[iiv 29]

Всем привет,

 

я, как всегда о своих баранах...

 

Хочется поставить два торроидальных трансформатора (феррит диаметром 110мм), так, чтобы повышать с 17V(RMS)->11kV(RMS).

 

То есть первый повышает с 17V до 430V, а второй уже до 11kV (здесь и далее только RMS).

 

Почему так хитро:

 

1. нужна приемлимая мощность при маленьких габаритах, а именно постоянно надо иметь 500Ватт, но в пике (1мс) до 5кВатт,

2. нагрузка очень не равномерная, то ее нет (50-70% времени), то она пилообразно падает с 0.5А до 1мА, поэтому, зная сопротивление нагрузки, я буду подстраивать частоту, успешный опыт работы на одном трансформаторе 17V->2kV с аналогичной нагрузкой имеется, но вот в нем у меня было три слоя на вторичке (2000 витков), а тут думаю, надо в один слой мотать вторичку у второго трансформатора на 600 витков,

3. нужна оптимизация по весу, почти обязательно, чтобы система была не большая, до 25см длина, ширина, высота и весила не более 5 кг,

4. трансформаторное масло не подойдет, так как ожидаются большие перепады температур так как планируется эксплуатация от северного Урала, до южного Казахстана, и, до 5g ускорения,

5. есть положительный опыт работы с одним таким трансформатором и самопально написанная и успешно работающая система автоподстройки частоты в зависимости от нагрузки,

6. есть надежда, что после первого не сильно высоковольтного трансформатора, выход будет очень гладким и синусоидальным, и на моих 50кГц не пробъет второй трансформатор,

7. система должна работать на как можно максимально высокой частоте, система накачки может генерить частоту вплоть до 30мГц, но, как показывает опыт, оптимум, (в зависимости от нагрузки) находится в диапазоне от 30 до 60кГц для этого феррита.

 

Теперь после всего вышесказанного, очень прошу Вас, уважаемые друзья, помочь мне ответить на один вопрос:

 

Скажите, пожалуйста, правильно ли я понимаю, что если плотность тока по сечению обмоток у трансформаторов будут одинаковы (первичная с первичной, вторичная с фторичной), то максимум КПД у обоих трансформаторов в зависимости от частоты и нагрузки будут тоже одинаковы?

 

Спасибо!

 

ИИВ

[тау 31]

Скажите, пожалуйста, правильно ли я понимаю, что если плотность тока по сечению обмоток у трансформаторов будут одинаковы (первичная с первичной, вторичная с фторичной), то максимум КПД у обоих трансформаторов в зависимости от частоты и нагрузки будут тоже одинаковы?

с одной стороны, при неучете тока ХХ и паразитных емкостей , и при условии одинакового заполнения окна медью, все сходится , потери в ферритах одинаковы. Плотность тока одинакова- потери в меди одинаковы. Кпд одинаков ( а не только максимум)

 

с другой стороны, надо учесть реактивные токи, особенно ток высоковольтного обмотки второго транса на паразитной емкости этой обмотки. Он не будет пренебрежимо мал, а скорее всего будет больше рабочего тока. Поэтому КПД будет разн.

Изменено 1 июля, 2011 пользователем тау

[AlexeyW 0]

Я все же не совсем понял смысл второго транса - разве что не превысить тысячу витков (первичка вполне ведь может быть одним витком, только аккуратно распределенным).

А откуда берутся входные 17VRMS?

Tay верно сказал про потери на емкостях, их можно прикинуть - емкость высоковольтной обмотки будет никак не меньше сотни пФ, эффективная в 2-3 раза меньше. На 50 кГц это дает 50000*10^-10*11000^2, порядка сотен ватт. Либо эта мощность будет рассеяна, либо ее придется как-то рекуперировать или использовать резонанс. Частота собственного резонанса тут тоже не очень велика - типа нескольких сотен кГц.

[iiv 29]

Уважаемые Тау и АлексейВ,

 

большое Вам спасибо за советы и обсуждения!

 

Я все же не совсем понял смысл второго транса - разве что не превысить тысячу витков (первичка вполне ведь может быть одним витком, только аккуратно распределенным).

