Jump to content

    

Расчёт мощного импульсного трансформатора

Всем привет, признаюсь новичок в этом деле, но имею желание учиться!

Есть задача (пока что факультативная) рассчитать мощный импульсный трансформатор:
1. Схема мостовая;
2. Максимальное входное напряжения DC звена после трёхфазного мостового выпрямителя (+20%, и -4% падает на DC дроселе) ~620В (напряжение прикладываемое к обмотке);
3. Выходное напряжение 60В;
4. Выходной ток 2000А (2кА);
5. Частота ШИМ 50кГц;
6. Пока что смотрю на сердечник B64290L0084X087 (N87; Bmax = 0.49 (беру 0.39 Тл); мю.i 2200; Ae = 267.2 мм^2; le = 255.3 мм; D = 102 мм; d = 65.8 мм; h = 15 мм. Для увеличения мощности думаю объединить 12 таких сердечников итого h = 180 мм. Габаритная мощность получается ~127кВт (по http://cnc.matrixmosaic.ru/index.php?me ... ransformer)
7. Число витков первичной обмотки W1 = 3, а вот вторичной W2 = 0,3 
И вот что делать со вторичной обмоткой – тут я сел в лужу, точнее утонул в ней!


Думается увеличить число витков W1, но тем самым увеличиваю индукцию вроде как (может быть в этом я ошибаюсь, кто то писал мне что с увеличением числа витков - индукция уменьшается), которая становиться больше Bmax = 0.39.


Кто нибудь делал такие монстры? Подскажите в каком направлении двигаться?

Любые советы приветствуются!

Прошу только не писать ответы типа: замахнулся сразу, сначала нужно сделать "блоху".... и т.п. 

Дробить на несколько более маленьких не собираюсь, это исходные данные для трансформатора самого маленького преобразователя (модуля).

Расчёт нужен для оценки приблизительной стоимости комплектующих и возможности в недалёком будущем запустить детальную разработку преобразователя и изготовление и испытание прототипа.

Сам я инженер с 15 летнем опытом в электроприводе, автоматике, ПЛК, ЧМИ, сейчас разрабатываю и запускаю тиристорные выпрямители до 120кА и до 1000В, осваиваю микроконтроллеры STM, и вот эта одна из новых тем для меня, хотя с электроникой дружу с детства, не хватает времени углубиться в теорию, потому я тут.

Share this post


Link to post
Share on other sites
23 minutes ago, Alex2810 said:

7. Число витков первичной обмотки W1 = 3, а вот вторичной W2 = 0,3 
И вот что делать со вторичной обмоткой – тут я сел в лужу, точнее утонул в ней!

Вылезайте из неё. Округляете вторичку до ближайшего бОльшего целого, а первичку пересчитываете по этому же коэффициенту трансформации. Да, уплывёт размах индукции и коэффициент пульсаций тока, но можно вернуть их назад, если надо, скорректировав частоту.

На кольце я бы не стал делать, а взял бы крупные Е или U сердечники, без каркаса. Ну и одним каналом тащить такие токи - удовольствие так себе, а разделить на 4 фазы в интерливе значительно проще, и легче как компонентам, так и монтажнику

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 hours ago, Alex2810 said:

..

3. Выходное напряжение 60В;
4. Выходной ток 2000А (2кА);
5. Частота ШИМ 50кГц;
6. Пока что смотрю на сердечник B64290L0084X087 (N87; Bmax = 0.49 (беру 0.39 Тл); мю.i 2200; Ae = 267.2 мм^2; le = 255.3 мм; D = 102 мм; d = 65.8 мм; h = 15 мм. Для увеличения мощности думаю объединить 12 таких сердечников итого h = 180 мм. Габаритная мощность получается ~127кВт (по http://cnc.matrixmosaic.ru/index.php?me ... ransformer)
..

Вентилятором такой сердечник точно не охладить. Косой мост греться будет меньше. Для такой мощности 20КГц максимум и разделять на фазы.

Share this post


Link to post
Share on other sites
27 минут назад, Den64 сказал:

Вентилятором такой сердечник точно не охладить. Косой мост греться будет меньше. Для такой мощности 20КГц максимум и разделять на фазы.

