Высоковольтный импульсный трансформатор Опции

[Slonic]

Уважаемые коллеги,

посоветуйте, если знаете, кто мог бы взяться за изготовление трансформатора с выходным напряжением 12 кВ, мощность 50Вт. Или может быть будут какие-то мысли (взять что-то готовое) для следующей схемы:

Трансформатор предназначен для использования в высоковольтном искровом генераторе. С точки зрения электроники - это повышающий преобразователь, выполненный по обратноходовой схеме. В первичной обмотке трансформатора силовой ключ создает импульсы тока (источник питания 12-24в постоянного тока), при его размыкании возникает импульс примерно 250В, который во вторичной обмотке вызывает импульс высокого напряжения. Через диод этот импульс заряжает накопительный конденсатор и затем это все разряжается через искровой разрядник. Процесс повторяется с частотой 200-300 Гц.

Основные параметры:

Напряжение вторичной обмотки: до 12кВ
Коэффициент трансформации: 40-45
Индуктивность первичной обмотки: 20мкГн
Мощность: 50Вт

Важными моментами являются: емкость вторичной обмотки и индуктивность
рассяения первичной. Оба этих параметра должны быть по возможности
минимизированы. Трансформатор используется в портативных приборах, так
что габариты и масса весьма существенны.

В серийном устройстве в настоящее время используется переделанный строчник, но у него есть несколько принципиальных недостатков, о которых я расскажу, если будет необходимость. Самим заниматься трансформаторостроением не хочется и времени особо нет. Планируемый объем заказа - где-то полсотни штук.

[Vokchap]

Трансформатор используется в портативных приборах, так что габариты и масса весьма существенны.

... тогда подход выбран не верно. Для малых габаритов не разумно делать 12кВ на обмотку, да еще по обратноходовой схеме. Повышающий транс для обратноходового с коэф.45 грамотно намотать не просто, иначе на паразитах КПД упадет ниже 50%. Если все-таки хочется сделать именно флай, то вторичку разбивать на секции с меньшими коэф. Наиболее оптимальное решение для 50Вт с минимальными переделками - это из флая сделать форвард с умножителем 4-6 на выходе. Габариты, себестоимость и КПД можно получить в разы лучше.

[Slonic]

Флайбэк выбран из тех соображений, что все остальное в этой схеме очень быстро сгорает. Режим эксплуатации такой: есть батарея конденсаторов 6000пФ*15кВ, к ним подключена индуктивность 10-100мкГн и последовательно с ней разрядник. Высоковольтный источник заряжает конденсатор до величины пробойного напряжения разрядника (около 10кВ), он пробивается и в цепи возникают затухающие колебания (с 10мкГн порядка 20 периодов), при этом, естественно, на конденсаторе бывает напряжение, чуть меньшее такового перед пробоем, только обратное по знаку. Процесс повторяется 200 раз в секунду.

Пробовали делать двухтактный преобразователь с удвоятелем - не получилось обеспечить необходимую надежность. Одна фирма сделала нам подходящий флайбэк, размеры получились 45*45*35мм примерно, все нормально работает, но иногда пробивает обмотку. Хотелось бы что-то похожее, только понадежнее.

Сообщение отредактировал Slonic - Jan 25 2007, 16:26

[Vokchap]

Флайбэк выбран из тех соображений, что все остальное в этой схеме очень быстро сгорает.

ИМХО процессы на выходе не должны жестко ставить в зависимость выбор преобразовательной части. С проблемой удобнее бороться в месте её возникновения, т.е. на выходе.

Одна фирма сделала нам подходящий флайбэк, размеры получились 45*45*35мм примерно, все нормально работает, но иногда пробивает обмотку. Хотелось бы что-то похожее, только понадежнее.

И тут разместился весь флайбэк на 50Вт и выходом на 12кВ? Было бы интересно взглянуть на сей чудный девайс...

[Slonic]

К сожалению, процессы в нагрузке являются здесь определяющим фактором. Лично я не знаю, как отвязать колебательный контур на 10кВ от источника, и сделать это сравнительно простыми способами. Кроме того, схема с флайбэком на базе строчника работает у заказчиков годами, хоть и с низким КПД. Но там устройство работает от сети, поэтому вопрос КПД особо никого не волнует, а я делаю редезайн под портативный вариант.

