эмпирические формулы резонансной частоты трансформатора, есть ли такие формулы, посоветуйте пожалуйста Опции

[igorchem]

Всем привет и с Новым Годом!

посоветуйте сабж. Очень хотелось бы такие формулы знать. То есть, зная, например, фактор индуктивности феррита, число витков первичной и вторичной обмоток, толщину провода и токи понять частоту трансформатора, на котором у него будет максимум КПД.

Проблемка в том, что численно из решения уравнения Максвелла я это все могу посчитать, но, есть несколько недостатков:

1) не для всех ферритов мне известна B/H зависимость,
2) обычно лениво вводить всю геометрию - расположение всех проводов, шаг проволки в зависимости от витков, и т.д.
3) не быстро все считается, а не всегда есть мощная молотилка под рукой.

Конечно я понимаю, что можно накрутить кучу тестов и что-то затабулировать, и я даже пробовал это сделать, но не на раз получается.

ЗЫ: вот уткнулся с задачей - феррит с 2930nH, первичка будет 40-80 витков можно одну или две, вторичка 670 витков, на вторичке выходное 6кВ, максимум мощности. Хочется иметь максимальную резонансную частоту. Так лень вводить все возможные параметры, может можно как-то прикинуть по полуэмпирической формуле?

Спасибо

Сообщение отредактировал igorchem - Jan 2 2011, 09:09

[Methane]

Не понял. Индуктивность в ферритовом дросселе задается толщиной зазора. Так как остальное прыгает от температуры итд.
Потери в феррите зависят от величены перемагничивания, объема феррита и частоты (при конкретном феррите).
Потери в меди, от скин-эффекта и эффекта близости.

Так что если хотите стабильных параметров, вводите зазор.

[Microwatt]

Да, индуктивность катушки на сердечнике без зазора - плюс-минус лапоть. По температуре. времени и т.п.
для стабилизации индуктивности нужен зазор.
если же хочется использовать резонанс обмотки , то только эмпирически емкость подобрать ( при 600 витках у Вас еще и паразитная емкость будет приличной). И схема должна входить сама в резонанс, что-нибудь автогенераторное или с соответствующей ОС (ПОС).

[Methane]

если же хочется использовать резонанс обмотки , то только эмпирически емкость подобрать ( при 600 витках у Вас еще и паразитная емкость будет приличной). И схема должна входить сама в резонанс, что-нибудь автогенераторное или с соответствующей ОС (ПОС).

А стабилизировать-то так? Резонансники, которые по частоте гуляют, как раз и сделаны так чтобы работать не на резонансе. Чем меньше нагрузка, тем дальше от резонанса частота преобразования. И для резонансных, важна как раз индукция утечки. А ее как стабилизировать? Уж если хочется, то можно отдельную катушку сделать.

ЗЫ, резонансники хоть и красиво выглядят, но мороки с ними дофига. К примеру без нагрузки у них крыша едет мрачно.

[igorchem]

Во-первых, спасибо всем за отклики, попытаюсь еще раз объяснить что мне конкретно надо. Хочу знать эмпирические зависимости (какие есть) что и как бывает с резонансом, если, например, я изменяю число витков при постоянной величине напряжения, изменяю величину тока, и тд.

Зачем?

Могу посчитать, но это сложно, и не всегда оправданно, а надо прикинуть на глаз. Зачастую в расчетах надо знать некоторые сложные характеристики, которые не достать в справочниках, например, зависимость B/H, которая, кстати, обычно сильно плывет от температуры.

После всех этих "прикидок" и расчетов все равно все это будет засовываться в схему, которая может самоподстраиваться по частоте, другое дело, что такая самоподстройка у меня работает только в районе самого резонанса. Сама схема на мосфет драйверах, с полным мостом, которые управляются с какого-нибудь микроконтроллера, типа атмеловского сингл-борд-компьютера.

Сообщение отредактировал igorchem - Jan 2 2011, 09:12

[Methane]

Во-первых, спасибо всем за отклики, попытаюсь еще раз объяснить что мне конкретно надо. Хочу знать эмпирические зависимости (какие есть) что и как бывает с резонансом, если, например, я изменяю число витков при постоянной величине напряжения, изменяю величину тока, и тд.

Вам нужен любой Spice.

[igorchem]

Вам нужен любой Spice.

У нас такой свой есть

http://www.elegant-mathematics.com/index.EN.html?WAVE

только, как я уже писал, не всегда быстро можно получить эти зависимости...

