Привет Всем!

такой у меня вопрос

нужно сделать источник высокого напряжения
киловольт 35-40, мощный ватт так на 10000
с мин габаритами и весом
с возможностью плавного регулирования от 0 и до 40000 вольт
питание трехфазное

решено сделать высокочастотный импульсный
силовая часть - повышающая катушка и 4 мощных
IRF'a, 4 штуки , чтобы не проиграть в напряжении

подскажите возможные грабли и как на них не наступить?
пока только вижу из-за мощных импульсов будет куча наводок

заранее спасибо

Куча наводок это как раз не самое страшное. Параметры у Вас прямо скажем экстремальные: и напряжение и мощность ....и все сразу. Проблемы будут в другом: диоды и трансформатор. Получить сразу 40 кВ из 300 вольт (например) не удастся - слишком большой коэффициент транформации со всеми вытекающими отсюда последствиями ... Далее, Вам хочется регулировать от 0 вольт. Решением может быть система, состоящая из нескольких нерегулируемых инверторов, питание на которые подается от импульсного стабилизатора, на который и заводится обратная связь. По выходу эти инверторы соединены последовательно. Но в трансформаторах все равно потребуется изоляция от 40 кВ. В общем на рисунке это нарисовано.
И самое главное: если Вы не делали никогда такого и у Вас нет много времени для "учебы" то не связывайтесь....

С Vjacheslavом согласен по всем пунктам, кроме невозможности получения одним трансформатором из 300В 40кВ.
Сделать такой трансформатор можно, нужно лишь спроектировать его
с заданными паразитами, которые будут являться частью резонансных цепей
преобразователя.

ИП должен быть двухступенчатым: Регулируемый чеппер и нерегулируемый резонансный инвертор.

Наиболее простая топология паралельный резонанс. Последовательно с трансформатором включается только реактор. Используется собств емкость вторички и индуктивность рассеивания плюс индуктивность внешнего реактора.

С диодами проблем нет. Берете лавинные BYX90 и паровозиком их сколько надо.
Емкости выходные найти можно, но будет проще если возможно работать на емкость выходного кабеля.
С выходными делителями тоже проблем нет если есть деньги. Если денег нет,
то самое достойное что я нашел это P1-32-1M от РЕОМ (делают их правда на самом деле хохлы).

И все это хозяйство в масло!

А самое главное, перчитайте еще раз последнюю строчку поста Vjacheslavа

При мощности в 10000 Вт пульсации будут огромные в этом случае.

А это случайно не для телевизионных клистронов блок питания?

Тогда действительно выходная емкость должна быть минимальной и следует применять многофазные резонансные схемы. Ведь все равно одним инвертором не обойтись.

По параметрам - сильно смахивает на генератор высокого для рентгеновских источников (у них, правда обычно до 60 - 100 KВ ). Если без преобразователя - то высоковольтный транс в масле (на эту мощность я думаю все хозяйство будет килограмм 500) и управляемый от электромотора 3-х фазный ЛАТР (так делали раньше).
С преобразователем же у Вас будут большие проблемы с ферритовым сердечником на такую мощность. Вы вряд ли его купите. В современных рентгеновских аппаратах используются именно преобразователи.

10кВт это импульсная или средняя мошность?
Судя по названию детали - повышающая катушка -импульсная.
Нужна ли Вам трансформаторная развязка от питающей сети?

По этой теме есть журнальчик - приборы и техника эксперимента. И ТЗ бы по-подробнее. Не бывает мощных преобразователей, бывают большие ящики.

спасибо за ответы

извиняюсь за такой "размазанный" вопрос немного его поправляю

нужно 100 киловольт с током до 100 миллиампер, пульсации до 15% приемлимы
питание впрямленное 3х фазное, примерно 450 вольт, так как до амплидудного
при такой мощности все равно не сгладить

для начала предполагается сделать трансформаторный источник на 50 кВ
а затем наращивать конденсаторно-диодные каскады умножения
может 2-3 до 150-200 кВ

регулировка от 0, это я что то завысил требования, минимальный уровень
10кВ

почему именно трансформ. на 50 кВ?
просто уже есть конденсаторы и диоды на такое напряжение


да в данный момент есть трансформаторный источник с реостатным регулированием
весит правда как и сказал vvs157 - под 500 кг

все дело в масло - безогаворочно

а что за последствия при большом коэффициенте трансформации?

ферритовый сердечник предполагается собрать из небольших сердечников
склеенных между собой

могут ли сильно влиять то, что сердечник незамкнут?

трансформаторная развязка точно пока не знаю, но скорее всего она необязательна

Если у Вас есть конденсаторы - то значит Вы уже выбрали схему по которой будете делать .
Поясняю:
действительно обычно на такие мощности делается резонансный преобразователь.
если делать паралельный с внешним реактором, как предлагал SmartRed без сглаживающего дросселя, то нужно сделать трансформатор на 50кВ и реактор на мощность порядка 50-100кВАр. Если Вы выбрали диоды, например, типа BYX90 ,то резонансная частота инвертора врят ли будет больше 50-100Кгц и собственными емкостями здесь не обойдешься, значит и резонансные (не сглаживающие) конденсаторы должны быть расчитаны на 50-100кВАр.
Если Вы делаете последовательный резонансник, и нет необходимости в трансформаторной развязке, то с одной стороны схема упрощается из-за отсутсвия трансформатора, резонансный контур Вы запитываете напрямую от моста и сети (450В), а с другой - Вы должны реактивности расчитывать на мощность порядка 1000кВАр, а с третьей , дроссель действительно можно сделать с разомкнутым сердечником или без сердечника вовсе , хотя это не есть гуд.
Есть еще и третий вариант -умножители на основе многообмоточного дросселя, но это отдельная песня- хотя, возможно, это самый компактный вариант, тк рабочая частота может быть значительно выше и нет ограничений по числу каскадов умножения, но для Ваших параметров кпд - вряд ли выше 90%.

