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?

[SmartRed]

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?

Прикинул на досуге:
Цифры для воздуха и масла при 50 град. соответственно:
Теплопроводность: 0.028 0.108
Вязкость: 18е-6 7.8е-6
Коэфф объемн. расш.: 31е-4 6.6е-4
Число Прандля: 0.7 116

Из этого получается, что отношение чисел Релэя масла к воздуху около 190.
Отношение коэффициентов теплопроводности - 3.86
Поэтому, для отношений коэффициентов теплоотдачи будем иметь 3.86 7.7 14.3 и 22 в зависимости от характера конвективного теплообмена.

[Herz]

Прикинул на досуге:
Цифры для воздуха и масла при 50 град. соответственно:
Теплопроводность: 0.028 0.108
Вязкость: 18е-6 7.8е-6
Коэфф объемн. расш.: 31е-4 6.6е-4
Число Прандля: 0.7 116

Из этого получается, что отношение чисел Релэя масла к воздуху около 190.
Отношение коэффициентов теплопроводности - 3.86
Поэтому, для отношений коэффициентов теплоотдачи будем иметь 3.86 7.7 14.3 и 22 в зависимости от характера конвективного теплообмена.

Спасибо. Простите за назойливость, но насколько я понял, Вы привели значения динамической вязкости. Для воздуха эта величина выглядит соответствующей, но для масла с числом Прандтля 116 - странной.
Вы не ошиблись?
Кроме того, почему Вы ориентируетесь на число Рэлея? Оно лишь говорит нам о равновесии в жидкости (или газе) или возникновении в них конвективных потоков (начиная с соответствующего критического значения), но весьма и весьма отдалённо - о теплопереносе. Какой-то практический смысл могут иметь не сами эти числа, но лишь их отношения к критическим. Но и они ещё не говорят об эффективности теплообмена.

Если действительно у масла thermal diffusivity низкая и будет порядка как у воздуха, то я с Вами согласен, единственный факт, который хоть как-то мог бы Вас частично опровергать и, возможно присутствовал в моих экспериментах - высокая турбулентность из-за малого расширения при температуре, но большого уменьшения вязкозти. В этом случае будет конвекционный теплоперенос в зоне турбулентности (то бишь в области радиатора), но, как только область турбудентности закончится, то переноса дальше не будет (или почти не будет). То есть в моем случае, область турбулентности фактически упиралась в верхнюю стенку короба, через которую уже во вне шел теплоперенос. Как я уже много раз повторял - не зная точных характеристик (а еще лучше, ядра уравнения Больцмана для этого масла )) что-то утверждать - реально гадать на кофейной гуще.

Не хочется быть занудой: всё-таки здесь Вы обсуждаете другие аспекты, но раз уж развили эту тему, позволю себе лишь пару замечаний напоследок:
- у масла thermal diffusivity не просто низкая, она в сотни раз (!) ниже, чем у воздуха,
- турбулентность скорее мешает теплопереносу, чем способствует ему.
Ну да ладно, постараюсь Вас больше не отвлекать.

[iiv]

Не хочется быть занудой: всё-таки здесь Вы обсуждаете другие аспекты, но раз уж развили эту тему, позволю себе лишь пару замечаний напоследок:

не, почему же, эти вопросы мне тоже очень интересны!

- у масла thermal diffusivity не просто низкая, она в сотни раз (!) ниже, чем у воздуха,

Вы правы, я почему-то считал, что эта величина считается не на массу, а на объем куда переносится энергия.

- турбулентность скорее мешает теплопереносу, чем способствует ему.

по всякому бывает, турбулентность даеть быстрый массоперенос и локальный отвод энергии. В рамках глобального - за пределами зоны турбулентности - да, но, кажется, мы как раз о ближней зоне говорим.

Ну да ладно, постараюсь Вас больше не отвлекать.

да нет, мне очень приятно найти в Вас интересного собеседника по гидродинамике. Я сам больше газодинамикой занимаюсь, и обычно с очень большими скоростями (кнутсены порядка 0.1 и выше), поэтому в гидродинамике могу чего-то запамятовать, и такое общение мне очень приятно!