Сравнение энергии, запасаемой в конденсаторе и в дросселе Опции

[iiv]

Всем доброго времени суток,

много раз видел утверждение, что индуктивность запасает больше энергии на объем или вес, чем конденсатор. Чисто из своего личного опыта при поиске компонент встречал только обратное. Тор на порошковом железе, весящий с 1 кг запасает примерно 0.5Дж, в то время как кондер в корпусе 2225 с номиналом в 450В, 1мкФ запасает 0.1Дж.

Может я не те дроссели смотрю? Вдруг кто знает, тыкните меня, пожалуйста, носом в какой-нибудь дроссель, который бы под сотню Дж запасал бы, ну и весил бы не больше нескольких кг, или такое не реально?

Спасибо

ИИВ

[Microwatt]

Тор на порошковом железе, весящий с 1 кг запасает примерно 0.5Дж, в то время как кондер в корпусе 2225 с номиналом в 450В, 1мкФ запасает 0.1Дж.

Хм... вот держу в руках 2225 68х400. Так он запасает 5.44 Дж. Другой , 2240 220х450 запасает 22Дж. Может, как-то считаете оригинально?

Что до индуктивности, то ее как накопитель можно рассматривать условно. Она хранит энергию только в динамике, пока есть изменение тока.
Ну вот Е42 5.5 А при 300мкГн. Это всего 4.5 миллиджоуля в пике тока. Но если умножить на 50кГц - 226ватт получается.

Если статическое накопление, то конденсаторы на порядок-два более энергоемки в массогабаритных удельных характеристиках.

[Methane]

Хм... вот держу в руках 2225 68х400. Так он запасает 5.44 Дж. Другой , 2240 220х450 запасает 22Дж. Может, как-то считаете оригинально?

Что до индуктивности, то ее как накопитель можно рассматривать условно. Она хранит энергию только в динамике, пока есть изменение тока.

Драсте! Берем сверхпроводящую катушку. Пустили в нее ток. Потом концы закоротили. Вот энергию и запасли. Когда она понадобилась, подключили резистор, энергию вернули. Просто нужно учитывать что К.З. для конденсатора, тоже самое что разрыв для дросселя.

Раньше, когда трансформаторы были большими а тестеры стрелочными, народ это быстро усваивал.

[iiv]

Хм... вот держу в руках 2225 68х400. Так он запасает 5.44 Дж. Другой , 2240 220х450 запасает 22Дж. Может, как-то считаете оригинально?

почти уверен, что считаю не правильно. Для расчетов использую калькулятор
вводя в него параметры феррита, тогда получаю Wmax/mWs, что и считаю за энергию, запасаемую в оном. Пожалуйста, посоветуйте, я что-то делаю не так?

Еще, пожалуйста, посоветуйте, ссылку на ТТХ 2225 68х400 и/или 2240 220х450. На раз не могу найти в сети это. Простите, пожалуйста, за такой глупый вопрос.

Что до индуктивности, то ее как накопитель можно рассматривать условно. Она хранит энергию только в динамике, пока есть изменение тока.
Ну вот Е42 5.5 А при 300мкГн. Это всего 4.5 миллиджоуля в пике тока. Но если умножить на 50кГц - 226ватт получается.

Если статическое накопление, то конденсаторы на порядок-два более энергоемки в массогабаритных удельных характеристиках.

да, мне нужно именно динамическое накопление, хочется, чтобы в одном импульсе буста можно было прокачать несколько джоулей, и чтоб импульс получался короткий (микросекунда или ее доли), а вот скважность пусть будет очень маленькая, со средней мощностью в 100 ватт.

Посоветуйте, пожалуйста, есть ли такие номиналы?

[vvs157]

Драсте! Берем сверхпроводящую катушку.

А азотный или гелиевый рефрижератор в массогабарит не включаете?

[iiv]

Попытаюсь уточнить свой вопрос на таком примере:

1. пусть мы взяли тот же конденсатор, 450В, 1мкФ в 2225 корпусе. В нем запасается примерно 0.1Дж. Такой конденсатор может отдать эту энергию ну хотя бы с 100А током. Возъмем 100 таких, правильно сделаем терминалы. Получим систему, которая запасла 10Дж, весит граммы, и может отдать эти 10Дж с током порядка 10кА.

2. теперь возьмем феррит. Какой материал - не знаю, предлагайте. Можно ли вписаться в сотни грамм с ферритом, на котором будет намотана какая-то правильная обмотка, которая бы отдала бы 10Дж с током в 10кА в импульсном режиме?

Спасибо

ИИВ

[Microwatt]

Попытаюсь уточнить свой вопрос на таком примере:

1. пусть мы взяли тот же конденсатор, 450В, 1мкФ в 2225 корпусе.

Прошу прощения. 2225 я воспринял не как типоразмер SMD, а как электролит диаметром 22 и высотой 25мм
Потому и путаница в оценках энергии.

[Methane]

А азотный или гелиевый рефрижератор в массогабарит не включаете?

Конечно нет. Мы же не конкретную индуктивность обсуждаем. Медная катушка ведет себя точно также. Если реле к примеру после отключения напряжения сразу закоротить, то время отпускания сильно увеличиться.

[iiv]

Прошу прощения. 2225 я воспринял не как типоразмер SMD, а как электролит диаметром 22 и высотой 25мм
Потому и путаница в оценках энергии.

то есть правильно ли я понимаю, что современная элементная база керамических конденсаторов двинулась вперед так далеко, что расхожее мнение, что феррит запасает больше энергии чем конденсатор, кануло в лету?

Кто знает, скажите, пожалуйста, кроме микрометалса, есть ли где-то какое-то разумные ферриты (именно сами сердечники), которые бы на 1кг запасали бы сколько-нибудь много, типа десятки джоулей? Если можно, киньте в меня ссылками на такие чуда!

Спасибо

ИИВ

[Methane]

то есть правильно ли я понимаю, что современная элементная база керамических конденсаторов двинулась вперед так далеко, что расхожее мнение, что феррит запасает больше энергии чем конденсатор, кануло в лету?

Кто знает, скажите, пожалуйста, кроме микрометалса, есть ли где-то какое-то разумные ферриты (именно сами сердечники), которые бы на 1кг запасали бы сколько-нибудь много, типа десятки джоулей? Если можно, киньте в меня ссылками на такие чуда!

Спасибо

ИИВ

А чего ферриты? У них Bmax весьма не большой.

[iiv]

А чего ферриты? У них Bmax весьма не большой.

Да, понятно, но что-же может больше энергии запасать?

В качестве задачи (сильно идеализированной), куда я хочу поставить индуктор, будет такое:

надо сделать буст конвертор, работающий на одиночных импульсах, энергия каждого импульса, пусть, к примеру 10Дж, длина такого импульса, примерно 100нс, ток и напряжение - какое получится.

Желательно из доставаемых номиналов с вменяемыми ценами и без использования низкотемпературной сверхпроводимости, высокотемпературную тоже не предлагать

[Methane]

Да, понятно, но что-же может больше энергии запасать?

Не думаю что вам дроссель нужен.

В качестве задачи (сильно идеализированной), куда я хочу поставить индуктор, будет такое:

надо сделать буст конвертор, работающий на одиночных импульсах, энергия каждого импульса, пусть, к примеру 10Дж, длина такого импульса, примерно 100нс, ток и напряжение - какое получится.

Желательно из доставаемых номиналов с вменяемыми ценами и без использования низкотемпературной сверхпроводимости, высокотемпературную тоже не предлагать

Вы лучше полностью задачу озвучьте. И без джоулей. Тут в них мало кто понимает.

Хотя, википедия говорит что джоуль это 1 ватт/секунда.
Тоесть 10, это 10Ватт/с
100нс это

10 * 100*10^9 / 1000/1000/1000/1000
1 Тераватт. Я бы на свехпроводимость обратил внимание.

[iiv]

10 * 100*10^9 / 1000/1000/1000/1000
1 Тераватт. Я бы на свехпроводимость обратил внимание.

не, не тераватт, а жалкие 100 мегаватт, и то в одном мааахоньком пульсе. Со средней мощностью в 100 Ватт. Что-то успеет нагреться, расплавиться? Если это достигается на сотне копеечных (по 40 рублей) конденсаторов, то, может и на индукторах можно то же самое сделать и чуток еще бюджетнее?

[Tanya]

1 Тераватт. Я бы на свехпроводимость обратил внимание.

Вы ошиблись. Всего-навсего 100 МВт.

[Methane]

Вы ошиблись. Всего-навсего 100 МВт.

Действительно 100Мегаватт. При напруге 500 вольт, это ток в импульсе 200 килоампер. ИМХО это за разумными пределами для MOSFETов. Я бы на тиратроны смотрел.

[iiv]

Действительно 100Мегаватт. При напруге 500 вольт, это ток в импульсе 200 килоампер. ИМХО это за разумными пределами для MOSFETов. Я бы на тиратроны смотрел.

при бусте на автотрансе можно остаться с 500В ключем, но иметь на выходе 20-30кВ. На ключе было бы во время накачки достаточно иметь жалкие 100А, достигаемые обычными мосфетами, так, что у буста на выходе бы имелось раз так больше, то есть 1кА. Итого, на раз 50МВатт, если удастся найти правильный феррит, а если подшаманить с топовыми мосфетами, то и 1Гигаватт можно получить. Опять же, все в материал феррита упирается. Вот в этом направлении я-то и вопрошаю.

[Methane]

при бусте на автотрансе можно остаться с 500В ключем, но иметь на выходе 20-30кВ. На ключе было бы во время накачки достаточно иметь жалкие 100А, достигаемые обычными мосфетами, так, что у буста на выходе бы имелось раз так больше, то есть 1кА. Итого, на раз 50МВатт, если удастся найти правильный феррит, а если подшаманить с топовыми мосфетами, то и 1Гигаватт можно получить. Опять же, все в материал феррита упирается. Вот в этом направлении я-то и вопрошаю.

Я ничего не понял. Коммутировать-то придется 100 мегаватт. Трансформатор из мегаватов киловаты не делает. Только из вольт киловольты.

[Microwatt]

задача вообще не из области электроники. это нужно смотреть журнал "Физики шутят".
Когда-то попадалась такая проблема в каком-то НИИ. нужно было одиночный импульс гигантской мощности получать.
Решили это все не на печатных платах, а подъемом краном на высоту метров 7 большого электромагнита в пару тонн и сбросом его в катушку метрового диаметра. Во время пролета он эту мощность и генерировал.