Угу. 32 фазы в бааальшом шкафу - подъемно. А единичные 127кВт - на бумаге только будет работать

Share this post


Link to post
Share on other sites

Допустим провода от трансформатора до нагрузки (до выпрямителя если выход DC) имеют индуктивность 0.1нГн, то индуктивное сопротивление 50 килогерцам будет 0.0314Ом * 2000А ~= 60В просядет. 50КГц много.

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 часа назад, Alex2810 сказал:

в каком направлении двигаться?

20 шт. ETD59, а лучше сразу что-то похожее местное китайское, ведь разумеется им всё это мотать оптом — первичка параллельно 8 слоёв по 50 вит. 0,7 мм в каждом, расположенных попарно между последовательно 5-ю слоями вторички по 1 витку ленты 0,7 мм в каждом.

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 часа назад, Den64 сказал:

Допустим провода от трансформатора до нагрузки (до выпрямителя если выход DC) имеют индуктивность 0.1нГн, то индуктивное сопротивление 50 килогерцам будет 0.0314Ом * 2000А ~= 60В просядет. 50КГц много.

Выпрямлять с одной обмотки сразу 2000А - чисто умозрительное занятие.
 Провода в палец толщиной греться будут, а о самом выпрямителе и говорить  нечего.
 Рисовать все легко, но когда даже все это собрать и дойдет дело до испытаний - вот тогда вдруг окажется что испытывать нечем, забыли об этом.
 Делить этого монстра нужно на блочки поменьше, работающие впараллель. Это технологично и в разработке, и в производстве.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Охлаждение будет не воздушным, всё будет охлаждаться водой, конструкция будет не простой! С охлаждением в общем проблемы решаемы!

С обмоткой, понял, вторичку округляю до 1, и первичка получиться 10 Витков. 

Вторичка будет расщеплена на 10 водоохлаждаемых трубок (это предварительно), 1 виток, то что нужно!, просто пропустить проводник через центр кольца это ведь и есть 1 виток?

Испытывать есть чем! Я же занимаюсь тиристорными выпрямителями на десятки мегават!

8 часов назад, Den64 сказал:

Допустим провода от трансформатора до нагрузки (до выпрямителя если выход DC) имеют индуктивность 0.1нГн, то индуктивное сопротивление 50 килогерцам будет 0.0314Ом * 2000А ~= 60В просядет. 50КГц много.

Просядет 60В чисто в проводах между ёмкостью DC звена и трансформатором?

Т.е. нужно стремиться как можно к меньшей индуктивности проводов первичной обмотки? чтобы на данный момент придерживаться исходной частоты 50кГц.

11 часов назад, borodach сказал:

Вылезайте из неё. Округляете вторичку до ближайшего бОльшего целого, а первичку пересчитываете по этому же коэффициенту трансформации. Да, уплывёт размах индукции и коэффициент пульсаций тока, но можно вернуть их назад, если надо, скорректировав частоту.

На кольце я бы не стал делать, а взял бы крупные Е или U сердечники, без каркаса. Ну и одним каналом тащить такие токи - удовольствие так себе, а разделить на 4 фазы в интерливе значительно проще, и легче как компонентам, так и монтажнику

 

Почему не кольцо? Проблемнее с монтажом? 

Может кто подскажет более подходящие и доступные сердечники? пока что для исходных данных (1 трансформатор, возможно несколько сердечников объединённых в один).

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 часов назад, Егоров сказал:

Выпрямлять с одной обмотки сразу 2000А - чисто умозрительное занятие.
 Провода в палец толщиной греться будут, а о самом выпрямителе и говорить  нечего.
 Рисовать все легко, но когда даже все это собрать и дойдет дело до испытаний - вот тогда вдруг окажется что испытывать нечем, забыли об этом.
 Делить этого монстра нужно на блочки поменьше, работающие впараллель. Это технологично и в разработке, и в производстве.

Греется всё! и маленькое и большое, парой кучу маленького греется в сумме больше, чем одно большое!

