Что происходит с трансформатором? Опции

[Pavel 66]

Доброго всем дня!
Подскажите что происходит с трансформатором?
Картина следующая: собран высоковольтный блок питания (для электростатического фильтра 200ват мошности напряжение около 20кв) по простой схеме
вначале полумост на на IR2151 затем трансформатор (с одной первичной обмоткой) и после него умножитель.
Трансформатор намотан на сердечнике ETD-49 N87 на первичка 58витков 5 жил 0.35 вторичка 520 витков 0.24(тоньше не было) Первичка намотанна первой. Трансформатор полностю залит парафином (без вакуума)(парафин мягкий не трескается) но прогрет в течении получаса есть надежда на то что воздух весь вышел. Частота 40 кгц. Выходное напряжение трансформатора 2.7-2.8кв.
В принципе все работает, но при этом транс достаточно сильно греется особенно под нагрузкой, при включении его без нагрузки, так же греется но на порядок меньше.
Трансформатор расчитывался на мощность 200ват, при включении его под нагрузкой потребляемая всем уст-ом мощность 65ват.
Еше такая проблемма если дотрагиваться металическим предметом до феррита то видны искры, без нагрузки еле заметные под нагрузкой достаточно большие.
Что то не понятное для меня происходит с током: смотрел осциллограмму тока одинаковая и под нагрузкой и без везде серия из пяти затухающих колебаний в каждом такте перобразователя, с напряжением ничего такого не происходит.
Схема преобразователя и осциллограмма в приложении.
Собственно вопрос что же происходит с трансформатором? Что сделать чтобы избежать нагрева (желательно совсем)? На сколько удачная конструкция такого БП?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Herz]

Картинка со схемой недостаточного разрешения, почти ничего не разобрать.
Вторичная обмотка секционирована? По всему видать, межвитковая ёмкость у неё велика.
Почему бы Вам было не взять готовый ТДКС от телевизора? И напряжения, и частота подходящи.
Или хотя бы поинтересоваться его устройством.
Высоковольтная обмотка в нём секционирована и диоды включены между секциями (это важный момент).

[Pavel 66]

Таких блоков питания надо сделать не меньше 50 штук, по этому взять ТДКС нельзя.
Нет, вторичная обмотка намотана просто виток к витку поверх вторички, тут я как то не подумал, а межвитковая ёмкость может быть причиной такого перегрева? И чем все таки обяснить появление напряжения на сердечнике?
В приложении картинка со схемой почетче.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Herz]

Таких блоков питания надо сделать не меньше 50 штук, по этому взять ТДКС нельзя.

Странный аргумент. ТДКС-ов легко можно купить и гораздо больше пятидесяти. Сделанных специалистами, профессионально, с учётом всех требований к высоковольтным тр-рам.
Мотать их самому именно такой партией никакого смысла нет: сэкономить не на чем, а мороки хватит. Как раз на пятидесятом только начнёт появляться соответствующий навык...
Был бы нужен один или, наоборот, тысяча - тогда другое дело.

Нет, вторичная обмотка намотана просто виток к витку поверх вторички, тут я как то не подумал, а межвитковая ёмкость может быть причиной такого перегрева? И чем все таки обяснить появление напряжения на сердечнике?
В приложении картинка со схемой почетче.

Ещё как может. Напряжение на сердечнике - тоже из-за ёмкости. Только сердечник-обмотка.

[AlexeyW]

Нет, вторичная обмотка намотана просто виток к витку поверх вторички

Это жесть. Емкость просто катастрофически велика - даже простейшая межслойная изоляция толщиной порядка 50 мкм уменьшила бы ее в десятки раз. Да и пробоя, думаю, только чудом нет.

Ещё как может. Напряжение на сердечнике - тоже из-за ёмкости. Только сердечник-обмотка.

Его, кстати, можно заземлить - на EFD мы землили металлические стяжки. Собственной проводимости феррита достаточно.