[Methane]

задача вообще не из области электроники. это нужно смотреть журнал "Физики шутят".
Когда-то попадалась такая проблема в каком-то НИИ. нужно было одиночный импульс гигантской мощности получать.
Решили это все не на печатных платах, а подъемом краном на высоту метров 7 большого электромагнита в пару тонн и сбросом его в катушку метрового диаметра. Во время пролета он эту мощность и генерировал.

100нс? Как не пришлось для такого магнита какойнить орбитальный подъемный кран строить.

[Microwatt]

да понятно, что 100нс - само по себе проблемка...
Просто пример как люди извернулись. Изобретательно, нестандартно..

[MaslovVG]

при бусте на автотрансе можно остаться с 500В ключем, но иметь на выходе 20-30кВ. На ключе было бы во время накачки достаточно иметь жалкие 100А, достигаемые обычными мосфетами, так, что у буста на выходе бы имелось раз так больше, то есть 1кА.

Откуда вы берете килоамперы. При обрыве цепи в индуктивности магнитное поле "патается сохранить" значение тока, но никак его не увеличивает. Энергия "уходит в напряжение"

задача вообще не из области электроники. это нужно смотреть журнал "Физики шутят".
Когда-то попадалась такая проблема в каком-то НИИ. нужно было одиночный импульс гигантской мощности получать.
Решили это все не на печатных платах, а подъемом краном на высоту метров 7 большого электромагнита в пару тонн и сбросом его в катушку метрового диаметра. Во время пролета он эту мощность и генерировал.

Причем длительность импульса при этом будет 50-100миллисекунд. При высоте падения порядка 5-10метров.

[iiv]

Откуда вы берете килоамперы. При обрыве цепи в индуктивности магнитное поле "патается сохранить" значение тока, но никак его не увеличивает. Энергия "уходит в напряжение"

я рассуждаю примерно так. Возьмем самый топовый современный мосфет, который может работать на 1кВ, 144А. Возьмем феррит на порошковом железе T400-D2, намотаем на нем N витков литцендрата, и еще NM витков литцендрата для автотрансформатора.

Воткнем после первых N витков этот мосфет, включим его на 3мкс, так, что магнитное поле в феррите вочти вгонит сердечник в насыщение. Потом выключим мосфет. Фронт его выключения - 5нс. За сколько свалится эти пол джоуля с этого феррита на выходе с автотрансформатора?

Даже положив, что ток останется тем же (144А) при M=30, мы на выходе будем иметь под 5МВатт, хотя у меня есть сомнение, что будет только 5, так как реально все будет определяться фронтом выключения мосфета и внутренним сопротивлением обмоток с учетом скин эффекта.

Короче, скажите, кто знает, какие ферриты еще запасают вменяемо большое количество энергии (2.5 Дж я уже нашел), а там будет думать, сколько можно будет достичь.

ЗЫ: чем я буду выходную мощь коммутировать, отдельный вопрос, который выходит за рамки этого топика. Такой ключ у меня есть

[Methane]

Даже положив, что ток останется тем же (144А) при M=30, мы на выходе будем иметь под 5МВатт, хотя у меня есть сомнение, что будет только 5, так как реально все будет определяться фронтом выключения мосфета и внутренним сопротивлением обмоток с учетом скин эффекта.

144*1000 144 киловатта в самом идеальном случае вообще-то.

[iiv]

144*1000 144 киловатта в самом идеальном случае вообще-то.

в идеальном случае (скин эффекта нет, нет внутренних сопротивлений и тд и тп), мощность должна определяться скоростью срабатывания ключа и запасенной мощностью. В мною приведенном случае за 5нс должно примерно 1/e запасенной энергии с этого феррита выбежать, то есть будет 36 мегаватт, если у феррита запаслось 0.5Дж, и, 180МВатт, если там 2.5Дж запасено и реально ток ключа сильно роли не будет играть, правда если он будет очень маленький, то зарядить большущий феррит таким ключем может быть очень проблематично.

[Methane]

в идеальном случае (скин эффекта нет, нет внутренних сопротивлений и тд и тп), мощность должна определяться скоростью срабатывания ключа и запасенной мощностью. В мною приведенном случае за 5нс должно примерно 1/e запасенной энергии с этого феррита выбежать, то есть будет 36 мегаватт, если у феррита запаслось 0.5Дж, и, 180МВатт, если там 2.5Дж запасено и реально ток ключа сильно роли не будет играть, правда если он будет очень маленький, то зарядить большущий феррит таким ключем может быть очень проблематично.

Схему в студию! Не полностью, но примерную. Как MOSFET включить, как дроссель, как нагрузку.

[iiv]

Схему в студию! Не полностью, но примерную. Как MOSFET включить, как дроссель, как нагрузку.

нечем нарисовать, не дома...

Питание 1кВ, на входе хорошая керамика на 10мкФ (с запасом так). Потом, как в обычном бусте, дроссель, мосфет, а вместо диода - хороший дейтериевый разрядник киловольт так на 50. А, да, дроссель в виде автотранса. Какое соотношение - не знаю, ну, например, взять 1 к 50.

Включаем мосфет, дожидаемся 5мкс, чтобы дроссель в насыщение вошел, выключаем его. На выходе автотранса появляется что-то большое, эдак на 50кв, разрядник пробивается, его фронты 10**12 А/с позволяют прокочать все что угодно. Разрядник закоммутированн на нагрузку, там дальше - не важно. Можно вместо разрядника тиратрон взять, тогда в момент включения мосфета надо включать его предионизацию, все остальное, то же самое.

[Methane]

нечем нарисовать, не дома...

Нет бумажки, карандаша, и мобильник без фотоаппарата? А с чего вы это пишете?

[iiv]

Нет бумажки, карандаша, и мобильник без фотоаппарата? А с чего вы это пишете?

с лаптопа по открытому вайфаю. Бумажка-то есть, и ручка, и сфоткать-то могу, только потом в роуминге сложно это на комп заслать.

А разве я так не понятно объяснил?

[SNGNL]

Короче, скажите, кто знает, какие ферриты еще запасают вменяемо большое количество энергии (2.5 Дж я уже нашел), а там будет думать, сколько можно будет достичь.

Ферриты ничего не запасают, энергия запасается в зазорах сердечника.Нет сердечника, нет насыщения.

[Methane]

Ферриты ничего не запасают, энергия запасается в зазорах сердечника.Нет сердечника, нет насыщения.

Строго говоря, нет зазора, есть насыщение.

[des00]

ТС, есть у меня друзья, работают тут получают много гиговатные импульсы, если интересно могу связать

[AleksNik]

Короче, скажите, кто знает, какие ферриты еще запасают вменяемо большое количество энергии (2.5 Дж я уже нашел), а там будет думать, сколько можно будет достичь.

Дык вроде все просто.
Энергия в дросселе 10 Дж, принимаем индукцию например - 0.2 Тл.
По формуле объемной энергии находим объем воздушного зазора - 628 см3.
Для вторички выходное напряжение 50 кВ, длительность импульса - 100нсек., откуда амплитуда тока 4кА.
Индуктивность вторички - 1.25 мкГн.
Из намагничивающей силы находим число витков на длину - 40 вит/m.
Далее принимаем сечение магнитопровода, например 20 см2.
Получаем длину магнитной линии 31.4 см. и число витков -13.
Базовая конструкция - торовый трансформатор с диаметром по средней линии 100мм и диаметром витков - 50 мм
А теперь добавляем распреденный ферритовый сердечник, так чтобы сохранить воздушный объем и обеспечить хорошую связь с первичкой.
Приличная вариационная задачка.

Сообщение отредактировал AleksNik - Jul 2 2012, 13:25

[A.W.P.]

Привет всем!
Это мой первый пост на форуме: извиняйте, если пост не в ту тему забросит.

1)Как уже отмечалось выше, импульсная мощность (в нагрузке) не может быть больше коммутационной способности ключа: по примеру, предложенному ТС (в самом идеальном случае), ключ обрывает ток 144 ампер в обмотке с N витками при ограничении пика напряжения на ней 1000 вольт; на другой обмотке с 30*N витков (по желанию ТС) ЭДС составит 30 кВ, но пик тока всего лишь 144/30=4,8 А и пиковая мощность все те же 144 кВт ("вечный двигатель" не получается, увы); может быть этого факта будет уже достаточно, чтобы охладить желание ТС "копать" в этом направлении?

2)Задача получения импульсов мощностью десятки..сотни мегаватт в течение СОТНИ НАНОСЕКУНД-не тривиальна. Основные проблемы будут не в том, как накопить требуемую энергию, а как заметную ее часть извлечь и доставить на нагрузку с учетом ограниченного быстродействия ключа, паразитных параметров накопителя и монтажа. В этих условиях выдвигать на первый план дешивизну (среди критериев оптимальности проекта)-не серьезно. Являясь дилетантом в части генерации мощных импульсов субмикросекундного диапазона, отмечу только наиболее очевидные проблемы: а) скорость коммутации мощных кремниевых ключей широкого применения (ТС хочет, чтобы было не слишком дорого) не так уж велика; для корпуса вроде ТО247 надо очень постараться, чтобы получить 1 А/нс, следовательно, при 144 амперах на 100 нс придется только фронт (или импульс подразумевается не прямоугольный, а треугольный?); скорость нарастания напряжения также отнюдь не бесконечно велика; б) проблемы согласованной передачи мощности от нескольких сотен накопителей на общую нагрузку; даже оптимистические дилетантские оценки паразитных параметров монтажа повергают в уныние и заставляют проникнуться уважением к спецам, которые такие задачи успешно решают.
Вроде бы (по факту применения) наилучший комплекс свойств обеспечивают пленочные (полипропиленовая пленка или комбинированный диэлектрик) высоковольтные (единицы...десятки киловольт) конденсаторы.

3)Если ТС предложил к рассмотрению длительность импульса 100 нс просто для примера, а для него актуальны и длительности единицы... десятки микросекунд, можно еще пообсуждать, т.к. будет применим опыт по импульсным ИП. Если же интересует именно 100 нс, то только к "спецам" (и задвинуть дешивизну в конец списка критериев оптимизации проекта). По грубым оценкам стоимость полипропиленовых конденсаторов (в качестве накопителей) на порядок меньше стоимости ключей...
Все изложенное-"по-моему".

[Microwatt]

Привет всем!
Это мой первый пост на форуме: извиняйте, если пост не в ту тему забросит.

2)Задача получения импульсов мощностью десятки..сотни мегаватт в течение СОТНИ НАНОСЕКУНД-не тривиальна. Основные проблемы будут не в том, как накопить требуемую энергию, а как заметную ее часть извлечь и доставить на нагрузку с учетом ограниченного быстродействия ключа, паразитных параметров накопителя и монтажа. В этих условиях выдвигать на первый план дешивизну (среди критериев оптимальности проекта)-не серьезно.

