Расчёт выходной мощности ЭШУ

Из за актуальности вопроса решил открыть новую тему.

Так уж повелось на Форуме, что большинство участников рассчитывает выходную мощность
своих конструкций по формуле ;

P = (0,5 *С * 0,000001 * U квадрат) * F

Где
P- мощность шокера, Вт
F- количество разрядов в секунду , Гц
С- ёмкость конденсатора ,мкФ
U- напряжение на конденсаторе , вольты

И всё в этой формуле правильно, НО при расчете по ней , подразумевается, что КПД выходного
Трансформатора равен 100% или 1. Что , как Вы понимаете просто НЕВОЗМОЖНО.
------

ПРАВИЛЬНО ЭТА ФОРМУЛА БУДЕТ ВЫГЛЯДЕТЬ ТАК ;

P = (( 0,5 * С * 0,000001 * Uквадрат) * F ) * Z
где
Z - КПД выходного трансформатора, % ( выражать через десятичную дробь , например 30 %=0,3)
F - количество разрядов в секунду , Гц
------
Для справки

КПД кольцеобразного трансформатора примерно 0,8-0,95 (80-95 %)
Ш- образного трансформатора примерно 0,6-0,75 (60-75%)
У трансформатора со стержневым сердечником , а именно такие , как понимаете используются в ЭШУ, КПД теоретически может достигать 0,5 ( 50 %). , виной всему не замкнутый открытый магнитопровод, имеющий очень сильное рассеивание с торцов. Практически , у заводских конструкций КПД колеблется в пределах 20-45%

Описал немного громоздко, но по моему довольно понятно и доходчиво. Выводы делать Вам.

С уважением Fregat

Для примера рассчитаем выходную мощность МАРТЪовского 'Каракурта', по которому возникло так много вопросов в соседнем топике.

Сразу оговорюсь разрядник в схеме, рассчитан на 1400 вольт, но ПОСТОЯННОГО напряжения
.При частоте 200Гц , напряжение пробоя снижается до 900-1000 вольт

А теперь собственно расчёт;

Известно
U -1000 вольт
С - 0,1 мкФ
F - 200 Гц
Z - КПД выходного трансформатора примем 35% ( 0,35)

Подставим эти значения в формулу

P = (( 0,5 * С * 0,000001 * Uквадрат) * F ) * Z
P = (( 0,5 * 0,1 * 0,000001 *1000000) * 200Гц)*0,35 = 3,5 Вт выходной мощности.
И это, при свежих элементах питания, стоит им немного разрядиться - и выходная мощность тоже уменьшится.

Вот и получается , что устройство потребляет 30 Вт мощности , а отдаёт в нагрузку 3,5 Вт
Т.е КПД = (3,5 / 30)* 100 %= 11,6 % . Не в обиду Stolyar(у) но схема мягко говоря " не очень",
Но зато простая. Кто из участников , Форума её собирал, тот думаю подтвердит, схема жрёт "немеряно" ,даже на холостом ходу.

И самое главное в том, что выходная мощность всего устройства , регулируется исключительно мощностью элементов питания, т,е чем большую мощность может отдать источник питания, тем мощнее будет выходная мощность устройства.

С уважением Fregat.

А по моему, в формуле значение 0,5 не с потолка взято - это как раз и есть КПД только импульсного ВВ трансформатора (при чем значение взято максимальным). Так что если вы собрали шокер, да расчитали по параметрам кондера и частоте импульсов мощность на выходе, это не значит что у вас именно эта мощность и есть. КПД ВВ транса этот показатель может сильно снизить. Поэтому я и говорил, что на глаз первичку мотать нельзя, т.к. не будет создоватся достаточно мощное магнитное поле и.т.д. К этому я пришел по эксперементам. Прибавляя по 5 витков в первичку, делел разряд себе в руку, при этом сила воздействия одного импульса возростала до определенного момента а потом падала (это все при увеличении витков). Так и пришол к оптимальному значению для опред. емкости*напряжение разрада.

формула для определения энергии запасённой в конденсаторе выглядит так
Е = 0,5 * С * 0,000001 * Uквадрат

где
Е- енергия конденсатора ( вопрос не стоИт именно в его разряде через импульсный транс)
можно осуществить относительно долгий разряд через резистор 1 кОм . И энергия разряда при этом не поменяется.
коэфициент 0,5 - это составляющая часть формулы. но не в коем случае ни КПД транса.

С уважением Fregat.

Может подскажешь литературу? Тогда что это за коэффициент? Обьясни.