[Pavel 66]

Ну нет межслойная изоляция конечно есть, ТДКС ставить совсем не хочется, попробую намотать секционно, как еще можно понизить емкость?
Был бы признателен за какою нибудь информацию по вопросу правильной намотки, или же ссылке на ресурс.

[AlexeyW]

Герц указал на замечательное свойство ТДКС - что не просто обмотки разделены на секции, а диоды включены между секциями. Ничто не мешает сделать так в самодельном трансе - я делал с разделением всего на две части, и то очень хороший результат.
Проанализируйте ситуацию чисто физически - рассмотрите слой обмотки как единое целое, как на нем скачет напряжение при переключениях, какие емкости заряжаются и т.п.

[Pavel 66]

Я почему то всегда думал что диоды в ТДКС это способ выпрямить ток используя диоды с не очень высоким напряжением.
Я попробую разобраться....

[Herz]

Я почему то всегда думал что диоды в ТДКС это способ выпрямить ток используя диоды с не очень высоким напряжением.
Я попробую разобраться....

В целом это верно, но не только. Ведь диоды можно было бы набрать и просто последовательно. А дьявол, как известно, кроется в "мелочах"...
Впрочем, ТДКС - больше дроссель, чем трансформатор и под Вашу топологию не подходит.
Но секционировать надо в любом случае.

[AndreyVN]

... а межвитковая ёмкость может быть причиной такого перегрева? И чем все таки обяснить появление напряжения на сердечнике?

Я думаю - не может. Это реактивная составляющая, грелись бы транзисторы, но не трансформатор на холостом ходу.
А на какой частоте работает преобразователь? Может виновник нагрева - первичная обмотка?
Я бы начал откидывать последовательно - умножитель, если это возможно, посмотреть на преобразователь вообще без вторичной обмотки. Может и так будет греться?
Еще причиной нагрева может быть насыщение магнитопровода, после того, как вы загнали сердечник в насыщение, первичка превращается в чисто активное сопротивление. А без нагрузки поля в сердечнике как раз максимальные. Что у вас за магнитопровод? Если он искрит, может это короткозамrнутый виток?

[spf]

Покажите что творится в цепи первичной обмотки, последовательно с первичной поставить низкоомное сопротивление и снять эпюру на нём.

[AlexeyW]

Я думаю - не может. Это реактивная составляющая, грелись бы транзисторы, но не трансформатор на холостом ходу.

Энергия, накопленная в паразитных емкостях, все равно будет потеряна (если не принимать специальных мер). А где она выделится - зависит от конкретики, в высоковольтных приложениях в трансе выделяется значительная часть.

[AndreyVN]

Энергия, накопленная в паразитных емкостях, все равно будет потеряна (если не принимать специальных мер). А где она выделится - зависит от конкретики, в высоковольтных приложениях в трансе выделяется значительная часть.

Как-то Вы загадками говорите, при какой конкретной конкретики энергия накопленная в емкости вторички выделится в трансформаторе? В виде тангенса диэлектрических потерь материала изоляции? По поводу первого утверждения - иногда, последовательно с первичкой трансформатора ставят индуктивность, которая в резонансном режиме запасает мощность, которая течет от трансформатора и затем, снова направляет в трансформатор. Вы это имели ввиду под "специальными мерами"?

[Herz]

Запасается, всё-таки, наверное, энергия, а не мощность. Это Вы Current mode converter имеете в виду?
Собственно, то же самое, происходит и во флайбэке, только дроссель и трансформатор совмещены.
Но к вопросу о потерях из-за витковой ёмкости это отношения не имеет. Ёмкость, хоть и реактивный компонент, но ток её перезаряда течёт всё равно по медным проводам обмотки, имеющим активное сопротивление. В конце концов, выделяясь в виде тепла.

[AlexeyW]

Как-то Вы загадками говорите, при какой конкретной конкретики энергия накопленная в емкости вторички выделится в трансформаторе? В виде тангенса диэлектрических потерь материала изоляции? По поводу первого утверждения - иногда, последовательно с первичкой трансформатора ставят индуктивность, которая в резонансном режиме запасает мощность, которая течет от трансформатора и затем, снова направляет в трансформатор. Вы это имели ввиду под "специальными мерами"?

