50Гц трансформатор на повышенной частоте Опции

[AlexPlasma]

Здравствуйте!
На одном форуме прочитал такой пост:

Теория утверждает, что при использовании частоты в 400 Гц, массо-габаритные показатели сварочника (железа) уменьшаются в 4-6 раз. А вообще-то обычное железо (хорошая трансформаторная сталь) тянет до 1 кГц. Может и больше, но процент потерь (на тепло) здорово растет. И приходится выбирать утяжелять аппарат системой охлаждения или понижением частоты преобразования.

Но развитие ветка не получила. Скажите, что Вы считаете по этому поводу? Реально с 4кВт железа снять 12кВт?

[Слесарь]

50Гц трансформатор на повышенной частоте

Для больших мощностей думаю стоит подумать о ином магнитопроводе и частотах в несколько десятков килогерц. Благо эта технология давно освоена.
Обычное трансформаторное железо работает до килогерц, но такой преобразователь невыгодно делать. Железо и медь сейчас в цене.

[Herz]

Здравствуйте!
На одном форуме прочитал такой пост:

Но развитие ветка не получила. Скажите, что Вы считаете по этому поводу? Реально с 4кВт железа снять 12кВт?

Зачем сразу 12кВт? Попробуйте сначала на 12 Ваттах. Такой трансформатор, думаю, найти будет несложно. И снимите с него втрое больше мощности на повышенной частоте. Этот несложный опыт даст Вам самый убедительный ответ. Если ничего, кроме форумов, читать не хочется...

[AlexPlasma]

Если ничего, кроме форумов, читать не хочется...

Прошу у Вас совета, что же мне еще почитать?
Военные\авиационные трансформаторы 400Гц набраны из тонких как лезвие листов железа и при скромных габаритах имеют значительную мощность. На 400Гц, думаю, сетевой трансформатор будет сильно греться, слишком большие потери на токи Фуко. А на 200Гц? Естественно, придется смотать первичку. Потери будут, конечно, больше, чем на 50Гц, но все же оно того стоит? Хотел спросить совета, чтобы не набить шишки, а эксперименты с 12Вт, конечно, проведу.

Для больших мощностей думаю стоит подумать о ином магнитопроводе и частотах в несколько десятков килогерц. Благо эта технология давно освоена.

Про магнитопроводы на феррите оно понятно, конечно, просто их нет под рукой (только заказывать). А вот обычным 50Гц железом вполне располагаю.

Обычное трансформаторное железо работает до килогерц.

А вот это уже полезная информация, спасибо. Думаю, надо сделать стенд и пробовать постепенно повышать частоту, одновременно отматывая первичку.

Но такой преобразователь невыгодно делать. Железо и медь сейчас в цене.

Это верно, но у меня совершенно обратная ситуация. Есть и железо и медь. А ферритовых бубликов и литцендрата нет

Сообщение отредактировал AlexPlasma - Aug 21 2012, 23:10

[Слесарь]

А вот это уже полезная информация, спасибо. Думаю, надо сделать стенд и пробовать постепенно повышать частоту, одновременно отматывая первичку.

Когда еще небыло импульсных преобразователей я делал 12 вольтовые автомобильные УМЗЧ на полкиловатных трансформаторах с обычным трансформаторным железом. На несколько первичек я подавал низкое напряжение музыкальной звуковой частоты, а на вторичке получал высокое напряжение с действующей амплитудой до 50 Вольт на 4 Омную динамическую нагрузку (динамик).
Так вот, мной не регистрировалось значительное падение амплитуды на высоких частотах звуковой частоты, но это больше связано с тем, что на ВЧ и нагрузка более высокоомная и звуковой мощности требуется в несколько раз меньше.
В общем, сетевые трансформаторы на повышенных частотах работают, но КПД при этом конечно понижается.