Всеьма хороший первый пост. Дай бог, не последний!
Я разделяю Ваше мнение, что тут не сам накопитель хлопоты доставит, а именно ключ и его крутизна фронтов.
Нужны очень узкие специалисты, имевшие дело с чем-то подобным.

[AleksNik]

отмечу только наиболее очевидные проблемы: а) скорость коммутации мощных кремниевых ключей широкого применения (ТС хочет, чтобы было не слишком дорого) не так уж велика; для корпуса вроде ТО247 надо очень постараться, чтобы получить 1 А/нс, следовательно, при 144 амперах на 100 нс придется только фронт (или импульс подразумевается не прямоугольный, а треугольный?); скорость нарастания напряжения также отнюдь не бесконечно велика;

Здесь Вы не совсем правы.
У того-же Infineon-a есть достаточно дешевые транзисторы с фронтами в 5 нсек на токи десятки ампер, не говоря уже об IXYS-е.
У ТС проблемы не во фронтах, я тут лилеял коварные планы, что ТС пройдет по предложенному алгоритму и обнаружит, что выбора то у него и нет. И единственное решение для него - маломощный преобразователь заряжает емкость до 50кВ, которая резонансно разряжается на нагрузку через управляемый водородный тиратрон и токоограничивающий дросель. И все. Но ТС куда то пропал и это приходится писать мне.

Сообщение отредактировал AleksNik - Jul 6 2012, 15:59

[iiv]

У ТС проблемы не во фронтах, я тут лилеял коварные планы, что ТС пройдет по предложенному алгоритму и обнаружит, что выбора то у него и нет. И единственное решение для него - маломощный преобразователь заряжает емкость до 50кВ, которая резонансно разряжается на нагрузку через управляемый водородный тиратрон и токоограничивающий дросель. И все. Но ТС куда то пропал и это приходится писать мне.

я никуда не пропал, просто был в коммандировке

Система с кондером и тиратроном у меня есть, работает как часики. Но все вокруг меня просто достали, типа в индуктивности запасается больше энергии, надо ее использовать, кондеры и тиратроны - прошлый век. Вот и я начал тут филосовствовать. Если это филосовствование - от лукавого, классно, буду, по старинке делать так, как у меня уже годами все работало!

[SNGNL]

Но все вокруг меня просто достали, типа в индуктивности запасается больше энергии, надо ее использовать, кондеры и тиратроны - прошлый век.

У вас гламурные коллеги?

По удельной плотности накапливаемой энергии, индуктивные накопители превосходят емкостные на 2 порядка. По удельной мощности импульса, ситуация обратная - емкостные накопители превосходят индуктивные, примерно на такую же величину.

Кроме того, у индуктивных накопителей (не сверхпроводящих) большие потери энергии. Для заряда, им необходимы источники, способные отдавать большой ток. Например, конденсаторы

Индуктивный накопитель (катушка) при разряде не может отдать ток больший, чем получен при заряде. Емкостной накопитель (одиночный) при разряде не может отдать напряжение, больше полученного при заряде.

Плотность энергии в емкостных накопителях ограничивается электрической прочностью диэлектрика и его диэлектрической проницаемостью. Плотность энергии в индуктивных накопителях ограничивается механической прочностью конструкции катушки.

Хотите узнать всю правду, читайте профильную литературу.
Может быть, откроете для себя много нового. Например, как получить импульсы с более крутыми фронтами, чем у используемого ключа. Или узнаете, что катушки с ферритами используются в качестве ключей, для генерирования мощных импульсов.

[A.W.P.]

Здесь Вы не совсем правы.
У того-же Infineon-a есть достаточно дешевые транзисторы с фронтами в 5 нсек на токи десятки ампер, не говоря уже об IXYS-е.
У ТС проблемы не во фронтах, я тут лилеял коварные планы, что ТС пройдет по предложенному алгоритму и обнаружит, что выбора то у него и нет. И единственное решение для него - маломощный преобразователь заряжает емкость до 50кВ, которая резонансно разряжается на нагрузку через управляемый водородный тиратрон и токоограничивающий дросель. И все. Но ТС куда то пропал и это приходится писать мне.

Привет!
Посмотрел даташиты на "CoolMOS"-ы у Infineon, IXYS, STM, Fairchild, а также статьи по испытаниям этих ключей (в корпусах то247 и им подобных). Там, где указаны наиболее "крутые" времена фронтов (10 нс при токе 44А)-полностью отсутствуют пояснения, к чему относятся эти цифири (это на IPW60R045CP и его полный аналог IXKH70N60C5-вероятно, iXYS покупает чипы у Infineon-а). Другие производители указывают значительно более скромные скорости переключения-1,6А/нс у STW88N65 и еще значительно меньше для FCH47N60 (правда там испытания на резистивную нагрузку и с довольно большим сопротивлением в затворе). Нашел обзор с испытаниями всех этих приборов в одинаковых условиях (на максимальную скорость/минимальные потери переключения), из которого видно, что а) поведение всех полевиков очень сходно между собой, б) переключения сопровождаются сильным звоном (амплитуда первого выброса примерно равна величине переключаемого тока, частота колебаний около 40 МГц и затухают не быстро-первая сотня наносекунд после коммутации "налита" звоном), в) проведение измерений-весьма трудная для экспериментатора задача-датчики напряжения и, особенно, тока вносят серьезные искажения, г) даже у того самого инфинеоновского полевика наблюдаемая скорость переключения 3А/нс при включении и 2А/нс при выключении тока.
Вышеизложенное относится к коммутации токов порядка 20 ампер при 400 вольтах. Если же загрузить приборы номинальными токами (47..84 ампера для рассматриваемых полевиков), а тем более максимально-допустимыми импульсными токами (ведь надо бороться за увеличение коммутируемой мощности; получается, что полевики-наиболее дорогая часть установки), то времена еще в разы вырастут, а что станет со звоном??
Раньше многие изготовители указывали величину собственной индуктивности истока (эмиттера) для корпуса ТО247-13нГ (сейчас почему-то стали избегать? неужели сумели побороть?-сильно сомневаюсь). Эта индуктивность создает неустранимую ООС по скорости изменения тока через прибор. Управляющие напряжения ограничены "прочностью" подзатворного диэлектрика (до +/-20 вольт). Так что в части увеличения скорости переключения тока руки у нас повязаны.
Ради интереса поглядел, что дает переход к корпусу D2PAK-все же индуктивность истока должна бы быть поменьше. У самого сильноточного инфинеоновского IPB50R140CP заявлено время 8нс при 14А (это, вроде, даже похуже, чем 10 нс при 44А?)
Небольшой поиск по тиратронам выводит на сайт http://www.pulsetech.ru/pss_description_rus.htm, дающий оценки современного состояния проблемы. Даже по их оценкам дорогой американский тиратрон имеет всего 20$/МВт, а самые выгодные полевики -в четыре раза дороже. Полипропиленовые конденсаторы-на порядок дешевле тиратрона. И тиратрон обеспечивает желаемое быстродействие, а полевики-не факт. Вопрос-за что боремся?

[SBE]

По удельной плотности накапливаемой энергии, индуктивные накопители превосходят емкостные на 2 порядка.

Любопытно, а можно уточнить цифры. Я тоже так думал, не особо вникая в детали. Но когда прикидываешь удельную энергию магнитного поля BH/2, то понятно, что накопить что-то сопоставимое с емкостными накопителями наверно можно только на сверхпроводниках.
Еще интересно, как оценивают плотность энергии, в Дж/м3 или в Дж/кг. И что включают в объем/массу для индуктивных накопителей.

[AndreyVN]

много раз видел утверждение, что индуктивность запасает больше энергии на объем или вес, чем конденсатор. Чисто из своего личного опыта при поиске компонент встречал только обратное. Тор на порошковом железе, весящий с 1 кг запасает примерно 0.5Дж, в то время как кондер в корпусе 2225 с номиналом в 450В, 1мкФ запасает 0.1Дж.
ИИВ

Да, в [1, с.16] это подтверждается. “Плотность энергии магнитного поля, запасаемой в индуктивных накопителях на 2 порядка выше, чем плотность энергии электрического поля, запасаемая в конденсаторах или длинных линиях ”. Там же есть цифры и прикидочные расчеты. Если надо, скину [1] в *.pdf.

1. Пичугина М.Т. Мощная импульсная энергетика. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005.

[A.W.P.]

дополнение для AleksNik

Обсуждение в другой теме форума заставило заглянуть в ТУ на инфинеоновский приборчик IPD65R250C6 и там поясняется, что они (а значит и IXYS) понимают под "временами переключения" CoolMOS-ов. Оказывается времена относятся к скорости изменения НАПРЯЖЕНИЯ сток-исток, а не ТОКА стока! Соответственно, получаем величины 27..30 В/нс-вполне достижимые значения, согласующиеся с другими источниками информации.

[A.W.P.]

Давайте подробнее обсудим накопление энергии (в электрическом и магнитном полях).
Мне представляется, что расхождение в оценках их сравнительной эффективности вызвано качественным различием поведения конденсатора и катушки индуктивности. Из-за этого результаты их сравнения как накопителей энергии сильно зависят от дополнительных условий (скважности работы накопителя: два или сто миллионов-большая разница; характерного времени разряда на нагрузку; величины запасаемой энергии; мощности источника "накачки").

Конденсаторы (электрические накопители): удельная энергия ограничена допустимой напряженностью электрического поля (не зависит от скважности работы!), время саморазряда велико-от сотен до сотен тысяч секунд (достижимо очень большое отношение мощностей разряда и заряда); имеется ряд взаимодополняющих электронакопителей (пленочные и др. импульсные конденсаторы, алюминиевые/танталовые электролитические конденсаторы, конденсаторы "с двойным слоем" с водным и неводным электролитами, различные электрохимические аккумуляторы), позволяющий перекрыть широченный диапазон по времени разряда с поддержанием приемлемых характеристик (удельные энергия, мощность и стоимость); масштабный эффект отсутствует или слегка отрицательный.