Меры могут быть совершенно разными, они уж очень сильно зависят от конструкции транса. Ведь проблема межвитковых емкостей еще и в том, что они распределенные и образуют с индуктивностями транса весьма причудливые эквивалентные схемы - зависит от типа и слоистости обмотки и т.п.
А про выделение в трансе - Герц сказал верно

Ёмкость, хоть и реактивный компонент, но ток её перезаряда течёт всё равно по медным проводам обмотки, имеющим активное сопротивление. В конце концов, выделяясь в виде тепла.

Когда мы смещаемся к высоким напряжениям - очевидно, растут емкости иэнергии в них, растут сопротивления обмоток (причем, все это не в первой степени). Звоны паразитных емкостей транса могут даже не выходить в явном виде наружу, затухая внутри.

Сообщение отредактировал AlexeyW - Oct 18 2014, 12:13

[Егоров]

Следует принять во внимание, что энергия, запасаемая в емкости квадратично растет с напряжением.
Поэтому, какие-то 100пФ межвитковой емкости на 100 вольтах - одна проблема, проблема , которую можно и не заметить.
А на 10кВ это уже проблема не в сто, а в 10тыс раз больше. И эта проблема начинает просто кричать о себе.
Поэтому высоковольтные трансформаторы имеют конструктивные особенности. Высоковольтную обмотку разделяют толстой межслойной изоляцией, мотают ее в несколько секций, мотают проводами утолщенной изоляции типа старинного ПЭЛШО , делают несколько последовательно соединенных выпрямителей а не один общий и т.д.

[AlexeyW]

Следует принять во внимание, что энергия, запасаемая в емкости квадратично растет с напряжением.

Именно. Но ведь секционирование с разделением секций выпрямительными диодами - мощнейший прием, который делает эту зависимость практически линейной, а не квадратичной.

[Егоров]

Секционирование мощный прием? Да, конечно, что же тут можно сказать против? Все практически работающее придумано, увы, до нас.
Но прием - этот или другие - нужно применить, увидеть саму проблему, качественное ее отличие. Иначе можно гадать от чего греется на холостом ходу трансформатор очень долго.

[AlexeyW]

В общем, все свелось к верному тезису, что нужно фундаментальное понимание физических процессов, в данном случае не таких сложных. Вот с этим сейчас и тяжело. А можно гадать, перечисляя различные приемы (типа как заплатки) - и все равно промахнуться. Вот автора темы как-то не проняло секционирование

[AndreyVN]

Ёмкость, хоть и реактивный компонент, но ток её перезаряда течёт всё равно по медным проводам обмотки, имеющим активное сопротивление. В конце концов, выделяясь в виде тепла.

Да, согласен на перезаряд ёмкости вторички довольно много уходит.

Прикинул, для тока i=U/КОРЕНЬ(R^2+1/(w*C)^2) получилось следующее:

R=100 Ом, U=1кВ, С=100рF, f=20 кГц, на резисторе (обмотке) выделится 1.5 Вт
R=100 Ом, U=10кВ, С=100рF, f=20 кГц, на резисторе (обмотке) выделится 150 Вт (!)

[Integrator1983]

А такие эФФэкты, как эффект близости и одностороннее замагничивание сердечника автор рассмотреть не хочет? "58 витков 5 жил 0.35 вторичка 520 витков 0.24(тоньше не было) Первичка намотанна первой." И это всего на 2.7кВ... Я на 20кВ меньшее количество витков мотал... Выводы - проверить симметричность накачки трансформатора, взять феррит побольше, правильный литцендрат, секционировть обмотки, возможно - расщепить первичку (благо, напряжения не очень высокие).

[Pavel 66]

Почему же, секционированием я очень даже проникся, правда пока не очень понятно как это сделать на практике.
Я вот немного не понимаю если разделить секции диодами, то будет ли работать умножитель?
С эффетом близости ранее знаком не был, посмотрю....


