Всем привет,

есть желание собрать трансформатор с выходными 6-10кв rms, 0.1А и поместиться в примерно 20х20х20 см, входное питание - импульсное 100-500В какое надо, такое будет.

Покритикуйте, пожалуйста, мое желание собрать это все в виде тороидальной катушки Теслы, то есть типа тор, одна первичка в 2/3 длины, и одна или несколько вторичек в 1/4 длины тора (примерно). Хочется иметь как можно более высокочастотный вариант, и не менее 20кГц, а желательно так 200-500кГц (знаю, что не реально, но все же).

Есть ли поставщики таких ферритов, и, желательно европейцы, количество - пока 1-2 штуки, так как надо тест некоторый провести.

Знаю, что сейчас начнут бросать в меня тухлыми помидорами и в чем-то упрекать... но, вот на ETD59 нам не удалось стабильно иметь такое напряжение и даже 0.03А и, чтобы катушка работала в полевых условиях больше нескольких дней. А вот выходное напряжение в 2-3кВ у нас без проблем функционирует.

Спасибо

600 ватт... киловатт. Довольно удобная мощность. Выпрямитель надо? 20х20х20, запросто поместитесь.


Что за катушка Теслы? Это которая молнями стреляет? ИМХО вы не совсем понимаете что оно и зачем оно.


Не понял почему у вас не получилось. И еще, вы можете побить на несколько маленьких трансов по 3 киловольта к примеру, последовательно.

Похоже я очень не понятно сформулировал то, что мне надо, попытаюсь исправиться.



Я под катушкой Теслы имел ввиду трансформатор с одним слоем витков.

У нас основная сложность при переходе с 2.4кВ до 6-10кВ заключается в том, что начинает пробиваться изоляция. Аппарат используется в полевых условиях, транс залит парафином, не в масле или еще чем-то и, при плохих температурных условиях между витков происходит пробой, именно поэтому использовать несколько трансов последовательно - тоже не получается - пробивает на первичку и вышибает всю схему управления.

Напишу поподробнее что хочется в результате получить:

планируемый киловат мощности с 6-10кВ симметричными каскадами буду повышать до +40кВ:0 и -40кВ:0, это напряжение будет заряжать некоторый кондер на 5-20нФ, который должен будет примерно раз 10-20 в секунду разряжаться.

Нужна высокая частота работы транса для того, чтобы можно было очень точно дозировать энергию в систему провоцируя разряды в определенные промежутки времени, желательно с точностью порядка 10-100мкс.

Аналогичная система с трансом 2.4кВ и каскадами до +20кВ:0 и -20кВ:0 успешно работает на мощи около 100Вт, но при попытке все оставить как есть и поднять мощность в 10 раз и напряжение в 3 раза, начинаются пробои между витками, поэтому я и стал вопрошать про тор или что-то похожее.

Спасибо

Начните с этого. Вам понадобится правильная заливка, вакуумная камера, и желательно феррит особой формы. Но ИМХО ETD пойдет. Кольца - не технологично. И изоляцию по кривой плоложить сложно. Я бы бил на несколько трансов. Все же изоляция по постоянке проще чем по переменке. Тоесть транс - выпрямитель, и такие звенья последовательно.

я как раз и хотел один слой мотать чтобы с изоляцией не было проблем. Число витков в нашем ETD59 и торроидальном TX140 получится примерно одинаковым.



тут я согласен, буду искать фирму, которая лучше сделает заливку, нам пока без вакуума делали, наверное поэтому пробивало.

Что-то я не понял. Чтобы на трансформаторе с выходным напряжением 6-10 кВ пробивались витки...

Много раз делал, никаких проблем с пробоем не возникало. Единственный раз возникла проблема с трансформатором на 5 кВ при мощности в 300 Вт, был сильный перегрев феррита (старого советского), температура внутри обмотки заходила далеко за 100* и лавсановую межслоевую изоляцию просто проплавляло.

Какая у вас средняя мощность на трансформаторе? И что за импульсное питание?

Я не очень понимаю эту вашу идею. Чтобы с изоляцией не было проблем, я знаю всего два варианта:
- Чтобы пробой шел не по поверхности изолятора, а пробивал бы по толщине, тогда достаточно нескольких миллиметров хорошей изоляции (желательно многослойной), чтобы держать десятки киловольт
- Если же пробой идет по поверхности, то длина пробоя по поверхности должна быть о-очень большой. У меня однажды 10кВ напряжение за несколько лет "проело" проводящую дорожку сантиметров 10 по поверхности печатной платы (залитой силиконом!)

При этом как обязательное условие - надо обеспечивать отсутствие коронного разряда, чтобы не было ионизации. Это значит, все пайки должны быть круглые, в виде капелек и шариков, никаких острых углов и заусенцев.

Так что "дубовый" вариант состоит в том, чтобы использовать П-образный сердечник. На одном керне мотается первичка, на другом - вторичка, сам феррит заземляется. Вторичка мотается на фигурном точеном каркасе с высокими щечками, это дает требуемую длину пробоя по поверхности. Собранный транс под вакуумом заливается чем-то хорошо изолирующим. Вакуум нужен ненадолго, пока уйдут пузыри, при застывании надо вернуть атмосферное давление или даже дать повышенное, чтобы остатки пузырей "схлопнулись".

