Доброго времени суток.
Возник такой интересный вопрос:

Имеется осцилятор, состоит из двух магнитосвязанных в некоторый период времени катушек намотанных на ЭЛ стали (2212) и конденсатора. Допустим в первоначальный момент конденсатор заряжен от источника напряжения до Uип-1250V, в какой-то момент времени t1, этот конденсатор посредством ключа S1, подключается к катушкам L1,L2 , конденсатор начинает разряжаться, ток в катушках растет, затем заряд конденсатора становится равен нулю, затем за счет ЭДС самоиндукции катушек конденсатор начинает заряжаться обратным знаком а ток в индуктивности падает. И вот конденсатор перезарядился обратным знаком до напряжения несколько ниже Uип, так как контур не идеальный и в нем присутсвует Rпот-сопротивление потерь, ключ S1 размыкается.


Задача: перед следующим циклом (включением S1), ввести в контур энергию компенсирующую потери в Rпот.

Ввести энергию в систему можно двумя путями. Либо подзаряжать до Uип каждый раз конденсатор, во время пауз между циклами осцилляции для чего понадобится двуполярный истоник питания, либо вводить эту энергию в одну из индуктивностей, накачивая ее, превратив таким образом ее в трансформатор обратноходового преобразователя, а вторую использовать в качестве дросселя, или не использовать и таким образом также подзаряжать C1. Второй вариант несколько сложнее схемотехнически, но экономим на трансформаторе преобразователя и на дросселе. Их роль могут выполнять L1 и L2. Для мощностей в киловатты и десятки квт это существенно.

Один из вариантов классической схемы ввода энергии в осциллятор посредством подзарядки конденсатора С1 предсталена ниже. На ней присутствует Tr1 трансформатор преобразователя, выпрямитель VD1 VD2, дроссель L3, и ключ S2 отключающий весь БП от оциллятора когда тот готов для нового цикла.


Однако хотелось бы как указывалось выше, уйти от дополнительного трансформатора и дросселя БП осциллятора а их функции совместить с L1 и/или L2 осциллятора.
ВОт каккую примерно схему совмещения я вижу:



Схема преобраователя VT1_VT2 по задумке должна работать как двухтактный обратноход. В качестве трансформатора используетсся катушка L1 осциллятора, на которую доматывается первичка.
Схема работает следующим образом:
подается открывающий импульс например на затвор VT1, накачивается сердечник L1, по достижении максимальной (или расчетной индукции)подается управляющее(включающее напряжение)на Т5 или Т6 в зависимости от нужной полярности, , управляющий импульс VT1 снимается, а возникшее ЭДС индукции на выводах L3 начинает через открытый тиристор заряжать С1. По достижении номинального напряжения, ток падает до нуля, тиристор запирается и осциллятор готов к следующему циклу. Можно подавать управляющие сигналы на Т1 или Т2 соответсвенно.

Схема не принципиальная, без цепей управления и защитных диодов, выложена на обозрение только для понимания алгоритма работы. В силовой электронике у меня небольшой опыт, поэтому буду рад любым советам старших более опытных коллег.

Можно выкинуть все тиристоры(если они не нужны для других целей) и работать прямоходом. Получится двухтактный преобразователь с последовательным контуром в нагрузке. За счет посл. резонанса напряжение в контуре раскачается пропорционально его добротности и коэф. трансформации транзисторной обмотки. Регулировать напряжение в контуре можно ШИМом. Если заполнение ШИМ меньше 0,5(то есть импульс транзистора короче четверти периода), энергия в контур не закачивается, а отбирается в питание. При 0,5 - баланс, больше 0,5 - закачка в контур. Полезно также иметь уменьшенный коэф. связи между полуобмотками закачки и контурной катушкой, напр 0,5-0,6
Можно вообще не использовать обмотку закачки, а расцепить контур и питать его конец от полумоста. Тогда, правда, будет гальваническая связь транзисторов с контуром.

Твой двухтактник в обратноходовом режиме не даст первичного напряжения больше, чем его питание - обратный диод противофазного транзистора откроется и сбросит излишек в питание. Против этого можно поставить диоды последовательно со стоком транзистора.

