Классический выпрямитель представляет собой плойку с двумя плоскими пластинами, которые нагреваются и распрямляют расположенные между ними волосы. Мощность прибора влияет на его скорость нагрева и максимальную температуру, с которой он может работать. На рынке широко представлены модели с мощностью от 20 до 170 Вт, золотой серединой можно считать значение 40-70 Вт. Меньшая мощность актуальна для мини-стайлеров, бо
льшая — для профессиональных приборов, которые используются в салонах.
В зависимости от типа волос используется разная температура укладки, поэтому в современных моделях предусмотрена регулировка режимов — как правило, от 120 до 230 градусов.
- Для тонких, поврежденных, светлых и окрашенных волос рекомендуется использовать температуру не выше 140 градусов.
- Для натуральных и здоровых волос — до 180 градусов.
- Если у вас темные, густые, жесткие или кудрявые волосы, для укладки подойдет и высокая температура до 230 градусов.
Например, выпрямитель с керамическими пластинами Philips StraightCare оснащен терморегулятором на 10 режимов работы — это позволит подобрать подходящую температуру для укладки конкретного типа волос и не повредить локоны.
Тиристорные выпрямители
Рис. 1. Тиристорный выпрямитель, выполненный по прямой схеме
На рисунке 1 показана схема несложного трехфазного тиристорного выпрямителя. Аббревиатура СИФУ на схеме означает «Система импульсно-фазового управления». Эта система осуществляет регулировку и стабилизацию напряжения. Данный выпрямитель построен по так называемой прямой схеме, не предусматривающей преобразования частоты переменного тока. Принцип работы тиристорных выпрямителей, построенных по такой схеме, основан на срезании части синусоиды в промежутках между определенными значениями фазы (углами отсечки). В результате на выход выпрямителя поступает лишь часть электроэнергии.
График выходного напряжения для тиристорного выпрямителя показан на рисунке 2. Проблема тиристорных выпрямителей для гальваники (как, впрочем, и в случае диодных выпрямителей, применявшихся ранее) заключается в том, что на выходе наблюдаются значительные пульсации напряжения, не менее 14%. Сгладить пульсации на выходе с помощью дросселя практически невозможно, поскольку в гальванике используются очень малые напряжения и высокие значения силы тока. При малой частоте пульсаций (300 Гц при питании от трехфазной сети с частотой 50 Гц) потребуется дроссель с большим количеством витков, а значит – и большим сопротивлением по постоянному току, что неприемлемо. На выходе тиристорных выпрямителей ставят только высокочастотные дроссели с небольшим количеством витков, подавляющие помехи, создаваемые другими устройствами.
Рис. 2. Напряжение на выходе выпрямителя (синий цвет) и ток на входе по одной из фаз тиристорного выпрямителя (зеленый цвет) без корректора мощности
Обратите внимание на форму потребляемого тока: она далека от синусоиды. Для получения приемлемого коэффициента мощности в выпрямителях, построенных по прямой схеме, используются громоздкие корректоры.
Недостатком тиристоров является их инерционность. При подаче управляющего импульса проводящая зона сначала образуется вблизи границы управляющего электрода и уже потом распространяется по площади структуры со скоростью 0,03…0,1 мм/с. За время коммутации происходит нагрев тиристора. При нагреве кристалла тиристора свыше 70°C возможно его самопроизвольное срабатывание без управляющего импульса. Поэтому тиристоры требуют эффективного теплоотвода. Из-за сложных охлаждающих систем тиристорные выпрямители для гальваники представляют собой, как правило, громоздкие устройства, выполненные в виде напольных шкафов (рисунок 3).
Рис. 3. Размещение тиристорных выпрямители для гальваники в шкафах
В то же время тиристорные выпрямители для гальваники имеют и некоторые преимущества. Технология давно и хорошо отработана, поэтому сервисное обслуживание таких устройств может осуществляться на месте любым специалистом, умеющим чинить блоки питания для промышленных применений.
