От каких частот и напряжений возникает ионизация воздуха Опции

[iiv]

Всем привет,

хочу удовлетворить свое любопытство, так как обнаружил интересный факт. Есть две схемы:

1. полный мост с 120-300кГц частотой, напряжением в 300В и средним током в 4А, то есть порядка 1кВатт мощности,
2. схема моноимпульсного генератора, каждый импульс - около 900В, 100А, длительностью в 10-20нс, с частотой следования импульсов под 10кГц, то есть средняя мощность порядка 30Ватт.

Обе схемы успешно живут и работают в трансформаторном масле.

При попытке запустить эти схемы на воздухе очень часто слышны пробои, но если уменьшать мощность в обоих схемах пробои не слышны.

Что это - косяки в схемах, или при таких фронтах действительно при таких низких напряжениях возникает ионизация воздуха, и где-то пробивает? Можно ли как-то это побороть без трансформаторного масла?

Кто в теме, пожалуйста, помогите мне удовлетворить мое любопытство.

Спасибо!

ИИВ

[Integrator1983]

а через зеленку на радиатор шить может?

У меня есть дорожки под радиатором, эти дорожки под зеленкой, радиатор специально не плотно вогнан, и креплениями к плате припаян. Но реально конечно зазор где-то между радиатором и зеленкой над дорожкой может быть почти нулевой...

Вот в это поверить можно. Проложите номакон хотя бы. Или, что лучше, слюду. И включите. Но вообще конструкция у Вас какая-то неординарная. Если можно, киньте картинку.

[iiv]

Вот в это поверить можно. Проложите номакон хотя бы. Или, что лучше, слюду. И включите. Но вообще конструкция у Вас какая-то неординарная. Если можно, киньте картинку.

Да, похоже Вы правы, попробую под радиатор что-нибудь подложить. Картинки приложил, две первые - это сама плата 300В, еще не использованная, но уже спаянная, правда без термодатчиков и терминалов на ВВ коннекторы. Третья картинка - короб, куда она помещается. Там под белой прокладкой ВВ трансформатор в виде тора. Все заливается в масло. Получается такой компактненький, 1кВаттный 6кг БП на 45кВ. На плате есть технологические контакты, так что при припаивании интерфейсов она может по USB на лету перепрограммироваться и менять режимы работы. Понятно технологически очень хочется иметь эту плату на воздухе, чтобы проще в ней что-то менять-тестировать, на днях попробую с диэлектриком под радиаторы, как соберу - отпишусь.

C другой платой, которая с 900В, все спаянные сейчас стоят в стойке в масле и сфотографировать очень не тривиально. Чтобы хоть как-то показать что она из себя представляет, прилагаю 4-ое фото с платой от предыдущего дизайта (сейчас в новом варианте там сдвоенный блок) и приложенные (но не припаянные) ключевые компоненты и радиатор. Вот тут незадачка - радиатор-то у меня нигде к зеленке не прилегает, но жужжит очень аналогично...

Про зеленку как барьер забудьте!
Пляшите от 1.6 мм по воздуху и 3 мм по поверхности для функциональной изоляции и
2.5 мм по воздуху и 4 мм по поверхности от силы на землю.
Если не получается, ставьте барьеры и/или фрезеруете СТЭФ.

Спасибо большое за ответ!

Скажите, пожалуйста, Ваши цифры - это для 300В или 900В?

Еще скажите, пожалуйста, если я какую-то плату все-таки в масле оставляю, разумно ли в критических точках разрезать текстолит так, чтобы там было масло если я не могу выдержать, например, 4мм расстояния по поверхности?

Спасибо

ИИВ

[jartsev]

Спасибо
ИИВ

Если проблема в плате, то место я выявлял так:
брал пустую ПП, подавал в нужные места землю/ВВ напряжение. Брал трубочку и дул через неё на те места платы, которые по моему мнению являются слабым звеном. Если частота щелканий увеличивалось - то оно самое.