Тиристоры выбрасывать, - никак. и работать прямоходом ...., я мыслил так:
Система не с постоянной нагрузкой. предполагаемый Алгоритм работы следующий:
1 этап: Нужно зарядить С до некоторого заданного напряжения, допустим +1250В. Заряд резонансный , источником энергии для заряда С1 является L1. тоесть работать обратным ходом, тогда L1 и вторичка повышающего трансформатора и дроссель и катушка осциллятора, получаются 3 в одном флаконе.
2 этап. как только Uc=1250В, Убирается управление соответствующего тиристора Т5 или Т6 (зависит от полярности которой заряжается С). Тиристор запирается по окончании тока в индуктивности. Все, осциллятор готов к работе.
3 этап: Опять же в зависимости от полятности заряженного С1, включается или Т1 или Т2, и конденсатор С1 разряжается на L1 и L2, как только ток в катушках прекращается и С1 перезарядится обратным знаком, допустим до U=-1150В, мы должны опять подзарядить его до U=1250В, но уже обратным знаком.
4 этап: Включается в работу другой ключ с низковольтной стороны, и на выходе L1 появляются импульсы другой полярности, выпрямляется это другим тиристором (Т5 или Т6) и опять С1 готов к следующему циклу.
Примерно такая логика работы устройства.
А идея с прямоходом хорошая, но источник должен молчать когда работает осциллятор С1_L1_L2 и подзаряжать емкость в промежутках, это и сыкономит на токе ХХ, да и частота осциллятора меняется (С1 -переменный), поэтому по твоему сценарию нужно и частоту задающего генератора инвертора привязывать к частоте осциллятора, а это усложеяет, да и никакого сброса энергии в источник быть не должно.


Тут согласен полностью и бесповоротно, я писал что схема неполная и служит только для понимания принципа работы, однако диоды последовательно я бы не ставил, при токе 50-100 А, большие потери. Здесь можно применить ту же двухтактную схему но с двунаправленнымиами ключами из двух Мосфетах.


В общем примерно так, за советы спасибо.

Прикольно. На здоровье .
Еще пара замечаний. Tr1, Tr2 могут иметь по одной вторичной обмотке, концы в одной полярности. Связь L1 с обмоткой закачки должна быть хорошей - вся энергия, запасенная в индуктивности рассеивания, будет поглощаться соответственно VT1 и VT3(лавинный пробой), плюс добавка от аккумулятора, и возврат из основной индуктивности. Коэф. трансформации лучше выбрать такой, чтобы импульс самоиндукции в обмотке закачки был не более 50-70 В. Тогда транзисторы VT1 и VT3 будут сравнительно низковольтные(вольт 150-200) и не очень дорогие. VT2 и VT4 еще низковольтнее(самоиндукция минус питание)
При 100 амперах иметь на транзисторах VT2, VT4 меньше, чем 0,7 В(примерно столько выходит на 100-вольтовых шотках) - довольно дорого. Если набирать их из IRF540 - надо с десяток в каждое плечо. Импульсы открывания Т5, Т6 удобно формировать из спада импульса открывания соотв. транзисторов. Для синхронности. Минимум 10 мкс, макс., наверно, 50. Ну а закроются они, когда ток кончится. Если закрывать транзисторы надо быстро(быстрее 2 мкс), можно поставить бармалеевский драйвер(1 транзистор). Управляющий транс получится полегче. Какая длительность импкльса открывания транзистора? Если сотни мкс., транс может быть железным. И со слишком короткими импульсами тиристоры работают плохо - они медленные. Открывание - 2-10 мкс, закрывание - все 50.
ограничить напр. на конденсаторе можно, если сделать выпрямление с соотв. отводов обмотки закачки. Излишек энергии вернется в конденсатор питания. Проблем с возвратом не будет - на следующем такте эта энергия опять пойдет в L1.
Получается такая последовательность управления: Все запускается импульсом тактового генератора, по очереди в разных полярностях. Он запускает импульс открывания транзисторов VT1, VT2 - может обрезаться токоограничиловкой. По спаду формируется импульс открывания Т6. Потом через время, потребное для окончания тока L1(просто задержка, или по датчику тока, или напряжения на L1), открывается Т2. Осциллятор отрабатывает полупериод синуса, и после этого приходит тактовый импульс другой полярности, для запуска VT3,4, Т5 и Т1.
Успехов!

По поводу упрощения цепей управления, - вы это имели ввиду ?