Другой неплохой вариант однажды использовал такой. Вторичка мотается без каркаса (или с каким-то липовым бумажным каркасом) и с большим запасом по размеру. Потм она макается в жидкий изолятор и высушивается, и так много раз, чтобы изолятор наращивался слой за слоем. Я макал в двухкомпонентный силикон и подсушивал феном. В результкае получается многослойный "чулок", который полностью обволакивает вторичку, так что пробой может идти только по толщине.

В любом случае связь между первичкой и вторичкой будет не особо хорошая, а потому индуктивность рассеяния будет большой. А за счет большого кол-ва витков во вторичке, емкость вторички тоже будет большой. В результате ваш транс будет представлять собой LC-фильтр низких частот с хрен знает каким демпфированием (зависит от нагрузки) и резонансной частотой какой повезет. У меня резонансные получались десятки килогерц, не выше.

Чтобы эффективно качать энергию через такой транс, преобразователь желательно делать квазирезонансным и вводить в него автоматическую следящую подстройку частоты, поскольку параметры транса при разогреве "плывут".

Между прочим, есть несколько подходов с изоляцией.
1. Откачать все. (до 10^-6 torr минимум). Но проблемы с теплоотводом и поддержанием вакуума.
2. Закачать к примеру элегаз (SF6).
3. Масло.
4. Компаунды.

Во-первых, огромное спасибо за советы, но, похоже я так и не рассказал всех деталей задачи, поэтому мы друг друга не понимаем.

Исходная задача, которую надо решить: дана постоянка 12В, 200А, надо получить постоянных +40кВ и -40кВ, так, что это напряжение то подается (желательно 2кВатта), то отключается. Средняя мощность должна быть 700-1000Ватт. Этой мощью заряжается конденсатор, повидимому тестировать будим несколько номиналов в диапазоне от 5 до 20нФ, который при достижении напряжения заряда коммутируется через антенну в разрядник или тиратрон. Частота импульсов разряда 10-100Гц. Хочется сделать хороший и мощный транс, который бы давал достаточно мощности в диапазоне 6-10кВ, чтобы потом это все каскадами поднимать до нужного напряжения.

В случае с тиратроном - там все понятно с моментом запуска, но пока там с тиратроном есть свои заморочки.

В случае с разрядником - получается прокол. Из-за законных соображений брать управляемый разрядник не представляется возможным, а вот неуправляемый требует самопального управления.

Нам необходимо, чтобы импульсы шли четко в определенный промежуток времени, желательно велзающий в 100мкс. Если импульс не получился, ну и хрен с ним, подождем 10 милисекунд и попробуем еще раз.

Теперь что есть. Есть отработанная и функционирующая система с питанием 12В, 5А, которая дает +20кВ и -20кВ. Мощность разряда 5 Дж, частота импульсов 3 раза в секунду. В этой системе используется самопально расчитанный и самопально собранный транс, который переводит +-12В в +-1500В. Первичка - 8 обмоток, вторичка, одна, управление мосфет драйверы, управление самих мосфетов через простенькую борду с 400МГц Атмелом. Время срабатывания регулируется так, нагоняется напряжение на конденсаторе до чуть меньшего, чем надо, короткими пачками по 10 синусов, а потом, в час Х вся система врубается на 100 импульсов, и после этого обычно разрядник срабатывает. Если не сработал, его дело, ждем следующего часа Х и все повторяем.

Работа транса происходит в резонансе, имеется автоподстройка резонанса: импульсы чередуются на частотах A*0.9, A, A*1.1 за каждый импульс вычисляется КПД (считаем, что всреднем, вся система заряжается одинаково), и, если максимум КПД уплыл вниз или вверх, подправляем частоту.

Вот теперь все это надо на большей мощи и большем напряжении реализовать. Пока заказ разовый, но нужна надежность, и чтоб все работало в плохих погодных условиях и, возможно, низких -30 температурах (управление не всчет, там подогрев есть).

Уточните пожалуйста, что вы называете "каскадами"?


А почему вы не используете отдельный поджигающий электрод? Стандартный способ с УФ подсветкой разрядного промежутка.

Каскады - умножители вот такого типа: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%..._multiplier.png

Поджиг нормально получается в тиратроне, но с ним у нас схема еще не до конца отработана. А вот управляемые разрядники довольно сложно использовать, нам тогда придется получать кучу разрешений, чуть ли не из МАГАТЭ... Хотя вроде в управляемых разрядниках не УФ запуск, а по искре (могу ошибаться). Если дадите ссылку на разрядник с УФ поджигом и чтоб оно в диапазоне 20-80кВ работало, буду премного благодарен!

Красиво! Это одновременно с подачей напряжения на поджигающий электрод, или можно просто осветить УФом и получившейся ионизации хватит для пробоя?
Интересно, а УФ ЛЕДами можно управлять или им мощи не хватит? Извините, если пишу бред, никогда с такой техникой не работал, а любопытство гложет.