По зеленке на 1 мм - 1 кВ - легко. Хотя это верно для нашего Электроконнекта.

Такой корпус у IXYS косячный, там между стоком и истоком зазор по моему даже меньше миллиметра. Не гнушался кусачками заузить столь широкие ноги для увеличения места "между ног" Ну и пад соотвествующий рисовал.

Не подскажите какой маркой масла пользуетесь? Для того чтобы вытащить из масла, и чего нибудь припаять/выпаять по опыту много мороки?

[iiv]

Уважаемые Integrator1983, jartsev, gte, SmartRed

очень Вам благодарен за Ваши классные советы и идеи!

Если проблема в плате, то место я выявлял так:
брал пустую ПП, подавал в нужные места землю/ВВ напряжение. Брал трубочку и дул через неё на те места платы, которые по моему мнению являются слабым звеном. Если частота щелканий увеличивалось - то оно самое.

Классно, спасибо за идею!!! Мне как раз 900В плату хочется в воздухе сделать, а пока из-за пробоев не получилось...

Кстати, не подскажете, покраска очень густо лаком всей платы после спайки помогает или наоборот ухудшает ситуацию?

По зеленке на 1 мм - 1 кВ - легко. Хотя это верно для нашего Электроконнекта.

я у Кевина все платы делаю www.sitopway.com не знаю на сколько лучше-хуже, но по быстроте - сейчас примерно 2 недели от заказа и проплаты до получения.

Такой корпус у IXYS косячный, там между стоком и истоком зазор по моему даже меньше миллиметра. Не гнушался кусачками заузить столь широкие ноги для увеличения места "между ног" Ну и пад соотвествующий рисовал.

Я делал по-другому, отодвигая среднюю поодаль от крайних, когда TO-220 корпуса использовал. Но добрые люди помогли достать 247, а там - пока забил. В свете обсуждаемого в этой теме, похоже надо будет делать... Спасибо за дельное совет-напоминание!

Не подскажите какой маркой масла пользуетесь?

Meguin (какие-то немцы делают, вроде дочка LiquiMoly)

Для того чтобы вытащить из масла, и чего нибудь припаять/выпаять по опыту много мороки?

да - ужасно много, масло очень чуствительно к прокладкам, которые изнашиваются за 3-4 замены и начинают течь...

Сейчас все переразвел, плюнул на габариты и сделал все модульно, теперь вес остался почти тот же, но объем из 6 литров поднялся до 15 и вместо одного модуля и 2-х вспомогательных блоков питания, теперь стало 11 модулей, 4 из которых в масле, остальные - на воздухе. Я как раз тестирую режимы, и у меня регулярно что-то из-за запредельных характеристик вылетает - хочу увеличить и КПД, и мощность. В среднем, поменять одну плату на другую (уже припаянную) у меня уходило 2-3 часа. Сейчас у меня будет блок мосфетов, блок умножителей, трансформатор, и блок оценки выходного напряжения в масле отдельными блоками-коробками. То есть если их сделать по несколько штук, то замена пойдет очень быстро.

[jartsev]

Meguin (какие-то немцы делают, вроде дочка LiquiMoly)
да - ужасно много, масло очень чуствительно к прокладкам, которые изнашиваются за 3-4 замены и начинают течь...

Еще вопрос: Вы это масло вакуумируете? Или откуда в конструкции прокладки?

[iiv]

Еще вопрос: Вы это масло вакуумируете?

неее, у него 20кВ на мм без вакуумирования, а реально хорошие киловольты только на умножителе, да и то по его разные концы - там всего-то потенциально 50-55кВ может набежать, а на 45кВ ограничение стоит. Если бы на большие напряжения, то да, надо было бы вакуумировать.

Или откуда в конструкции прокладки?

EDIT: Основное применение аппарата - переносное, он может подвергаться небольшим перегрузкам и постоянным тряскам, поэтому большие требования к прокладкам.