Приведенные цифры по мощностям - чисто оценочные.
Мне кажется, прежде чем выбрать окончательный вариант, неплохо было бы промоделировать варианты.
И присоединяюсь к последней строчке поста Vjacheslavа.

Уважаемые метры!
Без масла тут никуда, так вспомните хотя бы о его тангенсе дельта.
Или вы собираетесь кипятить его своими сотнями кГц ?
В томографических рентгенах на такие нужды работает тиристорный преобразователь, но про частоту выше 10 кГц я не слыхал.
Если не прав, жду аргументов.

Вообще-то все не так плохо.
Для некоторых кремнийорганических масел и паст, предназначенных для высоковольтных применений, изготовители дают тангенс угла потерь 0.005 на частоте 1МГц.
Пробойное напряжение в жидкости `3кВ/мм, а через бумагу 2*0.25мм с пропиткой этими маслами -60...80 кВ.
Более современные методы - силиконовые пленки с маслом дают еще лучшие характеристики.

А как насчет умножителя - недавно моделировал умножитель на 4 - 40 кВ, 30 мА - работает с огромным КПД- phase shift + контур. Слепили макет и правда работает .

Рекомендую ознакомиться с литературой
Бальян, Обрусник "Оптимальное проектирование силовых вч ферромагнитных устройств", Томск, 1987год



Маслянная изоляция : поперечная напряженность -10кв, продольная - 1кВ. Интересно, а про скользящие разряды на границе двух сред не забыли?

Высокие напряжения требуют высоких технологий изготовления изоляции обмоток, минимизирующих число частичных разрядов, т.к. электропрочность определяют газовые включения в твердой изоляции. См. книгу "Проектирование импульсных трансформаторов" автор Вдовин

Вот поэтому стоит рассмотреть вариант с умножителями, может быть с суммированием мощностей инверторов.

Разомкнутый сердечник на работу схемы принципиально не влияет, влияет только на сидящих рядом товарищей.
Я с успехом для макетирования воздушные трансы применяю, правда вокруг простираются бескрайние магнитные поля, но для коротких экспериментов можно.

А почему сразу в масло? если принять по поверхности максимальное напряжение 250 В/мм, то для 100 кВ получим L=100/0,25 = 400 мм = 40 см. склеиваем 40 шт. колец из феррита 2000 в палку - вот и транс.

Трансформаторную развязку лучше делать сразу, на КПД оно не повлияет, зато значительно удобнее.

Эти и ещё несколько полезных книжек по этой теме можно скачать с этого сайта

Немного не понял про границу двух сред.
Силиконовая пленка и сликоновое масло имеют близкие приницаемости, поэтому и считаются более хорошими по сравнению с другими парами.
При правильной технологии - производится вакуумная заливка трансформаторного блока, так-же и при производстве пленок.
Это не моя выдумка, а стандартная операция при производстве высоковольтных трансформаторов большой мощности.
Кроме того устанавливаются сепараторы для дегазации (устранения вспенивания) масла.

И данные по пробою в жидкости и с бумагой приведены из ТУ для трансформаторной жидкости СОФЭКСИЛ-ТСЖ, для примера, просто другой информации под рукой тогда не было. Конечно, нужно поискать что то более подходящеее, Но эти данные близки к средним для других масел.

Опыт работы с высоким напряжением показал, что до 10
кВ постоянки ( 6 кВ переменки) на воздухе при
имеющихся изменениях пыли и влажности проблем
практически нет. Рекомендую спрятать трансформатор в
бак с маслом, да и преобразователь также.

Если решите обойтись без масла, то однозначно
тансформатор должен многосекционным и каждая секция
максимум на 5 кВ.

Некоторый опыт эксплуатации и разработки показал, что до 10 кВ постоянки(6 кВ переменки) пыль и влага не страшны. Ну может и при 20 кВ особых проблем нет. Но дальше: высокие напряжения требуют высоких затрат.
А обмотки рекомендую делать секционными: и напряжения поменьше и индуктивность рассеяния поменьше.

несколько вопросов.

почему не используете сердечники на аморфном железе? они меньше по габаритам.

на какой частоте планируете работать? я так понимаю порядка единиц кГц?

что касается заливки, то заливать конечно необходимо.
уменьшатся габариты, увеличится прочность. вопрос в том - чем заливать. У меня установка на 150 кВ. я заливаю конденсаторным маслом. масло держит порядка 45-50кВ/2,5мм.

так же еще зависит от того какие конденсаторы планируете использовать.
сейчас изготавливаются конденсаторы, которые пропитываются маслом в процессе заливки высоковольтного блока.
в данный момент я использую конденсаторы, заполненные компаундом, но пропитываемые в процессе заливки конденсаторы считаю более перспективными, так как у них тангенс потерь меньше, теплообмен со средой больше, а для таких токов как у вас это далеко не маловажно.

Создать такой источник можно и на одном повышающем трансформаторе. Про число транзисторов 4 шт. я бы очень посомневался.

В нашей разработке мы получали из 220в без масла 60 КВ и 100мА.

А то что вы хотите получить, очень смахивает на источник питания для зубных рентген-аппаратов.

Какой уровень пульсаций должен быть?