Последовательно два повышающих трансформатора, разумно ли? Опции

[iiv]

Всем привет,

я, как всегда о своих баранах...

Хочется поставить два торроидальных трансформатора (феррит диаметром 110мм), так, чтобы повышать с 17V(RMS)->11kV(RMS).

То есть первый повышает с 17V до 430V, а второй уже до 11kV (здесь и далее только RMS).

Почему так хитро:

1. нужна приемлимая мощность при маленьких габаритах, а именно постоянно надо иметь 500Ватт, но в пике (1мс) до 5кВатт,
2. нагрузка очень не равномерная, то ее нет (50-70% времени), то она пилообразно падает с 0.5А до 1мА, поэтому, зная сопротивление нагрузки, я буду подстраивать частоту, успешный опыт работы на одном трансформаторе 17V->2kV с аналогичной нагрузкой имеется, но вот в нем у меня было три слоя на вторичке (2000 витков), а тут думаю, надо в один слой мотать вторичку у второго трансформатора на 600 витков,
3. нужна оптимизация по весу, почти обязательно, чтобы система была не большая, до 25см длина, ширина, высота и весила не более 5 кг,
4. трансформаторное масло не подойдет, так как ожидаются большие перепады температур так как планируется эксплуатация от северного Урала, до южного Казахстана, и, до 5g ускорения,
5. есть положительный опыт работы с одним таким трансформатором и самопально написанная и успешно работающая система автоподстройки частоты в зависимости от нагрузки,
6. есть надежда, что после первого не сильно высоковольтного трансформатора, выход будет очень гладким и синусоидальным, и на моих 50кГц не пробъет второй трансформатор,
7. система должна работать на как можно максимально высокой частоте, система накачки может генерить частоту вплоть до 30мГц, но, как показывает опыт, оптимум, (в зависимости от нагрузки) находится в диапазоне от 30 до 60кГц для этого феррита.

Теперь после всего вышесказанного, очень прошу Вас, уважаемые друзья, помочь мне ответить на один вопрос:

Скажите, пожалуйста, правильно ли я понимаю, что если плотность тока по сечению обмоток у трансформаторов будут одинаковы (первичная с первичной, вторичная с фторичной), то максимум КПД у обоих трансформаторов в зависимости от частоты и нагрузки будут тоже одинаковы?

Спасибо!

ИИВ

[тау]

Скажите, пожалуйста, правильно ли я понимаю, что если плотность тока по сечению обмоток у трансформаторов будут одинаковы (первичная с первичной, вторичная с фторичной), то максимум КПД у обоих трансформаторов в зависимости от частоты и нагрузки будут тоже одинаковы?

с одной стороны, при неучете тока ХХ и паразитных емкостей , и при условии одинакового заполнения окна медью, все сходится , потери в ферритах одинаковы. Плотность тока одинакова- потери в меди одинаковы. Кпд одинаков ( а не только максимум)

с другой стороны, надо учесть реактивные токи, особенно ток высоковольтного обмотки второго транса на паразитной емкости этой обмотки. Он не будет пренебрежимо мал, а скорее всего будет больше рабочего тока. Поэтому КПД будет разн.

Сообщение отредактировал тау - Jul 1 2011, 18:13

[AlexeyW]

Я все же не совсем понял смысл второго транса - разве что не превысить тысячу витков (первичка вполне ведь может быть одним витком, только аккуратно распределенным).
А откуда берутся входные 17VRMS?
Tay верно сказал про потери на емкостях, их можно прикинуть - емкость высоковольтной обмотки будет никак не меньше сотни пФ, эффективная в 2-3 раза меньше. На 50 кГц это дает 50000*10^-10*11000^2, порядка сотен ватт. Либо эта мощность будет рассеяна, либо ее придется как-то рекуперировать или использовать резонанс. Частота собственного резонанса тут тоже не очень велика - типа нескольких сотен кГц.

[iiv]

Уважаемые Тау и АлексейВ,

большое Вам спасибо за советы и обсуждения!

Я все же не совсем понял смысл второго транса - разве что не превысить тысячу витков (первичка вполне ведь может быть одним витком, только аккуратно распределенным).

Причин несколько:
1. иметь несколько витков, вместо одного, есть негативный опыт работы с трансформатором с сердечниками в виде "Е", и с двумя витками первички, КПД был ужасно маленький, (может и не аргумент, а кривые руки),
2. иметь низковольтный транс вдали от высоковольтного, (может и не аргумент а мое лишнее беспокойство),
3. иметь возможность на первом трансформаторе, при необходимости, домотать один виток, или отмотать у первички, тем самым, слегка отъюстировав наблюдаемое выходное напряжение, (очень желательно иметь эту возможность, так как с одним трансом я буду этой возможности полностью лишен, так как его надо хорошо заливать),
4. на входе первого трансформатора стоит схема из Н-моста, которая генерит три состояния (+12,0), (0,0), (0,+12), скорость переключения между этими состояниями составляет 35нс, поэтому, я видел сильные всплески на обмотках с малым числом витков, из-за этого, есть большая опастность пробить изоляцию. Если стоит два транса, то такие всплески хорошо сглаживаются первым, не высоковольтным трансом, у которого изоляция сделана с запасом, а вот второй уже работает на очень хорошом синусе, и вторичка у него не пробивается. Если я ошибся в этом утверждении, поправьте, пожалуйста!

А откуда берутся входные 17VRMS?

кажется, описался, простите, пожалуйста!!! Должно быть 9VRMS, а если более точно, на клевмы первого транса подаются напряжения: (+12,0), (0,0), (0,+12). На выходе у второго транса в пике на каждой клевме я хочу иметь +15кВ/-15кВ. Всегда мыслил пиковым напряжением, а тут, почему-то решил в РМСы перевести, и с коэффициентом ошибся. Когда писал, думал про питание для системы в 24В, а не 12В, но, технологически, это очень не удобно организовать.

Tay верно сказал про потери на емкостях, их можно прикинуть - емкость высоковольтной обмотки будет никак не меньше сотни пФ, эффективная в 2-3 раза меньше. На 50 кГц это дает 50000*10^-10*11000^2, порядка сотен ватт. Либо эта мощность будет рассеяна, либо ее придется как-то рекуперировать или использовать резонанс. Частота собственного резонанса тут тоже не очень велика - типа нескольких сотен кГц.

С аналогичным трансом (2000 витков вторичка, 9 витков 4 штуки одинаковых первичек) я получал резонанс в зависимости от нагрузки в диапазоне 30-60кГц. Так как у меня есть самопально сделанная система, которая этот резонанс угадывает, я собираюсь ее тут же применить. Единственно, если это будет два транса, то надо иметь одинаковый резонанс у обоих трансов в выбранном диапазоне. Усредненное КПД на всем диапазоне нагрузок на этом трансе с двумя 4-х ступенчатыми умножителями (в +21кВ и в -21кВ) у меня составило 60%, что, мне кажется, является довольно хорошим результатом.

[gte]

Не сильно хорошая затея.
Во первых, 11 кВ на 50 кГц это совсем не то, что 2 кВ и необходимо обеспечить хорошую изоляцию с вакуумной пропиткой и соответствующим подбором изоляции (пленка??) и компаунда, да еще с достаточно малыми потерями и эпсилон.
Работать лучше на резонансе. И гораздо эффективнее будет повысить постоянное напряжение до тех же 400В на котором и сделать генератор.

[AlexeyW]

1. иметь несколько витков, вместо одного, есть негативный опыт работы с трансформатором с сердечниками в виде "Е", и с двумя витками первички, КПД был ужасно маленький, (может и не аргумент, а кривые руки),

Нет, не руки, просто на Е действительно не получить приемлемой инд. рассеяния при 2-3 витках. А вот на торе можно, но геометрия аккуратная и сложная. Вообще, прочитав Ваши аргументы, я понял, что я погорячился - Ваши аргументы верны и, действительно, достаточны для двух трансов. А есть еще проблемы с конструктивом транса с К=600.

2. иметь низковольтный транс вдали от высоковольтного, (может и не аргумент а мое лишнее беспокойство),

Хорошая развязка - не помешает, и проще разобраться с синфазным током.

3. иметь возможность на первом трансформаторе, при необходимости, домотать один виток, или отмотать у первички, тем самым, слегка отъюстировав наблюдаемое выходное напряжение, (очень желательно иметь эту возможность, так как с одним трансом я буду этой возможности полностью лишен, так как его надо хорошо заливать),

наверное, самый основной аргумент, Вы правы

4. на входе первого трансформатора стоит схема из Н-моста, которая генерит три состояния (+12,0), (0,0), (0,+12), скорость переключения между этими состояниями составляет 35нс, поэтому, я видел сильные всплески на обмотках с малым числом витков, из-за этого, есть большая опастность пробить изоляцию. Если стоит два транса, то такие всплески хорошо сглаживаются первым, не высоковольтным трансом, у которого изоляция сделана с запасом, а вот второй уже работает на очень хорошом синусе, и вторичка у него не пробивается. Если я ошибся в этом утверждении, поправьте, пожалуйста!