Причин несколько:

1. иметь несколько витков, вместо одного, есть негативный опыт работы с трансформатором с сердечниками в виде "Е", и с двумя витками первички, КПД был ужасно маленький, (может и не аргумент, а кривые руки),

2. иметь низковольтный транс вдали от высоковольтного, (может и не аргумент а мое лишнее беспокойство),

3. иметь возможность на первом трансформаторе, при необходимости, домотать один виток, или отмотать у первички, тем самым, слегка отъюстировав наблюдаемое выходное напряжение, (очень желательно иметь эту возможность, так как с одним трансом я буду этой возможности полностью лишен, так как его надо хорошо заливать),

4. на входе первого трансформатора стоит схема из Н-моста, которая генерит три состояния (+12,0), (0,0), (0,+12), скорость переключения между этими состояниями составляет 35нс, поэтому, я видел сильные всплески на обмотках с малым числом витков, из-за этого, есть большая опастность пробить изоляцию. Если стоит два транса, то такие всплески хорошо сглаживаются первым, не высоковольтным трансом, у которого изоляция сделана с запасом, а вот второй уже работает на очень хорошом синусе, и вторичка у него не пробивается. Если я ошибся в этом утверждении, поправьте, пожалуйста!

 

А откуда берутся входные 17VRMS?

кажется, описался, простите, пожалуйста!!! Должно быть 9VRMS, а если более точно, на клевмы первого транса подаются напряжения: (+12,0), (0,0), (0,+12). На выходе у второго транса в пике на каждой клевме я хочу иметь +15кВ/-15кВ. Всегда мыслил пиковым напряжением, а тут, почему-то решил в РМСы перевести, и с коэффициентом ошибся. Когда писал, думал про питание для системы в 24В, а не 12В, но, технологически, это очень не удобно организовать.

 

Tay верно сказал про потери на емкостях, их можно прикинуть - емкость высоковольтной обмотки будет никак не меньше сотни пФ, эффективная в 2-3 раза меньше. На 50 кГц это дает 50000*10^-10*11000^2, порядка сотен ватт. Либо эта мощность будет рассеяна, либо ее придется как-то рекуперировать или использовать резонанс. Частота собственного резонанса тут тоже не очень велика - типа нескольких сотен кГц.

 

С аналогичным трансом (2000 витков вторичка, 9 витков 4 штуки одинаковых первичек) я получал резонанс в зависимости от нагрузки в диапазоне 30-60кГц. Так как у меня есть самопально сделанная система, которая этот резонанс угадывает, я собираюсь ее тут же применить. Единственно, если это будет два транса, то надо иметь одинаковый резонанс у обоих трансов в выбранном диапазоне. Усредненное КПД на всем диапазоне нагрузок на этом трансе с двумя 4-х ступенчатыми умножителями (в +21кВ и в -21кВ) у меня составило 60%, что, мне кажется, является довольно хорошим результатом.

[gte 6]

Не сильно хорошая затея.

Во первых, 11 кВ на 50 кГц это совсем не то, что 2 кВ и необходимо обеспечить хорошую изоляцию с вакуумной пропиткой и соответствующим подбором изоляции (пленка??) и компаунда, да еще с достаточно малыми потерями и эпсилон.

Работать лучше на резонансе. И гораздо эффективнее будет повысить постоянное напряжение до тех же 400В на котором и сделать генератор.

[AlexeyW 0]

1. иметь несколько витков, вместо одного, есть негативный опыт работы с трансформатором с сердечниками в виде "Е", и с двумя витками первички, КПД был ужасно маленький, (может и не аргумент, а кривые руки),

Нет, не руки, просто на Е действительно не получить приемлемой инд. рассеяния при 2-3 витках. А вот на торе можно, но геометрия аккуратная и сложная. Вообще, прочитав Ваши аргументы, я понял, что я погорячился - Ваши аргументы верны и, действительно, достаточны для двух трансов. А есть еще проблемы с конструктивом транса с К=600.

2. иметь низковольтный транс вдали от высоковольтного, (может и не аргумент а мое лишнее беспокойство),

Хорошая развязка - не помешает, и проще разобраться с синфазным током.

