Измерение межвитковой емкости трансформатора.

[pryanic]

Доброго времени суток. Есть статья Хагермана о снабберах. Решил рассчитать снабберы по науке. Индуктивность с закороченной первичкой получилась порядка 3 мГн (транс большой для УМ габариткой 685 Вт с индукцией 1 Тл).
Попробовал измерить межвитковую емкость с помощью генератора.

Для это необходим генератор синусоидальных колебаний и осциллограф. Подключая обмотку последовательно с резистором к выходу генератора, контролируем напряжение на обмотке. Самая низкая частота, на которой осциллограф покажет максимум напряжения и будет собственной частотой обмотки. Используя формулу и зная индуктивность обмотки, легко вычислить эквивалентную емкость.

Частота получилась 2,8 кГц. Начал считать по формуле F = 1/2*Pi*(LC)^0.5. Но результат получился весьма странный - порядка 1 мкФ.

Собственно где собака зарыта?

[Vovk]

А чего странный? 1 мкФ, т.к. трансформатор 50 Гц, а не 50 кГц.

[Openreel]

Собственно где собака зарыта?

В методической ошибке измерений. Ls вторички не имеет магнитной связи с первичкой, и на ее свойства закороченность первички никак не влияет, и ее проявление должно быть явно выше нескольких кГц.

Напишем сценарий для сериала "приключения трансформеров"
На кастинг попадает первый герой - трансформер из преда Ода-102, приступаем к обмерам. Выход функциональника нагружен на 100 Ом, для уменьшения влияния импеданса нагрузки. Измерительный резистор - 680 Ом, последовательно с ним вторичка транса. Осциллографом снимаем амплитуду и фазу. В полосе 100Гц - 1МГц.

Из картинки очевидна рулезность графика фазы - во всех экстремумах амплитуды фаза проходит через 0. А переход через ноль измерить намного проще, нежели малое приращение амплитуды. Второй рулез, видно в каком диапазоне часотот импеданс обмотки транса является индуктвным, в какой емкостным.

Список характерных точек
1202 0.212 -13.453 0.3
1222 0.212 -13.478 -0.3

25202 0.011 -39.088 -0.8
25402 0.011 -39.072 2.2

236002 0.189 -14.482 0.3
238002 0.188 -14.504 -0.3

Резонас между индуктивностью первички и ее межвитковой емкостью на частоте 1210Гц.
Резонас между Ls вторички и ее межвитковой емкостью - 237 кГц.

Что происходит на 25 кГц, скорей всего резонанс между Ls вторички и приведенной межвитковолй емкости первички к вторичной обмотке...

Замкнем первичку и повторим замеры. Но уже с 10кГц.


236200 0.187 -14.544 0.2
238200 0.188 -14.523 -0.3

Частота резонанса Ls не изменилась.

Делаем выводы, что любые фильтры в цепи первички, демпфирование сетью и тд на звон вторички не влияют.

ТТХ трансформера в следующей серии

[ViktKors]

Решил рассчитать снабберы по науке.
...
Для это необходим генератор синусоидальных колебаний и осциллограф.

Т.е. осциллограф наличествует!
Так стоит-ли мучить себя сомнительного качества расчетами, когда эффект можно измерить непосредственно? :


Вводная:
В момент закрытии диодов выпрямительного моста, запасенному в индуктивности рассеяния трансформатора току некуда больше течь, цепь разомкнута. Но и просто так исчезнуть это ток не может, ему нужно куда-то деваться. Практически, запасенный ток тратится на заряд емкости запертого диода (ну и емкость вторички туда-же, впараллель ему). Получаем колебательный контур, энергия которого тратится на излучение электромагнитных помех и тепло.

Помехи - зло. От них нужно избавляться. Раз уж имеется колебательный контур, само собой напрашивается его шунтирование резистором. Сложность в том, что через этот резистор течет не только ток помех (высокочастотный), но и сетевые 50 Гц (что никому не нужно).
Опять таки, рассуждая логически, разумно поставить последовательно с резистором конденсатор, который бы имел большой импеданс на 50 Гц и малый на ВЧ. Например, что-то вроде 0.1 мкФ (~30 кОм на 50 Гц).

Конструкция вырисовалась - последовательная RC цепь параллельно вторичной обмотке:

Осталось прикинуть номиналы. Фактически, речь идет о выборе резистора R1.

Если на пальцах, можно рассмотреть три случая:
1. R1 очень большой. Фактически это означает, что через снаббер ток не идет, его как бы вообще и нет. Имеем ВЧ резонанс индуктивность рассеяния трансформатора - емкость диода.
Геометрически резонансный ток протекает по контуру трансформатор - провода - выпрямительный мост. Это довольно большой антенный контур, частота высокая - все условия для излучения помех в пространство. Подобного хотелось бы избежать.