Прокладки для герметичности контактов, крышки, и заливного горлышка, через стенки ящика идет 6 силовых входа, 2 силовых выхода и 5 управляющих контакта. Вот все это барахло регулярно начинает течь, если по десять раз открывать-закрывать. Надеюсь, новая версия будет без этих недостатков и будет содержать вечные намертво замурованные модули.

Кстати, масло очень классно отводит тепло от радиаторов, все-таки при моих 300кГц несущей частоты на мосфетах ватт так по 80 на каждом рассеивается. Обычный радиатор без масла довольно быстро вогнал бы этот мосфет в ступор, а масло очень разумно держит общую температуру около 70С, и все продолжает успешно работать.

[Herz]

Кстати, масло очень классно отводит тепло от радиаторов, все-таки при моих 300кГц несущей частоты на мосфетах ватт так по 80 на каждом рассеивается. Обычный радиатор без масла довольно быстро вогнал бы этот мосфет в ступор, а масло очень разумно держит общую температуру около 70С, и все продолжает успешно работать.

Звучит просто невероятно. Это что ж за масло такое?

[iiv]

Звучит просто невероятно. Это что ж за масло такое?

а можно задать встречный вопрос - что здесь такого невероятного? Поверхность контакта + конвекция делают свое дело, масло, это конечно не вода, но далеко и не воздух. Вот и получается, что система функционирует как если бы она была оснащена жидкостным охлаждением.

[gte]

а можно задать встречный вопрос - что здесь такого невероятного? Поверхность контакта + конвекция делают свое дело, масло, это конечно не вода, но далеко и не воздух. Вот и получается, что система функционирует как если бы она была оснащена жидкостным охлаждением.

А куда Ваше масло отводит тепло?
Если я правильно понял, то конструкция в боксе небольших размеров из пластика , для которого коэффициент рассеяния порядка 3-4 Вт на метр на градус.
Разве что можно на теплоемкости недолго протянуть.

неее, у него 20кВ на мм без вакуумирования,

Я с маслами, практически, не работал, но сильно хотел бы посмотреть на такое масло.
Ссылка есть на характеристики?

[iiv]

А куда Ваше масло отводит тепло?
Если я правильно понял, то конструкция в боксе небольших размеров из пластика , для которого коэффициент рассеяния порядка 3-4 Вт на метр на градус.
Разве что можно на теплоемкости недолго протянуть.

этот бокс регулярно используется при около 0-овой температуре часами с потреблением на входе около 900Ватт, и выходом около 600Ватт. То есть где-то 300Ватт рассеиваются, причем постоянно. Площадь стенок около 11 20 кв дм, 30 15 ватт через дм - при разнице температур в 50-60 градусов - очень просто даже без поддува.

Большие мощности - да, пока только на теплоемкости, но тесты только начались

Я с маслами, практически, не работал, но сильно хотел бы посмотреть на такое масло.
Ссылка есть на характеристики?

ссылки не нашел, но при покупке производитель передал такие характеристики

Viskositдt bei 40°C DIN 51562 mmІ/s 9,0
Viskositдt bei -30°C DIN 51562 mmІ/s 1100
Dichte bei 15 °C DIN 51757 kg/mі 890
Durchschlagsspannung IEC 60296 / DIN 57370 kV 40 - 60

а устно добавил, что при 60С вязкозть ниже воды. Действительно, сам ставил натурные эксперименты в большем боксе со слегка подкрашенным маслом, посмотреть на конвекцию вокруг мосфетов (лениво было честно симулировать, под рукой есть только симулятор для сверхзвука) конвекция очень не децкая, перенос виден очень хорошо. При работе нагрев бокса очень равномерный.

Где именно у меня 300-500 Ватт рассеивается - я конечно точно не могу сказать, но были аналогичные натурные эксперименты, в которых я смотрел как нагревается ванна с умножителем и ванна с трансформатором - они почти не грелись... Вывод - в основном у меня потери на мосфетах, причем если считать длительную эксплуатацию (часами система работает), то на мосветах должно около 200 Ватт должно рассеиваться, или около 50Ватт на каждом, при кратковременной - думаю те самые 80 Ватт и получаются.