3. иметь возможность на первом трансформаторе, при необходимости, домотать один виток, или отмотать у первички, тем самым, слегка отъюстировав наблюдаемое выходное напряжение, (очень желательно иметь эту возможность, так как с одним трансом я буду этой возможности полностью лишен, так как его надо хорошо заливать),

наверное, самый основной аргумент, Вы правы

4. на входе первого трансформатора стоит схема из Н-моста, которая генерит три состояния (+12,0), (0,0), (0,+12), скорость переключения между этими состояниями составляет 35нс, поэтому, я видел сильные всплески на обмотках с малым числом витков, из-за этого, есть большая опастность пробить изоляцию. Если стоит два транса, то такие всплески хорошо сглаживаются первым, не высоковольтным трансом, у которого изоляция сделана с запасом, а вот второй уже работает на очень хорошом синусе, и вторичка у него не пробивается. Если я ошибся в этом утверждении, поправьте, пожалуйста!

Да и тут, похоже, Вы правы - паразитные высокие резонансы могут локально подбросить напряжение.

кажется, описался, простите, пожалуйста!!! Должно быть 9VRMS, а если более точно, на клевмы первого транса подаются напряжения: (+12,0), (0,0), (0,+12). На выходе у второго транса в пике на каждой клевме я хочу иметь +15кВ/-15кВ. Всегда мыслил пиковым напряжением, а тут, почему-то решил в РМСы перевести, и с коэффициентом ошибся. Когда писал, думал про питание для системы в 24В, а не 12В, но, технологически, это очень не удобно организовать.

не, я не о цифрах, просто хотел узнать тип источника - т.е. просто мост или полумост на ключах, ясно

С аналогичным трансом (2000 витков вторичка, 9 витков 4 штуки одинаковых первичек) я получал резонанс в зависимости от нагрузки в диапазоне 30-60кГц. Так как у меня есть самопально сделанная система, которая этот резонанс угадывает, я собираюсь ее тут же применить. Единственно, если это будет два транса, то надо иметь одинаковый резонанс у обоих трансов в выбранном диапазоне. Усредненное КПД на всем диапазоне нагрузок на этом трансе с двумя 4-х ступенчатыми умножителями (в +21кВ и в -21кВ) у меня составило 60%, что, мне кажется, является довольно хорошим результатом.

Ожидаемые цифры, частота примерно обратно пропорциональна числу витков. А Вы не думали в сторону схем Бушеро (так, кажется, называются). Т-образная резонансная схема является источником тока, а еще какая-то, как помню - напряжения.

[iiv 29]

Уважаемый AlexeyW,

 

спасибо Вам за интересные советы и комментарии из которых многие вещи постепенно для меня проясняются.

 

В сторону схем Бушеро смотрел, но, пока не пробовал, реально у меня довольно сложная нагрузка, и зная как я добивался резонанса на всем диапазоне токов нагрузки, пока побоялся идти в ту сторону.

 

Кстати похоже Вы правы, под рукой были характеристики резонансов с моих двух трансов с 2000 и 1300 витками, и, к сожалению, резонанс на одинаковой нагрузке у того, что 2000 витков, был примерно на 30% выше. Буду думать, похоже мне придется работать на очень низких резонансах (примерно 10-20кГц) что, дополнительно усложняет ситуацию.

 

Если соберу и заработает, отпишусь - похвалюсь, нет, то, думаю, буду дальше теребить форум.

 

Спасибо

 

ИИВ

 

[AlexeyW 0]

Кстати похоже Вы правы, под рукой были характеристики резонансов с моих двух трансов с 2000 и 1300 витками, и, к сожалению, резонанс на одинаковой нагрузке у того, что 2000 витков, был примерно на 30% выше. Буду думать, похоже мне придется работать на очень низких резонансах (примерно 10-20кГц) что, дополнительно усложняет ситуацию.

Вообще, довольно интересно, почему при больших витках частота выше (или геометрия, или, возможно, это другой резонанс - транс может иметь несколько резонансных частот, что-то типа стоячих волн). Или Вы имели в виду добротность, амплитуду резонанса? Тогда в этом есть логика, больше индуктивность и волновое сопротивление контура - больше добротность..