Какое покрытие лучше для выпрямителя волос
От покрытия пластин зависит то, насколько бережно утюжок будет работать с вашими волосами. Также оно во многом влияет на цену и долговечность прибора. Основные типы покрытий, которые можно встретить в современных выпрямителях:
- Металлическое.
- Керамическое.
- Турмалиновое.
Металлические
пластины устанавливают в бюджетных выпрямителях для волос — они считаются самыми дешевыми и опасными для волос из-за неравномерного нагрева. Модели с таким покрытием можно использовать в том случае, если у вас густые плотные волосы, или если вы редко их выпрямляете. Как вариант, купить модель с анодированным покрытием — оно менее вредно для волос.
Керамическое
покрытие является самым распространенным и удобным для использования. Такие пластины легко скользят по волосам и равномерно нагреваются, что позволяет добиться прямых локонов уже за пару движений. Также за керамикой просто ухаживать — достаточно протирать пластины чистой тканью. Также можно встретить мраморные пластины — они во многом похожи на керамические, но быстрее остывают, не перегревая волосы.
Еще одна разновидность керамических моделей — пластины с кератиновым покрытием. Несмотря на громкую рекламу, которая обещает уникальный блеск и гладкость волос, это покрытие кардинально ничем не отличается от обычной керамики и не имеет отношения к процедуре кератинового выпрямления, при которой на волосы наносится специальный химический состав.
Самым качественным и безвредным материалом покрытия считается турмалин
— это безопасный полудрагоценный минерал, который легко скользит по волосам. По сути, турмалиновое покрытие — разновидность керамического, так как в чистом виде его не используют, а наносят на керамику.
Турмалин добавляет прибору эффект ионизации — он излучает негативные ионы и снимает с волос статическое напряжение, делая их гладкими и блестящими. Утюжки с турмалиновым покрытием не перегревают волосы и не нарушают их структуру, поэтому особенно подходят для выпрямления окрашенных, тонких и поврежденных волос.
Плойки с пластинами, покрытыми турмалином, выпускают все популярные производители устройств для укладки: BaByliss, Philips, Rowenta, GA.MA и другие. Однако не стоит думать, что турмалин избавляет от необходимости использовать средства для термозащиты — да, это наиболее безопасное покрытие, но дополнительный уход требуется при любом воздействии на волосы.
Одна из популярных моделей с турмалиновым покрытием — GA.MA Elegance Led Bloom. Щипцы оснащены пластинами шириной 25 мм, могут нагреваться до 230 градусов и поддерживают 6 температурных режимов.
В профессиональных магазинах также можно найти модели с алмазным и титановым покрытием — они долговечны, эффективны, и не повреждают волосы даже при частом использовании. Однако за счет высокой цены их редко используют дома и чаще покупают для салонов красоты.
Особенности конструкции выпрямителя для гальваники
Распространено ошибочное мнение, что конструкция выпрямителя для гальваники мало чем отличается от других типов блоков питания. Поскольку выпрямители для гальваники стоят дорого, в Интернете можно встретить немало описаний, как сделать такой выпрямитель из обычного блока питания. Но подобное решение применимо лишь для любительского изготовления вещей в единичном экземпляре. На промышленном производстве возможно использование только специально предназначенных для гальваники выпрямителей. Причиной тому – некоторые особенности работы таких устройств:
- Малое выходное напряжение (как правило, оно лежит в пределах 6…48 В) в сочетании с высоким (до 12000 А) значением силы тока. Неудивительно, что часто выпрямитель соединен с гальванической ванной не кабелем, а шинопроводом.
- Сопротивление нагрузки в процессе работы может меняться в несколько раз.
- Установленные сила тока или напряжение должны выдерживаться на выходе с точностью не хуже 3%. Это необходимо для обеспечения высокого качества покрытия (что выполняется в определенном оптимальном режиме) и повторяемости серийной продукции.
- Малый уровень пульсаций на выходе, так как пульсации с частотами 50…300 Гц плохо сказываются на качестве покрытия, особенно когда речь идет о современных экологически чистых технологиях гальванического нанесения никеля и его сплавов.