странноватый расклад.. ето че ж получается, у катушки зажигания кпд тоже не более 0.5? Надыть и правда теорию почитать а то непонятно (( хотя по опыту я тоже могу это подтвердить...
вот книжка по трансформаторам: http://file.rdnt.ru/book/pit.djvu
сам пока не смотрел..

Эту формулу нашёл в свох старых, ещё студенческих конспектах,по "импульсной технике". Как выводится эта формула , я не знаю, поэтому , откуда берутся эти 0,5 тоже не до конца понимаю. Просто есть формула, а дальше приходится мыслить логически, опираясь на имеющийся опыт .
Если бы у нас имелся идеальный трансформатор ( КПД 100%) то формула безусловно была бы верна , безо всяких поправочных коэфициентов.

Всё вышеприведённое прошу не воспринимать как догму.Хотя я пользуюсь подобным расчётом довольно часто в процесе конструирования различных .импульсных устройств.

Очень интересно мнение других участников Форума.

С уважением Fregat.

Вот теперь то вы понимаете, что расчетная энергия, далеко не есть энергия на выходе. Даже если все таки забыть за этот коэф-т с которым мы не разобрались, то получается, что все таки следует перемножать расчетную энергию разряда на КПД транса. А КПД повысить есть целая куча способов. Но они имеют и свои недостатки. Короче это уже отдельная тема. Вот порывшись в компе, нашел инфу с сайта Тайзера. Там приводится приблизительный расчет мощности очередного шокера, точнее самого их старого шокера 6-ти ватника по моему:

AIR TASER ELECTRICAL SPECIFICATIONS
Electrical Theory of Operation
The system uses a single 9-volt alkaline battery as the input source and a simple switching circuit feeds an inverter transformer, is rectified to a DC voltage and charges the output capacitor (.22 uF) to a maximum of 2,000 Volts DC. Once the output capacitor reaches 2,000 VCD, the energy is discharged through a spark gap directly into the output coil. The output coil multiplies the voltage and generates the loaded output discharge as discussed below.
Electrical Output Energy
The AIR TASER generates 10-15 pulses per second. Each pulse is approximately .4 Joule. Calculated by 0.5 * C * V ** 2 or 0.5. * .00000022 F * 2000 V ** 2 = .4 Joule. AT 15 pulses per second and.4 Joules per pulse, 6 Joules per second is the maximum delivered energy per second.
Loaded Output Discharge
When the output is connected to a 4,000 Ohm load, each individual pulse of 3.5 uS (.0000035 second) in duration and measures 23,600 volts DC peak with a peak current of 5.9 Amps. The DC waveform is 1ò2 sinusoidal. The time-averaged current is .00022 Amps. The maximum average power output of the AIR TASER is 6 Watts.
Electrical Test Setup
The output of the AIR TASER is measured by connecting a 4,000-Ohm wire would 5 watt resistor submerged in mineral oil (for insulation) across the output leads. A high-speed (150-MHz) digital Oscilloscope (Tektronix 320) and a high voltage probe are also connected across the outputs.
Electrical Derivations
The peak current is calculated to be 5.9 Amps.
I (Amps) = E (Volts) / R (Ohms) ; 23,600/ 4,000 = 5.9 Amps).
The peak power is calculated to be 139,240 Watts
P (Watts) = I (Amps) * E (Volts) ; 5.9 * 23,600 = 139,240).
 Average power is derived as follows:
 Multiplying by .707 averages the sinusoidal waveform (to an approximate amount).
 Average Power = P (peak Watts) * F (pulses per second) * T (seconds) * A (waveform averaging conversion).
 Average Power = 139,240 Watts (peak) * 15 pulses per second *0.0000035 seconds * .707 (sinusoidal averaging conversion).
 Average Power = 5.16 Watts Average.
 A 15% margin is added for conservatism, therefore 1.15 * 5.16 = 6.0 Watts Average

Что же это такое? Реальный расчет, или просто для лопухов написали? Думаю что все на много сложнее.

Originally posted by Fregat:
И самое главное в том, что выходная мощность всего устройства , регулируется исключительно мощностью элементов питания, т,е чем большую мощность может отдать источник питания, тем мощнее будет выходная мощность устройства.

Теперь я кажется понимаю, на что Админ намекал, когда писал, про новую Мальвину 200 А (аккум) которая мощнее батареечной, хотя схемы у обеих были абсолютно одинаковые.

E=CU^2 /2- фундаментальная формула энергии заряженного конденсатора...