По поводу индуктивности рассеяния согласен полностью, первичку нужно мотать первой на керн, или если делать по типу автотрансформатора, то использовать первые витки L1. Если рассчитать Ктр так чтобы выброс от самоиндукции рассеяния не превышал предельного напряжения полевиков, то их внутренние ограничивающие стабилтроны не будут включаться и вреда эти импульсы не нанесут.
По поводу 100А..., так или примерно так источник может трудится только в первый момент, пока идет заряд С1 от нуля до 1250В, во всех последующих циклах , нужно подзаряжать С1 с 1150 до 1250В, по энергии это всего около 4Дж за цикл, поскольку частота осциллятора 200Гц, то мощность источника с учетом КПД 0,9 понадобится примерно 900Ватт, для 24В это 37,5А, а если перейти на 48В, то токи становятся уже вполне приемлемые.
Далее, Боюсь что открывать тиристоры нужно не спадом управления Т1-Т4, а наоборот, иначе если ключи выключатся а тиристор еще не откроется, то ЭДС самоиндукции может натворить много бед и в первичной цепи, или прошить вторичную высоковольтную обмотку.
По поводу длительности импульса открывания транзистора, можно попытаться посчитать. Индуктивность L1=20mH(230 витков), допустим выбираем Kтр=33, тогда первичка будет иметь 7 витков, идуктивность этих семи витков будет примерно равна 18,5 мкГн тогда грубо время за которое ток в индуктивности достигнет 0,62мах будет T=L/R=0,0000185/0,011=0,00168 сек, или около 600 Гц. тоесть ключ должен быть открыт примерно 1/3 от постоянной времени L1_C1. Динамические потери транзисторов на таких частотах абсолютно малы.
Далее, особо возвращать энергию в источник не хочется, так как первичный источник-аккумуляторная батарея, а КПД цикла заряд-разряд вряд ли больше 70%.

Примерно так вижу стуацию. За советы спасибо.

P.S. C током в 37,5 А подразумевалось RMS значение, е если говорить о пиле, то амплитуду берем примерно в 2 раа больше, тоесть 75А. И что то расчет по индуктивности первички 18,7 микрогенри и t=1,68 мСек сумления меня берут, хотя формула вроде верная, насколько раз пересчитывал, ошибки в расчете нет.
Да и проверка по энергии накачки первички дает разницу в 25 раз... Надо будет перепроверить, где-то в расчетах есть косяк.