Сообщение отредактировал Pavel 66 - Oct 21 2014, 15:17

[Herz]

Вот была похожая тема.

Почему же, секционированием я очень даже проникся, правда пока не очень понятно как это сделать на практике.
Я вот немного не понимаю если разделить секции диодами, то будет ли работать умножитель?

В ТДКС он уже как-бы есть... Но там обратноходовый преобразователь и второго полупериода нет. А вообще, в двухтактном - нет. Если не делать свой умножитель для каждой секции, но это - чересчур...

А на практике... Жаль, нет под рукой старого строчного трансформатора, намотанного литцендратом на секционированном каркасе. Но возьмите не ТДКС, а строчный трансформатор от старого телевизора, присмотритесь к конструкции.

[AlexeyW]

Почему же, секционированием я очень даже проникся, правда пока не очень понятно как это сделать на практике.
Я вот немного не понимаю если разделить секции диодами, то будет ли работать умножитель?

Да, с умножителем засада.. если просто разделить секции диодами, то и будет выпрямленное напряжение. Сама сущность уменьшения потерь при таком секционировании диодами - в том, что каждая секция прыгает не на полный размах напряжения, а только на напряжение одной секции.

[gte]

(желательно совсем)? На сколько удачная конструкция такого БП?
Таких блоков питания надо сделать не меньше 50 штук, по этому взять ТДКС нельзя.

Нагрев трансформатора это не самая большая Ваша проблема.
Для электростатического фильтра необходима регулировка выходного напряжения и наличие защит от пробоев и дуги.
Возьмите заземленную штангу и поднесите к высоковольтному выходу. Посмотрите через какое время Вам придется заменить умножитель, силовые транзисторы. Затем, с определенным временем наработки, начнут лететь высоковольтные трансформаторы.

Сильно простые схемы для 200 Вт, 20 кВ для промышленного применения уже не годятся. Если только 50 Гц трансформатор, выпрямитель с умножением в банку с маслом литров на 80 и ЛАТР на регулировку.
Так делали ВС20, ВУ.

[Herz]

Сильно простые схемы для 200 Вт, 20 кВ для промышленного применения уже не годятся. Если только 50 Гц трансформатор, выпрямитель с умножением в банку с маслом литров на 80 и ЛАТР на регулировку.
Так делали ВС20, ВУ.

Ну, ели на то пошло и габариты не критичны, то можно взять тр-р от микроволновки, к нему умножитель. Только конденсаторы тоже немаленькими будут.

[Pavel 66]

Габариты критичны, банки с малом и латры не годятся.

К слову сказать этот трансформатор далеко не первый, до этого они мотались на даже меньшем феррите (ETD 44), изоляции на нем было меньше, провод вторички тоньше, жил первички меньше, намотан он был корявее, грелся он примерно так же, или даже меньше, крайняя его версия проработала довольно долго (пока доводилась конструкция самого фильтра), в конце концов парафин из него все таки вытек при перегреве, и его замкнуло. Вот и была надежда что если сделать изоляции побольше, провода потолще то трнсф. перстанет грется, ан нет....

По зашите от пробоев и дуги, так как фильтр статический в цепи стоят три резистора по 10 мом каждый, они спасают, правда сами сильно греются в некоторых случаях. Регулировка напряжения вроде бы не нужна, по этому в этом направлении пока не думали, хотя возможно придется.

Подскажите, в старых строчных трансфоматорах, как и в ТДКС, обмотка залита, и самих секций не видно? И акуратно разобрать его не представляеться возможным?