А по расчету мощности нужно считать не по сопротивлению в 1 Ком, а по импедансу...
Т.Е. по комплексному сопротивлению кожи и тканей испытуемого- штука сложная. Для электростимуляторов в расчетах применяется параллельное соединение резистора и емкости.
Номиналы попробую найти, ежели интересно.

Всё прально CU^2/2 энергия конденсатора кпд транса здесь не причём.

КПД устройства наиболее достоверно дает схема Фримэна. Бишь отношение Энергии Источника к Энергии на выходе девайса...
Но это, имхо, лишь косвенный показатель эффективности.
В идеале нужно измерять Данные Гопа... Или подопытного животного, наиболее близкое-свинья.

да CU^2/2 энергия конденсатора определяется по этой формуле, но кондер разряжается не сам по себе. а передаёт свою энергию нагрузке через трансформатор, у которого само собой, есть КПД. и мощность отдаваемая нагрузке , будет равняться

энергия кондёра * КПД транса.

и никуда от этого не денешся.

один из вариантов реализован в tasere X-26. Это непосредственное подключение боевого кондера к обЪекту, через вторичку транса. В этом случае КПД трансформатора влияет только на разряд поджигающего кондёра. А на разряд боевого, влияет только сопротивление вторичной обмотки.

С уважением Fregat.

to _ Amid
Описываемый тобой расчет , я недавно проверял, описываемый метод очень похож на правду, По крайней мере некоторые свои самоделки я тестил по описаной тобой буржуйской методике.всё сходится.
Сам хотел его сегодня выложить , но ты опередил, спасибо.

С уважением Fregat.

Fregat я имел ввиду что знаменатель 0.5 никак не связан с кпд

А каков КПД трансформатора на броневом сердечнике?

posted by zenon 3:
А каков КПД трансформатора на броневом сердечнике?[/QUOTE]

------
Примерно как у тора, 0.8-0,95 в зависимостиот качества исполнения. и правильности расчета.

С уважением Fregat.

Получился ли у вас ВВ транс на торе?

У меня получался транс на торе максимум на 5 кВ.
Пробовал построить на 40-50 кВ, пробиваются обмотки, очень сложно сделать нужную изоляцию, к тому же витки внутри кольца располагаются очень близко друг к другу, что недопустимо при высоких потенциалах.

С уважением Fregat

Какая марка феррита?Мотали не разламывая феррит?Можно попробовать намотать на большем диаметре так: половина кольца-первичка, вторая половина вторичка, вторичка-секции с промежутками 1-2мм,должно помочь.Повышение КПД транса действительно очень важно.

феррит 38*24*7 2000 НМ., мотал разламывая , потОм склеял.

Попробуйте МП 140, если найдете то МП 250, кольцо неразламывать.

Разламывание или не разламывание (простите за каламбур) очень незначительно влияет на результат, проверено.Важно чем половинки склеивать .Например МОМЕНТ или 88 клей дают неважный результат . Я пользуюсь цианопаном , результат удовлетворительный.Все преобразователи делал таким образом.

С уважением Fregat.

раз уже заговорили о расчетах, как вобще кто расчитывает параметры трансформаторов в преобразователях? Я методом тыка ))) Штук 20 перемотал - нашел нужные параметры для преобразователя. А от выходных трансов я вобще отказался.. Умножители рулят - кпд 100% ))

то что умножители рулят -это верно,но как избавится от остаточного напряжения(вот в чем вопрос!)

я например устанавливаю в цепь одного из электродов разрядник на 5 кВ.И все остаточное напряжение остаётся за разрядником не доходя до боевых электродов.

С уважением Fregat

Есть некоторые основания полагать, что штатовский Stun Master 625 (на трёх 9 вольтовых батарейках) тоже построен на схеме с умножителем.

понятно! надо попробовать.

не, врядли.. . все эти 625кв (а сечас у них уже 900 рекламируют) полный бред. Тема там скорее всего в хитрых измерениях, чисто для бумажки и для рекламы, примерно как у МАРТа с кулонами.. Не думаю что в каком-либо шокере напряжение реально выше 90кв - если смотреть по таблице то пробивное расстояние для 100кв более 20см. Ессно не один шокер - на это я готов поспорить - такое расстояние не пробьет. Умножители на такое напряжение делать нерационально - понадобится в лучшем случае 5 ступеней, если предположить что у буржуев есть диоды и кандеры на 20кв. Это для 100кв. про 625 молчу.

