Fuente de alimentación de CA de frecuencia variable

Estoy buscando una fuente de alimentación de CA variable para usar en algunos experimentos electromagnéticos y a más largo plazo para probar inductores, transformadores, respuesta de frecuencia del material del núcleo y ese tipo de cosas.

Estoy pensando que el instrumento de mis sueños tendría un voltaje variable entre 0-125 V, sería capaz de proporcionar algunos amperios, tal vez 10 A a voltajes bajos (digamos 24 V o menos), aceptaría una forma de onda arbitraria de mi generador de señal para determinar la salida de CA ( posiblemente incluyendo un desplazamiento de CC), y tienen una respuesta de frecuencia de CC a 10kHz.

Sin embargo, estoy dispuesto a ceder en todo eso, especialmente para comenzar. Ya tengo un suministro de CA variable de 60 Hz, uno del tipo transformador Variac + Isolation. Entonces, la primera gran adición sería la frecuencia variable.

He buscado mucho en la web, y ese dispositivo parece ser difícil de encontrar. Lo más parecido que he encontrado se llama fuente de alimentación de CA y estos parecen tener un rango de frecuencia limitado, especialmente en el extremo inferior, al parecer, tocando fondo alrededor de 45 Hz. También parecen estar limitados a formas de onda sinusoidales. Estos tienen una gran capacidad de potencia, pero parecen estar algo dirigidos a la simulación de suministro de red para pruebas de cumplimiento o lo que sea. Con alrededor de $ 2k para comenzar, también son un poco más de lo que quería gastar para fines esencialmente académicos/aficionados. Aquí hay un ejemplo de uno que encontré :

ingrese la descripción de la imagen aquí

Según esta respuesta, me inclino a pensar que un enfoque posiblemente mejor sería usar un amplificador de potencia de audio. Creo que la respuesta de frecuencia sería lo suficientemente buena y tomar una forma de onda arbitraria es natural para un amplificador de este tipo.

No estoy seguro del voltaje máximo que podría alcanzar con un amplificador de este tipo, espero que dependa del voltaje de la fuente (digamos 25 VCA en el amplificador sugerido en la respuesta anterior). Pero tengo tanta curiosidad acerca de ese enfoque que estoy pensando en conectar mi amplificador Pyle de 40 + 40 W solo para ver qué puede hacer :)

Así que supongo que mi pregunta es esta:

  • ¿Hay un instrumento de laboratorio estándar disponible para este tipo de cosas y aún no he encontrado el término de búsqueda correcto?

  • ¿O realmente debería estar pensando en un amplificador de potencia para este tipo de propósitos y centrarme en cómo obtener los voltajes y corrientes de salida que quiero, posiblemente adaptando dicho circuito?

Ooh, acabo de encontrar un comentario sobre una pregunta que apareció como relacionada después de que la publiqué. @DaveTweed propuso allí usar un transformador elevador en la salida de un amplificador de audio alimentado por un generador de señal. Parece que vale la pena intentarlo para los voltajes más altos :)
Me pregunto si podría sacrificar un Variac para que sirva como aumento de salida, aunque la respuesta de frecuencia podría ser problemática... (es posible que también desee un transformador de aislamiento en algún lugar de la cadena)
@ThreePhaseEel - Hmm, esa es una idea interesante. Supongo que implicaría agregar un devanado al Variac, ¿es eso lo que estabas pensando? De hecho, tengo uno en el laboratorio que se quema en la última docena de vueltas más o menos, ese podría ser el número correcto para un primario que sube 20 V o más hasta 120. Me encantan los inductores, ¿no? Si no es lo que quieres, simplemente quita un poco de cable o pon algo más :) Sé que no es tan simple, por supuesto, pero son uno de los pocos dispositivos electrónicos que puedes cambiar con tus propias manos :)
No estoy 100% seguro de lo que querrías hacer idealmente: mi idea era conectarlo "al revés", pero esa podría no ser la mejor opción.
Sí, un amplificador de audio es una gran idea, especialmente de clase D.
Es posible que esté mejor si aborda esto como una etapa de potencia después de un generador de funciones de pequeña señal (como en su segunda viñeta). En la industria, he visto configuraciones con generador de funciones y amplificador de potencia separados (hasta 10 MHz y 100 W). Entre otras cosas, se utilizó para caracterizar inductores.
Con respecto a los amplificadores de audio: para bajo voltaje (0-120ishV) y ancho de banda limitado (~5Hz-25kHz), un amplificador de potencia funcionaría maravillosamente. Sin embargo, la carga debe ser bastante pequeña (digamos, 1-32Ω). Un amplificador grande y robusto como el QSC PLD4.5 empujará felizmente 140V+ en una carga de 8Ω. Sin embargo, la compensación de CC podría ser un problema. Es posible que deba construir su propio amplificador de clase D de alta potencia personalizado y alimentarlo desde un generador de señal.
Un transformador de potencia (ya sea un transformador variable o fijo) tendrá un rango de frecuencia relativamente estrecho, pero si está dispuesto a vivir con eso, creo que es su mejor opción.