Да и тут, похоже, Вы правы - паразитные высокие резонансы могут локально подбросить напряжение.

кажется, описался, простите, пожалуйста!!! Должно быть 9VRMS, а если более точно, на клевмы первого транса подаются напряжения: (+12,0), (0,0), (0,+12). На выходе у второго транса в пике на каждой клевме я хочу иметь +15кВ/-15кВ. Всегда мыслил пиковым напряжением, а тут, почему-то решил в РМСы перевести, и с коэффициентом ошибся. Когда писал, думал про питание для системы в 24В, а не 12В, но, технологически, это очень не удобно организовать.

не, я не о цифрах, просто хотел узнать тип источника - т.е. просто мост или полумост на ключах, ясно

С аналогичным трансом (2000 витков вторичка, 9 витков 4 штуки одинаковых первичек) я получал резонанс в зависимости от нагрузки в диапазоне 30-60кГц. Так как у меня есть самопально сделанная система, которая этот резонанс угадывает, я собираюсь ее тут же применить. Единственно, если это будет два транса, то надо иметь одинаковый резонанс у обоих трансов в выбранном диапазоне. Усредненное КПД на всем диапазоне нагрузок на этом трансе с двумя 4-х ступенчатыми умножителями (в +21кВ и в -21кВ) у меня составило 60%, что, мне кажется, является довольно хорошим результатом.

Ожидаемые цифры, частота примерно обратно пропорциональна числу витков. А Вы не думали в сторону схем Бушеро (так, кажется, называются). Т-образная резонансная схема является источником тока, а еще какая-то, как помню - напряжения.

[iiv]

Уважаемый AlexeyW,

спасибо Вам за интересные советы и комментарии из которых многие вещи постепенно для меня проясняются.

В сторону схем Бушеро смотрел, но, пока не пробовал, реально у меня довольно сложная нагрузка, и зная как я добивался резонанса на всем диапазоне токов нагрузки, пока побоялся идти в ту сторону.

Кстати похоже Вы правы, под рукой были характеристики резонансов с моих двух трансов с 2000 и 1300 витками, и, к сожалению, резонанс на одинаковой нагрузке у того, что 2000 витков, был примерно на 30% выше. Буду думать, похоже мне придется работать на очень низких резонансах (примерно 10-20кГц) что, дополнительно усложняет ситуацию.

Если соберу и заработает, отпишусь - похвалюсь, нет, то, думаю, буду дальше теребить форум.

Спасибо

ИИВ

[AlexeyW]

Кстати похоже Вы правы, под рукой были характеристики резонансов с моих двух трансов с 2000 и 1300 витками, и, к сожалению, резонанс на одинаковой нагрузке у того, что 2000 витков, был примерно на 30% выше. Буду думать, похоже мне придется работать на очень низких резонансах (примерно 10-20кГц) что, дополнительно усложняет ситуацию.

Вообще, довольно интересно, почему при больших витках частота выше (или геометрия, или, возможно, это другой резонанс - транс может иметь несколько резонансных частот, что-то типа стоячих волн). Или Вы имели в виду добротность, амплитуду резонанса? Тогда в этом есть логика, больше индуктивность и волновое сопротивление контура - больше добротность..

[gte]

Вообще, довольно интересно, почему при больших витках частота выше

Исходя из последующего вывода о возможной работе на 10-20кГц вместо 50 кГц, банальная описка.

[AlexeyW]

Если соберу и заработает, отпишусь - похвалюсь, нет, то, думаю, буду дальше теребить форум.

По приколу, у меня тут тоже образовалась очень похожая задача, про трансформатор. Параметры - первичная амплитуда вольт 25-30, вторичная - амплитуда 1 кВ, 10-20 кГц. Как будут мысли и результаты - постараюсь написать, Вы тоже напишите, как там у Вас.

[gte]

По приколу, у меня тут тоже образовалась очень похожая задача, про трансформатор. Параметры - первичная амплитуда вольт 25-30, вторичная - амплитуда 1 кВ, 10-20 кГц. Как будут мысли и результаты - постараюсь написать, Вы тоже напишите, как там у Вас.

Мощность то какая?

[AlexeyW]

Маленькая, 20 Вт примерно. Трансформатор определяется в данном случае не мощностью, а нужной индуктивностью и пределом насыщения. Кроме того, поскольку тоже важен вопрос корректной передачи сигнала, важны паразитные резонансы.

Сообщение отредактировал AlexeyW - Sep 1 2011, 18:11

[iiv]

В продолжении темы, несколько моих комментариев:

1. действительно с числом витков в резонансе - описался, почему-то в эту тему давно не заглядывал.

2. попробовал два тора в каждом по 40 первички и 1200 вторички, потом попробовал первый транс с 4-ырмя перчичками, и одной вторичкой, второй транс одна первичка и одна вторичка, с подбором параметров так, чтобы все было максимально похоже друг на друга - пока не сильно доволен результатом. Происходит неравномерный нагрев, подстройка оптимума КПД плывет ужасно, короче мне пока эта идея перестала нравиться... Реально правда 400Ватт выходной получается на 70мм торах и порядка 120кГц.

3. Недавно факультативно собрал полный мост на 300В, запустил с одним трансом, реально лучше, спасибо gte за идею! Особенно понравилось, что от температуры теперь подстройка частот почти не плывет, а при моих исходных 12В-360В-10КВ уже через минуту работы параметры сильно из-за нагрева плыли. Пока идея с питанием одного транса на 300В только факультативно работает, но, думаю, руководство одобрит, и прибегут правильные люди из соседнего отдела и будут это серьезно разрабатывать, а я только численную часть буду долизывать.

ИМХО, если нужна малая мощь, как у Вас AlexeyW, порядка 20Ватт, то, два транса, возможно, по комплектующим будет самый дешевый вариант.

С уважением

ИИВ

[gte]

В продолжении темы, несколько моих комментариев:
Пока идея с питанием одного транса на 300В только факультативно работает, но, думаю, руководство одобрит, и прибегут правильные люди из соседнего отдела и будут это серьезно разрабатывать, а я только численную часть буду долизывать.

Если Вам так допустимо, то это лучше, чем с 17VRMS. При таком варианте может быть более высокая частота резонанса.
Регулировать выходное напряжение будет удобно изменением напряжения питания (300В).

Если Вы собираетесь работать на резонансе, то обратите внимание на необходимость уменьшения индуктивности рассеяния, которая может не позволить Вам получить требуемую мощность или достаточно низкое выходное сопротивление.

Для уменьшения дрейфа можно использовать современные ферромагнитные материалы, у которых малая зависимость проницаемости от температуры.

P.S. При высоком напряжении более высокая частота повышает требования к изоляции.

[iiv]

Если Вам так допустимо, то это лучше, чем с 17VRMS....

По компонентам и габаритам получилось дешевле купить инвентор на 2кВатт, и воткнуть его выход в полный мост - дешего и сердито. Сейчас попробовали играться разными торами, вышли на 700кГц, дальше не было смысла поднимать резонанс, так как умножитель уже не тянет (конденсаторы не успевают перезаряжаться).

gte, еще раз огромное спасибо за идею и советы!

[gte]

Сейчас попробовали играться разными торами, вышли на 700кГц, дальше не было смысла поднимать резонанс, так как умножитель уже не тянет (конденсаторы не успевают перезаряжаться).

Думаю, что придется опускать частоту.
Вы уже получили 11 кВ RMS на 700 килогерц в реальных габаритах и у Вас ничего не греется и не горит?

P.S. Вы генератором трансформатор в полосе от килогерца до 700 проверяли?

[iiv]

Вы уже получили 11 кВ RMS на 700 килогерц в реальных габаритах и у Вас ничего не греется и не горит?

да... только пока было 7кВ RMS, с потреблением порядка 400Ватт. Пока немного греется, но конвекция трансформаторного масла очень большая поэтому это - не проблема.

P.S. Вы генератором трансформатор в полосе от килогерца до 700 проверяли?

ага, как раз с тем числом витков (13 первичка и 220 вторичка, тор) как у меня, КПД получался максимальный где-то на 600кГц. КПД мерил по количеству энергии, необходимой для вгона в транс, чтобы на выходе это все через симметричный шестиступенчатый умножитель успешно зарядило кондер на 50кВ до его номинала в 5нФ.

Думаю, что придется опускать частоту.

собираюсь это сделать, так как можно и умножитель на больших номиналах собрать, да и витков побольше намотать.

[gte]

ага, как раз с тем числом витков (13 первичка и 220 вторичка, тор) как у меня, КПД получался максимальный где-то на 600кГц.

Какие потери получились? Что то у Вас не сходится. Я так понимаю, 7 кВ на вторичной обмотке Вы определили путем умножения питания генератора на коэффициент трансформации?
А надо измерять. Пиковым детектором, осциллографом, емкостным делителем. Чем доступно.
Или у Вас 3 секции умножения?

[iiv]

Какие потери получились? Что то у Вас не сходится. Я так понимаю, 7 кВ на вторичной обмотке Вы определили путем умножения питания генератора на коэффициент трансформации?
А надо измерять. Пиковым детектором, осциллографом, емкостным делителем. Чем доступно.
Или у Вас 3 секции умножения?