[Methane]

У нас такой свой есть

http://www.elegant-mathematics.com/index.EN.html?WAVE

только, как я уже писал, не всегда быстро можно получить эти зависимости...

http://ltspice.linear.com/software/LTspiceIV.exe
Быстро, только транзюки сгорают. А для того чтобы этого избежать, нужно по-мучаться немного.

[igorchem]

Быстро, только транзюки сгорают. А для того чтобы этого избежать, нужно по-мучаться немного.

С транзюками - согласен

http://ltspice.linear.com/software/LTspiceIV.exe

Не, наверное это не совсем то, ну да ладно. Если эмпирики нет, наделаем ее сами, при всем богатстве выбора другой альтернативы нет.

[Methane]

Не, наверное это не совсем то, ну да ладно. Если эмпирики нет, наделаем ее сами, при всем богатстве выбора другой альтернативы нет.

Вот нарисуйте схему, по-гоняйте ее в разных режимах, может и расхочется резонансник делать. Тот геморой тех процентов не стоит. Хотя, вам решать.

[Microwatt]

А стабилизировать-то так?

Вопрос справедлив.
Но я почему-то подумал, что это какая-то высоковольтная игрушка (для дуги, коронного разряда и т.п.) с целью получить любой ценой повыше напряжение, а не стабилизированный источник напряжения.

[rudy_b]

Если это высоковольтный преобразователь, то с резонансом там трудно. Основным параметром становится именно емкость обмотки, причем некая эквивалентная, т.е. весьма кривая. А дальше - схема-то работает через выпрямитель на емкость и длительность выброса будет затянута открывшимся диодом на сколько угодно в зависимости от нагрузки, в этот момент контур закорочен на нагрузку. Поэтому не стоит говорить о резонансе в такой схеме.

Здесь оптимально использовать нечто вроде TDA4605 - схема, которая отслеживает конец выброса (перехода напряжения на трансформаторе через ноль) и по нему начинает следующую закачку. Такой подход оптимален для маломощных источников. Правда именно TDA4605 сильно неудобна, у нее нет контроля истинного тока выходного ключа, но может есть более правильные аналоги, стоит поискать.

[igorchem]

Вот нарисуйте схему, по-гоняйте ее в разных режимах, может и расхочется резонансник делать. Тот геморой тех процентов не стоит. Хотя, вам решать.

А что ее рисовать? На входе два мосфет драйвера (полу бриджи) со временем срабатывания 35нс, постоянным током 3А и пиком в 12А. Управление - как я сказал SBC, на котором синус рисуется ну очень красиво (если до 100кГц), а если речь пойдет о больших частотах, то управление перетащу на плиску, у нее на выходе до 200МГц дигитальный сигнал на раз получается, ну остальное - мы что, не софтверная фирма, тем более, есть опыт со старыми трансами, но с меньшими выходными напряжениями (2.4кВт).

ЗЫ: жалко, что эмпирики нет, сильно помогла бы, а то похоже недели две на нашем мелком суперкомпьютере оптимизация по резонансу будет считаться.

[Integrator1983]

Вот нарисуйте схему, по-гоняйте ее в разных режимах, может и расхочется резонансник делать. Тот геморой тех процентов не стоит. Хотя, вам решать.

Вот именно - нарисуйте схему, погоняйте ее в разных режимах, может и расхочется делать что-либо кроме резонансника. И геморрой тут состоит не в процентах КПД, а в физической возможности пропихнуть киловатты с повышением в 10 - 20 раз через паразиты трансформатора.
Кроме того, интересная особенность высоковольтных источников - емкостной характер нагрузки выпрямителя (тока мало, напряжения много - выходной дроссель для должного ограничения скорости нарастания тока физически не реализуем). Поэтому дроссель приходиться ставить в первичную цепь (в звено постоянного тока или диагональ - не важно) - получаем все предпосылки к резонансному контуру.
Теперь по поводу эмпирических рассчетов и FEM. Как правильно писали выше, высоковольтный трансформатор - весч весьма интересная и слабо повторяемая. Даже серийные трансформаторы на ферритах из одного ящика могут достаточно сильно отличаться по параметрам. В резонанснике регулирование разброса параметров трансов и дросселей осуществляется подбором резонансной емкости и частоты за 10 минут (получил известную форму и амплитуду тока на эталонную нагрузку - и все) без вмешательства в конструкцию моточных. Для нерезонансных схем - все значительно хуже - зазоры, отмотки-домотки и т.д. Кроме того, в качестве бонусов идут мягкая коммутация ключей, падающая характеристика источника (хорошо помогает при пробоях в нагрузке), отсутствие подмагничивания транса (чего многие на этом форуме шибко боятся). Минус один - емкости нужны хорошие. Но высоковольтные источники на китайской комплектации с базара я как-то и не видел.
Так что, решать Вам.

