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

[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.

[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!

[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.

[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.