerichte spanningen uit 2) en 3) dertig graden uit elkaar liggen.
Dit ga je benutten om de rimpel na gelijkrichting kleiner te maken.

.

.

Hierboven zie je een 6 puls gelijkrichting.
Door twee secundaire wikkelingen 2) en 3) te nemen ga je twee maal een uitgangsspanning als hierboven krijgen, waarbij de toppen van wikkeling 2) dertig graden verschoven zijn ten opzichte van wikkeling 3).
Het combineren van beide uitgangsspanningen geeft een lagere rimpel.
Een beeldje van de "Output Voltage Waveform" van een 12 puls gelijkrichter heb ik niet dadelijk terug gevonden op het web.

Voor de praktische uitvoering erop letten de dat spanningsval bij belasting van de twee secundaires gelijk is, (anders doet één secundair niet echt mee)

Frederick E. Terman

Honourable Member

Dat is wat de schakeling van @TS doet. De 34,6V-wikkelingen staan in ster; de 60V-wikkelingen effectief in driehoek.
Ik moest het zelf ook uittekenen om het te geloven, maar het verhaal klopt. :)

Alle zes wikkelingen worden bij @TS met gelijk vermogen belast; 1/6 van het totaal.
Maar door de verschillende stroompulsvormen is de rms-stroom verschillend.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Idd, ik zat fout omdat ik het verschillende keren uitgerekend had met 36.4 ipv 34.6 alhoewel ik het goed gelezen had..oud worden zijn pfff ;)

Daarom schreef ik dat je geen 2 verschillende spanningen parallel kunt leggen.

Nu heb ik nog een probleem met die bruggelijkrichters, aangezien ik geen simulator heb is mijn vraag, is de golfvorm gelijk aan die schakeling (in driehoek) met 6 dioden zoals in de tekening van Pamwikkeling?

LDmicro user.

Betreffende de tekening van FET

Wat ik niet goed snap is hoe de spoelen V4, V5 en V6 hun vermogen afgeven als hun spanning maximaal negatief is.

Bij V1, V2, V3 wordt dit opgelost door de dubbele gelijkrichting.

Maar V4, V5, V6 kunnen alleen vermogen leveren als hun spanning positief is...

Frederick E. Terman

Honourable Member

Eén punt aan het eind van de laatste zin is genoeg hoor, 't is geen roman van Couperus. :)

Als een bron positief levert, haalt hij zijn stroom uit het sterpunt. Die stroom komt daar uit een andere bron, die op dat moment 'negatieve stroom' levert.

Van V4,5,6 zijn er zo dus telkens twee die stroom leveren, in zes verschillende combinaties. Hieronder zie je wie wat doet. Welke diodes daarbij horen, kun je gemakkelijk uit de stroomrichtingen nagaan.

Op ieder moment staan de twee bronnen die op dat moment stroom leveren, effectief in serie (bijna; 120 graden, geen 180). Achteraf wist je dit ook wel, want daar komt die factor √3 vandaan.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
gks viseter

Golden Member

F E Terman, pamwikkeling en MPG, bedankt voor jullie inbreng.

pamwikkeling: Je eerste blokschema attendeerde me nogmaals op iets waar ik al wat over twijfelde: Het grote aantal diodes, 12, dat ik nodig heb voor de drie zestig volts wikkelingen. Je blokschema laat niet expliciet zien hoe de 3 wikkelingen geschakeld zijn, maar er staat driehoek bij, dus de 6 uiteinden zitten aan elkaar. Maar hoe? De stroom moet zonder belasting in de wikkelingen 0 zijn. Voor kenners zal het vanzelfsprekend zijn, voor mij was het dat niet. Ik heb het opgezocht in een leerboekje: Electriciteitleer voor het U.T.O. Th.P.van Pelt en E.H.Knol deel II uit 1966. Ooit overgebleven na afloop van een verkoping. Zie foto 1

Op de een of andere manier zou een mens ook moeten kunnen zien op het mooie gekleurde plaatje van de drie fase spanningen dat er in de schakeling met de drie bruggelijkrichters 6 overbodige diodes zitten. Ik zie het niet, maar geloof de afleiding/berekening. Wel valt mij bij nader inzien op dat b.v. op 90graden in pamwikkelings rood, geel en blauwe plaatje de rode fase maximaal positief is en de gele en blauwe op dat moment ieder 1/2x maximaal negatief zijn ( geel: sin 210graden is -0.5 en blauw: sin 330 is -0.5).