З.Ы. Еще один момент - обратите пристальное внимание на проходную емкость транса - для повышающего источника очень важный параметр.

[Methane]

Вот именно - нарисуйте схему, погоняйте ее в разных режимах, может и расхочется делать что-либо кроме резонансника. И геморрой тут состоит не в процентах КПД, а в физической возможности пропихнуть киловатты с повышением в 10 - 20 раз через паразиты трансформатора.

Жуть как раз чем больше мощьность, тем проще с паразитой ёмкостью.

Кроме того, интересная особенность высоковольтных источников - емкостной характер нагрузки выпрямителя (тока мало, напряжения много - выходной дроссель для должного ограничения скорости нарастания тока физически не реализуем). Поэтому дроссель приходиться ставить в первичную цепь (в звено постоянного тока или диагональ - не важно) - получаем все предпосылки к резонансному контуру.

Это что-то новое.

Теперь по поводу эмпирических рассчетов и FEM. Как правильно писали выше, высоковольтный трансформатор - весч весьма интересная и слабо повторяемая.

Вот только он присутствует в почти любом мониторе (CCFL на примерно 3 киловольта) в неоновой рекламе (за 10киловотт) раньше в любом телевизоре - 17 киловольт. итд.

Но высоковольтные источники на китайской комплектации с базара я как-то и не видел.

Я видел.

[Integrator1983]

Жуть как раз чем больше мощьность, тем проще с паразитой ёмкостью.

А Вы модельку все-таки нарисуйте, нарисуйте.

Это что-то новое.

Да нет, так ужо лет 60 делают, если не больше.

Вот только он присутствует в почти любом мониторе (CCFL на примерно 3 киловольта) в неоновой рекламе (за 10киловотт) раньше в любом телевизоре - 17 киловольт. итд.

Мощность какая? 100 Вт? А речь вроде шла о киловаттах.

Я видел.

Если информация не секретна, пришлите фотографию или ссылку. Аж интересно стало.

[igorchem]

А Вы модельку все-таки нарисуйте, нарисуйте.

не буду рисовать, так как уже писал выше - там рисовать нечего.

Мощность какая? 100 Вт? А речь вроде шла о киловаттах.

правильно, надо бы в идеале выходных после умножителя примерно киловатт. На входе транса - чем меньше, тем лучше, но разумно, то есть для начала и 30% кпд всей установки будет нормально, но хотелось бы 50-60% после всех докруток получить.

Если информация не секретна, пришлите фотографию или ссылку. Аж интересно стало.

я про базарные вещи не говорил, но, так как я был топикстартером, позволю кинуть ссылку на каком феррите сейчас хочется поэкспериментировать:

http://ru.farnell.com/ferroxcube/tx87-54-1...3c90/dp/1784198

[Integrator1983]

не буду рисовать, так как уже писал выше - там рисовать нечего.

- дело Ваше, не хотите рисовать - будете дольше сидеть с железом.

правильно, надо бы в идеале выходных после умножителя примерно киловатт.

Какой КПД умножителя? Я до 20 кВ без него обходился. При этом КПД от сети до выхода (с учетом ККМ) - 0,91.
И умножитель - все равно емкостная нагрузка.

А по поводу феррита - как удобней сделать изоляцию, так и мотайте.

[rudy_b]

Integrator1983, вы и igorchem о совершенно разных резонансах говорите. Одно дело резонанс на паразитных (и добавочных) индуктивностях (высоковольтная обмотка закорочена выпрямителем) и совсем другое резонанс собственно высоковольтной обмотки на собственной же паразитной емкости. На последний - наплевать и забыть при сколько-нибудь существенной мощности.

[igorchem]

- дело Ваше, не хотите рисовать - будете дольше сидеть с железом.