[AlexPlasma]

Когда еще небыло импульсных преобразователей я делал 12 вольтовые автомобильные УМЗЧ на полкиловатных трансформаторах с обычным трансформаторным железом. На несколько первичек я подавал низкое напряжение музыкальной звуковой частоты, а на вторичке получал высокое напряжение с действующей амплитудой до 50 Вольт на 4 Омную динамическую нагрузку (динамик).
Так вот, мной не регистрировалось значительное падение амплитуды на высоких частотах звуковой частоты, но это больше связано с тем, что на ВЧ и нагрузка более высокоомная и звуковой мощности требуется в несколько раз меньше.
В общем, сетевые трансформаторы на повышенных частотах работают, но КПД при этом конечно понижается.

Спасибо! К сожалению, не нашел в сети ни одного убедительного примера работы сетевого трансформатора на большой частоте на мощную нагрузку. Может, плохо ищу, а, может быть, это просто не работает. В общем, буду пробовать.

[M - 16.]

А чего там искать. Разброс параметров у железа, предполагаю, достаточно большой.
Быстрее самому намотать пробную обмотку на конкретное железо, подать сигнал нужной частоты/формы и найти компромисс между индукцией и потерями в железе. После этого сделать вывод о целесообразности затеи.

[Microwatt]

Прошу у Вас совета, что же мне еще почитать?
Военные\авиационные трансформаторы 400Гц набраны из тонких как лезвие листов железа и при скромных габаритах имеют значительную мощность.

Стоит почитать все об этих чудо-трансформаторах до конца.
Даже если настрогать из кровельного железа листов потоньше лезвия (80-100 микрон), то ничего путного не получится. Посмотрите свойства "военной" стали Э350, Э360 и сравните с Э41.

[druutten]

На одном из сайтов по самодельному сваркостроению видел такую картинку:

В данном случае, сердечник трансформатора на стали перемагничивается с частотой около 500Гц, но, в принципе, частота может быть любой. Регулировка выходного тока и его поддержание на заданном уровне осуществляется методом ШИМ, а вкачестве регулирующего элемента используется бесплатная индуктивность рассеяния первичной обмотки низкочастотного трансформатора.
Как видите, использовать низкочастотный трансформатор на повышенной частоте вполне возможно.

[Herz]

Оно то возможно, но есть подозрение, что моделька не всё учитывает. В справочниках по электротехническим сталям сказано, что для каждой марки существует некоторая критическая частота, начиная с которой потери растут лавинообразно. По опыту тоже, использование 50-герцового транса на частоте ок. 300-400 Гц даже с половинной прокачиваемой мощностью вызывает неслабый такой нагрев. Посему снятие мощности, большей паспортной, за счёт повышения частоты выглядит чистой утопией. Рекомендую сомневающимся проверить опытно.

[druutten]

Оно то возможно, но есть подозрение, что моделька не всё учитывает.

Конечно не всё. Например, в модельке нет радиаторов для силовых ключей, а в реале они есть.
Аналогичный случай и с трансформатором. Если его эффективно охлаждать, то не так страшен фигурант, как его малюют, поскольку трансформаторная сталь проводит тепло намного лучше ферритовой керамики. Следовательно, организовать съём тепла со стального сердечника, который весь наружи, не составляет особого труда.
С потерями тепла в обмотках вопрос решается уменьшением кол-ва витков в соотв. с увеличением частоты.
Кстати, 400 герцовые трансформаторы серии ТР имеют штатные силуминовые радиаторы.

Сообщение отредактировал druutten - Aug 26 2012, 05:31

[AlexPlasma]

Конечно не всё. Например, в модельке нет радиаторов для силовых ключей, а в реале они есть.
Аналогичный случай и с трансформатором. Если его эффективно охлаждать, то не так страшен фигурант, как его малюют, поскольку трансформаторная сталь проводит тепло намного лучше ферритовой керамики. Следовательно, организовать съём тепла со стального сердечника, который весь наружи, не составляет особого труда.
С потерями тепла в обмотках вопрос решается уменьшением кол-ва витков в соотв. с увеличением частоты.
Кстати, 400 герцовые трансформаторы серии ТР имеют штатные силуминовые радиаторы.