Катушка (магнитные накопители): без ферромагнитного сердечника достижима весьма высокая удельная энергия, косвенно ограничиваемая механической прочностью катушки и приемлемостью ее температуры (т.е. ощутимо зависит от скважности работы накопителя-примерно пропорционально; если для продолжительного режима работы дросселя допустимы линейные нагрузки 3..10 А/мм, то при скважности, например, несколько миллионов сколько будет допустимо-несколько килоампер на миллиметр? соответственно, достигается индукция несколько (единиц) тесла и плотность энергии десятки Дж/куб.см-без использования сверхпроводимости!) это как раз на два порядка большая плотность энергии, чем у "хороших" конденсаторов. Если (из-за небольшой скважности работы) нельзя получить линейную нагрузку катушки от 1кА/мм, выгоднее использовать дроссели с соответствующим ферромагнитным сердечником и зазором в зависимости от располагаемой МДС. Тогда энергоемкость дросселя пропорциональна индукции насыщения материала сердечника (в первой степени!), пропорциональна допустимой линейной нагрузке обмотки и "рабочему" объему сердечника (не входит длина сердечника, не занятая обмоткой). Располагаем большим разнообразием материалов для сердечника, позволяющим подстроиться под самые разные требования к накопителю... Но если скважность не велика и, соответственно, линейная нагрузка катушки жестко ограничена по тепловым соображениям, характеристики дросселей оказываются хуже (и значительно хуже), чем у конденсаторов (например,при индукции в сердечнике 1Т, линейной нагрузке 5А/мм запасаем всего 2,5мДж/куб.см-отнесено к объему сердечника, "одетого" обмоткой, а к полному размеру дросселя будет еще вполовину хуже.) Это на порядки хуже, чем у конденсаторов. Грубо говоря: если катушку ПРИХОДИТСЯ выполнять с сердечником, то она уступает по плотности энергии "хорошим" конденсаторам. У дросселей сильный "саморазряд": постоянная времени хранения энергии от десятков микросекунд (маленькие катушки без сердечника) до десятков миллисекунд; следовательно, дроссель надо "заряжать" непосредственно перед использованием и мощность зарядника сравнительно велика. Масштабный эффект положительный, умеренно-выраженный.

Если вернуться к задаче ТС, то требовался накопитель на несколько десятков джоулей с разрядом за 100 нс при скважности порядка миллиона. Вроде как подходит "воздушная" катушка. Пусть даже не стремимся к рекордам и ограничиваемся плотностью несколько Дж/куб.см, объёмом катушки десяток кубиков и характерными размерами 4..5 см. Но 10 Дж/100 нс=100 МВт, а это что-то вроде 25 кВ*4 кА. И как будем обеспечивать электрическую прочность??? Так что проблема явно не в плотности хранения энергии!

Это все рассуждения дилетанта, сильно не бейте.

Сообщение отредактировал A.W.P. - Jul 10 2012, 09:00

[AndreyVN]

Так что проблема явно не в плотности хранения энергии!

Я тоже так думаю. Магнитный компрессор делают как элемент волноводной конструкции. Чтобы получить наносекундные импульсы индуктивность цепи разряда, вроде-как, в диапазоне наноГенри (?) должна быть. Мне кажется, именно здесь основные проблемы сосредоточены. Впрчем, я не знаю задачи iiv, может ему в габарит или вес "вписаться" надо?

Хотите узнать всю правду, читайте профильную литературу.

Хотим, хотим! Дайте, наводку, только кроме Месяца и Белкина-Стрелкина. Думаю, их здесь многие знают.

[iiv]

Впрчем, я не знаю задачи iiv, может ему в габарит или вес "вписаться" надо?

Филосовствовать на эту тему я начал именно из-за этого.

Возьмем конкретику, нужен пульс в 50нс, на 20Дж (70кВ, 8кА в пике), с началом фронта пульса с точностью 2-3нс.

Схема на тиратроне и конденсаторе:

конденсатор: литр, 2кг, 20Дж, плюс обвес для защиты от пробоя,
тиратрон: пол кило сам плюс 10кг всякого обвеса для старта, подогрева, предионизации,
плюс под десяток кг система генерации ВВ питания всего этого, если хочется иметь 10 пульсов в секунду.

Итого, 30кг, гемор с маслом, плохо доставаемые в мирных задачах тиратрон и конденсатор.

Если думать о катушке, то ее питание может быть низковольтным (300В или 600В или 900В у меня есть всегда), дальше сама катушка, которая будет одновременно повышателем напряжения, и неуправляемый разрядник на конце в сотни граммов. Почти везде можно организовать изоляцию без масла.

Мне вот одно не понятно.

Пусть во время накачивания энергии в катушку мощность определяется сопротивлением ключа (а реактивное сопротивление катушки много меньше). Когда мы ключ выключили, будет ли мощность выходного импульса определяться только реактивным сопротивлением катушки?

Если да, то можно накачивать, как я говорил в начале медленнно и печально дохлым мосфетом в моем приведенном примере за 10-50мкс, а после его выключения, получать весь пульс сразу за короткое время в 50нс.

[A.W.P.]

Филосовствовать на эту тему я начал именно из-за этого.

Возьмем конкретику, нужен пульс в 50нс, на 20Дж (70кВ, 8кА в пике), с началом фронта пульса с точностью 2-3нс.

Схема на тиратроне и конденсаторе:

конденсатор: литр, 2кг, 20Дж, плюс обвес для защиты от пробоя,
тиратрон: пол кило сам плюс 10кг всякого обвеса для старта, подогрева, предионизации,
плюс под десяток кг система генерации ВВ питания всего этого, если хочется иметь 10 пульсов в секунду.

Итого, 30кг, гемор с маслом, плохо доставаемые в мирных задачах тиратрон и конденсатор.

Если думать о катушке, то ее питание может быть низковольтным (300В или 600В или 900В у меня есть всегда), дальше сама катушка, которая будет одновременно повышателем напряжения, и неуправляемый разрядник на конце в сотни грамммов. Почти везде можно организовать изоляцию без масла.

Мне вот одно не понятно.

Пусть во время накачивания энергии в катушку мощность определяется сопротивлением ключа (а реактивное сопротивление катушки много меньше). Когда мы ключ выключили, будет ли мощность выходного импульса определяться только реактивным сопротивлением катушки?

Если да, то можно накачивать, как я говорил в начале медленнно и печально дохлым мосфетом в моем приведенном примере за 10-50мкс, а после его выключения, получать весь пульс сразу за короткое время в 50нс.

У Вас какое-то "затмение". С числами, по Вашему примеру, покажу, что получается (реально так нельзя делать-просто, чтобы Вам стало понятно).
Итак, нужен импульс 70кВ, ток спадает с 8кА к нулю за 50нс (полный разряд накопителя). Энергия, выделяющаяся в нагрузке, 14Дж (здесь и далее потери не учитываем, т.к. рассматриваем только сам принцип). Пусть хотим использовать полевики 1000в*144А (пиковых), как в Вашем первом посте. Используем накопитель с двумя обмотками: накачки и повышающей; пусть между обмотками связь близка к идеальной, т.е. без рассеивания магнитного потока. Пусть можно пренебречь емкостями!
Положим на интервале вывода энергии из накопителя напряжение на обмотке накачки 800В (небольшой запасец относительно предельно-допустимых 1000В и на напряжение накачки, см. далее).
Тогда потоксцепления "накачивающей" обмотки при полностью заряженном накопителе 800В*50нс=40мкВб, а ток в пике 700кА (да, почти мегаампер, можете убедиться, что запасено именно 14Дж=40мкВб*700кА/2). В накопителе придется поставить параллельно 700кА/144А=почти 5000 полевиков. Суммарное сопротивление ключа в открытом состоянии (250..500мОм)/5000шт=50..100мкОм. Индуктивность накачивающей обмотки 40мкВб/700кА=57пГ (значение абсолютно не реализуемое, разве что при параллельном включении тысяч отдельных "дроссельков", но оно нужно для оценки сопротивления обмотки дросселя); если дроссель без ферромагнитного сердечника, оценка сопротивления обмотки накачки 57пГ/(70..150мкс)=0,5мкОм, т.е. на два порядка меньше, чем у ключа. Время накопления энергии в дросселе д.б. менее, чем 57пГ/100мкОм=600нс, а напряжение накачки более, чем 100мкОм*700кА=70В. Пусть напряжение источника накачки будет 110В (установившийся ток 110В/100мкОм=1100кА); за 600нс как раз накачаем 0,63*1100кА=700кА (отношение времен заряда и разряда=12, пиковая мощность зарядки 110в*700кА=77МВт!)
Переходим к повышающей обмотке. У нее в 70кВ/800В=87,5 раз большее число витков. Пиковый ток 700кА/87,5=8кА. Напряжение при разряде 70кВ, а при "зарядке" дросселя-минус (40..110вольт)*87,5=минус(3,5..9,5кВ). Индуктивность повышающей обмотки 70кВ*50нс/8кА=436нГ (=57пГ*87,5*87,5). Сопротивление этой обмотки где-то 436нГ/100мкс=4мОм. И те же самые 14Дж.
Вроде понятно все расписал?


Насколько я понял из "интернета", основная "претензия" к тиратронам, равно как и к другим ламповым коммутаторам, небольшой и явно ограниченный ресурс их работы. Если надо улучшать эту характеристику установки, наверное, можно осторожно смотреть в сторону полевиков, но стоить будет на порядок...два дороже, чем с тиратроном и окупаемость будет очень не скоро.

[iiv]

Тогда потоксцепления "накачивающей" обмотки при полностью заряженном накопителе 800В*50нс=40мкВб, а ток в пике 700кА

да, а теперь подставьте сюда вместо 50нс 50мкс, и токи упадут в сотни ампер.

[SBE]

Катушка (магнитные накопители): без ферромагнитного сердечника достижима весьма высокая удельная энергия, косвенно ограничиваемая механической прочностью катушки и приемлемостью ее температуры (т.е. ощутимо зависит от скважности работы накопителя-примерно пропорционально; если для продолжительного режима работы дросселя допустимы линейные нагрузки 3..10 А/мм, то при скважности, например, несколько миллионов сколько будет допустимо-несколько килоампер на миллиметр? соответственно, достигается индукция несколько (единиц) тесла и плотность энергии десятки Дж/куб.см-без использования сверхпроводимости!) это как раз на два порядка большая плотность энергии, чем у "хороших" конденсаторов.

Я навскидку оцениваю такие же порядки плотности энергии ~10^7 Дж/м3 для катушки в импульсе, причем это будут огромные поля под десять Тесла с учетом, как правильно отмечено, пересчета энергии на весь объем катушки (даже без учета механического каркаса, чтоб не разорвало). Только я находил для современных ионисторов цифры 50Дж/см3, и не уверен, что это предел.
При коротких импульсах еще есть ограничения в скорости нарастания поля из-за вихревых токов.

Вспомнил, что когда-то давно зримо наблюдал соотношение между энергиями . Коллеги делали намагничивающую установку для постояных магнитов. Разряд большой батареи конденсаторов на серьезный электромагнит. Батарея конденсаторов была больше электромагнита, но легче. За прошедшие четверть века прогресс в конденсаторах, пожалуй, больше чем в магнитных системах.

[A.W.P.]