2. R1 = 0. После закрытия диодов индуктивный ток заряжает не только емкость диодов, но и конденсатор "снаббера". Причем, если исходить из условия "емкость конденсатора снаббера гораздо больше суммарной емкости диодов и вторички", резонансный ток ходит в основном по контуру трансформатор-снаббер.
Итак, емкость больше, значит частота колебаний меньше. Если смонтировать снаббер поближе к трансу, получаем меньший антенный контур, в сочетании с более низкой частотой колебаний - в таких условиях излучается меньше помех чем без снаббера.

3. R1 - "некий оптимум". Основная мысль - все должно быть похоже на случай "2", но добротность контура должна быть относительно невысокой, чтоб запасенная в колебательном контуре энергия быстро переходила в тепло на резисторе.
Если действовать по принципу "кашу маслом не испортишь" и сделать добротность не "невысокой", а малой, снова получим очень неприятный случай "1".

Практический аспект.
а) Берем какую-нибудь катушку (ваиант - "рамку" несколько-много витков провода на диаметра в несколько сантиметров), подключаем ее к осциллографу и подносим к трансу с выпрямителем-емкостью под нагрузкой.

б) Резистор в снаббер не запаиваем. Крутим рамку возле транса, находим такое положение, в котором на рамку дважды за период отчетливо наводится "звон". Примерно запоминаем как выглядит картинка.

в) Вместо резистора в снаббер запаиваем перемычку (или совсем малоомный резистор, скажем до 10-Ом). Смотрим как изменился "звон". Частота колебаний должна стать меньше (хотя-бы раза в три, если нет - увеличить емкость в снаббере).

г) Исходя из емкости снаббера (можно и с диодами-вторичками, эта компонента оценивается по изменению частоты звона в "б" и "в", но можно и забить) и из частоты колебаний можно прикинуть фактическую индуктивность рассеяния трансформатора, и рассчитать резистор так, чтоб результирующая добротность была чуть меньше единицы, скажем 0.7-0.9.
г*) Если считать лень, можно просто увеличивать резистора в снаббере до тех пор, пока "звон" не будет иметь вида всплеска с одним-двумя переколебаниями.

Картинка внизу показывает, как это может выглядеть в конкретном случае для разных значений резистора снаббера R1.

Красное - "колебательная" составляющая тока через трансформатор (совместно работают и снаббер и емкость диода/вторички). На таком графике плохо заметны ВЧ "иголки"/"звон" которые происходят в контуре не включающем в себя снаббер,
потому они показаны отдельно - синее - "звон" только через емкость диода/вторички:
Понятно, что хотя амплитуда тока через диод и меньше, но частота выше, потому даже небольшая амплитуда таких колебаний - это плохо.
Потому "красивый" апериодический процесс при R1 = 300 Ом (центральная пара), хотя и может показаться предпочтительным, на самом деле дает "иголку" на диоде, и оптимальным быть не может. В этом смысле, стоит выбрать резистор поменьше, скажем на 100 Ом.


----------------
Это довольно типичный случай, но бывает по-разному. Иногда не получается рассмотреть ВЧ колебания (без резистора в снаббере), иногда и колебания с закороченным резистором не видны (хорошие маломощные трансы). Но так или иначе, в данном ключе со снабберами вполне можно повозиться.

П.С. Поскольку от дома оторван, фоток пока не будет. В принципе, там все более-менее понятно, только стоит учитывать, что от ориентации рамки в пространстве осциллограммы зависят довольно сильно, впрочем обычно это не сильно мешает.

Ну и в любительской практике всякое лыко в строку . Можно попробовать и без осциллографа, попытаться посмотреть обычной звуковухой. У снаббера с закороченным резистором частота "звона" обычно не очень высока, шансы есть.

[pryanic]

ViktKors, спасибо.
Уже думал в реальной схеме посмотреть частоту звона. Индуктивность рассеяния измерить несложно RLC метром. И далее считаем номиналы по формуле.

Определить индуктивностьрассеивания можно так: закоротивпервичку трансформатора, меряютиндуктивность вторички (разумеется,что трансформатор не включен в схему).Это также хороший способ определениякоэффициента трансформации трансформатора

P.S. Смотрел в ушнике что творится со снабберами и без них. Там правда ничего не рассчитывал, а поставил "стандартрую" цепочку 100 Ом + 100 нФ.



Звон конечно подавлен не полностью, но довольно неплохо.

[Openreel]

Продолжение, ттх транса.
Индуктивность первички 11.9Н @ 100 Hz, Ls 98mH @ 100Hz, 48mH @ 10kHz
Индуктивность вторички 0.46H @ 100 Hz, Ls 1.2mH @ 100Hz, 0.85mH @ 10kHz
Емкость между всеми выводами первички и вторички (межобмоточная) 615пФ на 10 кГц
Сопротивление первички 224 Ом, вторички 9.5 Ом.

[hydr]

Резонас между Ls вторички и ее межвитковой емкостью - 237 кГц.

Что происходит на 25 кГц, скорей всего резонанс между Ls вторички и приведенной межвитковолй емкости первички к вторичной обмотке...