Вы правы, конечно. Теоретически, в небольших БП от безрыбья можно применять 50-герцовое железо на повышенной частоте и снимать с него тепло радиатором или купать его в масле. Но вот если взять трансформатор на 10кВт, а КПД его упадет, например, до 60%, то на нем будет выделяться тепловая мощность порядка 4кВт - слишком жирно, за электричество потом не расплатишься. Да и габариты у системы охлаждения вырастут нехило - довольно мощный такой отопитель получится Вот мне и интересно, насколько целесообразно это делать вообще. Может быть, и можно найти компромисс между КПД и снимаемой мощностью, а, может, и не стоит этим заниматься вовсе. Все зависит от качества железа, проверить можно только экспериментом.
Я думаю, если делать аппарат, работающий продолжительное время - не стоит заморачиваться с этой затеей. Ну а если нужна большая мощность на небольшой период времени (минут на несколько), может быть, идея и выгорит.
У меня ситуация первая, к сожалению.

Сообщение отредактировал AlexPlasma - Aug 26 2012, 10:14

[druutten]

Я думаю, если делать аппарат, работающий продолжительное время - не стоит заморачиваться с этой затеей. Ну а если нужна большая мощность на небольшой период времени (минут на несколько), может быть, идея и выгорит.

Скажите пожалуйста, а про такие параметры сварочных аппаратов как ПВ или ПН вы что-нибудь слышали?

[AlexPlasma]

Скажите пожалуйста, а про такие параметры сварочных аппаратов как ПВ или ПН вы что-нибудь слышали?

Слышал такое. Мне надо, чтобы было ПН - 100%.

[injener]

Думаю, что сильно форсировать охлаждение не удасться, т.к бОльшая часть потерь в таком трансформаторе выделится в сердечнике (в стали), а площадь поверхности охлаждения увеличить, не изменяя конструкцию, не получится...

[Herz]

Кстати, 400 герцовые трансформаторы серии ТР имеют штатные силуминовые радиаторы.

Не от хорошей жизни. Это говорит о том, что даже с применением специальных сортов стали, более высокочастотных, не удаётся сократить потери в ней достаточно.
Использование же низкочастотных, 50-герцовых трансформаторов на повышенной частоте не только не позволит получить выигрыш и "прокачать" через него больше энергии, но и использовать на номинальной мощности станет проблемой - придётся охлаждать и мириться со снижением КПД.

[druutten]

Не от хорошей жизни. Это говорит о том, что даже с применением специальных сортов стали, более высокочастотных, не удаётся сократить потери в ней достаточно.
Использование же низкочастотных, 50-герцовых трансформаторов на повышенной частоте не только не позволит получить выигрыш и "прокачать" через него больше энергии, но и использовать на номинальной мощности станет проблемой - придётся охлаждать и мириться со снижением КПД.

В ТР-ах радиаторы не для съёма тепла от перемагничивания сердечника, а для охлаждения обмоток, т.к. данные трансформаторы изготовлены с уменьшенным расходом меди.
Что касаемо 50-герцовых трансформаторов на повышенной частоте, то уже постил, что витков, при одинаковой индукции, будет меньше и, следовательно, расход меди также уменьшится равно как и выделение тепла в обмотках. Увеличение потерь от задирания частоты меньше, чем от задирания индукции. Степени функции потерь разные. Снять тепло с находящегося снаружи сердечника легче, чем с многослойных обмоток укутанных изоляцией с плохой теплопроводностью.
А потом, никто ведь не запрещает использовать инвертор на частоте 50Гц. Отличие от обычного бодика в том, что регулировка и поддержание заданного тока осуществляется цепью ОС по току на высокой частоте и нет надобности в громоздком активном или реактивном балласте, а соседи в гораздо меньшей степени будут наблюдать цветомузыку при работе сварочника, что тоже немаловажно. Кроме того, при прямоугольной форме вых. тока, дуга горит гораздо стабильнее чем при синусоидальной.

Сообщение отредактировал druutten - Aug 27 2012, 16:51

[Herz]

Что касаемо 50-герцовых трансформаторов на повышенной частоте, то уже постил, что витков, при одинаковой индукции, будет меньше и, следовательно, расход меди также уменьшится равно как и выделение тепла в обмотках. Увеличение потерь от задирания частоты меньше, чем от задирания индукции. Степени функции потерь разные.