да, а теперь подставьте сюда вместо 50нс 50мкс, и токи упадут в сотни ампер.

У Вас какое-то "магическое" отношение к дросселю.
Если мы хотим, чтобы на какой-то обмотке дросселя появился импульс 70кВ с пиком тока 8кА, а при этом на другой (размыкаемой) обмотке "выскочило" не более 800В, там должны отключаться именно 700кА, независимо за сколько времени мы накопили энергию.
В общем виде: 1)сумма ампер-витков всех обмоток дросселя постоянна в каждый момент времени (не имеет мгновенных скачков); 2)ЭДС обмоток пропорциональны числу витков. Из этих двух простых правил все и следует (мгновенные мощности на обоих обмотках одинаковые и в рассматриваемом примере в пике достигают 560МВт). И это никак не обойти.

Я навскидку оцениваю такие же порядки плотности энергии ~10^7 Дж/м3 для катушки в импульсе, причем это будут огромные поля под десять Тесла с учетом, как правильно отмечено, пересчета энергии на весь объем катушки (даже без учета механического каркаса, чтоб не разорвало). Только я находил для современных ионисторов цифры 50Дж/см3, и не уверен, что это предел.
При коротких импульсах еще есть ограничения в скорости нарастания поля из-за вихревых токов.

Вспомнил, что когда-то давно зримо наблюдал соотношение между энергиями . Коллеги делали намагничивающую установку для постояных магнитов. Разряд большой батареи конденсаторов на серьезный электромагнит. Батарея конденсаторов была больше электромагнита, но легче. За прошедшие четверть века прогресс в конденсаторах, пожалуй, больше чем в магнитных системах.

У хороших аккумуляторов плотность энергии еще больше (чем у ионисторов). Но плотность мощности, соответственно, ниже. Для каждого класса накопителей существует своя ниша оптимального применения (по времени разряда). Среди самих ионисторов разделяют приборы с водным и неводным электролитом. У первых значительно меньше внутреннее сопротивление, но на почти порядок меньше плотность энергии (т.к. у "водных" рабочее напряжение меньше 1В (по памяти пишу), а с хорошо очищенным от воды специально подобранным электролитом достигаем почти трех вольт (энергия пропорциональна квадрату напряжения)). Двигаясь в сторону все более коротких импульсов, переходим от ионисторов к оксидным конденсатором, потом пленочным и т.д. На каждом переходе удельная энергия накопителя все меньше, но удельная мощность-все больше.

[iiv]

В общем виде: 1)сумма ампер-витков всех обмоток дросселя постоянна в каждый момент времени (не имеет мгновенных скачков); 2)ЭДС обмоток пропорциональны числу витков. Из этих двух простых правил все и следует (мгновенные мощности на обоих обмотках одинаковые и в рассматриваемом примере в пике достигают 560МВт). И это никак не обойти.

c точки зрения обычной электротехники - Вы правы, и мне очень хочется с Вами согласиться. В то же время, я аппелирую к другому факту. Пусть мы запасли каким-то образом необходимую энергию в каком-то объеме феррита. Далее пусть на этом феррите есть какая-то обмотка, с очень маленькой индуктивностью. Что мешает энергии, запасенной в магнитном поле сердечника убежать быстро (то есть с большими амперами) через эту обмотку?

Я пока конструкционно не до конца сам представляю как это реализовать, но я пока не увидел еще опровержения этого высказывания.

[SBE]

У хороших аккумуляторов плотность энергии еще больше (чем у ионисторов). Но плотность мощности, соответственно, ниже. Для каждого класса накопителей существует своя ниша оптимального применения (по времени разряда). Среди самих ионисторов разделяют приборы с водным и неводным электролитом. У первых значительно меньше внутреннее сопротивление, но на почти порядок меньше плотность энергии (т.к. у "водных" рабочее напряжение меньше 1В (по памяти пишу), а с хорошо очищенным от воды специально подобранным электролитом достигаем почти трех вольт (энергия пропорциональна квадрату напряжения)). Двигаясь в сторону все более коротких импульсов, переходим от ионисторов к оксидным конденсатором, потом пленочным и т.д. На каждом переходе удельная энергия накопителя все меньше, но удельная мощность-все больше.

Да с любыми аккумуляторами, даже с не очень хорошими, плотность энергии большая, особенно если считать на объем, а не на вес. С ионисторами тоже понятно, что разные. И про удельную мощность нет речи. Вопрос про два порядка большей удельной энергии достижимом в индуктивном накопителе по сравнению с емкостным. Простые оценки дают скорее обратный результат.

[vvs157]

Да с любыми аккумуляторами, даже с не очень хорошими, плотность энергии большая, особенно если считать на объем, а не на вес. С ионисторами тоже понятно, что разные. И про удельную мощность нет речи. Вопрос про два порядка большей удельной энергии достижимом в индуктивном накопителе по сравнению с емкостным. Простые оценки дают скорее обратный результат.

Вообще-то сравнивать аккумуляторы, ионисторы с несверхпроводящими индуктивными накопителями некорректно, так как из-за джоулевых потерь энергия в катушке удерживается очень непродолжительное время. По плотности энергии специальная высокопрочная катушка в сотен микросекунд может создавать поле под 100 Тесла (при разряде через нее батареи малоиндуктивных конденсаторов в несколько МДж), что примерно соответствует объемной плотности энергии ТНТ. Но для хранения - не годится.
Сверхпроводящие катушки могут создавать и удерживать неограничено долго поля до 17 Тл, но это "совсем другая песня".

[Aner]

У америкосов рекорд 107 Тл. на сверхпроводящей катушке.

[dinam]

c точки зрения обычной электротехники - Вы правы, и мне очень хочется с Вами согласиться. В то же время, я аппелирую к другому факту. Пусть мы запасли каким-то образом необходимую энергию в каком-то объеме феррита. Далее пусть на этом феррите есть какая-то обмотка, с очень маленькой индуктивностью. Что мешает энергии, запасенной в магнитном поле сердечника убежать быстро (то есть с большими амперами) через эту обмотку?

Я пока конструкционно не до конца сам представляю как это реализовать, но я пока не увидел еще опровержения этого высказывания.

Ничего не мешает, кроме паразитных емкостей. Так что вы оба правы, не вижу ни каких противоречий.

[Tanya]

У америкосов рекорд 107 Тл. на сверхпроводящей катушке.

Ссылку бы... Внутри вставка?
А что рекорд... Вот взрывом уплотняют поле, но для нужд ТС это не годится.

[A.W.P.]

Ничего не мешает, кроме паразитных емкостей. Так что вы оба правы, не вижу ни каких противоречий.

Паразитные емкости-это уже вторичное препятствие, наряду с активными потерями на таких скоростях разряда (представьте, например, что работаем с накопителем, имеюшим одновитковые обмотки, с мегаамперными токами и единицами вольт и паразитные емкости не мешают). Пока ТС не может смириться с необходимостью иметь коммутатор с высокой коммутационной способностью: не меньше, а реально даже в несколько раз больше, чем пиковая мощность в нагрузке.

c точки зрения обычной электротехники - Вы правы, и мне очень хочется с Вами согласиться. В то же время, я аппелирую к другому факту. Пусть мы запасли каким-то образом необходимую энергию в каком-то объеме феррита. Далее пусть на этом феррите есть какая-то обмотка, с очень маленькой индуктивностью. Что мешает энергии, запасенной в магнитном поле сердечника убежать быстро (то есть с большими амперами) через эту обмотку?

Я пока конструкционно не до конца сам представляю как это реализовать, но я пока не увидел еще опровержения этого высказывания.

Если не рассматривать некие полуабстрактные "внутренние энергии сердечника" (все равно они нам не доступны для использования), то чтобы запасти магнитную энергию в сердечнике (не обязательно ферритовом , можно запасать и вообще без сердечника) надо пропустить ток по катушке. Чтобы затем высвободить эту энергию на другую катушку, надо изменить (оборвать) ток в первой катушке (или воздействовать на накопитель взрывом и т.п. способами, но в этом я не разбираюсь и, вроде, Вам этот способ не интересен). И чем с большей скоростью мы хотим выводить энергию из накопителя (больше мощность), тем выше требования к ключу, размыкающему первую обмотку. Полная аналогия с тем же конденсатором: вот стоит он заряженный, весь такой высоковольтный, переполненный энергией, но без коммутатора Вы эту энергию на нагрузку не передадите! И мощность (коммутационная способность) коммутатора не может быть меньше пиковой мощности в нагрузке.

Очень хорошо, что у Вас есть работающая установка! Исходя из Вашего описания установки, сделать лучше (на других принципах) будет очень сложно, особенно в части быстродействия и стоимости. Чтобы появился шанс, что форумчане посоветуют нечто конструктивное, Вам надо самому определиться, что же не устраивает в нынешней установке (я пока, как дилетант в этой проблематике, после беглого просмотра "интернета", могу предположить, что чем-то не устраивает применение тиратрона?) Или все устраивает?!

[iiv]

... Вам надо самому определиться, что же не устраивает в нынешней установке (я пока, как дилетант в этой проблематике, после беглого просмотра "интернета", могу предположить, что чем-то не устраивает применение тиратрона?) Или все устраивает?!

да прорва всего не устраивает... Тиратрон дохнет быстро, разрядник вместо него не обеспечивает точное время начала импульса и полный запрет на пересечение границ из-за МАГАТЭ. Зависимость от поставщиков тиратронов (одному госдеповскую лицензию подавай, другой краснеет, буреет, но не хочет туда поставлять). Зависимость от ВВ конденсаторов. Кроме ГА никто на 10 кА хорошие конденсаторы не делает, приходится мутить сборки по сотне с очень аккуратной их коммутацией (это не LVDS соединять, а серьезно по заумнее так как ток только по периметру проводников идет), что очень не технологично... Ну если еще и массогабариты можно уменьшить, то вообще классно было бы

[dinam]

Т.е. вы считаете, что 700кА всяко проще разорвать за десятки наносекунд

[A.W.P.]

А Вы сейчас обходитесь без импульсного силового трансформатора? т.е. 70кВ*8кА-как раз то, что нужно Вашей нагрузке?

[iiv]

А Вы сейчас обходитесь без импульсного силового трансформатора?

импульсный силовой трансформатор + умножитель есть конечно, дает желаемые 70кВ на несколько сотен милиампер. Живет в масле, повторяться не буду, гляньте на ссылку я этот вопрос совместно с форумчанами очень подробно там муссолил Заряжает конденсатор, который потом через ключ-то (тиратрон) и разряжается.

70кВ*8кА-как раз то, что нужно Вашей нагрузке?