Если будут мысли, как приспособить двухтактную схему к такому режиму - буду весьма признателен.



А посмотреть на сей девайс можно на прилагаемой картинке. Прошу прощения за качество - сфоткал телефоном. Черный кубик слева - этооно и есть. Что внутри - не знаю, вроде бы Ш-образный сердечник. Посторюсь, что это работает. В последних экспериментах транс пробило примерно через месяц работы. Но все-таки пробило... Да забыл сказать, что режим работы схемы - примерно 30 сек. работы потом 2 мин. пауза или что-то вроде того, поэтому по теплу особо жестких ограничений нет.

[Vokchap]

Спасибо за картинку. Рискну предположить, что три бозона позади это и есть батарея на 6 нан. Т.е они внешние. 50Вт это средняя мощность или кратковременная (30сек)? Скорее всего второе ....
Еще вопрос - где расположился высоковольтный диод и в кубике кроме транса что еще?

[Slonic]

Спасибо за картинку. Рискну предположить, что три бозона позади это и есть батарея на 6 нан. Т.е они внешние. 50Вт это средняя мощность или кратковременная (30сек)? Скорее всего второе ....
Еще вопрос - где расположился высоковольтный диод и в кубике кроме транса что еще?

50 ватт - кратковременная мощность. 30 секунд иногда доходят до минуты, но в любом случае скважность не меньше трех.

Конденсаторы позади - действительно батарея из 6 конденсаторов по 1000пФ, но она "учебная" и в данном случае не используется, т.к. есть некая сборка из более прилично оформленных конденсаторов, там же стоит залитый в компаунд высоковольтный диод на 20КВ (2CL2FM). В кубике кроме транса больше ничего нет.

Честно говоря, у меня уже появляются мысли вроде самому взять сердечник типа ППК, выточить каркас секций на 6 и попробовать самому намотать и пропитать под вакуумом... Сейчас немного не до этого, но как тока время появится буду попробовать, если не найду других вариантов.

[Vokchap]

Теперь все ясно. А то меня одолела зависть, как же в 45*45*35мм уместили флайбэк на 50Вт и выходом на 12кВ. Прямо-таки космические технологии... Все таки для разработки портативного источника под заданные параметры от флайбэка следовало бы отказаться. Портативность подразумевает компактность, рекомендую использовать схемы умножения, а особенности поведения нагрузки корректировать на выходе.

[Slonic]

Да я с удовольствием от него откажусь! Как только появятся какие-нибудь предложения на тему того, как отвязать конденсатор контура от умножителя. Нужно не мешать колебаниям, которые там проиходят при разряде. Получается, что для развязки нужно использовать высоковольтную катушку большой индуктивности, что примерно то же самое, что вторичная обмотка трансформатора сразу на 12 кВ. Плюс все проблемы, связанные с тем, что сразу после разряда схема работает практически на КЗ...

Сообщение отредактировал Slonic - Jan 26 2007, 14:22

[Vokchap]

Честно говоря, у меня уже появляются мысли вроде самому взять сердечник типа ППК, выточить каркас секций на 6 и попробовать самому намотать и пропитать под вакуумом...

Мотать транс на 12кВ для флайбэка нужен опыт. Иначе получить приемлемый по параметрам источник практически невозможно.

[gyrator]

Мотать транс на 12кВ нужен опыт.

Если в пропиточном компаунде, которым залита высоковольтная обмотка,
будут пузырьки воздуха, то высоковольтный транс не жилец.
ИМХО, в обсуждаемом приборчике такое имеет место быть.

[kalimusk]

[quote name='Slonic' date='Jan 25 2007, 16:08' post='201501']

Вопрос. Нужна ли гальваническая развязка высоковольтной части? Мы в приборе для проверки разрядников и выравнивателей делаем автотрансформаторное включение. Далее. Сейчас полно транзисторов до 1200В, поэтому на первичной стороне можно поднимать напряжение до 500-1000В. А это коэффициент трансформации, правда, там есть свои нюансы. В H02M3/335 есть варианты изобретений по высоковольтным источникам и трансформаторам. В журнале "Приборы и техника эксперимента" тема ВВ источников (со схемами) описана многократно. Транс можно изготовить только там где есть вакуумная пропитка (изготовители строчных трансформаторов, военные заводы).