Да? А Вы попробуйте. Вживую, не в модельке. Я недавно ставил такой эксперимент. Нужно было запитать EL-подсветку 400Гц. Поскольку транса подходящего не оказалось, использовал 50-герцовый, с двукратным запасом по мощности. Однако грелся весьма прилично.

[Microwatt]

Нужно было запитать EL-подсветку 400Гц. Поскольку транса подходящего не оказалось, использовал 50-герцовый, с двукратным запасом по мощности. Однако грелся весьма прилично.

Угу. Очень похожий случай тоже проходил. С дросселем 50Гц, на 400-800 Гц включал. Греется железо совершенно неприемлемо.

[M - 16.]

Вживую, не в модельке.

Так магия цифр перестанет работать.

[druutten]

Однако грелся весьма прилично.

Приличным и неприличным бывает поведение фигуранта в общественном месте.
А на технических форумах принято оперировать цифрами перегрева и параметрами охладителя: температура перегрева сердечника и обмоток, площадь и материал охладителя, способ его крепления на сердечнике, скорость охлаждающего воздуха. Я же вам результаты симулирования не на пальцах показываю и не в терминах много-мало, весьма прилично. здорово. прекрасно, замечательно.
Поэтому, хотя бы из уважения к оппоненту, хотелось бы более серьёзного подхода, если вы таки собираетесь обсуждать сабж серьёзно. В противном случае, не стоит утруждать себя и напрягать посетителей форума.

Сообщение отредактировал druutten - Aug 29 2012, 16:21

[Herz]

Приличным и неприличным бывает поведение фигуранта в общественном месте.
А на технических форумах принято оперировать цифрами перегрева и параметрами охладителя: температура перегрева сердечника и обмоток, площадь и материал охладителя, способ его крепления на сердечнике, скорость охлаждающего воздуха. Я же вам результаты симулирования не на пальцах показываю и не в терминах много-мало, весьма прилично. здорово. прекрасно, замечательно.
Поэтому, хотя бы из уважения к оппоненту, хотелось бы более серьёзного подхода, если вы таки собираетесь обсуждать сабж серьёзно. В противном случае, не стоит утруждать себя и напрягать посетителей форума.

Спасибо, что напомнили. И что принято на технических форумах, и как мне следует себя вести в серьёзном обсуждении.
Исключительно из уважения к оппоненту уточняю: трансформатор перегревался на несколько десятков градусов относительно работы в тех же условиях, но на номинальной частоте. Причём, напомню ещё раз: мощность отбиралась половинная от габаритной.
Я не сильно напряг посетителей форума?
Или мне провести НИОКР: измерить с точностью до градуса по отдельности перегрев обмоток и сердечника, привести весь набор параметров материалов и среды, включая атмосферное давление, прежде чем отважиться вступить с Вами в диалог?

Вы уж, если не в пример мне, не ведёте беседы на пальцах:

На одном из сайтов по самодельному сваркостроению видел такую картинку:
В данном случае, сердечник трансформатора на стали перемагничивается с частотой около 500Гц, но, в принципе, частота может быть любой.

То сообщите нам, о какой стали тут идёт речь. И каковы те самые цифры, список которых Вы перечислили выше.
А то выражение в принципе, частота может быть любой выглядит ничем не лучше в техническом плане.

[druutten]

А то выражение в принципе, частота может быть любой выглядит ничем не лучше в техническом плане.

Упомянутое выражение означает, что любой оппонет, пожелавший повторить модель в своём симуляторе, может задать любую частоту и посмотреть результат. А сообщение, что трансформатор "заметно"(С) или до "нескольких десятков градусов"(С) грелся, проверить невозможно, поскольку это ваша субъективная оценка. Ведь даже количество десятков вы не указали. Что касается параметров сердечника, то они известны и задаются в симуляторе в зависимости от используемой модели нелинейного магнитного элемента, буде то дроссель, как в LTspice, или трансформатор, как в MC.