Понятно, простой двухтактный умножитель.

А вы разве не знакомы с генератором Аркадъева-Маркса? Погуглите, (дополнительное слово - ГИН - генератор импульного напряжения) возможно это именно то, что вам нужно. Есть тут, тут, тут, ну и еще много где. Ну и тут, популярно.

Обычно, в простых генераторах, делается поджиг только первого промежутка - остальные поджигаются сами, за счет скачка (минимум в два раза) напряжения. Но если нужны крутые фронты (импульс 500 кВ с длительностью 10 нсек, фронты порядка 1-2 нсек) то делают так. Разрядники всех ступеней размещают в одной плексовой трубе (без масла). Вспышка первой ступени выделяет импульс ультрафиолета, который поджигает одновременно все разрядники. Я работал с этой конструкцией, а вот про подробностями УФ поджига - специально не интересовался. Знаю, что работает, можно поискать.

Вот пара слов про это из предпоследней ссылки.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

ETD не самый удобный для высокого напряжения. Посмотрите U ферриты (аналоги по форме ПК). Правда, купить много сложнее.
Заливать трансформатор надо не церезином, а компаундом. А для полевых условий тем более.
При заливке необходимо обязательное обезгаживание компаунда. Кроме того, если есть возможность и позволяет тех задание, не берите сердечник с запасом как на обычный блок питания. Иначе гарантировано большое количество итераций, соответственно, затрат.
Кроме того, нельзя проектировать трансформатор в отрыве от схемы до и после.
Ну и немного огорчу. 10 кВ на высоких частотах очень сильно отличается от Ваших теперешних 1500В.
При Вашем выходном напряжении настоятельно не рекомендую забираться выше 4-5 кВ даже при 20 кГц.
Учитывая, что надо 1 экземпляр, можно порекомендовать купить готовый источник, перекомпоновать или взять оттуда детали. Будет дешевле.

Разнесение (однослойных) первичной и вторичной обмоток по длине тора, значительно ухудшит индуктивную связь между ними. Особенно с учетом того, что потребуется дополнительная изоляция сердечника на полное напряжение. Межобмоточная емкость изменится в меньшей степени, т.к. ферриты обладают заметной проводимостью.


Катушкой Тесла называют повышающий трансформатор с однослойной вторичной обмоткой, без сердечника. Работает при равенстве резонансных частот первичной и вторичной обмоток. Более точное название - резонансный трансформатор.


Сетевой трансформатор с габаритами подобными ETD59 с Uвых=2,5кV и каскадами умножения +25kV; -25kV успешно работает до 1кВт. Выходные обмотки пропитаны жидким компаундом (без заливки всей конструкции), ВВ выводы с боковых поверхностей. Остальные выводы на каркасе. Нагрузка - выходные каскады линейного усилителя.

Скажите, пожалуйста, на какой частоте у вас так все классно работает?

Нам бы желательно частоту поднять, у нас пока около 60кГц получается (это тот, что 2.4кВт) а надо бы 100кГц и более для 6-10кВт. Мне кажется у меня в этом основной затык получается и, поэтому, я ищу:

1) правильный феррит,
2) правильную форму феррита,
3) способ заливки здесь все уже посоветовали, с этим уже ясно.

Спасибо!

В памяти застряла цифра 80 кГц, спросить у изготовителя как-то не решаюсь.

С учетом пожеланий по рабочей частоте просматриваются 2 конструктивных варианта:
1.Сердечник из U/I ферритовых сегментов. Ориентировочно, пара комплектов (93/76/16) от EPCOS. ВВ обмотка состоит из коаксиальных однослойных секций с шаговой намоткой. Каждая секция имеет отдельную заливку, между секциями воздушный зазор.

2. Набор мелких торов. На каждом, однослойная шаговая намотка с заливкой. Концы обмоток отдельных сердечников соединяются последовательно, образуя ВВ обмотку. Сердечники отделены друг от друга воздушным зазором и имеют общую первичную обмотку (витки проходят сквозь отверстия всех колец). Ориентировочно, 10-12 колец ZR42908TC от Magnetics.

Классно, спасибо, у нас сейчас в планах реализовать именно то, что Вы под пунктом 2 описали

Вариант 2 конструктивно сложнее, но повторяемость лучше и паразиты меньше.

IMHO применительно к данной задаче может оказаться полезным схемное решение под названием – Deltatron. Если конечно сумеете его реализовать . Используется там, где необходимо точно управлять высоким напряжением с высокой скоростью, в частности, в ускорительной технике. Общий принцип описан в литературе по HV, например: Kuffel et al. (2000): High Voltage Engineering – Fundamentals

ferroxcube u- cores http://www.ferroxcube.com/prod/assets/uicore.htm типа U93/76/30 или U93/76/16 две штуки (без I секции). Соединять как ТДКС - две полукатушки на двух стержнях. Первичка ближе к сердечнику, на нее- точеный секционный каркас со вторичкой.
Если по моще не тянет- несколько u- cores звездой (6 штук и больше) на общую катушку. Можно тоже самое из сердечников ТДКС, только надо одинаковые найти.