да, на вторичке я не измерял, просто посчитал, что на первичную даю +320В,-320В (полный мост на 2*p+2*n мосфетах с питанием 320В). Потом 6 ступеней умножителя, в пике должно быть 67кВ, по достижении 50кВ срабатывала некоторая схема, на основе которой я узнавал, что напряжение до 50кВ там дошло. Потери пока большие, суммарно КПД получилось 30%, но, как я понимаю, около 25-30% рассеялось еще до транса над чем и хочется упорно поработать. Вся высоковольтная часть, включая мосфеты, плавала в трансформаторном масле. Без него уже на второй секунде работы было столько озона, что решено было не продолжать...

ЗЫ никогда бы не подумал, что охлаждать мосфеты трансформаторным маслом очень удобно я использовал малюсенький радиатор поверх 247 корпуса, а конвекция трансформаторного масла была очень большой. Кстати, а бывают ли турбинки для масла, и, если да, то как такое чудо называется?

[gte]

да, на вторичке я не измерял, просто посчитал, что на первичную даю +320В,-320В (полный мост на 2*p+2*n мосфетах с питанием 320В). Потом 6 ступеней умножителя, в пике должно быть 67кВ, по достижении 50кВ срабатывала некоторая схема, на основе которой я узнавал, что напряжение до 50кВ там дошло. Потери пока большие, суммарно КПД получилось 30%,

Для такого трансформатора пересчетом питания на отношение витков Вы не получите соответствие реальности. Особенно, под нагрузкой.
Для Вашей схемы с выходным напряжением 7 кВ RMS напряжение х.х на выходе умножителя должно быть в два раза больше.
Частоту надо сильно уменьшать. Масло не самый лучший диэлектрик. Да и для очень хорошего изолятора на частоте 700 кГц и 10 кВ потери будут запредельными. Кроме того, если Вы превысите допустимые напряженности и потери в диэлектрике, то возникающие частичные разряды и локальное выделения тепла со временем будут приводить к отказу.

[iiv]

Для такого трансформатора пересчетом питания на отношение витков Вы не получите соответствие реальности. Особенно, под нагрузкой.

согласен

Для Вашей схемы с выходным напряжением 7 кВ RMS напряжение х.х на выходе умножителя должно быть в два раза больше.

вот тут не согласен, так как я уже построил с десяток стендов, в которых выходным напряжением было 20-70кВ, (входное было правда ранье только 12В), и на основе моего опыта оптимум вcегда был, когда идеальное напряжение которое гипотетически должно было достигаться, составляло всего-то 20-30% больше, чем то, что надо. Именно в этих случаях КПД схемы был максимален. Хотя при трансформации 300В в 50кВ что-то может кординально измениться.

Частоту надо сильно уменьшать.

так это был тест проверить, сам надеюсь, что все будет на 50-100кГц работать, просто транс нужен правильный, да конденсаторы умножителя помощнее. Правда есть интересный факт, в той схеме, что я тут на 600кГц получил, почти не было изменения резонансной частоты (и максимума КПД) от величины нагрузки, а вот раньше при 12В в 30кВ такое было совсем не подецки - частота плыла почти в 3 раза (холостой ход и полная нагруузка)

Масло не самый лучший диэлектрик. Да и для очень хорошего изолятора на частоте 700 кГц и 10 кВ потери будут запредельными. Кроме того, если Вы превысите допустимые напряженности и потери в диэлектрике, то возникающие частичные разряды и локальное выделения тепла со временем будут приводить к отказу.

это да, согласен, поэтому и хочется турбинку с маслом прифигачить

[gte]

вот тут не согласен, так как я уже построил с десяток стендов, в которых выходным напряжением было 20-70кВ, (входное было правда ранье только 12В), и на основе моего опыта оптимум вегда был, когда идеальное напряжение которое гипотетически должно было достигаться, составляло всего-то 20-30% больше, чем то, что надо. Именно в этих случаях КПД схемы был максимален. Хотя при трансформации 300В в 50кВ что-то может кординально измениться.

Вы не поняли.
Напряжение на каждой секции не нагруженного каскадного умножителя не сильно отличается от 2U входного.
Т.е. на 6 секциях у Вас без нагрузки должно быть напряжение не сильно отличающееся от 16,92*Uвх[RMS].
Т.е. при 6 секциях и 7 кВ RMS это 118 кВ. А у Вас получается всего 50кВ. Это не хорошо. Особенно, когда надо 0,5 кВт в нагрузке.

Правда есть интересный факт, в той схеме, что я тут на 600кГц получил, почти не было изменения резонансной частоты (и максимума КПД) от величины нагрузки, а вот раньше при 12В в 30кВ такое было совсем не подецки - частота плыла почти в 3 раза (холостой ход и полная нагруузка)

У Вас паразитная нагрузка 60%. В любом случае, в разы ухода не будет.
P.S. В очередной раз акцентирую внимание. Прежде чем лезть в высокие частоты на высоких напряжениях прикиньте сопротивление паразитных емкостей на предполагаемой рабочей частоте. Посчитайте реактивное сопротивление 1 пф и соответствующие реактивные мощности. Может и не будет желания тратить время на проведение таких тестов.

[iiv]

Вы не поняли.
Напряжение на каждой секции не нагруженного каскадного умножителя не сильно отличается от 2U входного.
Т.е. на 6 секциях у Вас без нагрузки должно быть напряжение не сильно отличающееся от 16,92*Uвх[RMS].
Т.е. при 6 секциях и 7 кВ RMS это 118 кВ. А у Вас получается всего 50кВ. Это не хорошо. Особенно, когда надо 0,5 кВт в нагрузке.

ой... я как-то просмотрел... Вы правы!!!

У Вас паразитная нагрузка 60%. В любом случае, в разы ухода не будет.

понятно, думаю, что довылизываю этот эксперимент и отрапортуюсь, вдруг кому будет интересно. Все только в строгом соответствии с Вашими, gte, советами, за что Вам огромное СПАСИБО!

P.S. В очередной раз акцентирую внимание. Прежде чем лезть в высокие частоты на высоких напряжениях прикиньте сопротивление паразитных емкостей на предполагаемой рабочей частоте. Посчитайте реактивное сопротивление 1 пф и соответствующие реактивные мощности. Может и не будет желания тратить время на проведение таких тестов.

Не, высокая частота - это не самоцель. Просто хотелось проверить работу всего оборудования на таких параметрах, поэтому и транс был сделан так, чтобы его основная отдача была на таких частотах. Реально мне все равно, какая частота, главное, чтобы КПД был побольше. Сейчас ориентируюсь на 5кВатт потребления, и чем больше, тем лучше, на выходе.

Для параллельного проекта хочу попробовать буст с умножителем (в соседней ветке обсуждается). Собираюсь для 20кВ сравниться, мне не сложно все это же с другим умножителем попробовать и понять что более экономичнее в использовании.

С уважением

ИИВ

[gte]

Сейчас ориентируюсь на 5кВатт потребления, и чем больше, тем лучше, на выходе.

Вы не написали прогнозируемы ли пиковые нагрузки и требования к пульсациям и стабильности.

[iiv]

Вы не написали прогнозируемы ли пиковые нагрузки и требования к пульсациям и стабильности.

Нагрузка предельно простая - конденсатор: 20-70кВ, 1-20нФ в зависимости от задачи, который надо зарядить с 0 до положенного значения, а потом, он должен разрядиться через нагрузку за несколько десятков наносекунд. И так 30-1000 раз в секунду. Вариантов конденсаторов много, у какого-то 2 Дж запасается, и надо 1000 раз в секунду разряжаться, а бывает и 50Дж, там только 20-30 раз в секунду такое происходит. Правда это только то, что хочется собрать, то что работает имеет скорость разрядов на 2 порядка меньше.

[gte]

Нагрузка предельно простая - конденсатор: 20-70кВ, 1-20нФ в зависимости от задачи, который надо зарядить с 0 до

Нагрузка, я бы сказал, не простая и мощность средняя не 500 Вт. Вам не просто надо держать напряжение, а обеспечивать зарядку с ограничением мощности, в крайнем случае, тока. В этом случае работа на резонансе с регулированием изменением частоты может не пройти. Не хватит диапазона регулировки. А если еще и напряжение зарядки регулировать.
Но решения встречал, поищите по источникам для лазеров.
Я сам делал нечто подобное лет 10 назад, но было около 300Вт. Использовал фиксированный ток зарядки.
Посмотрите патент № 2207230 где то здесь здесь

[iiv]

Я сам делал нечто подобное лет 10 назад, но было около 300Вт. Использовал фиксированный ток зарядки.
Посмотрите патент № 2207230 где то здесь

За ссылку на патент - Спасибо! Читаю, интересно. А Вы его учасник, если не секрет?