[gte 6]

Вообще, довольно интересно, почему при больших витках частота выше

Исходя из последующего вывода о возможной работе на 10-20кГц вместо 50 кГц, банальная описка.

 

[AlexeyW 0]

Если соберу и заработает, отпишусь - похвалюсь, нет, то, думаю, буду дальше теребить форум.

По приколу, у меня тут тоже образовалась очень похожая задача, про трансформатор. Параметры - первичная амплитуда вольт 25-30, вторичная - амплитуда 1 кВ, 10-20 кГц. Как будут мысли и результаты - постараюсь написать, Вы тоже напишите, как там у Вас.

[gte 6]

По приколу, у меня тут тоже образовалась очень похожая задача, про трансформатор. Параметры - первичная амплитуда вольт 25-30, вторичная - амплитуда 1 кВ, 10-20 кГц. Как будут мысли и результаты - постараюсь написать, Вы тоже напишите, как там у Вас.

Мощность то какая?

[AlexeyW 0]

Маленькая, 20 Вт примерно. Трансформатор определяется в данном случае не мощностью, а нужной индуктивностью и пределом насыщения. Кроме того, поскольку тоже важен вопрос корректной передачи сигнала, важны паразитные резонансы.

Изменено 1 сентября, 2011 пользователем AlexeyW

[iiv 29]

В продолжении темы, несколько моих комментариев:

 

1. действительно с числом витков в резонансе - описался, почему-то в эту тему давно не заглядывал.

 

2. попробовал два тора в каждом по 40 первички и 1200 вторички, потом попробовал первый транс с 4-ырмя перчичками, и одной вторичкой, второй транс одна первичка и одна вторичка, с подбором параметров так, чтобы все было максимально похоже друг на друга - пока не сильно доволен результатом. Происходит неравномерный нагрев, подстройка оптимума КПД плывет ужасно, короче мне пока эта идея перестала нравиться... Реально правда 400Ватт выходной получается на 70мм торах и порядка 120кГц.

 

3. Недавно факультативно собрал полный мост на 300В, запустил с одним трансом, реально лучше, спасибо gte за идею! Особенно понравилось, что от температуры теперь подстройка частот почти не плывет, а при моих исходных 12В-360В-10КВ уже через минуту работы параметры сильно из-за нагрева плыли. Пока идея с питанием одного транса на 300В только факультативно работает, но, думаю, руководство одобрит, и прибегут правильные люди из соседнего отдела и будут это серьезно разрабатывать, а я только численную часть буду долизывать.

 

ИМХО, если нужна малая мощь, как у Вас AlexeyW, порядка 20Ватт, то, два транса, возможно, по комплектующим будет самый дешевый вариант.

 

С уважением

 

ИИВ

[gte 6]

В продолжении темы, несколько моих комментариев:

Пока идея с питанием одного транса на 300В только факультативно работает, но, думаю, руководство одобрит, и прибегут правильные люди из соседнего отдела и будут это серьезно разрабатывать, а я только численную часть буду долизывать.

Если Вам так допустимо, то это лучше, чем с 17VRMS. При таком варианте может быть более высокая частота резонанса.

Регулировать выходное напряжение будет удобно изменением напряжения питания (300В).

 

Если Вы собираетесь работать на резонансе, то обратите внимание на необходимость уменьшения индуктивности рассеяния, которая может не позволить Вам получить требуемую мощность или достаточно низкое выходное сопротивление.

 

Для уменьшения дрейфа можно использовать современные ферромагнитные материалы, у которых малая зависимость проницаемости от температуры.

 

P.S. При высоком напряжении более высокая частота повышает требования к изоляции.

[iiv 29]

Если Вам так допустимо, то это лучше, чем с 17VRMS....

По компонентам и габаритам получилось дешевле купить инвентор на 2кВатт, и воткнуть его выход в полный мост - дешего и сердито. Сейчас попробовали играться разными торами, вышли на 700кГц, дальше не было смысла поднимать резонанс, так как умножитель уже не тянет (конденсаторы не успевают перезаряжаться).

 

gte, еще раз огромное спасибо за идею и советы!