- Для получения более ровной поверхности желательно наличие реверсивного режима, когда можно периодически менять полярность подключения к ванне с интервалом от единиц до десятков секунд.
- Желательно наличие функции ограничения по току на заданном пользователем уровне при стабилизации напряжения (если сила тока превышает заданное значение, то выходное напряжение уменьшается).
Большая мощность, требуемая для гальваники, обуславливает питание выпрямителя от трехфазной сети. Исключением являются выпрямители, используемые в небольших ремонтных мастерских, на предприятиях народных промыслов, а также в домашних условиях любителями что-либо мастерить (при этом следует соблюдать меры предосторожности, чтобы вредные вещества не попали к соседям!).
Какой ширины должны быть пластины
Ширина пластины обычно составляет 20-60 мм. То, какой размер выпрямителя выбрать, зависит от длины и толщины ваших волос. Широкие пластины (от 30 мм) подойдут для правильной укладки кудрей и длинной шевелюры — большая площадь нагрева поможет быстрее выпрямить локоны. Для тонких волос также лучше использовать широкие утюжки с большой площадью нагрева, чтобы ускорить процесс укладки и минимизировать повреждение волос.
Модели с узкими пластинами (до 30 мм) станут хорошим выбором для выпрямления коротких волос — это банально удобнее и безопаснее. С ними вы не сможете захватить большую прядь и повредить волосы при частом использовании утюжка.
Применение IGBT
Рис. 5. Пример выпрямителя на IGBT, способного давать ток до 1500 А
Более перспективной элементной базой для инверторных выпрямителей являются IGBT. Вот их основные преимущества по сравнению с тиристорами:
- как минимум на порядок меньшее время перехода из состояния «закрыто» в состояние «открыто» и обратно;
- возможность создания мощных инверторов с рабочей частотой до 30 кГц;
- хорошая управляемость. Подача того или иного напряжения на затвор однозначно вызывает открытие или закрытие IGBT.
Быстрое переключение из одного состояния в другое уменьшает нагрев прибора. Высокая рабочая частота инвертора радикально уменьшает размеры трансформатора и дросселей, что позволяет создавать компактные выпрямители (рисунок 5). Наконец, хорошая управляемость позволяет создавать инверторы, устойчиво работающие при изменении нагрузки в широких пределах, что очень важно для гальваники. Малый размер выпрямителя упрощает его защиту от влаги и пыли, что позволяет расположить выпрямитель максимально близко к гальванической ванне. Тем самым более рационально используется площадь производственного цеха и снижаются затраты на шинопроводы.
Сравнение характеристик типичных выпрямителей российского производства на основе тиристоров и IGBT дано в таблице 1.
Таблица 1. Характеристики отечественных выпрямителей для гальваники с питанием от трехфазной сети переменного тока 380 В
| Наименование | HBA ТЕ1-800/24Т | IMP Gold UNIV-800A/12V | HBA ТВ1-1600/12Т | NEON ИПГ-12/1500-380 |
| Элементная база | Тиристоры | IGBT | Тиристоры | IGBT |
| Тип охлаждения | Водяное | Принудительное воздушное | Водяное | Принудительное воздушное |
| Выходное напряжение, В | 2,4…24 | 0…12 | 0…12 | 1…12 |
| Выходной ток, А | 80…800 | 0…800 | 160…1600 | 15…1500 |
| КПД, не менее, % | 78 | 87 | 78 | 88 |
| Коэффициент мощности, не менее | 0,85 | Нет данных | 0,85 | 0,86 |
| Коэффициент пульсаций, % | Нет данных | 2% | Нет данных | 1 |
| Степень защиты | Нет данных | IP32 | Нет данных | IP54 |
| Размеры, мм | 1000x600x1740 | 470х410х450 | 1000x600x1740 | 720х510х670 |
| Масса, кг | 440 | 41,5 | 470 | 120 |
Обслуживание выпрямителей на IGBT сложнее, чем тиристорных. Но относительно малая масса выпрямителя позволяет организовать его доставку в сервисный центр.