нарисовать плиску, к двум выходам которой воткнуты драйверы

http://ru.farnell.com/microchip/tc4452vat/...o220/dp/1332315

которые далее сразу коммутируются на транс - думаю ни Вам, ни мне, пользы не даст, я писал об этом, но, почему-то Вы меня все никак понять не хотите

Какой КПД умножителя? Я до 20 кВ без него обходился. При этом КПД от сети до выхода (с учетом ККМ) - 0,91.

то, что у нас есть сейчас с 8 ступенчатым умножителем имеет КПД 0.7 от 12В батарейки до конечной мощности (из который 10% съедает управление микроконтроллером), в умножителе думаю хотя бы 0.9 есть, но это все было на более низкие напряжения и мощности (100Вт, 30кВ). Очень надеюсь, что умножитель с похожим КПД можно будет собрать и для более высоких напряжений, но, сам умножитель еще не выбран, так как там куча возможных номиналов доступна, а как только с трансом все определится, так и умножитель выберем.

А по поводу феррита - как удобней сделать изоляцию, так и мотайте.

вот тут истина порылась!

[Integrator1983]

Наплевать на собственную емкость обмотки в принципе можно - чуть больше реактивности качнуть. Хотя товарищ qte вам бы и о ней много интересного рассказал. А на индуктивность рассеивания и проходную емкость тоже наплевать? Вам не приходилось видеть следующую картину - транс не дотягивает по напряжению на заданном токе. Добавляешь витки вторички - а напряжение на том же токе становится еще меньше. И как с этим бороться? Конечно, можно долбиться с железом транса. Но по-моему, поймать резонанс - проще и дешевле хотя бы из этих соображений, не считая дополнительных плюсов.

нарисовать плиску, к двум выходам которой воткнуты драйверы

http://ru.farnell.com/microchip/tc4452vat/...o220/dp/1332315

которые далее сразу коммутируются на транс - думаю ни Вам, ни мне, пользы не даст, я писал об этом, но, почему-то Вы меня все ника

Да хоть идеальные источники поставьте - разницы никакой, чем накачивать. Основные вопросы возникают в реактивностях (в основном, паразитных).

Дополнение по поводу 20kV - ток нагрузки - 6А.

[igorchem]

Вам не приходилось видеть следующую картину - транс не дотягивает по напряжению на заданном токе. Добавляешь витки вторички - а напряжение на том же токе становится еще меньше. И как с этим бороться? Конечно, можно долбиться с железом транса. Но по-моему, поймать резонанс - проще и дешевле хотя бы из этих соображений, не считая дополнительных плюсов.

полностью согласен, и кучу раз именно такие эффекты видел. Более того, у нас нагрузка во времени отличается (примерно в 10 раз), и приходится слегка играться частотой, чтобы иметь максимум КПД, хотя сознаю, до конца этот эффект мы еще не изучили.

Сообщение отредактировал igorchem - Jan 3 2011, 10:16

[Integrator1983]

У меня диапазон нагрузки от 50мА до 6 А при 20 кВ. Действительно, играю и ШИМом, и частотой.

[igorchem]

У меня диапазон нагрузки от 50мА до 6 А при 20 кВ. Действительно, играю и ШИМом, и частотой.

класс, значит и здесь мы на правильном пути

и именно из-за этого хотелось бы иметь хоть какую-то разумную эмпирику поведения частоты с максимальным КПД в зависимости от нагрузки, от числа витков, и тд..., то есть именно то, что я вопрошал в старте этого топика. Вчера запустил FEM тесты, надеюсь, с первой итерации получу правильные результаты

Сообщение отредактировал igorchem - Jan 3 2011, 10:39

[Integrator1983]

Результаты Вы получите - главное, насколько Ваши реальные трансформаторы будут соответствовать модели и насколько схема будет чувствительна к отклонениям параметров реальных элементов. Но вообще, FEM - моделирование - вещь полезная. Удачи!

[igorchem]

Результаты Вы получите - главное, насколько Ваши реальные трансформаторы будут соответствовать модели и насколько схема будет чувствительна к отклонениям параметров реальных элементов. Но вообще, FEM - моделирование - вещь полезная. Удачи!

да в этом часто порыта проблема, так как ферриты не всегда те, или для них нужна таблица В(Н,Т) а ее нет, или она не полная...

ПолуOff: Мы даже для одного заказчика обратную решалку поставляли. То есть он подобрал резонанс практическим способом, знает точно, что в каких-то районах ферриты стандартны, а вот в нектороых из-за того, что там соединение, или еще чего, надо решить обратную задачу, типа посчитать характеристики феррита на основе резонанса или поля, померенного датчиком Холла.