Да нет, не всё так просто. В том-то и дело, что масло - не воздух. И даже не вода. Масло обладает приличной вязкостью, естественная конвекция затруднена, особенно, если конструкция не оптимизирована с точки зрения механизмов Рэлея—Бенара.

Спасибо за разумное замечание! Посимуллировать конвекцию - вобщем можно можно найти чем, а про вязкозть - она сильно от температуры зависит - при отрицательных температурах вязкозть масла в сотни раз выше воды, а при 60С практически равна вязкозти воды. Думаю, что и без принудительной циркуляции можно пережить, если недалеко от самих мосфетов поставить хороший отвод тепла - из-за большоко изменения коэффициента вязкозти должна наблюдаться очень сильная турбулентная конвекция, ну и перенос тепла будет обеспечен.

Вот я и интересуюсь, каковы значения коэффициентов теплопередачи и тепловой диффузии для Вашего масла, что наблюдается такой великолепный результат?

эти коэффициенты вытащить не удалось...

Не преувеличили ли Вы попросту рассеиваемую на мосфетах мощность раз этак в десять?

Я так долго боролся с потерями на мосфетах в этой схеме, что при любом теплорассеянии автоматически начинаю грешить именно на мосфеты, вот и преувеличил при внимательном рассмотрении - да, раза в полтора-два завысил, соглашусь с Вами.

[gte]

этот бокс регулярно используется при около 0-овой температуре часами с потреблением на входе около 900Ватт, и выходом около 600Ватт. То есть где-то 300Ватт рассеиваются, причем постоянно. Площадь стенок около 11 20 кв дм, 30 15 ватт через дм - при разнице температур в 50-60 градусов - очень просто даже без поддува.

Но это не 6 литров, а несколько больше. А как работать при +35 или Вам не требуется?

ссылки не нашел, но при покупке производитель передал такие характеристики
Durchschlagsspannung IEC 60296 / DIN 57370 kV 40 - 60

А почему вы решили, что без удаления влаги?

Я так долго боролся с потерями на мосфетах в этой схеме, что при любом теплорассеянии автоматически начинаю грешить именно на мосфеты, вот и преувеличил при внимательном рассмотрении - да, раза в полтора-два завысил, соглашусь с Вами.

А Вы посчитайте потери в Вашем масле при ваших температурах, частоте и паразитных емкостях.
Может поэтому и мосфеты не дохнут, так как заметная (большая) часть мощности идет на потери в диэлектрике и потери на паразитные токи от 300 кГц.

[iiv]

Но это не 6 литров, а несколько больше. А как работать при +35 или Вам не требуется?

140*130*330mm - это 5.5 литров, минус внутренности с пол-литра вообще 5 литров получается.

Про +35 это Вы на больную мозоль наступили

А почему вы решили, что без удаления влаги?

да, согласен, но, опять же, пик напряжения у меня 50кВ. Может будет в будующем 100кВ, но очень сомневаюсь. Пока оптимум находится на рабочем напряжении в 30кВ, то есть надо примерно 40-50кВ накачивающего с запасом, что типа 30кВ оно даст с очень хорошим КПД и очень не по-детцки.

А Вы посчитайте потери в Вашем масле при ваших температурах, частоте и паразитных емкостях.
Может поэтому и мосфеты не дохнут, так как заметная (большая) часть мощности идет на потери в диэлектрике и потери на паразитные токи от 300 кГц.

Да, может и так... Но 60% КПД я то устойчиво получаю при выходе в 500Ватт, и около 50% КПД при выходной в 1кВатт! Осталось совсем малость - удвоить мощь и улучшить КПД до 80% вот тогда - Америка нас услышит

Все,... тихо,... всех с Днем Победы!

[gte]

140*130*330mm - это 5.5 литров, минус внутренности с пол-литра вообще 5 литров получается.

И 12,2 дециметра по площади, а не 20.