[gte]

По зашите от пробоев и дуги, так как фильтр статический в цепи стоят три резистора по 10 мом каждый, они спасают, правда сами сильно греются в некоторых случаях. Регулировка напряжения вроде бы не нужна, по э

Начните с расчетов. максимальный рабочий ток до 10 мА. Посчитайте сколько будет выделяться на Ваших защитных резисторах.
Кроме того, при дуге или частых пробоях даже на гораздо меньшем номинале резисторов будет вываливаться определенная мощность. При пробоях вываливается энергия конденсаторов помноженная на частоту пробоев. естественно, в пределах мощности, которую может отдать источник.
Для защиты либо ставите мощные резисторы и отводите тепло через высоковольтную изоляцию, либо они горят. Либо все критические режимы считаете и делаете нормальную защиту.
Да, защитные резисторы должны выдерживать 20 кВ с запасом в течении времени перегрезки, иметь низкую индуктивность и высокую перегрузочную способность.

[Abell]

Но там обратноходовый преобразователь и второго полупериода нет.

Дико извиняюсь и прошу великодушно простить за не в тему вопрос, но слегка недопонял этих тезисов - в каком смысле второго полупериода нет?

[Herz]

Дико извиняюсь и прошу великодушно простить за не в тему вопрос, но слегка недопонял этих тезисов - в каком смысле второго полупериода нет?

Я имел в виду, что преобразователь однотактный. Соответственно, выходной выпрямитель - однополупериодный.
Для работы умножителя требуются два.

[Abell]

Я имел в виду, что преобразователь однотактный. Соответственно, выходной выпрямитель - однополупериодный.
Для работы умножителя требуются два.

Все равно дико извиняюсь и могу ошибаться, но, насколько мне не изменяет память, до ТДКС вполне себе применялась связка ТВС с таки высоковольтной обмоткой и умножителем?

[Herz]

Все равно дико извиняюсь и могу ошибаться, но, насколько мне не изменяет память, до ТДКС вполне себе применялась связка ТВС с таки высоковольтной обмоткой и умножителем?

Таки да. Но взяв ТДКС, уже ничего не поделаешь - в нём встроен выпрямитель. Поэтому умножитель к нему не приделать, как не приделать к собственному трансформатору, построенному по принципу ТДКС - с разделёнными обмотками и диодами между ними.

[SNGNL]

По зашите от пробоев и дуги, так как фильтр статический в цепи стоят три резистора по 10 мом каждый, они спасают, правда сами сильно греются в некоторых случаях.

Насколько помню, в ВВ цепи электрофильтров стоит неоновая лампочка - индикатор тока. Засветилась- пора вытряхивать пыль.
Наверное, термометр на резисторы (вместо неонки) тоже сойдет

[Pavel 66]

Спасибо SNGNL за идею попробуем!!
Кстати, если кому интерсно, распилил на днях ТДКС, почему то думал, что секционно намотана вторичка, похоже нет секционно намотана первичка 6 секций, намотана жгутом по 7 жил примерно 120 витков, вторичка намотана послойно, 7 слоев, виток к витку с толстой изоляцией м-у слоями, примерно 1400 витков. Вторичка на отдельном каркасе одетом сверху на каркас первички.

[_Sergey_]

Следует принять во внимание, что энергия, запасаемая в емкости квадратично растет с напряжением.
Поэтому, какие-то 100пФ межвитковой емкости на 100 вольтах - одна проблема, проблема , которую можно и не заметить.
А на 10кВ это уже проблема не в сто, а в 10тыс раз больше. И эта проблема начинает просто кричать о себе.
Поэтому высоковольтные трансформаторы имеют конструктивные особенности. Высоковольтную обмотку разделяют толстой межслойной изоляцией, мотают ее в несколько секций, мотают проводами утолщенной изоляции типа старинного ПЭЛШО , делают несколько последовательно соединенных выпрямителей а не один общий и т.д.

Тема старая, однако подниму..

Хочется почитать литературу про эти самые емкости в трансформаторе - какие есть способы их уменьшения?

[arhiv6]

Например, Марти Браун, "Источники питания", глава 3.5.9 "Методики намотки трансформаторов, работающих в импульсном режиме".

Сообщение отредактировал arhiv6 - Mar 25 2016, 11:37

[_Sergey_]

Спасибо.