[QUOTE]Originally posted by handmade:
[B]не, врядли.. . все эти 625кв (а сечас у них уже 900 рекламируют) полный бред.
------
Ты прав ОДНОЗНАЧНО. Цифра 625, как и 725 .. . итд исключительно рекламный ход.Реально, импульсное напряжение(а именно оно пробивает межэлектродный промежуток) достигает 60-70 кВ, максимум.
Конструктивно на выходном импульсном трансе( который по размерам. можно впихнуть в НОСИМОЕ ЭШУ ) , в промышленных условиях. можно вытянуть не более 150-180 кВ.Всё, при дальнейшем увеличении выходного напряжения , будет пробиваться выходной трансформатор,и сильно возрастёт опасность поражения пользователя ЭШУ, либо через пробой корпуса, или наведённый разряд через цепи питания. Да и нет нужды в таких напряжениях. Что бы пробить слой одежды, хватает "с головой" 40-50 кВ.
Когда увлекался катушками Тесла , видел разряд 300 кВ ( "маленькая" молния 10 см.), пробивает оргстекло.

С уважением Fregat

Конечно, большие киловольты нужны для пробоя одежды, но почему не упоминаете о величине тока?Чем больше ток, тем выше эффект.Ограничившись напряжением в 60 КВ для пробоя одежды, остальную мощность нужно пустить на увеличение тока, а что бы не сильно увеличивать источник питания необходимо макс. повысить КПД.Может сделать отдельную рубрику по КПД?

гы )) дык мощность она и есть ток*напряжение, поэтому если уменьшить напряжение ток возрастет. так что заморочки тут нет )) насчет кпд - можно. вобще интересно будет условно разделить шокер на части и выяснить какой макс/реальный кпд у каждой.. начать можно с батареек )) чет я и сам никак не догоню как это у них кпд может быть не выше 0.5. Т.е. все в теории то ясно, но неверю ;-) Чисто логически если сложить все эти проценты то самый идеальный девайс не получится эффективнее 30-35% что звучит как-то бредово, ведь не одни же шокеры используют преобразователи, еще УПСы например..

А что тебя смущает в УПСах? Задающий генератор с частотой 50 Гц управляет двумя мощными ключами, на полевых транзисторах. Ключи по очереди комутируют напряжение 12 вольт в первичных обмотках тороидального транса, Во вторичке наводится 220 вольт и нужный ампераж ( 1-3 ампера). КПД достигает 85-95%.

С уважением Fregat

в соседней теме было написано что кпд батарейки (акума) 50% . вот это и смущает. если кпд преобразователя там 95% и кпд батарейки 50 то получается всего девайса 45% ?! вот это мне и показалось бредом.

КПД - по определению это отношение полученой мощности на выходе к подведенной на входе и умноженой на 100%

(Рвых/Рвх)* 100%

Если рассматривать КПД ЭШУ то в этом случае нужно принимать в расчет только подведённую энергию в Вт к отданой в нагрузку.

КПД химического (аккумулятор , батарея)источника питания - вещь очень условная,и очень специфисески расчитываемая
Правильнее было бы расчитывать КПД аккума, таким способом.ПОсчитать соотношение энергии на зарядку и отдаваемой энергии , в процесе розряда и умножить на 100%.Расчитать КПД батареи вообще трудно.

Просадка наряжения под нагрузкой, никоим образом не отражает КПД .А просто свидетельствует об отдаваемой мощности в данную единицу времени.
ПОэтому в расчётах отдаваемая мощность батарей принимается за 1 ( неважно 5,10,... 100Вт) и она называется " Рвх"

Приведу пример
Вместо батареек подключим к ЭШУ автомобильный аккумулятор( он может кратковременно выдавать 2 кВт, просадки никакой не будет.Вот и будем считать, что КПД источника питания = 100%

Кстати схема " Каракурта" при запитке от автомобильного аккумулятора,
сгорает мгновенно синим пламенет, даже без нагрузки(по крайней мере у меня).А причина в том , что источник питания может отдать мощности больше, чем могут выдержать и пропустить через себя, два транзистора в автогенераторе.
То-есть для работы необходимо , чтобы максимальная отдаваемая батареями мощность , со всеми просадками, была меньше, чем сумарная мощность транзисторов "Р коллектор-эмитер"

С уважением Fregat

вот-вот это уже ближе к истине.. по крайней мере к практике. я считал кпд шокера на умножителе - почти 90%, по чистому через микрофон. Еслиб кпд акума действительно был 50% такого б небыло. Кстати просадка на батарее из 6 кадмиевых пальцев чуть меньше 1в. ток 2А.

Какой умножитель используешь?

Я применяю такую схему

Сейчас планирую попробовать готовый умножитель от телека, только он как-то хитромудро включается.