Пока до этого я делал так, после того, как нагрузка разряжена, включал систему на полную мощь, и следил за потребляемым током, как только ток падал до определенного уровня - все, конденсатор зарядился. Сильно большая точность мне не нужна, 10% по напряжению позволительно ошибиться. Дополнительные измерительные системы позволяют мне оценить энергию разряда, а по ней, медленно и печально подгонять частоту, подаваемую на транс. Представляете, когда я трансом с 12В до 2кВ поднимал, как было весело угадывать правильную частоту. У меня ток на транс в начале (нагрузка разряжена) составлял около 20А, а при доходе до заданного напряжения, ток на транс падал до 0.7А. И с двумя трансами все так же было. Сейчас всего-то с 300В до 7-10кВ, думаю, что все будет на порядки проще.

[gte]

За ссылку на патент - Спасибо! Читаю, интересно. А Вы его учасник, если не секрет?

Не секрет, это моя разработка.

Пока до этого я делал так, после того, как нагрузка разряжена, включал систему на полную мощь, и следил за потребляемым током, как только ток падал до определенного уровня - все, конденсатор зарядился.

Все правильно, только у Вас вся система должна быть рассчитана на начальную нагрузку при зарядке. В том числе и диоды и емкости. Мощность достаточно большая. Если не принимать мер к ограничению пиковых токов, то будут вылетать высоковольтные столбы. Лучше режимы посчитать, принять меры к ограничению пиковых токов, в том числе в момент разряда нагрузки. Вероятно, потребуется установка безиндуктивных резисторов последовательно с диодами.
Ну и выходное напряжение контролировать.

Сейчас всего-то с 300В до 7-10кВ, думаю, что все будет на порядки проще.

Очень оптимистично.
Вы попробуйте посчитать разные варианты для разных напряжений (и соответственно, числа секций) и частот 20 -50 кГц и посмотрите разумные минимальные напряжения и частоты для вашего случая.

Можно повышать напряжение для уменьшения количества каскадов умножения улучшая падение на умножителе в проценты и при этом терять на паразитных емкостях десятки процентов.

[iiv]

Все правильно, только у Вас вся система должна быть рассчитана на начальную нагрузку при зарядке. В том числе и диоды и емкости. Мощность достаточно большая. Если не принимать мер к ограничению пиковых токов, то будут вылетать высоковольтные столбы. Лучше режимы посчитать, принять меры к ограничению пиковых токов, в том числе в момент разряда нагрузки. Вероятно, потребуется установка безиндуктивных резисторов последовательно с диодами.
Ну и выходное напряжение контролировать.

я боролся двумя методами на старой (50Ватт) установке. Первый - ставил очень большие номиналы на первую ступень каскада и использовал симметричный каскад, это в котором 3 конденсатора и 4 диода на ступень.

Но вот в этой системе, где уже удалось получить 400Ватт, это дело не помогло, все успешно вылетело. Придумал простое и топорное решение - начальные несколько шагов ШИМа делать так, что как-будто мне на выходе половину напряжения хочется получить, а дальше, все как и раньше. Единственно, похоже что все эти численные извращения постепенно перерастают из атмеги, пробовал арм9 на управлении, но борда с ним очень неставильная, похоже только плиска и остается...

Очень оптимистично.
Вы попробуйте посчитать разные варианты для разных напряжений (и соответственно, числа секций) и частот 20 -50 кГц и посмотрите разумные минимальные напряжения и частоты для вашего случая.

Можно повышать напряжение для уменьшения количества каскадов умножения улучшая падение на умножителе в проценты и при этом терять на паразитных емкостях десятки процентов.

Вы, как всегда, правы! Сильно задумался, надеюсь удастся соптимизировать

[Herz]

За ссылку на патент - Спасибо! Читаю, интересно.

А мне не удалось обнаружить. Дайте точную ссылку, пожалуйста.

[gte]

А мне не удалось обнаружить. Дайте точную ссылку, пожалуйста.

Перейдя по ссылке выше выбираете
Реестр изобретений Российской Федерации

Затем вводите в поиск номер регистрации 2207230
Прямая ссылка может не работать

я боролся двумя методами на старой (50Ватт) установке. Первый - ставил очень большие номиналы на первую ступень каскада и использовал симметричный каскад, это в котором 3 конденсатора и 4 диода на ступень.

Если Вы ставите неравнозначные конденсаторы секциях умножителя напряжения, то при резком изменении нагрузки будет перераспределение напряжения по секциям.
Симметричный это, я так понял, двухполупериодный. Есть еще и многофазные
Ограничение плавным нарастанием напряжения, подаваемого на умножитель и даже обратная связь по току не спасает от пикового тока при пробое или быстром разряде в нагрузке. Ток определяется только конструкцией умножителя и нагрузкой. Минимальные резисторы в любом случае необходимы они выбираются исходя из допустимого импульсного тока высоковольтных столбов. Да и стоимость высоковольтных столбов с повышением их рабочего тока растет негуманно.

[Herz]

Перейдя по ссылке выше выбираете
Реестр изобретений Российской Федерации

Затем вводите в поиск номер регистрации 2207230
Прямая ссылка может не работать

Это: УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ?
Спасибо, работает.

[AndreyVN]

Последовательное соединение вторичек повышающих трансформаторов:  oscilatr.zip ( 92.41 килобайт ) Кол-во скачиваний: 143


А можно поинтересоваться, как у Вас H-мост c первичкой связан - напрямую, или через емкость?

PS: djvu не грузит, пришлосб в zip упаковать

[iiv]

А можно поинтересоваться, как у Вас H-мост c первичкой связан - напрямую, или через емкость?

когда еще на Н-мосте экспериментировал, первичка напрямую была воткнута, без конденсаторов. Сейчас перешел полностью на другую схему - буст воткнутый в умножитель, честно говоря, гораздо больше нравится.

[AndreyVN]

Сейчас перешел полностью на другую схему - буст воткнутый в умножитель, честно говоря, гораздо больше нравится.

Это без трансформатора вообще? Н-мост качает сразу умножитель?

Я делал преобразователи 2-3кВ для питания ФЭУ на ток где-то до 500 мкА.

Меня всегда волновал вопрос, как распорядиться тем фактом, что трансформаторный преобразователь имеет довольно ярко выраженные резонансные свойства.
Что лучше, настроиться на резонанс, или наоборот, отстроиться от резонанса?

[gte]

Меня всегда волновал вопрос, как распорядиться тем фактом, что трансформаторный преобразователь имеет довольно ярко выраженные резонансные свойства.
Что лучше, настроиться на резонанс, или наоборот, отстроиться от резонанса?

Если мощность более или менее заметна, игнорировать резонанс не получится, так как он находится близко или в области рабочих частот.
Поэтому работают на резонансе или квазирезонансе.

[AlexeyW]

Проблема только в том, что параметры резонанса имеют существенный разброс, да и могут плавать в температуре. Кроме того, нужно принимать меры для подавления паразитных резонансов - они только в разы отличаются от основного и добротны, если подавать меандр - могут раскачаться гармоники.

[gte]

Проблема только в том, что параметры резонанса имеют существенный разброс, да и могут плавать в температуре.

Реально, разброс и изменение значений резонансных частот не такие большие. В стабилизированных источниках они компенсируются. Можно минимизировать применяя современные ферриты.

Кроме того, нужно принимать меры для подавления паразитных резонансов - они только в разы отличаются от основного и добротны, если подавать меандр - могут раскачаться гармоники.

Могут или у Вас были с этим проблемы?

[AndreyVN]

Если мощность более или менее заметна, игнорировать резонанс не получится, так как он находится близко или в области рабочих частот.
Поэтому работают на резонансе или квазирезонансе.

А почему "поэтому"?

Мои рассуждения приводят к прямо-противоположному выводу.

Резонанс - это когда запасенная в колебательной системе энергия предыдущего колебания складывается с подкачкой энергии на следующем колебании.

При большой отдаваемой мощности, на каждом колебании отбирается вся запасенная в колебательной системе энергия, то есть работать на резонансе на больших мощностях смысла нет.
Коэффициент преобразования будет чистый к-т трансформации с учетом всех видов потерь.

А вот на малых - есть, можно получить коэффициент преобразования, превышающий коэффициент трансформации именно за счет запасания неизрасходованной энергии, т.е. резонансной раскачки.

Что значит "игнорировать резонанс"? Непонятно, у меня резонанс преобразователя 3кВ находится в области 12-17 кГц, без проблем можно перестроиться на 20-25 кГц.
То есть, рабочую частоту можно выбрать и резонансную и нерезонансную без проблем.

[Integrator1983]

Проблема только в том, что параметры резонанса имеют существенный разброс, да и могут плавать в температуре.

Не сказал бы, что разброс существенный, особенно от температуры. Кроме того, все эти разбросы легко устраняются (а вернее, становятся несущественными) при некоторой избыточности реактивной энергии основного контура.

Кроме того, нужно принимать меры для подавления паразитных резонансов

- то же самое - стройте основной контур так, чтобы паразитные резонансы либо были задавлены, либо разнесены по частоте.

работать на резонансе на больших мощностях смысла нет

А Вы попробуйте промоделировать источник с повышением хотя бы раз в 20 и мощностью от 5 кВт (а лучше - 30-40 кВт). А еще лучше - просчитайте реальный трансформатор для него, с габаритами и паразитами. Я думаю, все вопросы пропадут сами собой.