[_Sergey_]

А в чем посоветуете посчитать эти самые емкости?
Есть некоторые мысли по геометрии обмоток, интересно увидеть поля и емкости.

Пробовал Elcut бесплатный.. как-то не срослось.

[vlvl@ukr.net]

Я думаю - не может. Это реактивная составляющая, грелись бы транзисторы, но не трансформатор на холостом ходу.

Совершенно согласен с коллегой, именно ключи. Емкость на перегрев транса не влияет. Понизить ее можно только применив специальные типы намотки. Самый простой способ - это соединить однослойные обмотки через диоды, как в ТДКС. Самые маленькие емкости можно получить именно в однослойной обмотке.

Транс греется скорее всего из за высокого сопротивления обмотки.
Рассчитайте RMS тока в обмотке и найдите активные потери на этой обмотке, после чего сможете рассчитать и перегрев в обмотках.

[Yuri7751]

В принципе лучше всего было бы взять тепловизор (вообще крайне полезная при строительстве любых импульсных источников штука) и посмотреть, что именно греется.
Мы как-то делали 15кВ, 400Вт-ный источник с планарным Е сердечником с нескруглёными кромками (быстро можно было сделать только такой). Так у него практически сразу начинали греться именно эти углы. Обмотка не успевала разогреться. Поскольку феррит проводит (если его заземлить, можно померять ток на землю - это могут быть десятки и даже сотни миллиампер), имеют место все те же процессы - eddy current в частности. Надо уменьшать напряжённость поля - увеличивать расстояние между сердечником и ВВ обмоткой, скруглять кромки.
Ещё эффект, наблюдаемый в высоковольтных трансформаторах и тоже связанный с большой напряжённостью электрического поля - ионизация воздуха в зазоре сердечник - обмотка. Ни к чему хорошему, понятно, это не приводит. Опять же надо увеличивать толщину изоляции и желательно убрать воздух из зазора - заливка или хотя бы ВВ "шпатлёвка" (я мазюкал обычным силиконовым компаундом). Но в этом случае воняло бы озоном.

Сообщение отредактировал Yuri7751 - Nov 28 2016, 07:46

[vlvl@ukr.net]

Таки да. Но взяв ТДКС, уже ничего не поделаешь - в нём встроен выпрямитель. Поэтому умножитель к нему не приделать, как не приделать к собственному трансформатору, построенному по принципу ТДКС - с разделёнными обмотками и диодами между ними.

Тогда придется мотать специализированными обмотками для уменьшения емкости, геморно это.
Хотя можно взять высоковольтный транс от телевизора и лепить на него умножитель.

[gte]

Опять же надо увеличивать толщину изоляции и желательно убрать воздух из зазора - заливка или хотя бы ВВ "шпатлёвка" (я мазюкал обычным силиконовым компаундом). Но в этом случае воняло бы озоном.

"шпатлёвка" - это отложенная проблема. Все же только вакуумная заливка убирает с прогнозируемым результатом воздушный зазор как слабое место.

[Yuri7751]

"шпатлёвка" - это отложенная проблема. Все же только вакуумная заливка убирает с прогнозируемым результатом воздушный зазор как слабое место.

Конечно, но на этапе разработки/экспериментов может выручить. Хотя мы сейчас предпочитаем масло на этом этапе, чтобы вообще не иметь токоведущих частей в воздухе. Но у нас 40-60кВ.

[VNS]

...Все же только вакуумная заливка убирает с прогнозируемым результатом воздушный зазор как слабое место.

Вакуумная заливка предполагает продолжительную вакуумную сушку при максимально возможной температуре, что требует определённых навыков и специального оборудования.

[Herz]

Вакуумная заливка предполагает продолжительную вакуумную сушку при максимально возможной температуре, что требует определённых навыков и специального оборудования.

В вакууме всё по определению сохнет быстрее. Но главное в вакуумной пропитке не продолжительная сушка, а хорошее проникновение. Обратно уже не вытечет. А навыки и оборудование нужны, а как же.