[=AK=]

Транс можно изготовить только там где есть вакуумная пропитка (изготовители строчных трансформаторов, военные заводы).

В фирме, где я работал более 10 лет назад, заливку высоковольтных трансов мы делали сами. Заливали двухкомпонентной силиконовой резиной Dow Corning.

Для откачки воздуха умельцы сделали сварной алюминиевый ящик, который закрывался крышкой из толстого оргстекла. В крышке была профрезирована по периметру канавка, куда был уложен круглый резиновый шнур, это обеспечивало герметичность. При откачке крышка прилипала к фланцу на ящике, за счет давления.

Откачивали примерно полчаса, после этого компрессор выключали и давали постоять парy часов. А затем обязательно вновь поднимали давление до атмосферного - до того как резина схватилась. Этим остающиеся в резине пузыри схлопывались. Иначе откачка принесет вред, а не пользу.

[Slonic]

Всем большое спасибо за ответы.

gyrator, я так тоже думаю, поэтому и возник вопрос, где и как изготовить "правильный" трансформатор

kalimusk, с транзисторами на 1000В есть некая проблема. Для того, чтобы загнать заданную мощность при заданном питающем напряжении в обмотку и чтобы при этом получилась разумная частота, нужно обеспечить максимальный ток порядка 20А. Я сейчас использую транзистор на 350В у которого 33мОм в открытом состоянии. Если там будет транзистор на 1200В, то сопротивление будет как минимум на порядок больше. Так что вместо 2Вт будет рассеиваться 20, что никого не устроит. По схеме возбуждения, в принципе, никаких вопросов нет, все работает, проблема только с конструкцией трансформатора.

Гальваническая развязка не обязательна. Я так понимаю, что это влияет только на толщину изоляции между обмотками или есть еще какие-то нюансы?

=AK=, у нас где-то есть специальные стеклянные сосуды по типу миски с притертой крышкой, с потрубком для подключения шланга наверху. Так что, надеюсь, никаких ящиков варить не придется + есть возможность наблюдать за процессом.

Когда дойдет до дела, обязательно напишу о результатах.

Сообщение отредактировал Slonic - Jan 29 2007, 10:33

[андр]

за 250 р. на авторынке покупается ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ трансформатор от ОКИ (ВАЗ-1111) !!!!!!!!!!!!!!!
мощность его около 30 Вт. (Можно глянуть в ине-те на автосайтах)
На нём делали отличный высоковольтный источник.
Отлично работает.
Схема содержала генератор на 155ЛА3 (или что-то подобное), ключ (полевой транзистор irfb9n65a), и вот этот трансформатор. Частота коммутации была около 300 Гц. длительность импульса 1 мс. Изделие потребляло около 2,5А при напряжении 14В.

[Slonic]

Есть у меня такая катушка. Похожая есть от волговского инжекторного двигателя.
Частота 300Гц меня не устраивает, потому что нужно заряжать выходную емкость примерно за 2-3мс. У этой катушки слишком большая индуктивность, даже если заменить сердечник с железного на ферритовый. Ну и габариты тоже не супер...

[janus]

=AK=, у нас где-то есть специальные стеклянные сосуды по типу миски с притертой крышкой, с потрубком для подключения шланга наверху. Так что, надеюсь, никаких ящиков варить не придется + есть возможность наблюдать за процессом.

Когда дойдет до дела, обязательно напишу о результатах.

Некоторый полуOFF:

Миска, надеюсь, толстостенная?

Со стеклом под вакуумом аккуратнее! Обязательно при первой откачке обернуть полотенцем, потому как если твоя миска лопнет - мало не покажется. Да, и перед тем как использовать стеклянный сосуд под вакуум - посмотреть его на предмет царапин и трещин....если таковые имеются - выкинуть.

Вот. Сорри за ультимативный тон =))))

[kalimusk]

Всем большое спасибо за ответы.