[AndreyVN]

А Вы попробуйте промоделировать источник с повышением хотя бы раз в 20 и мощностью от 5 кВт (а лучше - 30-40 кВт). А еще лучше - просчитайте реальный трансформатор для него, с габаритами и паразитами. Я думаю, все вопросы пропадут сами собой.

Физика процесса от мощности не зависит. Возможно, я не прав в своих рассуждениях о выборе рабочей частоты преобразователя, но Вы их никак не опровергаете и не комментируете.

[Integrator1983]

Физика простая - трансформатор паршивый получается (паразиты большие). Грубо говоря, намотал W1 - 1 виток, W2 - 5 витков - получил повышение примерно в 5 раз. А намотал W1 - 1 виток, W2 - 20 витков - получил повышение примерно в 3 раза. То есть, резонансная система получается автоматически. Просто ее нужно слегка причесать и получить все плюсы резонансника. Да и витки сэкономить можно (добросить на резонансе процентов 20- 30 по напряжению даже на мощности 50 -100 кВт несложно).

А насчет мощности от 5 кВт - это злой умысел, чтоб мыслей об умножителях не возникало.

То есть, рабочую частоту можно выбрать и резонансную и нерезонансную без проблем.

- правильно, никто и не призывает попадать строго в резонансную частоту. Как писал gte -

Поэтому работают на резонансе или квазирезонансе.

[AndreyVN]

Физика простая - трансформатор паршивый получается (паразиты большие). Грубо говоря, намотал W1 - 1 виток, W2 - 5 витков - получил повышение примерно в 5 раз. А намотал W1 - 1 виток, W2 - 20 витков - получил повышение примерно в 3 раза. То есть, резонансная система получается автоматически. Просто ее нужно слегка причесать и получить все плюсы резонансника. Да и витки сэкономить можно (добросить на резонансе процентов 20- 30 по напряжению даже на мощности 50 -100 кВт несложно).

Описанная Вами ситуация с 1 витком не имеет отношения к выбору рабочей частоты.

При первичке с 1 витком проблема будет с распространением поля в объеме магнитопровода. Под нагрузкой вторичка создает поле противоположно направленное полю первички и поле созданное первичкой будет затухать в объеме магнитопровода, наводя разное ЭДС на витках вторички. Коэффициент трансоформации под нагрузкой будет, очевидно, ниже расчетного. Зачем глупость геометрии компенсировать резонансом???

Если намотаете первичку 10 витков равномерно распределенную по периметру магнитопровода и 50 витков во вторичке - получите трансформацию 5, намотаете 100 - получите 10. Безо всяких резонансных свойств.

[gte]

А почему "поэтому"?

Мои рассуждения приводят к прямо-противоположному выводу.

Что значит "игнорировать резонанс"? Непонятно, у меня резонанс преобразователя 3кВ находится в области 12-17 кГц, без проблем можно перестроиться на 20-25 кГц.
То есть, рабочую частоту можно выбрать и резонансную и нерезонансную без проблем.

Если 12-17 кГц у Вас параллельный резонанс, то на 20-25 кГц работать без резонанса и проблем не получится. За параллельным идет последовательный.
Есть еще индуктивность рассеяния и емкость приведенная к первичной обмотке.
Конечно, многое зависит от коэффициента трансформации и напряжении на вторичной обмотке и допустимом кпд.

[Integrator1983]

Насчет одного витка - всего лишь абстракция, для описания эффекта. Написал бы я о 10 витках - Вам бы легче было?

Связь обмоток в высоковольтном трансформаторе, как правило, плохая - следствие требований к высоковольтной изоляции. Поэтому даже при равномерно уложенной обмотке (что опять таки не всегда получается) имеем приличную индуктивность рассеяния. Кроме того, имеется набор паразитных емкостей (С1 - не учитываем, С1-2 - иногда можно не учитывать, С2 - часто - достаточно большая). То есть, мало того, что нужно пропихнуть энергию через индуктивность рассеяния - так еще и на вторичной стороне реактивка в емкости С2 приличная. Отсюда звоны где не надо и низкий КПД.

Да и выходным диодам, нагруженным на емкость (индуктивной нагрузки ни разу не видел) в режиме ZCS значительно легче живется.

Описанная Вами ситуация с 1 витком не имеет отношения к выбору рабочей частоты.

Не понял, о какой частоте идет речь?

[AlexeyW]

Могут или у Вас были с этим проблемы?

С резонансными я мало имел дело. Сам много раз наблюдал в других типах (обратноходовых и т.п.), они вылезают в виде очень высокодобротных звонов (кстати, очень хорошо оцениваемых и теоретически). Нет никаких оснований считать, что в резонансных они куда-то исчезнут.
Конечно, это наиболее актуально тогда, когда внешние емкости соизмеримы с собственными емкостями трансформатора - естественно, с ростом основной частоты эта проблема обостряется.

[gte]

Нет никаких оснований считать, что в резонансных они куда-то исчезнут.

Это очень общее заявление. Одни проблемы исчезнут, другие появятся.

[Herz]

Если 12-17 кГц у Вас параллельный резонанс, то на 20-25 кГц работать без резонанса и проблем не получится. За параллельным идет последовательный.

Это интересно. А почему так получается? Ведь в формулу для расчёта резонансной частоты входят те же величины L и С. За счёт чего же резонанс токов переходит в резонанс напряжений?

[AndreyVN]

Это интересно. А почему так получается? Ведь в формулу для расчёта резонансной частоты входят те же величины L и С. За счёт чего же резонанс токов переходит в резонанс напряжений?

Дык, видимо, и не переходит резонанс токов в резонанс напряжений. Дело в том, что у меня снята реальная частотная характеристика преобразователя 3кВ с трансформатором и двумя плечами умножителя
на которой виден один плавный максимум в области 12-17кГц. Дальше никаких всплесков нет, плавное убывание амплитуды на выходе умножителя от частоты.
Естественно, в общую картину ЧХ внесли свой вклад все паразитные емкости системы.

А вопрос был, как лучше распорядиться наличием резонансных свойств - настроиться на резонанс или наоборот, отойти в сторонку.

Мое мнение - "отойти в сторонку" ибо, под нагрузкой, резонанс все-равно не даст выигрыша по коэффициенту преобразования.
А если преобразователь работает на аномально низкую нагрузку, например 1мкА, тогда можно настроиться и на резонанс.

Насчет одного витка - всего лишь абстракция, для описания эффекта. Написал бы я о 10 витках - Вам бы легче было?

Связь обмоток в высоковольтном трансформаторе, как правило, плохая - следствие требований к высоковольтной изоляции. Поэтому даже при равномерно уложенной обмотке (что опять таки не всегда получается) имеем приличную индуктивность рассеяния. Кроме того, имеется набор паразитных емкостей (С1 - не учитываем, С1-2 - иногда можно не учитывать, С2 - часто - достаточно большая). То есть, мало того, что нужно пропихнуть энергию через индуктивность рассеяния - так еще и на вторичной стороне реактивка в емкости С2 приличная. Отсюда звоны где не надо и низкий КПД.

Да и выходным диодам, нагруженным на емкость (индуктивной нагрузки ни разу не видел) в режиме ZCS значительно легче живется.

Я конечно не знаю из чего у Вас изоляция , но обычно, она на магнитный поток никак не влияет.
Насчет индуктивности рассеяния - не спорю, если бы удалось снять частотную характеристику "потери-чатота", можно было бы обосновать выбор рабочей частоты.

Не понял, о какой частоте идет речь?

Да ладно, я уже и сам забыл...

[gte]

Это интересно. А почему так получается? Ведь в формулу для расчёта резонансной частоты входят те же величины L и С. За счёт чего же резонанс токов переходит в резонанс напряжений?

Есть индуктивность вторичной обмотки, эквивалентная емкость приведенная к вторичной обмотке (или к первичной, в зависимости от модели) и индуктивность рассеяния. Индуктивность рассеяния образует с эквивалентной емкостью последовательный резонанс, который располагается, естественно, выше по частоте. Снимать характеристику надо на синусе.

Мое мнение - "отойти в сторонку" ибо, под нагрузкой, резонанс все-равно не даст выигрыша по коэффициенту преобразования.
А если преобразователь работает на аномально низкую нагрузку, например 1мкА, тогда можно настроиться и на резонанс.

Так пробуйте, а когда сделаете, сообщите результаты.

Я конечно не знаю из чего у Вас изоляция , но обычно, она на магнитный поток никак не влияет.
Насчет индуктивности рассеяния - не спорю, если бы удалось снять частотную характеристику "потери-чатота", можно было бы обосновать выбор рабочей частоты.

Индуктивность рассеяния напрямую зависит от конструктивного исполнения трансформатора, а изоляция напрямую влияет на это конструктивное расположение. Так понятнее?

[Herz]

Я так и не понял почему:

За параллельным идет последовательный.

Безотносительно рекомендаций автору.

Дык, видимо, и не переходит резонанс токов в резонанс напряжений.

