Нужна помощь в разработке схемы питания для умножителя., Хотим испробовать немного нестандартный подход к схеме умножителя. Опции

[Александр Гагари...]

Всем доброго дня!
Мы с коллегами столкнулись с проблемой изготовления ВЧ ВВ умножителя выше 300кВ, в связи с тем что нет в наличии трансформаторов на нужную мощность, напряжение и частоту. Вообще задача изготовления трансформатора на частоты даже до 25кгц (20кВ, 1-2кВт), оказалась очень не тревиальной. Поэтому сейчас ищем варанта обхода этой проблемы. Один я изложил ниже, буду благодарен участникам форума за любые советы по данной задаче.

Постановка задачи
Нужен умножитель, ВЧ, выходное напряжение -500кВ
Мощность на выходе не ниже 300-400Вт
Нагрузка на умножитель носит чисто реактивный характер (съем электростатики), однако потери на корону в пространстве на данном напряжении все равно существенные, отсюда требование к мощности.

Проблема:
отсутствие ВВ трансформаторов на выходное напряжение 15-20кВ и выше на ВЧ
(есть, но стоимость запредельная)

Имеются:
- сверхбыстрые диоды на 500мА (время восстановления менее 50нс), 8кВ, для сборки диодных столбов, в нужном количестве;
- возможность сделать самодельные конденсаторы на любое напряжение, на основе полимерных изоляторов (оргстекло, винипласт, полиэтилентерафталат), поскольку в размерах ограничений нет, установка будет в любом случае заливаться в масло

Ищем возможное решение, как один вариант:
Изготовление импульсного генератора с регулировкой частоты в диапазоне 10-60кГц, на напряжение от 2 до 5кв (чем выше предположительно тем лучше). Форма сигнала близка к прямоугольной, возможно есть смысл чуть завалить фронт, чтобы не прибить диоды во вторичке. Мощность генератора до 2кВт.
Узкое место - трансформатор - в таком случае несложно изготовить кустарно, поскольку количество витков в обмотках будет не очень большое. (К примеру, с 5кВ до 100кВ, при 5 витках первички будет 100 витков вторички, либо до 50кВ, еще проще). Как вариант провода для вторички рассматривается автомобильные для свечей зажигания, изоляция до 50кВ имеются в продаже (продаются на нужную длину), либо провода для неоновых трансформаторов, изоляция 20-30кВ. Для такого трансформатора имеются достаточно крупные ферритовые сердечники, с выточенными фторопластовыми втулками. Можно использовать до 2-х комплектов. (Соединить вторички последовательно). Естесственно тоже в масло.
Таким образом умножитель будет работать по импульсной схеме, соответственно умножение по числу ступеней.
Примерная прикидка показывает что резонансная частота умножительного столба будет измеряться в сотнях килогерц, поскольку индуктивность вторички явно очень небольшая, да и емкости большими сделать не получится (в пределах 1нф максимум).
Поэтому предполагается накачивать после полного завершения колебаний от предыдущего импульса (к примеру, для 5 ступеней 10 тактов, соответственно частота
накачки не более чем 1/5 от резонансной). Таким образом можно уйти от точной подстройки в резонанс.
Желательно рассчитать по мощности импульса чтобы на вход умножительного столба попадало не менее 1кВт мощности, благо диоды и напряжения позволяют это сделать с запасом.

Предполагаемая концептуальная схема в приложении.
Нужна помощь в разработке схемы, со всеми защитами. Ну и конечно любые советы и комментарии вообще по предложенному варианту решения, или какие-то другие варианты. Вообщем, хочется уйти от стандартной проблемы с трансформатором.
Буду благодарен за любые комментарии.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[gte]

Вам надо обязательно получить 500 кВ на нагрузке на открытом воздухе?

Токи утечки будут определятся напряженностью поля, соответственно, необходимо выбирать соответствующие радиусы и полированные поверхности, иначе не сможете поднять напряжение.

Если использовать газовую изоляцию, то на такие напряжения используется элегаз при давлении не больше 10 атм, так как выше пробивное напряжение от давления растет не сильно. Мы использовали 4-6 атм. При этом, баки должны быть спроектированы (формализованы) и изготовлены организацией, имеющей на это право.

Пульсации выходного напряжения определяются током нагрузки, частотой, схемой умножителя, числом каскадов и емкостями умножителя. Начните с расчетов каскадного умножителя.
Возьмите какое то напряжение, необходимое количество секций, доступную емкость и сделайте расчет с минимальной нагрузкой и максимальной нагрузкой. Увидите какие получатся пульсации и падение напряжения на умножителе при полной нагрузке.

Напряжение на секции надо привязывать к доступным конденсаторам, к15-10, например, или импортным (денег они хороших стоят, учитывая количество).
к15-10 на 40 кВ есть 10 нФ, киловольт 25-30 на секцию, т.е. трансформатор на 12,5-15 кВ. Увидите что получилось, будете думать дальше. Чуть позже посчитаю Вам какой то вариант. Считает у меня достаточно долго из-за того, что столбы в расчетах адекватные настоящим.

300 и 700 большая разница.