ЗЫ: так как FEM решалка - своя, то возможности ее подкрутки для реальных условий практически не ограничены. Надеюсь, когда-нибудь наберем достаточно практического опыта, согласующегося с нашими численными экспериментами и сможем ответить сами на исходный сабж этого топика

[rudy_b]

Наплевать на собственную емкость обмотки в принципе можно - чуть больше реактивности качнуть. Хотя товарищ qte вам бы и о ней много интересного рассказал. А на индуктивность рассеивания и проходную емкость тоже наплевать?...

Собственная емкость обмотки практического влияния не оказывает - выходная обмотка закорочена открытым диодом - его сопротивление намного ниже. А вот паразитные индукивности - это как раз то, что обязательно нужно учитывать, именно они и определяют все те процессы, о которых вы говорите.

[AlexeyW]

а надо прикинуть на глаз

паразитные параметры трансформаторов оцениваются очень неплохо. Индуктивность рассеяния (тут вроде она работает) считается хорошо, если надо, могу рассказать подробности. Емкость несколько менее точно (из-за разброса толщины изоляции плюс пустоты), но в целом для частоты будет в пределах примерно +/-20% - не знаю, устраивает ли Вас это, но разброс при изготовлении будет только раза в два меньше.
Части обмотки вполне можно рассматривать как плоские проводники с какой-то площадью, нарисовать эквивалентную схему, зависящую от типа транса. Ну, и ничего не мешает (кажется, тут уже упоминали) добавить в схему пару внешних подстроечных элементов или хотя бы только емкость.

да в этом часто порыта проблема, так как ферриты не всегда те, или для них нужна таблица В(Н,Т) а ее нет, или она не полная...

А в чем проблема с такой зависимостью? Вроде как она следует из проницаемости. Индукция насыщения падает с температурой примерно на 0,3% на градус для большинства ферритов. Вот совсем другое дело - вид петли гистерезиса в зависимости от dB/dt, хотя и тут поведение обычно более-менее стандартно.

[gte]

Собственная емкость обмотки практического влияния не оказывает - выходная обмотка закорочена открытым диодом - его сопротивление намного ниже.

Какая бурная дискуссия. А можно подробнее о том, как диоды умножителя закорачивают емкость высоковольтной обмотки трансформатора?

паразитные параметры трансформаторов оцениваются очень неплохо. Индуктивность рассеяния (тут вроде она работает) считается хорошо, если надо, могу рассказать подробности. Емкость несколько менее точно (из-за разброса толщины изоляции плюс пустоты)

Считай не считай, все равно будет плохо
Пустоты в изоляции в высоковольтных высокочастотных трансформаторах категорически недопустимы. Они приводят к выходу из строя трансформатора рано или поздно.

[AlexeyW]

Считай не считай, все равно будет плохо
Пустоты в изоляции в высоковольтных высокочастотных трансформаторах категорически недопустимы. Они приводят к выходу из строя трансформатора рано или поздно.

Нет, плохо не будет. У меня обычно получалось оценивать инд. рассеяния трансов (в том числе высоковольтных импульсных) до 15-20%, емкость примерно так же - как правило, такой точности вполне достаточно.
Пустоты - имелись в виду ненормированные зазоры между обмотками. Очевидно, что все это пропитывается и заполняется.

[rudy_b]

Какая бурная дискуссия. А можно подробнее о том, как диоды умножителя закорачивают емкость высоковольтной обмотки трансформатора?

А вы не в курсе? В момент открытия диода его сопротивление падает до весьма малых значений и емкость умножителя оказывается подключенной параллельно выходной обмотке.

[gte]

А вы не в курсе? В момент открытия диода его сопротивление падает до весьма малых значений и емкость умножителя оказывается подключенной параллельно выходной обмотке.

Под закорачиванием Вы понимаете определяющее значение эквивалентной емкости умножителя по сравнению с паразитной емкостью вторичной обмотки?
Могу смело сказать, что на мощностях до киловатта и напряжениях после умножителя в десятки киловольт и выше паразитная емкость и индуктивность рассеяния трансформатора имеют определяющее значение.
При подключении умножителя резонансные частоты только падают (не сильно, кстати) и не учитывать паразитную емкость обмотки не получится. И чем больше трансформация напряжения, тем хуже. Работая на резонансе или квазирезонансе трансформатор приходится делать так, что бы его резонансные частоты находились в определенном диапазоне.