А как же тогда? Параллельный - это и есть резонанс токов, вестимо. Как последовательный - напряжений. Почему они на разных частотах?

Есть индуктивность вторичной обмотки, эквивалентная емкость приведенная к вторичной обмотке (или к первичной, в зависимости от модели) и индуктивность рассеяния. Индуктивность рассеяния образует с эквивалентной емкостью последовательный резонанс, который располагается, естественно, выше по частоте. Снимать характеристику надо на синусе.

А параллельный какие реактивности использует?

[gte]

Я так и не понял почему:
За параллельным идет последовательный.

Насколько плавно они переходят друг в друга зависит от параметров трансформатора и добротности. Ну а последовательный всегда выше, так как индуктивность рассеяния не может быть больше индуктивности обмотки

А параллельный какие реактивности использует?

Есть вторичная обмотка и приведенная емкость на ее зажимах. Они же дадут параллельный резонанс.

[iiv]

Так вот... вернемся к баранам ТС, то есть к моим. Расскажу про проделанный эксперимент, поделюсь опытом.

Попробовал вначале 6кВольт RMS на выходе получать, на входе можно либо 12В постоянки, либо 220В сетевых. Что попробовал:

1. полномостовым образом вогнать 12В в один транс (тор 10см) с коэффициентом трансформации 375 (первичка - 4 обмотки по 2 витка), вторичка одна обмотка с 750 витков,
2. полномостовым образом вогнать 12В в один транс (тор 10см) с коэффициентом трансформации 20 (первичка 39, вторичка 750) и выход снова в такой же транс (первичка 39, вторичка 750), то есть первый транс поднимал напряжение до 360В переменки, а второй до 6кВ,
3. входные 220 переменки выпрямил до 310В, и вогнал в один транс c коэффициентом трансформации 15 (первичка 50, вторичка 750).

Во всех экспериментах вторичка была на тор намотана, пропарафинена, прозазорена на 1см, а поверх моталась первичка/первички. Реально использовал только два транса и перенаматывал первички.

На выходе стояли умножители двухполупериодные, в + и в -, оба по 5 ступеней, в пике должно было получаться 90кВольт, реально выход этих каскадов был через 8кОм резисторы воткнут в 110кВольтный конденсатор на 5нФ, и в параллель к нему ключ-разрядник, который на 70кВ срабатывал.

Менял частоту накачки на МК линейно с X до Y, так, что X - было сразу после разряда, а Y - непосредственно перед разрядом, а в промежутке - линейная аппроксимация. X и Y подбирались по Ньютону на основе затраченной энергии на один импульс.

Выводы:

КПД схемы 3 достигда 76% при 100В мощности, при 1кВ мощности было около 60% КПД.

КПД схемы 2 было больше КПД схемы 1, но выйти на 1кВ выходной мощности удалось только при 50% и 30% КПД соответственно, реально трансы грелись ужасно, можно было экспериментировать только около 10 секунд, а потом ждать пару минут пока парафин застынет. В то же время на схеме с двумя трансами КПД около 70% достигалось при 10Ватт нагрузке (около одного импульса в секунду моей схемы).

Выводы... сами понимаете... два транса - геморно и не нужно, имеет смысл только если у Вас под рукой нет нормальных ВВ мосфетов, чтобы питаться от 220В. Может иметь смысл только если питание только низковольтное, и очень стеснены по габаритам.

Off/PS: предварительные опыты, правда на меньшее выходное напряжение, буст на прямую воткнутый в длинный умножитель пока даже более успешны на небольших мощностях, чем схема 3. Буст на 335мкГн, 100витков, 0.6Дж до насыщения, микрометальный тор примерно тех же габаритов. Но управление там - МК уже на самоподстройку еле-еле хватает.

[Herz]

Насколько плавно они переходят друг в друга зависит от параметров трансформатора и добротности. Ну а последовательный всегда выше, так как индуктивность рассеяния не может быть больше индуктивности обмотки
Есть вторичная обмотка и приведенная емкость на ее зажимах. Они же дадут параллельный резонанс.

Это надо понимать так, что паразитные реактивности сопоставимы с "рабочими"? Это какие же должны быть потери у такого транса?

[AndreyVN]

Так пробуйте, а когда сделаете, сообщите результаты.

Это хороший совет, спасибо.

Индуктивность рассеяния напрямую зависит от конструктивного исполнения
трансформатора, а изоляция напрямую влияет на это конструктивное расположение. Так понятнее?

Нет. На что именно влияет изоляция? К чему темнить в таком простом вопросе? Что понимается под "Конструктивным расположением" - то, что между слоями лакоткань проложили? Габарит обмотки вырос? Разнесли первичку и вторичку на разные строны магнитопровода? Вот вроде и все варианты. Я так думаю, что имелось ввид, что большая индуктивность вторички приводит к высокой индуктивности рассеяния и нечего на изоляцию ссылаться.

Это надо понимать так, что паразитные реактивности сопоставимы с "рабочими"? Это какие же должны быть потери у такого транса?

А, собствннно, кто сказал, что частоты сопоставимы? Я второй всплеск ЧХ не наблюдал.

[SmartRed]

Я так и не понял почему:

Безотносительно рекомендаций автору.

А как же тогда? Параллельный - это и есть резонанс токов, вестимо. Как последовательный - напряжений. Почему они на разных частотах?


А параллельный какие реактивности использует?

Емкость обмотки и индуктивность намагничивания.

[Integrator1983]

На что именно влияет изоляция? К чему темнить в таком простом вопросе?

Для прояснения ситуации. Индуктивность рассеяния и паразитные емкости трансформатора зависят от геометрии обмоток и их взаимного расположением в пространстве. Для обеспечения высоковольтной изоляции приходится выполнять пространственное разнесение обмоток (про лакоткань и компаунды всем известно - но их нужно куда-то впихнуть) - либо выполнять их на разных кернах, либо делать достаточно большой зазор между обмотками (заполненный изолятором). Кроме того, большое количество витков вторичной обмотки часто не позволяет оптимизировать намотку по критерию Lрасс. Отсюда - большая Lрасс. С емкостями проще, но тоже не всегда.

[Herz]

Емкость обмотки и индуктивность намагничивания.

Обмотки или нагрузки?

[gte]

Это надо понимать так, что паразитные реактивности сопоставимы с "рабочими"? Это какие же должны быть потери у такого транса?

За свои про индуктивность рассеяния не скажу, для моделирования важно подогнать импеданс модели реальному трансформатору, что бы проверить работу ПИД регулятора на разные перегрузки. Отношение частот голого трансформатора разы.

По потерям.
Когда то измерялся кпд В.В. источника на 110 кВ с питанием от 52В (1,4А мах). Работал он на параллельном резонансе нагрузки, обычный мост. Суммарный к.п.д. от питания до нагрузки был более 80%. То ли 82, то ли 84, лень документы поднимать.

P.S.
Транс CCFL серийного LCD монитора. Индуктивность (измеренная) в.в. обмотки 1.44 Гн. На схеме указана индуктивность (судя по названию и значению, рассеяния) lK =0.3 Гн. Мощность трансформатора до 20Вт, соотношение витков 1:100. Частоты уже не помню, но не проблема посмотреть.

А, собствннно, кто сказал, что частоты сопоставимы? Я второй всплеск ЧХ не наблюдал.

Я сказал и объяснил почему, больше повторять не буду.
Возьмите генератор, двухлучевой осциллограф, поставьте токовый шунт и внимательно снимите характеристику на синусе обращая внимание не на напряжение на выходе умножителя, а на изменение импеданса (амплитуды тока и напряжения на входе трансформатора) и сдвиг фазы между током и напряжением.

[gte]

Я так думаю, что имелось ввид, что большая индуктивность вторички приводит к высокой индуктивности рассеяния и нечего на изоляцию ссылаться.

Что имелось, то и написано.
При одной и той же высокой индуктивности в зависимости от конструкции будет разная взаимная индукция обмоток и паразитные емкости.
А конструкция зависит, в том числе, от требований к изоляции, которые зависят от напряжения и рабочей частоты. Иногда приходится увеличивать изоляцию для уменьшения емкости.

[SmartRed]

Что имелось, то и написано.
При одной и той же высокой индуктивности в зависимости от конструкции будет разная взаимная индукция обмоток и паразитные емкости.
А конструкция зависит, в том числе, от требований к изоляции, которые зависят от напряжения и рабочей частоты. Иногда приходится увеличивать изоляцию для уменьшения емкости.

Иногда и наоборот, полезно сэкономить на изоляции для поднятия собственной емкости.
Мне в трансформаторах для медицинского рентгена приходилось двигаться в обоих направлениях.

[AndreyVN]

Я сказал и объяснил почему, больше повторять не буду.
Возьмите генератор, двухлучевой осциллограф, поставьте токовый шунт и внимательно снимите характеристику на синусе обращая внимание не на напряжение на выходе умножителя, а на изменение импеданса (амплитуды тока и напряжения на входе трансформатора) и сдвиг фазы между током и напряжением.

Все так и сделал. Конструктив трансформатора и его АЧХ на разных амплитудах первички внизу.
Ну нет у меня второго пика. Любопытно было-бы взглянуть на АЧХ других трансфоорматоров...