Respuestas (2)

Busque amplificadores de audio en la región de potencia de 2kw / 3kw. Creo que te sorprenderá el bajo precio (yo lo estaba).

Lo que se anuncia como un amplificador de 3kW suele ser un estéreo de 1500w en cargas de 4 ohmios que se puede conectar a una carga mono de 8 ohmios.

Si hace las sumas, esa es una salida mono capaz de 150 vrms en 8 ohmios, siempre que esté satisfecho con una carga flotante, ya que las salidas están puenteadas. Si conecta en paralelo los dos canales estéreo, eso impulsaría una carga de 2 ohmios referenciada a tierra con 75vrms, o más de 35Arms.

Comprar un transformador, incluso en el rango de sub-kw para convertir la salida de un amplificador de potencia inferior a la región de 100v, es bastante costoso (al menos me sorprendió lo mucho que tienden a costar). Con un transformador, no solo tiene un límite de frecuencia inferior con voltaje (núcleo voltios.segundos), sino que también tiene un límite de frecuencia superior con capacitancia de devanado e inductancia de fuga y pérdidas en el núcleo. No puedo ver un transformador de 'red' llegando a 10kHz.

Para sus requisitos de voltaje, corriente y frecuencia, solo optaría por un solo amplificador de audio kw disponible comercialmente.

ADVERTENCIA solo porque es audio no significa que no sea peligroso. Incluso un amplificador de 1kW puede desarrollar voltajes letales y corrientes que provocan incendios. Tome todas las precauciones con la salida de un amplificador de este tipo que tomaría con la red eléctrica.

Como alternativa a la solución del amplificador de audio, con diferentes fortalezas y debilidades, podría considerar una unidad de frecuencia variable (VFD) diseñada para motores de CA en máquinas herramienta.

Fortalezas:

  • Los niveles de potencia por encima de 1kw son fáciles de encontrar y económicos.
  • Suministro monofásico o trifásico a voltajes de red, se puede reducir a otros voltajes con un transformador de red o posiblemente un variador.
  • A menudo tienen instalaciones de arranque suave que puede programar para generar barridos de frecuencia

Desventajas:

  • La pureza de la forma de onda no suele ser un objetivo de diseño: pueden generar una onda cuadrada escalonada, al motor de su torno no le importa. Puede ser posible limpiar con un filtro.
  • Rango limitado de frecuencias: 0,1 a 3 veces la velocidad normal (por ejemplo, 5-150 Hz) es probablemente todo lo que puede esperar
  • Los peligros habituales que acompañan a estos niveles de potencia.

No estoy sugiriendo que ninguno de estos enfoques sea universalmente mejor.

Puede ser que pueda usar ambos: un amplificador de audio para precisión, flexibilidad (1 Hz a 10 kHz) y pruebas de bajo voltaje, aumentado por un VFD económico para pruebas de alto voltaje.

Esta es una gran idea Brian! He estado buscando una excusa para obtener un VFD y jugar con la energía trifásica; esta parece ser la buena razón por la que necesitaba :) Después de los transformadores y los inductores, estoy seguro de que me ocuparé de los devanados del motor y del generador antes de terminar, por lo que probablemente será útil :)
También tendrá dificultades ya que la relación U/F a menudo no es muy programable. Por ejemplo: reducir F reducirá U.
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