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

[SmartRed]

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

Эти цифры я привел для 250В переменки и 300В постоянки, требования безопасности для изделий I класса, медицинская техника.
900В постоянки и 750В переменки требуют 4.5 и 8 мм по воздуху и поверхности соответственно для функциональной изоляции и
6.5 и 12 мм по воздуху и поверхности соответственно с силы на землю.

Введение вырезов на ПП это стандартная практика.
Стандарты требуют чтобы вырезы были больше 1мм, я использую обычно 1.5мм.

Если изделие в масле, выполнять стандарты по зазорам для воздуха смысла нет.

Плату с преобразователем вам в масло окунать нельзя, ибо электролиты там точно не стоят - разрушаются резиновые уплотнения.

Хотя если это не минеральное трансформаторное масло (в Европе его не любят), а кремнийорганика какая нибудь, надо наводить науку на предмет устоичивости применяемых материалов к ней.

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?

Широко известно, что масло по сравнению с воздухом лучше в 5 раз по конвективному теплоотводу.
Но сам не считал и экспериментально не проверял, потребности не было.

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

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.

[Herz]

Широко известно, что масло по сравнению с воздухом лучше в 5 раз по конвективному теплоотводу.
Но сам не считал и экспериментально не проверял, потребности не было.

Настолько ли широко, чтобы можно было бы получить ссылку на доказательство?

[SmartRed]

Настолько ли широко, чтобы можно было бы получить ссылку на доказательство?

Наверное широко известно в узких кругах
Своим учителям верил на слово.
Были ссылки на соответствующую литературу, но сейчас уже не вспомню.
Если интересно, посчитайте конвективные коэффициенты теплоотдачи, там ничего сложного...

[Herz]

Наверное широко известно в узких кругах
Своим учителям верил на слово.
Были ссылки на соответствующую литературу, но сейчас уже не вспомню.
Если интересно, посчитайте конвективные коэффициенты теплоотдачи, там ничего сложного...

Забавно, я примерно так и предполагал.
Сейчас как раз приходится заниматься вопросами теплопереноса и конвективных течений в маслах. Сказать, что там ничего сложного... Очень смело.

а Навье-Стокса, которому бы я доверял бы, у меня под рукой нет.

А в чём проблема с Навье-Стоксом? Вам формулу напомнить?

[iiv]

А в чём проблема с Навье-Стоксом? Вам формулу напомнить?

Да-нет, спасибо, несколько лет студентам ее сам рассказывал А можно вот так полюбопытствовать на сколько Вы бы быстро могли бы имея уравнения Навье-Стокса запрограммировать хороший и устойчивый 3-х мерный солвер для Навье-Стокса для решения вышеобсуждаемой задачи, хотя бы на конечных разностях, но, конечно, лучше на конечных элементах? Только не философствуя, а реальные цифры, может мой шеф после этого, Вас на работу позовет

[Herz]

Да-нет, спасибо, несколько лет студентам ее сам рассказывал А можно вот так полюбопытствовать на сколько Вы бы быстро могли бы имея уравнения Навье-Стокса запрограммировать хороший и устойчивый 3-х мерный солвер для Навье-Стокса для решения вышеобсуждаемой задачи, хотя бы на конечных разностях, но, конечно, лучше на конечных элементах? Только не философствуя, а реальные цифры, может мой шеф после этого, Вас на работу позовет

Думаю, Вы и сами знаете ответ. Хороший и устойчивый... Такие вообще существуют? Я бы просто Fluent-ом воспользовался, как мало-мальско знакомым. Да и не нужно нам серьёзных вычислений для решения вышеобсуждаемой задачи...
А на работу к Вашему шефу... вынужден буду отказаться, даже если позовёт.

А что с середины прошлого века в теории тепломассопереноса произошли серьезные прорывы ?
Теория подобия уже не работает и появились существенные расхождения в физике процессов между жидкостью и газом ?

Как посмотреть... На мой взгляд, серьёзных прорыров таки не произошло. Но изучено было немало. Скажи этим людям, что ничего серьёзного они не совершили - расстроятся, наверное...
А расхождения и раньше были. Вопрос, что считать существенным. Но, имхо, теорией подобия здесь не обойтись. Впрочем, болтовня это всё. Я просил бы Вас просто ответить на вопрос: за счёт чего в масле конвективный теплоперенос, как Вы выразились, раз в 5 лучше воздушного?

[iiv]

Думаю, Вы и сами знаете ответ. Хороший и устойчивый... Такие вообще существуют?

для Навье-Стокса, думаю, даже никогда и не будут существовать.

Я бы просто Fluent-ом воспользовался, как мало-мальско знакомым.

Вот видите, мне знаком Больцмановский решатель, а Вам - Флюент. Ставить из закромов этого туповатого громоздкого ансисовского монстра ну совсем не хочется.

Как посмотреть... На мой взгляд, серьёзных прорыров таки не произошло. Но изучено было немало. Скажи этим людям, что ничего серьёзного они не совершили - расстроятся, наверное...

очень с Вами согласен

Я просил бы Вас просто ответить на вопрос: за счёт чего в масле конвективный теплоперенос, как Вы выразились, раз в 5 лучше воздушного?

имхо (считать еще не считал, но предполагаю), теплоперенос без конвекции у масла должен быть разов так в 20 больше, хотя бы из-за плотности и смачиваемости, а вот из-за практически отсутствия расширения при нагреве, конвекция будет в разы хуже, чем у воздуха и даже сильное разжижение не спасет дело. Но теплоперенос без конвекции должен таки победить потери в конвекции, а вот во сколько раз - сами понимаете, как это можно установить.

[Herz]

имхо (считать еще не считал, но предполагаю), теплоперенос без конвекции у масла должен быть разов так в 20 больше, хотя бы из-за плотности и смачиваемости, а вот из-за практически отсутствия расширения при нагреве, конвекция будет в разы хуже, чем у воздуха и даже сильное разжижение не спасет дело. Но теплоперенос без конвекции должен таки победить потери в конвекции, а вот во сколько раз - сами понимаете, как это можно установить.

Не соглашусь. И воздух, и масло - плохие теплопроводники Сами по себе плотность и смачиваемость здесь роли не играют. В отсутствии конвекции эффективность теплопереноса будет определяться таким параметром, как температуропроводность (thermal diffusivity**). И если для воздуха её величина составляет порядка 0.02Е-3 m^2/s, то для силиконовых масел вязкостью от 0.65 cSt до 50 cSt, с которыми мне приходится работать, - примерно 1Е-07, для воды - ок. 1.4Е-07. Наверное, и для трансформаторного масла - сравнимо по порядку величины. Так что без конвекции - совсем худо. Повторюсь, не зря в устройствах жидкостного охлаждения обеспечивают принудительную циркуляцию теплоносителя. Да Вы и сами наверняка это знаете.