когда больше, когда меньше, и времена разные бывают, иногда 10нс, иногда 1мкс, у меня уйма разных нагрузок

Т.е. вы считаете, что 700кА всяко проще разорвать за десятки наносекунд

я этого не говорил, но почти уверен, что есть какое-то разумное решение использовать маломощный ключ с очень коротким фронтом около 3нс ну, может быть, вместе с дешевым, мощным, но не управляемым разрядником

[A.W.P.]

Я имел ввиду импульсный трансформатор на те самые сотни МВт, согласующий параметры сборки ВВконденсатор+тиратрон с требованиями нагрузки. Просто как я помню из книг Вдовина, более распространена практика выбирать компоненты генератора импульсной мощности, не ограничивая себя жестко параметрами нагрузки. Может тогда и перечень подходящих доступных Вам тиратронов расширится, и с подбором ВВ-конденсаторов станет легче? (впрочем, по конденсатором, мне кажется, проблема значительно проще, чем другие, озвученные Вами). И ИП накачки станет менее высоковольтным (проще, дешевле, компактнее)...
Трансформатор выглядит и наиболее естественным местом для суммирования мощности от нескольких генераторов (ячеек).

[SBE]

Вообще-то сравнивать аккумуляторы, ионисторы с несверхпроводящими индуктивными накопителями некорректно, так как из-за джоулевых потерь энергия в катушке удерживается очень непродолжительное время. По плотности энергии специальная высокопрочная катушка в сотен микросекунд может создавать поле под 100 Тесла (при разряде через нее батареи малоиндуктивных конденсаторов в несколько МДж), что примерно соответствует объемной плотности энергии ТНТ. Но для хранения - не годится.
Сверхпроводящие катушки могут создавать и удерживать неограничено долго поля до 17 Тл, но это "совсем другая песня".

Очевидно, что не корректно, но меня удивило утверждение, что в индуктивностях можно накопить энергии (пусть в импульсе) большие на порядки или даже сопоставимые по объемной плотности для устройства в целом, чем на конденсаторах.
Зачем банальности про джоулевы потери?
Мегаэрстед без разрушения катушки это серьезно СВЕРХСИЛЬНЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ. 100Тл это рекорд это года в Лос-Аламосе, 91Тл рекорд прошлого года в Германии. Не знаю обходятся ли при этом без охлаждения до криогенных температур.

Я на практике представляю, чего стоит получить несколько тесла даже в импульсе в относительно небольшом объеме.

[A.W.P.]

Очевидно, что не корректно, но меня удивило утверждение, что в индуктивностях можно накопить энергии (пусть в импульсе) большие на порядки или даже сопоставимые по объемной плотности для устройства в целом, чем на конденсаторах.
Зачем банальности про джоулевы потери?
Мегаэрстед без разрушения катушки это серьезно СВЕРХСИЛЬНЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ. 100Тл это рекорд это года в Лос-Аламосе, 91Тл рекорд прошлого года в Германии. Не знаю обходятся ли при этом без охлаждения до криогенных температур.

Я на практике представляю, чего стоит получить несколько тесла даже в импульсе в относительно небольшом объеме.

ТС интересовался субмикросекундными импульсами, а мы скатились к сравнениям наиболее энергоемких накопителей, для которых характерные времена разряда на 6...9 порядков больше. Т.е. оффтоп?, хотя вроде и не противоречит названию темы.
Да, время хранения энергии у не сверхпроводящих индуктивных накопителей маленькое, но достигаемая "так просто" плотность энергии впечатляет! При 10Т это 40Дж/куб.см, а озвученные выше рекорды-еще на два порядка больше. У литиевых аккумуляторов где-то под 1000Дж/куб.см, а у электрических (не электрохимических) накопителей выше упоминалось 50Дж/куб.см.
Но пиковая разрядная мощность индуктивного накопителя м.б. на несколько порядков больше, чем у ионисторов (при разряде в течение 0,1..1мкс).

Сообщение отредактировал A.W.P. - Jul 11 2012, 11:51

[iiv]

Я имел ввиду импульсный трансформатор на те самые сотни МВт, согласующий параметры сборки ВВконденсатор+тиратрон с требованиями нагрузки.
... И ИП накачки станет менее высоковольтным (проще, дешевле, компактнее)...
Трансформатор выглядит и наиболее естественным местом для суммирования мощности от нескольких генераторов (ячеек).

вот наконец-то мы друг друга поняли ))

вот еще раз, в каком направлении я хотел здесь пообсуждать

[A.W.P.]

Особого повода для радости вроде нет. Я то просто "мимо проходил" и зашел в этот топик, чтобы указать на требуемую коммутационную способность ключа- НЕ НИЖЕ пиковой мощности нагрузки. Это еще до меня делали и другие "форумчане", но как-то не уверенно и Вы их своим энтузиазмом (в отношении применения дросселя) обескураживали. Дроссель может слегка помочь, если, скажем, по какой-то причине не достаточна пиковая мощность емкостного накопителя. Тогда мы можем сначала от конденсатора относительно не быстро "зарядить" дроссель мощностью на один..полтора порядка меньшей, а затем уже с дросселя получать пиковую мощность установки. Но требования к коммутатору не только не облегчаются, а наоборот. Сейчас, как я понимаю, Вы просто разряжаете ВВ-конденсатор через включившийся тиратрон (квазирезонансно). А с дросселем Вам потребуется полностью управляемый коммутатор.
Сильно сомневаюсь, что можно кремниевыми полевиками заменить тиратрон, тем более при приоритете массо-габаритных характеристик установки (как я понял из других тем, открытых Вами на форуме). При пиковой мощности 560МВт потребуется десяток тысяч корпусов ТО247, а уж сколько обвязки вокруг них?
Со стороны могу посоветовать постараться убедить Ваше руководство поручить (в смысле купить) разработки функциональных узлов установки профессионалам, а самим сосредоточиться на вопросах интеграции. Или может и тиратроны будете сами разрабатывать и производить?

[SBE]

ТС интересовался субмикросекундными импульсами, а мы скатились к сравнениям наиболее энергоемких накопителей, для которых характерные времена разряда на 6...9 порядков больше. Т.е. оффтоп?, хотя вроде и не противоречит названию темы.
Да, время хранения энергии у не сверхпроводящих индуктивных накопителей маленькое, но достигаемая "так просто" плотность энергии впечатляет! При 10Т это 40Дж/куб.см, а озвученные выше рекорды-еще на два порядка больше. У литиевых аккумуляторов где-то под 1000Дж/куб.см, а у электрических (не электрохимических) накопителей выше упоминалось 50Дж/куб.см.
Но пиковая разрядная мощность индуктивного накопителя м.б. на несколько порядков больше, чем у ионисторов (при разряде в течение 0,1..1мкс).

Да, правда, скатились, оффтопим чуток, надо заканчивать.
Насчет "так просто" это шутка? 40Дж/см3 при 10Тл это энергия внутри, а размазать на размер катушки будет несколько скромнее.
Хотя под токамак не случайно индуктивный накопитель делали терраваттной мощности. При этих параметрах емкостные, вероятно, оказывались сложнее и дороже.

[dinam]

я этого не говорил, но почти уверен, что есть какое-то разумное решение использовать маломощный ключ с очень коротким фронтом около 3нс ну, может быть, вместе с дешевым, мощным, но не управляемым разрядником

Блин! Завидую вам! Для вас ключ разрывающий 800В и ток 700кА за 3нс является МАЛОМОЩНЫМ.
Хотя у меня складывается впечатление, что вы просто не понимаете как работает дроссель (автотрансформатор, трансформатор) в простых ключевых схемах .

[Tanya]

Хотя под токамак не случайно индуктивный накопитель делали терраваттной мощности. При этих параметрах емкостные, вероятно, оказывались сложнее и дороже.

Это потому, что им не нужно было быстро туда-сюда энергию качать.
Вот недавно видела статейку -там после высоковольтного импульсного блока (что-то... несколько сотен киловольт) стоял водяной конденсатор.

[AleksNik]

Оказывается времена относятся к скорости изменения НАПРЯЖЕНИЯ сток-исток, а не ТОКА стока! Соответственно, получаем величины 27..30 В/нс-вполне достижимые значения, согласующиеся с другими источниками информации.

Естественно, т.к измерения времени переключения проводятся при фиксированном начальном токе, обычно получаемом от индуктивности(поищите схему измерения). IXYS, например, измеряет при 0.5 от импульсного максимального. Поэтому наблюдаемое изменение напряжения D-S
вначале процесса зависит от выходной емкости полевика, а в конце - от сопротивления канала (это при включении, при выключении - наоборот). А в промежутках наблюдаем напряжение зависящее от перераспределения тока между перезарядом емкости полевика и его изменяющимся сопротивлением канала.

Почитал дальше, расстроился - блин, как все запущенно -"смешались в кучу кони, люди" .
Надо бы попинать ТС, за некорректно поставленную задачу, особенности которой проясняются на 3-5 странице постов.
Но это обычное дело. А разгребать ошибки в ответах - не хватит терпения, поэтому просто продолжу свой ответ с 32 сообщения, но теперь с учетом ответов других участников.

Для начала развею некоторые иллюзии и мифы.

Уравнение удельной объемной энергии магнитного поля
E/V=B^2/(2*u*u0) -> Объем - V=2*u*u0*E/B^2
Откуда невооруженным глазом видно, что минимальный объем получается при !!!! u=1, т.е. при отсутствии в катушке ферромагнитного сердечника. Отсюда же следует известный в электротехнике факт, что ферромагнитный сердечнок трансформатора, в основном, служит для снижения его стоимости при замене дорогой меди на более дешевое электротехническое железо. И как следствите этой замены - уменьшение индуктивности рассеяния, за счет улучшения потокосцепления при меньших количествах витков, и уменьшения тока намагничивания трансформатора за счет увеличения индуктивности первичной обмотки, а не наоборот.
Более того, если теперь рассмотреть не трансформаторы, а дроссели, то окажется, что в большинстве случаев, помимо указанных выше особенностей, ферромагнитный сердечник используется для повышения технологичности их производства и уменьшения объема и полей рассеяния, если форма дросселя отлична от тора. И не более.
Пойдем далее, напомню общеизвестный, например из термеха, факт, что энергоемкость механических систем в основном определяется удельной прочностью применяемых материалов. Это если не учитывать всякие вспомогательные устройстава - зарядные, радиаторы, охладитель итп.
Поэтому правильно спроектированные емкости и дроссели будут иметь близкие весовые характеристики, особенноесли учесть, что устройства импульсные и для расчетов можно применять динамические прочности, а не статические.
Кроме того предостерегаю от ошибки сравнения разных систем, как это сделал A.W.P., у аккумуляторов энергоемкость определяется химией процессов и по определению будет больше, но они не смогут работать при таких коротких импульсах это связано с малой подвижностью ионов.
Если же говорить об объемных удельных характеристиках, то здесь разброс будет намного больше и будет зависеть не только от применяемых материалов, но и от конкретных технических решений.
Разброс по удельным стоимостям будет еще большим, т.к. добавятся не только технические, но и технологические решения.
Поэтому для корректного анализа, ТС должен более точно определится в своих ожиданиях.