[gte]

Все так и сделал. Конструктив трансформатора и его АЧХ на разных амплитудах первички внизу.
Ну нет у меня второго пика. Любопытно было-бы взглянуть на АЧХ других трансфоорматоров...

Возьмите генератор, двухлучевой осциллограф, поставьте токовый шунт и внимательно снимите характеристику на синусе обращая внимание не на напряжение на выходе умножителя, а на изменение импеданса (амплитуды тока и напряжения на входе трансформатора) и сдвиг фазы между током и напряжением.

Вы смотрели зависимость коэффициента трансформации от частоты. И обязательно синусоидальный генератор. Первичная обмотка отключается, ставится небольшой токовый шунт. Один канал на обмотку, другой на шунт.
Какое, кстати, у Вашего трансформатора отношение витков вторичной обмотки к первичной и выходное напряжение?

[AndreyVN]

Вы смотрели зависимость коэффициента трансформации от частоты. И обязательно синусоидальный генератор. Первичная обмотка отключается, ставится небольшой токовый шунт. Один канал на обмотку, другой на шунт.
Какое, кстати, у Вашего трансформатора отношение витков вторичной обмотки к первичной и выходное напряжение?

Вы не описались - "первичка отключена"? Не понятна схема измерений. Как я понял, измеряется 2 величины ток и напряжение, наверное, все-таки в цепи вторичной обмотки(?), третий параметр - частота, что из этих величин отобразить на графике?.

У меня снята классическая АЧХ четырехполюсника – амплитуда на выходе/амплитуда на входе. (В нашем случае это Ктр.) Умножитель конечно-же откинул, первичка подключена к генератору. Вторичка нагружена на резистор 200 кОм.
Отношение витков 100:3000. АЧХ снимал на синусе, поэтому и мощности маленькие, генератор больше не тянет.
Напряжение при измерении АЧХ на вторичке было в районе 200В. В рабочем режиме (с возбуждением от H-моста) напряжение после умножителя регулируется в диапазоне 1-3кВ.

[gte]

Вы не описались - "первичка отключена"?

Т.е. подключена только к генератору, последовательно с одним выводом первичной обмотки резистор. Подключать лучше через трансформатор, тогда не будет мешать земля генератора.

У Вас на фото видно еще подключение.

У меня снята классическая АЧХ четырехполюсника – амплитуда на выходе/амплитуда на входе. (В нашем случае это Ктр.)

Вы не задумались, откуда у Вас трансформация 60 при отношении витков 30?
Думаю, что если возьмете резистор на 1 МОм, то получите при своем измерении еще больший коэффициент трансформации.

[AndreyVN]

Т.е. подключена только к генератору, последовательно с одним выводом первичной обмотки резистор. Подключать лучше через трансформатор, тогда не будет мешать земля генератора.

У Вас на фото видно еще подключение.

Вы не задумались, откуда у Вас трансформация 60 при отношении витков 30?
Думаю, что если возьмете резистор на 1 МОм, то получите при своем измерении еще больший коэффициент трансформации.

Ужас! Я уже 50 сообщений написал в этой ветке с вопросом, где лучше работать на резонансе или рядом... Сначала меня Integrator убил вопросом "О какой частоте идет речь...", теперь Вы добить хотите.

Подключений на фотографии много, там первичка заведена на пакетник на котором можно коммутировать разные отпайки первичной обмотки, там же висит один канал осциллографа.
За ссылку спасибо, поразбираюсь...

[gte]

Ужас! Я уже 50 сообщений написал в этой ветке с вопросом, где лучше работать на резонансе или рядом...

На этот вопрос Вам ответили сразу и несколько человек. Вас не устроил ответ? Проверяйте сами. Другого ответа не будет.

Сначала меня Integrator убил вопросом "О какой частоте идет речь...", теперь Вы добить хотите.

А что Вы хотели.
Вам пишут про одно, Вы измеряете другое.

[Integrator1983]

Сначала меня Integrator убил вопросом "О какой частоте идет речь..."

Ну, какой ответ - такой и вопрос. Сначала речь шла о частотной характеристике трансформатора, потом - о частоте накачки. Не могу так быстро переключаться.

Если речь о частотной характеристике силовой части - резонансов может быть сколько угодно, включая паразитные. У меня на рабочей характеристике 2 расчетных пика (если интересно - гуглите Multiresonant Power Supply), паразитные не считал. Могу скинуть картинку АЧХ/ФЧХ модели контура, только не научился еще как. И на какой частоте работать - решать разработчику. Отойдите от резонансов достаточно далеко - получите классическое жесткое переключение.

Если о частоте накачки РЕЗОНАНСНОГО источника - может быть, в определенных пределах, ЛЮБОЙ в районе резонанса, как выше, так и ниже, вопрос только в том, при каком импедансе Вы хотите работать и насколько близко к резонансу.

[AndreyVN]

На этот вопрос Вам ответили сразу и несколько человек. Вас не устроил ответ? Проверяйте сами. Другого ответа не будет.

Да нет же! Меня не устроило, что после длительного обсуждения резонансных свойств Вы вдруг спрашиваете:

"Вы не задумались, откуда у Вас трансформация 60 при отношении витков 30?"

Отчего-бы и не спросить...

Вам пишут про одно, Вы измеряете другое.

Я измерил модуль передаточной функции K(jw) четырехполюсника.

Вы предлагаете измерить частотную зависимость модуля импеданса Z(jw) входной цепи на холостом ходе и в режиме КЗ.
То есть превратить четырехполюсник в двухполюсник.

Однако, обе эти зависимости К(jw) и Z(jw) выражаются через T-образную схему замещения с импедансами Z1,Z2,Z3.
То есть, через одни и те-же частотно-зависимые параметры.
А значит, вид картинки АЧХ измениться не должен и новый пик на графике не появится. Тем не менее, проверю обязательно.

Могу скинуть картинку АЧХ/ФЧХ модели контура,

Было-бы очень интересно, только не модели, а реального железа. В моем понимании не должно быть близких резонансов ни на АЧХ трансформатора, ни на графике зависимости импеданса первички от частоты.
Не должно быть потому, что паразитная емкость вторички (параллельного контура) должна всех "съесть" так, как она намного больше остальных паразитных емкостей. На этом пункте я не настаиваю, поэтому и раскидал свой источник, и АЧХ измерил.

И на какой частоте работать - решать разработчику

Ну конечно-же! Я и решаю, путем обсуждения критериев выбора рабочей частоты. А интеграторы меня не понимают.

[Integrator1983]

Было-бы очень интересно, только не модели, а реального железа.

Вас интересует конкретно трансформатор или резонансная система в целом?

Не должно быть потому, что паразитная емкость вторички (параллельного контура) должна всех "съесть"

Так в резонанснике, помимо трансформатора, есть еще и внешние резонансные элементы - ими и подстраивайте характеристику.

[AndreyVN]

Вас интересует конкретно трансформатор или резонансная система в целом?
Так в резонанснике, помимо трансформатора, есть еще и внешние резонансные элементы - ими и подстраивайте характеристику.

Ну мы по второму кругу начинаем обсуждать. Я'ж так и сделал, снял АЧХ системы в целом и настроился на резонанс системы в целом, а потом стал думать а надо-ли... где нагрузочная кривая будет круче падать, на резонансе или рядом с ним? Потом зацепились с qte по поводу АЧХ чистого трансформатора, он утверждал, что частотой накачки особо не поиграешся, там рядом с пиком параллельного резонанса будет пик последовательного. Уйдеш в сторону - попадеш на другой резонанс. Я с этим не согласился, и пока-что не соглашаюсь. Вот, сейчас и исследуем частотные свойства чистого трансформатора.

[Integrator1983]

Постараюсь снять характеристику в ближайшее время. Насколько я помню, у конкретного трансформатора на 10 кВт было 2 резонансных пика - в районе 100 кГц и 4,5 МГц.

[gte]

Ну мы по второму кругу начинаем обсуждать. Я'ж так и сделал, снял АЧХ системы в целом и настроился на резонанс системы
в целом, а потом стал думать а надо-ли... где нагрузочная кривая будет круче падать, на резонансе или рядом с ним? Потом

На том пике, который у Вас на графике, выходное напряжение будет падать с изменением нагрузки. Более того, если у Вас генератор работает на этой частоте, то ничего хорошего в этом нет.

зацепились с qte по поводу АЧХ чистого трансформатора, он утверждал, что частотой накачки особо не поиграешся, там

Я ни с кем здесь не зацеплялся, а пытался Вам объяснить (сами напросились) некоторые азы важные моменты (азы обидное слово, а я не хотел обидеть). Про частоту "накачки" я ничего не писал, так же как и про снятие характеристики при к.з. высоковольтной обмотки.

там рядом с пиком параллельного резонанса будет пик последовательного. Уйдеш в сторону - попадеш на другой резонанс.