Больше элементов - меньше надёжность! А надёжность для меня - это главнее всего!

Этот монстрик, сам будет являться блочком и параллельно работать с братьями своими. 

Если строить систему хотябы на 30кА, то пробой выходного выпрямительного диода в одном маленьком - может просто разнести в клочья весь выпрямитель, поэтому нужно для защиты ставить быстродействующие предохранители не малых размеров, а они имеют не малую цену!, а как защитить от этого "мелочь", просто всё выгорит! ещё до того как система управления отреагирует на неисправность и отключит параллельные источники. В идеальном случае должен будет отключиться только неисправный (предохранителем при пробое диода).

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 hours ago, Alex2810 said:

Почему не кольцо? Проблемнее с монтажом? 

Используется бескаркасные ЕЕ или UU сердечники. Потому что на них наиболее технологично выполнить обмотку лентой или шиной. А бескаркасные - потому что ни один каркас не выдержит механической нагрузки от обмотки при изготовлении. Ну ещё окно в сердечнике каркас занимает прилично.

Вот пара кадров из блока питания Astec

Это дроссель DCDC

DCDC.thumb.JPG.2cc883d6fe77d51eea516b97fe1bc96d.JPG

Это дроссель корректора на полтора киловатта

1500PFC.thumb.JPG.67d846160f4dc7860432106387d55526.JPG

Аналогичные конструкции встречаются, например, в рэковых бесперебойниках APC Smart UPS с двойным преобразованием на 2-3 кВА, там вход 48В, таким образом выполнен повышающий трансформатор в 400В.

Надо поглядеть, как изготовлены всякие там Симметры стокиловаттные, уж APC сцобаку съели на этом, можно у них опыта позаимствовать.

Чтобы отказ одной ячейки привёл к отказу всей сборки из параллельно включенных ячеек, это  надо постараться нарушить всё что можно, все правила проектирования, начхать на все запасы и защиты.

http://ferrite.ru/uploads/pdf/products/u/u_93_152_16-1.pdf

Edited by borodach

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 hours ago, Alex2810 said:

Я же занимаюсь тиристорными выпрямителями на десятки мегават!

И на какой частоте работают эти выпрямители..? 50кГц это не 50Гц

15 hours ago, Alex2810 said:

Расчёт нужен для оценки приблизительной стоимости

Найдите готовые источники (у того же менвела), правда с распределение тока только между двумя (возможно можно допилить), цена на сайте для ориентировки

Для самостоятельного изготовления если это не тролинг, посмотрите на гаммаметовские (аморфные) сердечники, опустить частоту до единиц кГц - тут и STM в помошь

3 hours ago, Alex2810 said:

Больше элементов - меньше надёжность!

Спорное утверждение. Конечно, например, выпрямители на сотни кА для вакуумно-дуговых печей надежные, но габариты...

Share this post


Link to post
Share on other sites

Alex2810, какую топологию, кстати, использовать собираетесь? А то в половине годных вариантов есть ещё одно моточное изделие, о котором пока ни слова

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 часа назад, Alex2810 сказал:

Греется всё! и маленькое и большое, парой кучу маленького греется в сумме больше, чем одно большое!

Больше элементов - меньше надёжность! А надёжность для меня - это главнее всего!

 

Вы трансформатор рассчитать затрудняетесь, а беретесь о надежности судить.
 Распределенная система будет на порядок надежнее. Это азбука.

Share this post


Link to post
Share on other sites
4 hours ago, Alex2810 said:

Испытывать есть чем! Я же занимаюсь тиристорными выпрямителями на десятки мегават!

Ух, впечатляет! Особенно фраза " сейчас разрабатываю и запускаю тиристорные выпрямители до 120кА и до 1000В". Даже не представляю, где такое востребовано.

Но, судя по обилию восклицательных знаков, очередной прожект победы над природой. Такое по плечу только не обременённому багажом знаний энтузиасту...

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 часов назад, Alex2810 сказал:

Больше элементов - меньше надёжность!

АЭС "Фукусима" охлаждалась одним супернасосом, расположенным в одном суперсарае.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now