Ik denk dat steeds de onderzijde van de ene wikkeling aan de bovenzijde van de nabijgelegen wikkeling moet.

Ik heb de hele bovenstaande redenering opgetuigd om duidelijk te krijgen of het verschil tussen de twee schakelingen, n.l met drie bruggelijkrichters (=12 dioden) of volgens het plaatje van Pamwikkeling (=6 dioden) consequenties heeft voor het spanningsverschil bij de losgemaakte aansluitingen tussen de tweetallen secundaire wikkelingen. foto 2a en 2b,

Frederick E. Terman: De eerste alinea van de post van 2-9 14:25 bevat , vermoed ik nu, ook al de hint dat er wel wat in de dioden gesnoeid kan worden. Ik voel me als iemand die wat later dan de rest op het punt staat de mop te gaan snappen, maar echt is het kwartje nog niet gevallen. Daar komt bij dat ik me vaag meen te herinneren dat ik het jaren geleden wel direct “zag”. Maar van de weeromstuit denk ik nu: heeft de schakeling met 3 bruggelijkrichters (12 dioden, foto 2a) boven de schakeling met 6 dioden foto 2b het voordeel van een lagere spanning tussen de twee losgemaakte aansluitingen van de middenaftakking?

Het is me duidelijk dat voor het zelfde vermogen uit een transformator spoel bij een lager aantal wikkelingen een omgekeerd evenredige grotere stroom nodig is. Voor de kern van de transformator zal het niet uitmaken, wel voor de IxIxR warmteontwikkeling in het kortere stuk koperdraad denk ik.

MGP: Wat betekent “ e/: “ in je post ? Ik heb het bij de FAQ’s en codes etc. proberen op te zoeken maar kwam er niet binnen redelijke tijd achter. De stip aan de horizon is inductieverhitting maar dat staat al in de topictitel. Misschien met oliekoeling. Daar heb ik nog wat olie voor staan (Al van ná het PCB tijdperk)

e:/ is de verkorte versie van edit:/ = achteraf iets bijgevoegd ;)

Ik zou het doen met 12 dioden zoals in onderstaande beschrijvingen of 2 3fasige gelijkrichters.

http://server.idemdito.org/techtalk/elec/wiss/hexa.htm

https://phasetophase.nl/boek/boek_2_11.html zie onderaan fig 11.33

LDmicro user.
Frederick E. Terman

Honourable Member

Op 3 september 2021 14:19:16 schreef gks viseter:
Frederick E. Terman: De eerste alinea van de post van 2-9 14:25 bevat , vermoed ik nu, ook al de hint dat er wel wat in de dioden gesnoeid kan worden.

Ik wilde alleen laten zien dat jouw schakeling inderdaad deed wat je wilde (ik moest zelf ook even kijken!).

Maar het klopt, de 60V-helft kan ook met slechts 6 diodes, in plaats van met drie bruggen van ieder 4 diodes.
Je zet daarvoor de drie wikkelingen in driehoek (nu niet meer alleen 'effectief', maar gewoon letterlijk), en dan van elk van de drie hoekpunten gaat er een diode naar je 'plus', en eentje naar je 'min'; in totaal dus 3×2= zes diodes.
In de posts van de anderen zie je al links naar deze schakeling, maar hier is er nog eentje (eigenlijk in een auto, maar het blijft hetzelfde).
https://www.robkalmeijer.nl/techniek/experiments/ac_car_alternator/fig2.gif
Voor 'massa' lees je maar even 'min'.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org