Гальваническая развязка не обязательна. Я так понимаю, что это влияет только на толщину изоляции между обмотками или есть еще какие-то нюансы?

При отсутствии требования к гальв развязке можно складывать напряжение на первичной стороне с напряжением на вторичной. И еще. Через транзистор течет ток заряда выходной емкости. А он прямо пропорционален квадрату коэффициента трансформации и самой емкости, а также напряжению и частоте. Поэтому значение квадрата нужно уменьшать насколько это возможно (за счет увеличения напряжения на стоке в закрытом состоянии). Нужно искать оптимум относительно сопротивления транзистора в открытом состоянии

[Slonic]

janus: спасибо, будем стараться. Вообще, эти емкости специально предназначены для откачки и неоднократно для этого использовались. Но лишние предосторожности никогда не повредят.

kalimusk: то, что можно складывать напряжения - понятно, только даст это всего 3% при данном коэффициенте трансформации. А вот по поводу того, что в первичной обмотке течет ток вторичной на квадрат коэффициента... кажется я что-то здесь не понимаю. Ток в первичной обмотке зависит от индуктивности, напряжения и длительности импульса, так? И если вообще убрать вторичную обмотку он останется таким же... Только магнитному потоку будет некуда деваца и он быстро насытит сердечник. Или все не так?

[kalimusk]

А вот по поводу того, что в первичной обмотке течет ток вторичной на квадрат коэффициента... кажется я что-то здесь не понимаю. Ток в первичной обмотке зависит от индуктивности, напряжения и длительности импульса, так? И если вообще убрать вторичную обмотку он останется таким же... Только магнитному потоку будет некуда деваца и он быстро насытит сердечник. Или все не так?
[/quote]
Емкость вторичной обмотки необходимо зарядить до Ваших тысяч вольт. Для этого на вторичную сторону надо передать энергию, равную Вашим тысячам вольт, умноженным на C, и поделенным на 2. А это можно сделать только за счет огромного тока в первичной обмотке (реактивный ток, практически бесполезный в большинстве высоковольтных технических решений). Вот и текут у Вас десятки ампер в первичной обмотке. Вы можете включить, например, дополнительную высоковольтную емкость к вторичной обмотке и посмотреть что станет.
Бороться с коэффициентом трасформации нужно до оптимума. Желаю удачи.

[Slonic]

Понял, но пока не все.

В любом случае уже нашел место где знакомы с технологией вакуумной пропитки, попробуем сделать пробную катушечку. О результатах напишу. Всем спасибо.

[yura-rf]

Посмотрте на ТДКС-сы, так сказать, диод-inside
ТДКС-9-2-1 12В->14кВ.
http://www.foton.uz/rus/tdks921.htm

[Slonic]

Вот сейчас именно ТДКС и используется за неимением лучшего. По ряду параметров, о которых уже говорил раньше, хочется сделать более эффективную схему.

[KKS]

Если в пропиточном компаунде, которым залита высоковольтная обмотка,
будут пузырьки воздуха, то высоковольтный транс не жилец.
ИМХО, в обсуждаемом приборчике такое имеет место быть.

А лучше всего разрабатывать преобразователь в целом, а не один трансформатор
тогда и режимы работы будут согласовыны и проработает больше чем месяц. Без вопросов к вакуумной заливке.

[Vlas]

А схема преобразователя резонансная? Посмотрите схему телевизорной развертки, она как раз заточена под ТДКС. Зная индуктивность первички, можно емкостью конденсатора обратного хода (в стоке транзистора) изменять длительность и, соответственно, амплитуду импульса напряжения. Благодаря демпферному диоду происходит возврат части энергии в источник питания и ZVS переключение, т.е. включение транзистора происходит при разряженной емкости вторички.

[Herz]

А лучше всего разрабатывать преобразователь в целом, а не один трансформатор
тогда и режимы работы будут согласовыны и проработает больше чем месяц. Без вопросов к вакуумной заливке.

Видно, и проработало - теме уж более полугода....
А, прошу прощения за вопрос, Вы специально зарегистрировались, чтобы сделать такое ценное замечание?