Да, может и так... Но 60% КПД я то устойчиво получаю при выходе в 500Ватт, и около 50% КПД при выходной в 1кВатт! Осталось совсем малость - удвоить мощь и улучшить КПД до 80% вот тогда - Америка нас услышит

Это плохой к.п.д. И одной из причин является использование 300 кГц.

Увеличение частоты может приводить к снижению габаритов трансформатора (что при 15 литрах объема не сильно большая проблема) и возможности уменьшить емкость конденсаторов.

С другой стороны это требования к ферриту, реактивная нагрузка по переменному высокому напряжению и повышение диэлектрических потерь.
Кроме того, обратите внимание, что заряд УН происходит за малую часть времени от периода и это время соизмеримо с временем обратного восстановления высоковольтных столбов которое, кстати, указывается при 25% от пикового реверсного тока.

Это обычное трансформаторное масло средней паршивости - 20кв/мм это всего 50кв на стандартном испытательном промежутке 2.5мм.
Мы испытывали Trafol 1500P от RAVENOL, там в среднем так и получалось.
Наше ГК Ангарское держит в среднем 60кВ.
Это цифры для масла прямо из бочки.
Если его профильтровать и посушить под вакуумом, можно получить более веселые цифры.

Из бочки в испытательной чашке. Когда заливается в реальный рабочий объем, то содержание влаги может резко повышаться и пробивное падает.
Знаю пример, когда из вв источника (Мосрентген, 160 кВ/2,5мА, реально используемое до 90 кВ) слили масло.
Он так простоял некоторое время, после чего попытки залить свежее масло без просушки источника оканчивались неудачей. Выше 50-60 кВ напряжение на источнике поднять не удавалось. Так он у них и стоит.

[iiv]

И 12,2 дециметра по площади, а не 20.

(1.3*3.3+1.3*1.4)*2=12.2, а вот еще 1.4*3.3*2 Вы не учли, а надо было бы, тогда мои 22 дм и получаются, а обдувается у меня почти со всех сторон.

Это плохой к.п.д. И одной из причин является использование 300 кГц.

да, я знаю, и с Вами согласен, но, в моем случае, габариты транса на выбор частоты почти не влияют - мой транс позволяет работать на 15кГц.

Основная проблема - номиналы конденсаторов умножителя - я пока использую 6кВ 10нФ, но они часто пробиваются, сейчас перехожу на 15кВ, 2.5нФ. Чтобы получать на выходе средний 1кВатт и в короткие моменты времени до 4-5кВатт, при 15кГц мне примерно 200нФ конденсаторы надо иметь. Вы представляете сколько места будет занимать такой умножитель, не говоря уж о стоимости компонент?

[gte]

(1.3*3.3+1.3*1.4)*2=12.2, а вот еще 1.4*3.3*2 Вы не учли, а надо было бы, тогда мои 22 дм и получаются, а обдувается у меня почти со всех сторон.

Понятно, извиняюсь.

Основная проблема - номиналы конденсаторов умножителя - я пока использую 6кВ 10нФ, но они часто пробиваются, сейчас перехожу на 15кВ, 2.5нФ. Чтобы получать на выходе средний 1кВатт и в короткие моменты времени до 4-5кВатт, при 15кГц мне примерно 200нФ конденсаторы надо иметь. Вы представляете сколько места будет занимать такой умножитель, не говоря уж о стоимости компонент?

Ну зачем такие крайности.
Попытайтесь найти оптимум по частоте.
Умножитель у Вас, двухфазный?
Учитываете уменьшение емкости конденсаторов в зависимости от рабочего напряжения на них?
По поводу стоимости компонентов.
Насколько я понял, тиражность у Вас небольшая и затраты на Вашу зарплату, наверняка, давно перекрыли многократно стоимость комплектации.
Что бы конденсаторы не выходили из строя используйте их с запасом по напряжению, реактивной мощности, ограничивайте ток через них и через высоковольтные столбы. Тогда можно будет заливать компаундом и не думать о ремонте.