Я не поленился, воспроизвёл модель и посмотрел результат на частоте пятьдесятВас


Сообщение отредактировал druutten - Aug 29 2012, 18:49

[Herz]

Что не поленились - похвально, но и сейчас Вы не привели параметры материала сердечника и так любимых Вами цифр - потерь в нём и перегрева.
Догадываюсь, что это нужно было сделать оппоненту на основе смоделированных диаграмм...
А вернее, выбрать любую частоту и смоделировать самому, дабы иметь право возражать.
Я же предложил Вам сменить привычный инструмент и провести натурный эксперимент самому, дабы легко получить свою собственную субъективную оценку.
Почему же невозможно? Вы же не разучились держать в руке паяльник?
Ибо точное количество десятков градусов в моём случае мало чем поможет автору в его конкретных условиях. Да и не интересовало оно меня в связи с отсутствием веры в чудеса.
Кого же не устраивает качественная оценка и действительно нужна количественная - сможет получить её самостоятельно, на основе расчётов или экспериментов.

[druutten]

Вы же не разучились держать в руке паяльник?

Если пациент не в состоянии по амплитуде индукции и частоте прикинуть потери в железе, выбрав тип оного самостоятельно, то лечение паяльником ему вряд ли поможет.
Полагаю, что пора закрывать эту тему тему.

[injener]

Не хочется вызывать ссор, но присоединяюсь к товарищу Herzу. Еще в кружке радиоэлектроники лет *-цать назад приходилось ради любопытства приспосабливать трансформатор из серии ТН под 400Гц. Мощности были 0,3-0,4 от его номинала, но взяться рукой за трансформатор было совершенно невозможно. На модели можно моделировать многое, но вот результаты теплоотдачи в, если не ошибаюсь, micro-capе сложно оценить. Ну и потери в ОБЫЧНОМ железе для 50Гц на 400Гц будут выше даже по примитивной зависимости. Учитывая, что площадь охлдаждения трансформатора не изменилась, можно понять, что теплу особо-то деваться и некуда. Поэтому для меня все же практика остается критерием истины. Возьмите паяльник сваяйте простенький инвертор на 400-500Гц, подключите обычный пятидесятигерцовый трансформатор из валяющихся, нагрузочку в виде реостата и убедитесь.

[MaslovVG]

Чего спорить попусту. Возмите справочник по трансформаторам ТП там есть и на 50Гц и на 400Гц И сравните их параметры. При прочих равных трансформаторы на 400Гц вчетверо меньше по габаритам. Потери в сердечнике уменшают уменьшая намагничивание (ток холостого хода), увеличивая число витков на вольт.

[tyro]

Чего спорить попусту. Возмите справочник по трансформаторам ТП там есть и на 50Гц и на 400Гц И сравните их параметры. При прочих равных трансформаторы на 400Гц вчетверо меньше по габаритам. Потери в сердечнике уменшают уменьшая намагничивание (ток холостого хода), увеличивая число витков на вольт.

При этом хорошо бы добавить, что прочих равных по толщине пластин (ленты) нет . А собственно из-за этого (вихревые токи или токи Фуко - как больше нравится ) и будет перегрев 50 герцового тр-ра на повышенной частоте.

[Herz]

Если пациент не в состоянии по амплитуде индукции и частоте прикинуть потери в железе, выбрав тип оного самостоятельно, то лечение паяльником ему вряд ли поможет.

Согласен. Только чтобы получить искомую прикидку ему и симулировать ничего не надо - достаточно открыть справочник.

[tyro]

Если пациент не в состоянии по амплитуде индукции и частоте прикинуть потери в железе, выбрав тип оного самостоятельно, то лечение паяльником ему вряд ли поможет.

Доктор, расскажите, как Вы по индукции и частоте прикинете потери на вихревые токи, они то же теряются в железе .

[Microwatt]

"Комсомолец! От модели - к планеру, с планера - на самолет!"
Но бывают же чемпионы мира в авиамодельном спорте. Почетно. И не разобьешься случайно, все можно склеить заново.

Кто в модели не поверит - на железе все проверит.
Кто до железа не дойдет - и модель вполне сойдет.

Наверное, не стоит дальше по этому поводу. Вопрос веры сугубо индивидуальный.