Разделение индуктивности рассеяния на Ls первички и вторички исключительно условно и физически не обоснованно. В отличии от динамических емкостей. За 25кГц ответсвенна собственная емкость первички ( без деления на межвитковую, межслоевую и т.д.).
Типичная для тр. картина, имеем два контура, последовательный и параллельный образованных индуктивностью рассеяния, собственной емкостью первички и проходной емкостью.
Разумеется упоминать о первом резонансе не обязательно он к делу отношения не имеет.

С уважением hydr.


ps

Правильный расчет по необходимым значениям Ls и Сд.с, Сд.пр., при заданных Rн и Rи даст апериодический процесс.

[Openreel]

Т.е. осциллограф наличествует!
Так стоит-ли мучить себя сомнительного качества расчетами, когда эффект можно измерить непосредственно? :

Пожалуй да, не стоит, сразу брать и мерить питальник в сборе.

Продолжение с предом Ода-102. Хотел посмотреть как эти помехи выглядят, и впервые за долгие годы ко мне попадает девайс с отечественными тормозными диодами.
КД105 вроде, черные пластиковые с леточными выводами, стояли с завода.

Схема простейшая, отвод от центра вторички на землю, края вторички на мост, никаких снаберов, шунтов и прочих фильтров.

На желтый канал подаем сигнал через дифференцирующую цепочку 10нФ 2к7 с края вторички. На зеленый канал через AC связь подаем сигнал с выхода выпрямительного моста. Синхронизируемся с зеленого канала, на момент достижения максимума.


Выброс впечатляет, желтый проб 1:1, цифры соответствуют реальности.

Заменяю мост на диоды MUR160


Выброс заметно меньше, но самое интересное - частота звона другая и в обоих случаях не совпадает измеренной резонансной из второго поста.
Но если смотреть спектр, то 248 кГц небольшая палка там тоже есть в обоих случаях.

Дальше шел эксперимент по влиянию величины резистора в снабере вторички. Если кому интересно, выложу.
Еще в новом доме (муравейник) сеть хоть и с землей, но грязная до ужоса, прет оттуда столько, диоды отдыхают. Самые генераторы помех даже не CFL, а электронные трансы для галогенок.

---------- Сообщение добавлено 02.16 ---------- Предыдущее сообщение было 01.56 ----------

Разумеется упоминать о первом резонансе не обязательно он к делу отношения не имеет.

Не уверен. В первом приближении не имеет. Но для Ш и ШЛ трансов этот резонанс сильно выше 1кГц, часто даже выше 10кГц.
а у торов как правило ниже 3 кГц. Рекордсмен - мелкий тор из английского пром питальника 1979г. На морде у него диапазон работы 47-400 Гц, а резонанс при последовательном соединении первичек 250Гц.

[l3VGV]

Дальше шел эксперимент по влиянию величины резистора в снабере вторички. Если кому интересно, выложу.

Крайне интересно.

[Openreel]

Емкость снабера 1мкФ

Надо искать оптимум для каждого конкретного транса.
Сначала определить емкость - с ней загнать резонанс значительно ниже. 0.1мкФ как правило маловат.
Дальше брать резистор, при уменьшении ниже оптимума явно вылезает нч резонас.
На частоту колебаний со скриншотов сильно обращать внимание не надо. Походу у скопа есть глюк, свежеизмеренное и считаное из сохраненного файла отличается по частоте в 2 раза.

Обмерено было кучка трансов, выкладывать не буду. Поскольку под каждый транс надо свой снабер, и оно сильно вариативно. Для самых мелких Ш сердечников, резистора 1кОм было выше крыши.

Измерения не сложные, каждый может дома попробовать хоть древним аналоговым скопом.

[l3VGV]

Надо искать оптимум для каждого конкретного транса.
Сначала определить емкость - с ней загнать резонанс значительно ниже. 0.1мкФ как правило маловат.
Дальше брать резистор, при уменьшении ниже оптимума явно вылезает нч резонас.

ОПоскольку под каждый транс надо свой снабер, и оно сильно вариативно.

Спасибо, у меня рассчитать и померить ничего не получалось, брал 1-2мкФ(к73-17) и подбирал резистор на живую(обычно оказывалось достаточно в районе 100Ом).

А какой конденсатор у вас: пленка, керамика(какой тип)?

[Openreel]

В снабер ставил приличную импортную пленку, а также юзаные X2. В дифференцирующую цепочку ставил и приличную виму(10н) и "просто пленку"(1-5н) вытащенную из первой попавшейся платы. На ачхометре проблем до 1МГц нет, значит для этой цели достаточно. Цепочку лучше считать на резистор порядка 5-10 кОм, тогда точно не будет влиять.
Есть некоторые нюансы, связанные с синхронизацией скопа. В простейшем случае стоит взять интегрирующую цепочку(почистить 50Гц от вч помех), поставить ее к выходу транса и синхронизировать скоп с этой цепочки. Более правильный вариант- детектор пересечения нуля(zero cross detector), синхронизируем с него скоп, а дальше задержка на развертку, такое есть у серьезных скопов. Себе почти слепил на микроконтроллере рулимую задержку, но никто не запрещает делать ее в аналоге, кому как удобней.