Теперь продолжение поста 32.
Понятно, что ТС соотношение витков 1:13 не устроит, ему как минимум нужно 1:100 (первичка-500В, вторичка-50 кВ).
Но проблема в том, что индуктивность первички уменьшится в (100)^2 раз и станет 0.125 нГн.
А ток накачки первички для энергии 10Дж станет равным 400кА.
Как уже тут отмечалось, с учетом ограничения импульсного тока - количество корпусов в таком ключе будет 200-400 шт.
А вот ожидаемая ТС средняя мощность потребления в 100 Вт не получится. Если учесть все потери, то в зависимости от длительности импульса накачки первички (1-10 мкс), потери энергии будут 100-1000 Дж на импульс, при полезной 10Дж. Т.е. при частоте импульсов 10Гц, средняя потребляемая мощность будет 1-10кВт.
Кроме того хочу обратить внимание, что при коротких импульсах накачки потребные импульсные характеристики емкостей, с которых идет накачка, будут близки к характеристикам в тиратронной схеме.
Поэтому если сравнивать тиратронную схему и дроссельную, то получается следуешее.
Двухобмоточный дроссель с нужными характеристиками сделать можно без особых напряжений. Его стоимость можно считать эквивалентной стоимости высоковольтного блока питания в тиратронной схеме.
Стоимость емкостей на 10 Дж в обоих схемах будет близка.
Получается, что нужно сравнивать только стоимости ключа и тиратрона. Ну и с учетом их эксплуатационных характеристик.
Т.е. Для расчета берем время жизни установки, получаем общее количество импульсов.
Определяем стоимость нужного количества тиратронов и стоимость простоя при их замене. И эту цифру сравниваем со стоимостью полевых ключей.
Можно поискать замену полевикам на быстрые тиристоры, биполярники, БСИ-ты...

Если сравнивать схему со сжатием импульсов, применение которой уже предлагалось, то нужно учитывать, что сжатие будет происходить в N-ступенях. Ступеней 5-6 в зависимости от формы выходного импульса. И в этом случае стоимость большого количества тиратронов нужно будет сравнивать со стоимостью N блоков емкостей на 10 Дж с разной степенью реактивности. Может и получится дешевле.

Сообщение отредактировал AleksNik - Jul 12 2012, 11:18

[A.W.P.]

Естественно, т.к измерения времени переключения проводятся при фиксированном начальном токе, обычно получаемом от индуктивности(поищите схему измерения). IXYS, например, измеряет при 0.5 от импульсного максимального. Поэтому наблюдаемое изменение напряжения D-S
вначале процесса зависит от выходной емкости полевика, а в конце - от сопротивления канала (это при включении, при выключении - наоборот). А в промежутках наблюдаем напряжение зависящее от перераспределения тока между перезарядом емкости полевика и его изменяющимся сопротивлением канала.

Измеряют почти все (изготовители) при работе на индуктивную нагрузку, ведь это-наиболее актуальный режим для силовых переключательных ПП. Но вот, что при этом понимать под временами "нарастания/спада, задержки включения/выключения", т.е. относить ли их к осциллограмме тока через ключ или осциллограмме напряжения на ключе, каждый изготовитель решает (выбирает) сам (обычно, но, к сожалению, не всегда, этот выбор поясняется в конце даташита). В большинстве случаев (большинстве ТУ) времена нарастания и спада относят к осциллограмме тока. В т.ч. и в ТУ на новые IGBT от Infineon (2011г) сделано так, а вот для CoolMOS-ов последнего поколения Инфинеон почему то применил времена нарастания и спада для характеристики скорости изменения напряжения сток-исток и, вдобавок, убрал из даташитов (мощных приборов в корпусе ТО247) пояснения по этому поводу! Я и писал выше, что нашел разъяснения этого вопроса только в ТУ на прибор (CoolMOS этого же поколения) в маленьком корпусе. Полевики IXYS этого класса явно используют инфинеоновские чипы, т.к. все электрические параметры и, даже все условия измерений, буквально совпадают.
Итоговый вывод: никто из изготовителей не заявляет скоростей переключения тока у высоковольтных полевиков в корпусе ТО247 (и подобных корпусах) выше 1,5..2 А/нс. Так что пока индуктивность цепи истока порядка 10..15 нГ "рулит".

Просто к сведению: у высоковольтного полевика сопротивление открытого канала составляет лишь небольшую часть от полного сопротивления прибора.


В части рассуждений по накопителям энергии-воздержусь от комментариев. Во всяком случае очевидно, что обсуждение в его нынешнем виде вряд ли поможет ТС в решении его задачи.

[AleksNik]

Но вот, что при этом понимать под временами "нарастания/спада, задержки включения/выключения", т.е. относить ли их к осциллограмме тока через ключ или осциллограмме напряжения на ключе, каждый изготовитель решает (выбирает) сам (обычно, но, к сожалению, не всегда, этот выбор поясняется в конце даташита). В большинстве случаев (большинстве ТУ) времена нарастания и спада относят к осциллограмме тока. В т.ч. и в ТУ на новые IGBT от Infineon (2011г) сделано так, а вот для CoolMOS-ов последнего поколения Инфинеон почему то применил времена нарастания и спада для характеристики скорости изменения напряжения сток-исток и, вдобавок, убрал из даташитов (мощных приборов в корпусе ТО247) пояснения по этому поводу!

Мне кажется, я достаточно подробно расписал качественную связь между током и напряжением на переключающемся полевике.
Это справедливо для изделий IR, Infineon, IXIS, ST. Для количественных оценок нужно иметь модели.

Просто к сведению: у высоковольтного полевика сопротивление открытого канала составляет лишь небольшую часть от полного сопротивления прибора.

Если под полным Вы понимаете сопротивление канала при GS=0, то оно не нормируется, а нормируется ток утечки канала , обычно 1 мА при максимальном напряжении на канале.

В части рассуждений по накопителям энергии-воздержусь от комментариев. Во всяком случае очевидно, что обсуждение в его нынешнем виде вряд ли поможет ТС в решении его задачи.

Абсолютно с Вами согласен.

[A.W.P.]

Если под полным Вы понимаете сопротивление канала при GS=0, то оно не нормируется, а нормируется ток утечки канала , обычно 1 мА при максимальном напряжении на канале.

Сопротивление открытого (напряжение затвор-исток 10..20вольт) ВЫСОКОВОЛЬТНОГО полевика в основном (процентов на 80..95) формируется сопротивлением "базы" (извиняюсь, что давно не занимался этой проблематикой и сходу не могу вспомнить общепринятое название ) Это та толстая и высокоомная область прибора, которая в закрытом состоянии как раз выдерживает большое приложенное напряжение. В открытом состоянии из-за того, что у полевиков отсутствует инжекция неосновных носителей, она остается относительно высокоомной и дает основное падение напряжения на приборе. Собственно, полевики CoolMOS (superjunction) и призваны частично решить эту проблему (у них можно легировать "базу" в несколько раз сильнее, чем у классических полевиков), но все равно ее сопротивление доминирует. А канал и "все, что около него" производители научились делать весьма низкоомным.
Извините.

[Aner]

И как бороться с растущей при этом емкостью "базы" т.е. затвора?

[A.W.P.]

И как бороться с растущей при этом емкостью "базы" т.е. затвора?

Привет.
Если я начну на это здесь отвечать, то будет злостный оффтоп. Если вопрос задан не "праздно", то можно пообщаться в другом месте (личка у меня уже работает?)

[SNGNL]

Еще интересно, как оценивают плотность энергии, в Дж/м3 или в Дж/кг. И что включают в объем/массу для индуктивных накопителей.

В Дж/м3. Наверное, то же, что и для емкостных - сам накопитель.

Магнитный компрессор делают как элемент волноводной конструкции.

Можно и без волноводной. Дело вкуса

Хотим, хотим! Дайте, наводку, только кроме Месяца и Белкина-Стрелкина. Думаю, их здесь многие знают.

Хм , неубедительно излагают?
Извольте:
Hansjoachim Bluhm. Pulsed Power Systems;
Paul W. Smith. Transient Electronics: Pulsed Circuit Technology;
S. T. Pai. Introduction To High Power Pulse Technology

Пусть мы запасли каким-то образом необходимую энергию в каком-то объеме феррита. Далее пусть на этом феррите есть какая-то обмотка, с очень маленькой индуктивностью. Что мешает энергии, запасенной в магнитном поле сердечника убежать быстро (то есть с большими амперами) через эту обмотку?

Я пока конструкционно не до конца сам представляю как это реализовать, но я пока не увидел еще опровержения этого высказывания.

IMHO Вы открыли для себя flyback

[Valodores]

Хотим, хотим! Дайте, наводку, только кроме Месяца и Белкина-Стрелкина. Думаю, их здесь многие знают.

Как по мне, так книга "Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля" в этом плане самая лучшая. Нет воды, предельно инженерная выкладка с необходимыми формулами и богатое экспериментальное подтверждение.
Саму книгу можно взять здесь: http://www.twirpx.com/file/244071/

[Valodores]

Хм. А если попробовать посмотреть на это с такой стороны.
Берем ферритовое кольцо, наматываем на него одну обмотку. Ток выбираем в обмотке таким образом, чтоб рабочая точка на м(Н) характеристики феррита находилась на верхней спинке на краю спуска кривой. Таким образом, у нас будет катушка с наибольшей индуктивностью и определенной запасенной энергией. Далее, наматываем вторую обмотку на это же кольцо. В нужный момент (когда необходимо высвободить запасённую энергию), на вторую обмотку подаем импульс тока, который переводит феррит в насыщенное состояние (ток, при этом, нужен не очень большой, ведь рабочая точка у нас и так выбрана на грани спуска). Процессы здесь будут проистекать такие же, как и в параметрическом магнитном генераторе. За счет уменьшения магнитной проницаемости уменьшится индуктивность первого контура и, вследствие закона сохранения энергии, увеличится ток в первой обмотке контура. Т.е. произойдет увеличение энегрии в первом контуре и увеличение тока в первой обмотке, а стало быть, и в нагрузке. Если использовать еще и трансформаторную связь между обмотками, то можно получить на выходе необходимый Вам импульс с амплитудно-временными характеристиками. Для быстрого спуска рабочей точки феррит должен быть высокочастотным.
В свое время (планировалась подобная работа), моделировал эту идею в Ansoft Maxwell, идея вполне рабочая. Задавшись необходимыми характеристиками на выходе, можно промоделировать и расчитать входные данные и прочее.