Тоже буду тыкать, надеюсь, не обидишься .
Резонансная частота контура 200 Гц.
Стало быть, ты закачиваешь за 1 импульс энергию 4 Дж, а индуктивность L1 - 20 мГн. Примем для простоты, что связь обмотки накачки с L1 идеальная(Ксв=1) Тогда можно считать, что при закрывании транзистора вся запасенная обмоткой накачки энергия перескакивает в L1(ток накачки пропадает, а в L1 появляется). Стало быть, в L1 будет 4 Дж. По LI^2/2 получается, что ток L1 - 20 А. Напряжение на ней в этот момент - 1150 В. Получается имп. мощность всего 20*1150=23 кВт(!). Так вот эта имп. мощность была и в накачивающем транзисторе в момент его закрывания . Точнее, в первичной обмотке. Скажем, Ктр=10. Тогда напряжение первичной обмотки U1=1150/10=115 В, ток - соотв. 20*10=200 А.
Индуктивность первичной обмотки 20/Ктр^2=20/100=0,2 мГн.
Время нарастания тока в ней(т. е. время открывания транзистора) t=0,2 (мГн)*200 (A)/24(В)=1,67 мс. Скорость спада тока L1 не зависит от Ктр. Примерно 1200/20=600 А/мс, или 0,6 А/мкс. Время спада 20А/0,6=33 мкс. Тиристор должен быть уже открытым. Чтобы он хорошо себя вел, можно последовательно ему поставить быстрый диод.
Для 200 А импульса нужен "баян" из 15-20 шт IRF640(сопротивление канала 0,2 Ом, предельное напряжение 200 В.) Если увеличить напряжение первичной обмотки до 120 В, транзисторов надо в 1,2 раза меньше(для того же тока в транзисторе). Потери мощности в транзисторах при этом упадут также в 1,2 раза.
Если нижние транзисторы будут IRF540, их надо раза в полтора меньше, но они будут на пределе. Зачем брать кучу мелких транзисторов вместо нескольких больших? Во-первых, это обычно дешевле. Во-вторых, у них меньше суммарное тепловое сопротивление. Холоднее будут. В-третьих, не так боятся термоциклирования. И потом, у них меньше суммарная индуктивность истока - быстрее переключаются. Поскольку время сброса энергии 33 мкс, это оказывается немаловажным. Закрывать их желательно за 0,5 мкс. Тогда потерь закрывания 0,5/33=1,5%. При 1 мкс -3%.
При уменьшении коэф. трансформации время закачки пропорционально увеличивается, напряжение - тоже. В принципе, по транзисторам Ктр 20-30 примерно оптимален, но ток при этом будет несусветным(400-600 А). Реализовать такую схему проблематично, это надо напараллелить хотя бы с десяток первичных обмоток, каждая - к своей секции ключа(т. е. не весь баян в кучу, а по секциям). У каждой секции свой блокирующий конденсатор. Имхо, не стоит. Проще было бы сделать первичный повышающий преобразователь(ППН) вольт до 100-200(нестабилизированный двухтактник, довольно простая вещь даже на 3 кВт, не то что на 0,9). Кстати, тут рядом была тема
http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=47928
Схема мне очень понравилась. В ней на пределе могут работать даже IRFZ44. Лучше, конечно, IRF540. 3-4 штуки в плечо - вполне достаточно. Или не извращаться, сделать полный мост на IRFZ44 - по 2-3 штуки в плечо. Для экономии на холостом ходу ему можно сделать глушилку, чтобы выключала, когда он не нужен.
Более примитивный вариант - "бустер", повышающий дроссельный преобразователь. Сердечник будет тяжелее, транзисторы - тоже. Зато может выключаться, как только достигнуто заданное напряжение, и наоборот.
И возвращать энергию обратно ППН в принципе не умеет .
С высоким напряжением схема закачки будет не в пример проще. IGBT IRG4PC50(3-4 бакса) и последовательный диод. Ктр 4-5, в зависимости от напряжения.
Что касается тиристора, таки да, лучше задерживать момент закрывания транзистора хотя бы на 50 мкс от запуска тиристора.
Для связи между катушками не очень важно, какая сверху, а какая снизу. Лучше, если будет 2 параллельных секции первичной оботки - одна сверху, другая снизу. Или наоборот, первичная обмотка между равными слоями L1. Такое решение часто применяется, я сам так делал. Дальнейшее улучшение получается при дальнейшем дроблении обмоток . Напр., еше по слою первички сверху и снизу, кроме того, что в середине. Трибун на сварочном форуме писал, что пятислойный транс у него греется не в пример меньше трехслойного.
Но мне нравится менее геморройное решение. Взять полумост или мост на транзисторах IRF640(200 В) или IRF740(400 В), раскачивать его меандром от ЗГ 200 ГЦ, регулируемого вручную, и питать сей девайс от означенного преобразовареля. На выходе моста выйдет меандр 50-100-200 В, какое будет напряжение преобразовареля. Последнему можно сделать отводы на трансе, для рег. напряжения. Ну а с бустером еще проще. И вот этим меандром 200 Гц питать означенный посл. контур с конца, без никаких тиристоров. Ручаюсь, все будет отлично работать. В контуре будет синус. ЗГ настраивается в резнонанс. Подстройку и рег. амплитуды несложно автоматизировать.

Стоп, стоп, стоп. Ошибочка в рассуждениях. Ток в L1 примерно 20А, но напряжение до которого нужно дозарядить С1 за такт, всего допустим с 1150 до 1250 В, тоесть импульс не более 20А*100В =2Квт.
Первичный источник питания желательно выбрать не выше 24В. Установка планируется быть автономной. Дальше Пока нет времени, разбираться, позже прочту и прокомментирую.

20А*100В.. - Не-а . L1 нижним концом соединена с массой, а на верхнем в импульсе 1150 В(в нач. момент, когда транзистор только закрылся). Сталбыть, напряжение на ней в это время как раз 1150В. И выдает она имп. мощу 20*1150=23000 Вт.

Как раз основной режим работы это дозаряд с 1150 до 1250В. А о том, чтобы не было такого страха в начальные моменты, можно подумать.

Но насчет 20*1150=23000 Вт возражений нет?
Средне импульсная мощность - энергия, которую закачиваешь за импульс, деленная на время закачки. Однозначно. Сколько ни думай, не обойдешь. Закачиваешь 10 Дж за 1 мс - выходит 10 кВт. Мгновенная мощность - скорость закачки энергии в данную конкретную микросекунду. Это тех самых 23 кВт. Потом моща спадает практически линейно(ток падает).