С уважением Fregat

villard cascade (бля ети буржуйские термины так и лезут в бошку (( короче точто ты нарисовал, кстати ето из РЛ статья про ЭШУ - тут то ли ошибка то ли хитрость автора, но второй вывод умножителя (общий) должен быть снизу по схеме а не сверху. тк "работают" в итоге только кондеры С4 и С5, именно из них складывается выходное напряжение.. . Непонял, нах там еще один диод и кандер?

В умножителе от телека отсутствует один кандер, поэтому чтобы он заработал его туда надо добавить - подключить к входу (значек переменки ~), т.е. обмотку транса к умножителю через кандер. Лучше самому собрать из кандеров по 2200пф. Причем более 2х ступеней делать не стоит, иначе понадобится на порядок большая мощность для сохранения той же частоты разрядов (250-300гц) что черевато боком )) т.е. 1100пф*20кв (2 кондера последовательно) = 0.22дж; 0.22*250 = 55вт! Этож уже вдвое больше чем у тазера.. . Хотя с 250-300 я может и перегнул - это то что получается с УН8.5/25 1.2.

у меня сечас лежит на столе машинка с самодельным умножителем, дает 60гц всего, но это уже более 10вт. это на ИРФ540. Тут один распи#дяй обещал принести ИРФ3710, но по понятным причинам не принес ))) Ставил я еще ИРФП460, тоже нехило (>100) но он как-то быстро сгорел

[QUOTE]Originally posted by handmade:
кстати ето из РЛ статья про ЭШУ - тут то ли ошибка то ли хитрость автора, но второй вывод умножителя (общий) должен быть снизу по схеме а не сверху. тк "работают" в итоге только кондеры С4 и С5, именно из них складывается выходное напряжение.. . Непонял, нах там еще один диод и кандер?

------,
Да схема распространённая откопал, где-то в Инете.. Тоже знаю, что второй вывод умножителя , должен выходить по схеме снизу обмотки.Пробовал и так и эдак, больше понравилось именно в таком варианте.С6 играе роль накопительного кондёра. диод нужен, чтобы накопленный в нём заряд не разряжался в катушку во время отрицательной полуволны... Умножитель даёт на выходе ( если под нагрузкой )ПОСТОЯННЫЙ ток.Конечно если без нагрузки на холостом ходу( режим трещащей дуги) то ток будет импульсный.Импульсный, или переменный ток намного более эффективен. чем постоянный. Так вот , что бы получить импульсный разряд, от умножителя,через диод заряжается конденсатор С6.Как только напряжение на нём достигает 5 кВ, конденсатор импульсом разряжается через биологическую нагрузку.Весь процес повторяется 200-400 раз в секунду, в зависимости от мощности преобразователя.ЭФфект обалденный! Изменяя ёмкость С6 можно в широких пределах изменять частоту и мощность разряда.Понятно. чем меньше энергия одного разряда, тем больше частота.Разрядник в цепи боевых электродов , вдобавок ко всему избавляет от остаточного наряжения на боевых электродах.На демонстрационных электродах ( между которыми трещит дуга) остаточное напряжение присутствует!Так сделано специально. чтобы дуга была больше и громче, никуда не денешься от психологического фактора.Но если установить разрядник сразу после С6 то он надёжно защитит от остаточного остаточного напряжения За СОБОЙ.

В общем этот принцип используется в многократно поруганой " Кобре" и "скате", это те, что на умножителях.И называется он там "накопительный конденсатор".

Правильно построенная схема на умножителе, действительно эффективна.Хотя раньше я был несколько другого мнения.

С уважением Fregat

да не, помоему это все же лишнее. ток итак имульсный там, это ж не батарейка. кондер разряжается через сопротивление, потом снова заряжается итд. т.е. все также как в обычном шоке, только вместо разрядника - тело, или воздух.

минус тут в другом - умножительный шокер это как бы "автоматический разрядник" т.е. пробивает когда может а не когда надо. если бить через шубу то на кондерах образуется достаточное напряжение и соотв. энергия; если через майку то эффект уж как от зажигалки. и частота разрядов ессно повышается. я так прожег даже кожу на пятке )) этот факт говорит ЗА использование выходного разрядника - как гарантии некоторого минимального напряжения на кондерах. но есть и обратная сторона - напряжение нужно повышать чтоб еще и одежду пробивало, а сделать это рационально можно только в ущерб энергии заряда.. короче, не все так просто как кажется.

короче, достану на днях ИРФ3710 и доделаю шок, тогда будут тесты...