Цена и производитель
Не будем лукавить — в большинстве случаев выбор любого устройства сводится к его цене. На рынке очень много вариантов выпрямителей: от бюджетных до профессиональных. Тем не менее, мы настоятельно не рекомендуем экономить на покупке этого прибора — некачественный утюжок может навредить волосам и повлечь серьезные затраты на их лечение. Кроме того, в таких устройствах часто используются небезопасные металлические пластины и дешевый пластик, который легко трескается и греется во время работы выпрямителя.
Как правило, чем дешевле щипцы для волос, тем ниже их мощность (проще говоря, они дольше нагреваются). Если вы ищите классический полноразмерный утюжок, а не дорожный вариант, обращайте внимание на модели мощностью от 40 Вт и стоимостью от 1500 рублей.
Среди популярных производителей, которые не первый год выпускают устройства для укладки: Philips, BaByliss, Rowenta, Beuer, Braun и Dewal. Более бюджетные варианты: Polaris, GA.MA, Scarlett, REDMOND и Xiaomi.
Если у вас есть возможность сделать покупку офлайн, выбирайте прибор «вживую». Во многих крупных магазинах есть демо зона, где можно включить выпрямитель в сеть и проверить его функции и эргономичность. Так вы будете уверены в своем выборе, а понравившуюся модель сможете оплатить сразу или заказать онлайн (например, чтобы получить кэшбек).
Инверторные выпрямители
Обеспечить высокий коэффициент мощности, малый уровень пульсаций на выходе и высокий КПД преобразования можно, построив выпрямитель по инверторной схеме, показанной на рисунке 4. Поступающий на вход первичного выпрямителя электрический ток из сети выпрямляется и сглаживается. От полученного постоянного тока питается инвертор, дающий переменный ток значительно более высокой частоты, чем частота тока в сети. К инвертору подключен компактный высокочастотный трансформатор. Ток со вторичной обмотки трансформатора подается на вторичный выпрямитель, откуда, через сглаживающий дроссель – на выход устройства. Сгладить пульсации до уровня менее 3% на высоких частотах можно с помощью дросселя, имеющего малое количество витков. Управляя параметрами инвертора, можно стабилизировать на заданном уровне напряжение или силу тока на выходе, а также отрабатывать и более сложные программы, например, стабилизировать напряжение, пока сила тока не превысит заданного значения, после чего уменьшать напряжение, чтобы сила тока оставалась на заданном предельном уровне.
Рис. 4. Структурная схема типичного инверторного выпрямителя
До недавнего времени основной элементной базой при построении мощных инверторов были тиристоры. Инверторы на тиристорах могут работать на частотах не более 3 кГц. Повышение частоты, на которой работает тиристор, потребует дополнительного охлаждения по сравнению с частотой 50 Гц. В итоге инверторный выпрямитель получается еще более громоздким по сравнению с выпрямителем, выполненным по прямой схеме.
Особенностью тиристора по сравнению с другими силовыми полупроводниковыми приборами является то, что он включается по импульсу, подаваемому на управляющий электрод, а вот выключение происходит лишь в том случае, когда разница напряжений между анодом и катодом будет меньше определенной величины. В результате инверторы на тиристорах имеют узкий диапазон рабочих нагрузок. Для гальваники это неприемлемо, так как для повышения качества покрытия рекомендуется опускать изделие, на которое наносится покрытие, в гальваническую ванну уже под напряжением, что приводит к изменению нагрузки на выпрямитель в широких пределах.
Перечисленные проблемы привели к тому, что массово производимые модели тиристорных выпрямителей для гальваники строятся только по прямой схеме.
Выбор IGBT для выпрямителя
Рассмотрим структурную схему инверторного выпрямителя, изображенную на рисунке 4. Первичный выпрямитель выполняется по схеме Ларионова, как по наиболее эффективной. Напряжение постоянного тока на выходе выпрямителя рассчитывается по формуле 1:
$$U_{в}=sqrt{2}times U_{лин}=537hspace{0.25em}В,qquad{mathrm{(}}{1}{mathrm{)}}$$
где 380 В – линейное напряжение питания.