Уточню понятие рядом. Отношение частот, например, 3 раза. Но при этом вполне может быть, что при перестройке (повышении частоты) напряжение на выходе увеличивается до первого резонанса, затем спадает совсем немного и начинает далее повышаться в несколько раз. И у Вас первый резонанс, судя по вашему графику, должен быть ниже по частоте (например, на 6 кГц). Этот резонанс Вы увидите по нулевому сдвигу между током и напряжением первичной обмотки.

Постараюсь снять характеристику в ближайшее время. Насколько я помню, у конкретного трансформатора на 10 кВт было 2 резонансных пика - в районе 100 кГц и 4,5 МГц.

У него феррит ПК40 и проблемы несколько другие .

[AndreyVN]

На том пике, который у Вас на графике, выходное напряжение будет падать с изменением нагрузки.

И правда, разъяснение азов. Напряжение всегда будет падать с ростом нагрузки! Вопрос - на какой частоте эта зависимость более пологая.

Более того, если у Вас генератор работает на этой частоте, то ничего хорошего в этом нет.

А почему?

Я ни с кем здесь не зацеплялся, а пытался Вам объяснить (сами напросились) некоторые азы важные моменты (азы обидное слово, а я не хотел обидеть). Про частоту "накачки" я ничего не писал, так же как и про снятие характеристики при к.з. высоковольтной обмотки.

Как бы там ни было, за обсуждение - спасибо! (безовсякой иронии).
А режим КЗ - это в той ссылке, которую Вы дали... При ограниченной мощности накачки - отличный вариант! А еще, там написано, что из снятых зависимостей импеданса от чатстоты можно вычислить все параметры схемы замещения трансформатора, только формул, к сожалению, нет.

Ниже приведены графики для модуля импеданса первички, снятые в соответствии с http://www.ridleyengineering.com/imped.htm .

По прежнему очень хотелоось-бы увидеть частотные характеристики высоковольтного трансформатора, АЧХ/ФЧХ/Импеданс/ - что имеется. Желательно, конечно, не сильно мощного, 10кВт уж слишком от моего отличается. Сравнить-то интересно...

[gte]

И правда, разъяснение азов. Напряжение всегда будет падать с ростом нагрузки! Вопрос - на какой частоте эта зависимость более пологая.
А почему?

Посмотрите на Ваш график. Тот, что х.х.
Не знаю, откуда взялась первая точка, остальное более или менее соответствует.

Пик на 550 ом (на частоте близкой к той, что я предполагал) является первым резонансом, определяемым индуктивностью намагничивания вторичной обмотки, ее емкостью в сумме с другими емкостями.

Минимум в десяток ом на частоте между 10 кГц и 20 кГц является резонансом индуктивности рассеяния и емкости вторичной обмотки в сумме с другими емкостями.

В этих точках сдвиг фаз между током и напряжением нулевой.

Если у Вас частота накачки будет близка к частоте второго резонанса то Вы будете иметь большой коэффициент
преобразования напряжения (из-за резонанса) и очень сильную зависимость выходного напряжения от нагрузки (добротности) и/или дрейфа частот. Напряжение падает от нагрузки всегда, если нет стабилизации. Но в данном случае это падение на порядок больше, чем может быть.

Как бы там ни было, за обсуждение - спасибо! (безовсякой иронии).
А режим КЗ - это в той ссылке, которую Вы дали... При ограниченной мощности накачки - отличный вариант! А еще, там

Я дал первую попавшуюся ссылку для иллюстрации только схемы подключения, не более того.

По прежнему очень хотелоось-бы увидеть частотные характеристики высоковольтного трансформатора, АЧХ/ФЧХ/Импеданс/ - что имеется. Сравнить-то интересно...

Я Вам помочь не могу, так как смотрятся только точки резонанса.

Первой точки не должно быть. точнее, она должна быть меньше предыдущей. Или это какой то паразитный резонанс или проблемы с генератором.
Все остальное будет как у Вас, только частоты будут отличаться. Отношение частот резонансов как и у Вашего трансформатора близко к трем-четырем, только частоты у Вас очень низкие.
Успехов.

[AndreyVN]

Посмотрите на Ваш график. Тот, что х.х.
Не знаю, откуда взялась первая точка, остальное более или менее соответствует.

Пик на 550 ом (на частоте близкой к той, что я предполагал) является первым резонансом, определяемым индуктивностью намагничивания вторичной обмотки, ее емкостью в сумме с другими емкостями.

Минимум в десяток ом на частоте между 10 кГц и 20 кГц является резонансом индуктивности рассеяния и емкости вторичной обмотки в сумме с другими емкостями.

Первая точка вполне легальная. В области низких частот отрисовал одну точку (0,5кГц), но генератором (старенький Г3-112) крутил туда-сюда неоднократно - все воспроизводится. Есть еще резонанс на 480 кГц, но он не интересен, его и приводить не стал.

Ну вот, наконец-то все стало на свои места.
Если выбираем частоту на резонанс токов - имеем наилучшую нагрузочную способность, но расплачиваемся низким коэффициентом преобразования. Если выбираем рабочаю частоту на резонанс напряжений - получаем наибольший коэффициент преобразования с низкой нагрузочной способностью. Чтобы определить какой резонанс где - предварительно снимаем зависимость импеданса первичной обмотки трансформатора от частоты.

Еще раз спасибо всем, принявшим участие в обсуждении!

[gte]

но расплачиваемся низким коэффициентом преобразования.

Все же не низким, а близким к коэффициенту трансформации.

[SmartRed]

Первая точка вполне легальная. В области низких частот отрисовал одну точку (0,5кГц), но генератором (старенький Г3-112) крутил туда-сюда неоднократно - все воспроизводится. Есть еще резонанс на 480 кГц, но он не интересен, его и приводить не стал.

Ну вот, наконец-то все стало на свои места.
Если выбираем частоту на резонанс токов - имеем наилучшую нагрузочную способность, но расплачиваемся низким коэффициентом преобразования. Если выбираем рабочаю частоту на резонанс напряжений - получаем наибольший коэффициент преобразования с низкой нагрузочной способностью. Чтобы определить какой резонанс где - предварительно снимаем зависимость импеданса первичной обмотки трансформатора от частоты.

Еще раз спасибо всем, принявшим участие в обсуждении!

Работать выше параллельного резонанса привлекательно индуктивным характером нагрузки для инвертора, что можно обратить в ZVS.
Однако тут возникает серьезное ограничение по выходной мощности по сравнению с работой ниже резонанса.

[Integrator1983]

+100

резонанс напряжений - получаем наибольший коэффициент преобразования с низкой нагрузочной способностью

Бывает полезно для питания нагрузки с сильно переменным сопротивлением или склонной к пробоям (легко организовать крутопадающую характеристику с минимальной запасенной энергией).

[gte]

Работать выше параллельного резонанса привлекательно индуктивным характером нагрузки для инвертора,

Выше частоты параллельного резонанса (на его графике пик 550 Ом) нагрузка должна быть емкостная. Или я Вас не понял.

[SmartRed]

Выше частоты параллельного резонанса (на его графике пик 550 Ом) нагрузка должна быть емкостная. Или я Вас не понял.

Да, описался я.
Конечно последовательного!

[НЕХ]

Покорителям киловольт посвящается...

Прикрепленные файлы

 A_master_of_kV.pdf ( 98.16 килобайт ) Кол-во скачиваний: 63

 

[gte]

Покорителям киловольт посвящается...

Прежде всего, юнитродовские семинары стоит прочесть

[SmartRed]

Покорителям киловольт посвящается...

Статья вообще то не о "киловольтах", а о заказных IGBT с прямым водяным охлаждением.

Лет 10 назад тоже думал о прямом охлаждении подошвы IGBT водой, но разум победил - проблему решил не традиционной конструкцией водяного охладителя.

[НЕХ]

А Вы не пропустили мимо внимания резонансный шунт и "dual thyristor concept" ?

[SmartRed]

А Вы не пропустили мимо внимания резонансный шунт и "dual thyristor concept" ?

Печально что они не огласили реальных параметров своего HV трансформатора и внешних реактивностей.

"dual thyristor concept" - вообще странное название. Его происхождения я не понял.
Фишка лишь в том, что они перенесли контроль за включением при нулевом напряжении в сам драйвер.
А так, стандартная логика работы ключей с емкостными снабберами.

У них такая простая машинка получилась скорее всего потому что источник для томографии.
Там ограниченый выходной диапазон напряжений: 80-140. И по току, я думаю, он тоже зажат.

В источнике для общей рентгенографии очень тяжело получить мягкую коммутацию во всем диапазоне изменения нагрузки.

[НЕХ]

GOOGLE поможет...

[НЕХ]

dual thyristor, полагаю уместно перевести как двойник тиристора. Открывается ключ автоматически при снижении напряжения, закрывается по команде.

The ‘dual-thyristor’ (unidirectional in voltage, bidirectional in current, controlled turn-OFF and spontaneous turn-ON) is a good example of a useful three-segment switch

Сообщение отредактировал НЕХ - Nov 28 2011, 08:32

Прикрепленные файлы

 ZVS_ZCS_MOSFET_IGBT_HV.pdf ( 868.49 килобайт ) Кол-во скачиваний: 128