[SSerge]

За счет уменьшения магнитной проницаемости уменьшится индуктивность первого контура и, вследствие закона сохранения энергии, увеличится ток в первой обмотке контура.

А магнитные домены в феррите электротехнику не изучали и про индуктивность ничего не знают.
С чего бы им вести себя так странно?

[MK2]

Если использовать еще и трансформаторную связь между обмотками, то можно получить на выходе необходимый Вам импульс с амплитудно-временными характеристиками.

А как трансформаторная связь будет работать если сердечник войдет в насыщение?
Немного фантатистически звучит, но помню вычитывал в советской литературе про такие параметрические установки (паратроны и унатроны вроде называются), но там управляющая обмотка была намотана перпендикулярно.

[Valodores]

А как трансформаторная связь будет работать если сердечник войдет в насыщение?

Вы не поверите, но трансформаторы бывают и без сердечника, а мощные импульсные - так только такими и делают.

А магнитные домены в феррите электротехнику не изучали и про индуктивность ничего не знают.
С чего бы им вести себя так странно?

А в чем странность-то? В том, что при насыщении магнитная проницаемость стремится к 1? Или что при уменьшении магнитной проницаемости уменьшается и индуктивность контура?

[AndreyVN]

Хм. А если попробовать посмотреть на это с такой стороны.
Берем ферритовое кольцо, наматываем на него одну обмотку. Ток выбираем в обмотке таким образом, чтоб рабочая точка на м(Н) характеристики феррита находилась на верхней спинке на краю спуска кривой. Таким образом, у нас будет катушка с наибольшей индуктивностью и определенной запасенной энергией. Далее, наматываем вторую обмотку на это же кольцо. В нужный момент (когда необходимо высвободить запасённую энергию), на вторую обмотку подаем импульс тока, который переводит феррит в насыщенное состояние (ток, при этом, нужен не очень большой, ведь рабочая точка у нас и так выбрана на грани спуска).

Так Вы же его первой обмоткой уже в насыщение загнали? Что делает вторая обмотка, доводит проницаемость от 1.1 до 1.0?
Что значит на грани спуска???? Спуск Вы сами "устраиваете" размагничивающем полем.

Процессы здесь будут проистекать такие же, как и в параметрическом магнитном генераторе. За счет уменьшения магнитной проницаемости уменьшится индуктивность первого контура и, вследствие закона сохранения энергии, увеличится ток в первой обмотке контура. Т.е. произойдет увеличение энегрии в первом контуре и увеличение тока в первой обмотке, а стало быть, и в нагрузке. Если использовать еще и трансформаторную связь между обмотками, то можно получить на выходе необходимый Вам импульс с амплитудно-временными характеристиками. Для быстрого спуска рабочей точки феррит должен быть высокочастотным.
В свое время (планировалась подобная работа), моделировал эту идею в Ansoft Maxwell, идея вполне рабочая. Задавшись необходимыми характеристиками на выходе, можно промоделировать и расчитать входные данные и прочее.

Не понятно, чтобы организвать "спуск" надо приложить размагничивающее поле, при этом наведется ЭДС ~L(I)*dI/dt то есть, как в любом тансформаторе. При этом варьировать временными характеристиками трансформатора крайне сложно, в основном из-за индуктивности рассеяния обмотки и паразитной емкости обмотки.
Или я что-то не понял?

[Valodores]

Нет, первой обмоткой я сердечник в насыщение не вгоняю. В том-то и дело. Давайте представим себе м(Н) кривую. Вначале, при малых напряженностях магнитного поля (ток не большой), магнитная проницаемость большая. По мере роста напряженности поля, мю падает и в какой-то момент наступает насыщение. Эдакая горка. Так вот. Первая обмотка создает такое поле, при котором мю еще не начало скатываться к 1, т.е. мю большое. Импульс во второй обмотке переводит уже сердечник в насыщенное состояние. Скажете при этом ток в перичке очень маленький? Ориентируйтесь по полю. Для создания поля напряженностью 1000 А/м в объеме 1см.куб - да, ток нужен не большой, а вот в 100 см.куб - куда больше. Нужен больше ток в первичке - берите больший кусок феррита.

[vvs157]

За счет уменьшения магнитной проницаемости уменьшится индуктивность первого контура и, вследствие закона сохранения энергии, увеличится ток в первой обмотке контура. Т.е. произойдет увеличение энегрии в первом контуре и увеличение тока в первой обмотке

Вообще-то энергия - это интерграл от BH/2 по всему объему, а при насыщении В и Н не уменьшаются.

[MaslovVG]

Удалено.

[AndreyVN]

Нет, первой обмоткой я сердечник в насыщение не вгоняю. В том-то и дело. Давайте представим себе м(Н) кривую. Вначале, при малых напряженностях магнитного поля (ток не большой), магнитная проницаемость большая. По мере роста напряженности поля, мю падает и в какой-то момент наступает насыщение. Эдакая горка. Так вот. Первая обмотка создает такое поле, при котором мю еще не начало скатываться к 1, т.е. мю большое. Импульс во второй обмотке переводит уже сердечник в насыщенное состояние. Скажете при этом ток в перичке очень маленький? Ориентируйтесь по полю. Для создания поля напряженностью 1000 А/м в объеме 1см.куб - да, ток нужен не большой, а вот в 100 см.куб - куда больше. Нужен больше ток в первичке - берите больший кусок феррита.

Кажется, понял Вашу идею. Первая обмотка обладает большой индуктивностью, и мы медленно намагничиваем сердечник, затем, хотим второй обмоткой с малой индуктивностью быстренько изменить проницаемость и получить выброс ЭДС.

Если так, то работать выгоднее на крутом участке зависимости мю(H), а это "середина" намагниченности.
В области близкой к насыщению, мю почти не зависит от H и модулировать проницаемость бесполезно. Итого, чтобы довести сердечник от середины (куда его загнала первая катушка) до полного насыщения, вторая катушка должна будет совершить приблизительно такую же работу, как совершила первая обмотка, а значит, большого отличия по индуктивности между второй и первой обмотками мы не можем себе позволить, соответственно, и большого выигрыша по быстродействию, тоже, не получится.

[Valodores]

Итого, чтобы довести сердечник от середины (куда его загнала первая катушка) до полного насыщения, вторая катушка должна будет совершить приблизительно такую же работу, как совершила первая обмотка, а значит, большого отличия по индуктивности между второй и первой обмотками мы не можем себе позволить, соответственно, и большого выигрыша по быстродействию, тоже, не получится.

Вы правильно поняли мою идею, но в некоторых утверждениях я с Вами не согласен. Кривая мю(H) начинает спадать не сразу: вначале идет пости ровная полочка, затем спад начинает нарастать, затем идет участок наибольшей крутизны и только потом участок насыщения. Если Вы хотите работать на середине участка максимальной крутизны, то для насыщения сердечника Вам нужно приложить не столько же энергии, как в первую катушку, а меньше. Ведь первая катушка выводя на рабочую точку проходит еще и первый равный участок, а вторая катушка - нет.
Даоее, мы можем позволить себе сколь угодное отличие индуктивностей, между первичной и вторичной обмоткой. Ведь не индуктивность пеерводит сердечник в насыщение, магнитное поле. Я могу вторую обмотку сделать из одного витка и пустить импульс тока 100 А и загоню сердечник в насыщение.
В зависимости от того, что Вам надо получить в нагрузке: импульс тока или напряжения - делайте повышающий или понижающий трансформатор. Выигрыш по быстродействию получится, но не при всех условиях.
Допустим у нас импульсный трансформатор без сердечника, тогда крутизна тока выходного импульса будет определятся крутизной импульса тока на входе. Если есть сердечник, то крутизна фронта (точнее его предел) будет определяться уже свойствами сердечника (если мы работаем не в режиме насыщения). Если же происходит насыщение сердечника, то упрощенно выигрыш по крутизне будет обусловлен так.
Допустим, ВЧ феррит может переходить в состояние насыщения предельно за 50 нс. Мы медленно запасли энергию в первой обмотке, затем подаем на вторую обмотку импульс тока, для насыщения сердечника. Фронт импульса тока насыщения - те же 50 нс. В результате, в первой обмотке, через трансформаторную связь наводится импульс тока с фронтом 50 нс (потери для простоты сейчас опустим), плюс за счет насыщения сердечника (то же за 50 нс) и уменьшения индуктивности контура происходит усиление тока в первичной обмотке. В итоге, фронт остается все те же 50 нс, но за счет дополнительного увеличения амплитуды тока происходит рост крутизны (dI/dt).

Вообще-то энергия - это интерграл от BH/2 по всему объему, а при насыщении В и Н не уменьшаются.

Совершенно верно, но и В и Н зависят от тока, а он, при уменьшении индуктивности, увеличивается, что приведет к увеличению указанного Вами произведения. Здесь корректней будет исходить из формулы E=(L*I^2)/2. Если индуктивность меняется очень быстро, то без учета потерь (в основном это диффузия магнитного поля) константой у нас будет магнитный поток L*I. Отсюда считается усиление по току и энергии.

[AndreyVN]

То, что идея с предварительным намагничиванием работоспособная - согласен.

Только вот границы применения, лично для меня, не вырисовываются. Соображения следующие.
1. Если для подмагничивания используется вторичная обмотка - возникает проблема коммутации высоковольтных цепей и цепей подмагничивания.
2. Если имеется третья обмотка для подмагничивания, то даже будучи в оборванном состоянии она будет нагружена на собственную емкость и внесет дополнительную инерционность в магнитную систему. Особенно, при большой разнице в индуктивностях.
3. Самое главное - для систем размером с ладошку для насыщения магнитопровода достаточно разрядить 1000мкф 5В на 10-15 витков. Без каких-либо дополнительных мер по намагничиванию. Я сталкивался с этим при разработке феррозондового преобразователя, там нужно было перемагничивать магнитопровод именно по предельной петле гистерезиса.

В общем, во всех случаях, на мой взгляд, предварительное намагничивание создает больше проблем чем выигрыша.

[Valodores]

Для систем, размером с ладошку - возможно и так, а для буферных систем питания с энергозапасом в кДж (как в моем случае) - очень даже ничего.

[AndreyVN]

Для систем, размером с ладошку - возможно и так, а для буферных систем питания с энергозапасом в кДж (как в моем случае) - очень даже ничего.

Хочется возразить, но нечего. Желаю удачной реализации!