Для построения инверторного преобразователя будем использовать мостовую схему. Для нее нам потребуется 4 IGBT. Величины максимального напряжения, с которым может работать IGBT, образуют ряд фиксированных значений. С учетом всех необходимых запасов по напряжению выберем значение 1200 В.
Следует иметь в виду, что максимальная сила тока на выходе вторичного выпрямителя будет в единицы–десятки раз больше, чем сила тока, протекающего через IGBT, так как после инвертора стоит понижающий трансформатор.
Поскольку гальваника является узкоспециализированной сферой деятельности, производители IGBT не всегда дают конкретные рекомендации, что из их ассортимента может быть использовано для данного применения. Тем не менее, режим работы IGBT в выпрямителе для гальваники примерно такой же, как и в инверторном сварочном аппарате: большая мощность, малое напряжение, большой ток, изменение параметров нагрузки. Из этого следует вывод, что если производитель в своем ассортименте не выделяет отдельно продукцию для гальваники, то выбирать надо наиболее быстродействующие IGBT, предназначенные для сварочных аппаратов.
Рассмотрим IGBT-модули в качестве основы для построения инверторного преобразователя. Потери при переключении IGBT возрастают при росте температуры кристалла. При перегрузке IGBT-модуль нагревается и потери еще более возрастают. Для предотвращения выхода выпрямителя из строя на IGBT-модули устанавливают датчики температуры (во многие модули они уже встроены). При превышении определенного значения температуры выпрямитель выключается до полного охлаждения. Находящаяся же в это время в гальванической ванне деталь, как правило, идет в брак.
С точки зрения надежности оптимальным вариантом для гальваники являются IGBT-модули производства компании Infineon Technologies, основанные на технологии IGBT4. Уникальной особенностью IGBT, используемых в этих модулях, является нормирование потерь переключении при максимально допустимой температуре кристалла 150°C. Это позволяет рассчитать систему охлаждения таким образом, чтобы практически полностью исключить аварийное отключение выпрямителя из-за перегрева элементов инвертора.
Другими преимуществами, специфичными для серии IGBT4, являются высокое быстродействие и малые потери при коммутации. Этого удалось добиться благодаря применению фирменной технологии TrenchStop. У такого транзистора дрейфовая N-зона выполняется в основной пластине, имеющей требуемую толщину и уровень легирования, а тонкие буферный слой N+, нижний эмиттер P+ и верхняя MOSFET-структура реализуются локальным легированием с точно выдержанными оптимальными параметрами. Такая структура стала возможной благодаря новым технологическим решениям, позволившим работать с пластинами кремния толщиной в несколько раз меньше, чем толщина стандартных подложек [3]. К тому же, применение легирования вместо эпитаксиального наращивания снизило технологический разброс, что и позволило нормировать параметры на повышенной температуре.
Рис. 6. Корпус EconoDual 3 обеспечивает повышенную теплопроводность
В рамках серии IGBT4 наибольшее быстродействие имеет модификация E4. Кстати, она рекомендована производителем для сварочных аппаратов, то есть ее можно использовать и в выпрямителях для гальваники. Предпочтительно использование варианта в корпусе EconoDUAL 3 (рисунок 6), так как он имеет улучшенную теплоотдачу и встроенный датчик температуры, что повышает надежность системы. Кроме этого, данный корпус имеет низкую паразитную индуктивность элементов, что важно для мощного инвертора.
Нередко конструкторы выпрямителей для гальваники применяют дискретные IGBT-транзисторы, и тому есть объективные причины: простота трассировки платы, возможность использования старых производственных линий, снижение стоимости ремонта при выходе из строя только одного транзистора. Для таких случаев компания Infineon предлагает серию быстродействующих дискретных IGBT-транзисторов с технологией TrenchStop в широкой номенклатуре корпусов: от стандартных SMD-корпусов DPAK и D2PAK до выводных TO-220 и TO-247 c тремя и четырьмя выводами.
Источник: