Jump to content

    
Orc190

Коронный разряд в высоковольтном трансформаторе 350В->25кВ

Recommended Posts

Добрый день.

Пытаюсь разработать высоковольтный трансформатор для рентгеновского аппарата.

Нужно получить из постоянки 350В переменку 25кВ и ток до 50мА. Частота 50кГц. Первичку раскачиваю транзисторным мостом. Сердечник EPCOS PM 74/59 без зазора.

https://www.tdk-electronics.tdk.com/inf/80/db/fer/pm_74_59.pdf

Каркас изготовлен из оргстекла: первичная катушка, вторичная катушка и наружный изолятор. Сердечник заземлен. Трансформатор будет работать в трансформаторном масле, соответственно все эксперименты тоже проводятся в трансформаторном масле.

Пробовал два варианта.

Первый. Первичка 16 витков два провода ПЭТВ-2 0,9мм. Вторичка 1500 витков проводом ПЭЭИД-2-200  0,18мм. Вторичка разделена на 10 секций. Фото каркаса прилагается. Напряжение поднимал плавно (регулируя входное напряжение). Примерно при напряжении на выходе 9кВ начинается разряд во вторичной обмотке и начинает образовываться газ и пузырить внутри трансформатора (разряд видно через прозрачное оргстекло)

Второй. Первичка аналогично 16 витков два провода ПЭТВ-2 0,9мм. Во вторичке убрал разделение на секции. Наматывал послойно с фторопластовой изоляцией между слоями толщиной 0,1мм (10 слоев по 0,01мм). 7 слоев провода суммарно 750 витков проводом ПЭЭИД-2-200  0,18мм. Пузырьки из трансформатора пошли примерно при 12кВ на выходе.

Не понимаю, от чего возникает пробой. Пробивное напряжение провода, указанное производителем, 2900В. В первом эксперименте в каждой секции было всего 900В, но уже возник разряд…

Подскажите, куда копать?

 

Скрытый текст

630678503_WhatsAppImage2020-02-17at16_50.49(1).thumb.jpeg.99c1e61f6209c90f9182712cd2315b01.jpeg

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

1) Не может ли идти разогрев локальных участков из-за диэлектрических потерь в масле?

2) Нет ли изломов (радиус изгиба провода меньше допустимого)?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Масло дерьмовое. Окислилось или воды насосало, или грязное.

При 10 кВ допустимое содержание воды в масле 0,04%

При 20 кВ допустимое содержание воды в масле 0,0075%

При 30кВ допустимое содержание воды в масле 0,00025%

Электрическая прочность снижается за счет присутствия в масле механических примесей, в том числе мельчайших волокнистых          веществ, незаметных при обычном освещении, они образуют проводящие мостики и служат причиной резкого спада электрической прочности масла. 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Все сгоревшие трансформаторы дожигать (чтоб следы остались), разбирать и смотреть- где пробилось. Может пробиться между витками (значит провод повредили или рядом оказались витки, между которыми слишком большое напряжение), между слоями (уменьшать напряжение между слоями, увеличивать количество слоев), между первичкой и вторичкой (смотреть где. если сбоку- вторичку уменьшить в ширине при намотке слоями), между вторичкой и сердечником (улучшать изоляцию).

Пробиваться может по поверхности- например от верхнего конца вторички на сердечник, на первичку. Соответственно увеличивать путь по поверхности ( чем выше напряжение- тем выше должен быть путь по поверхности), можно делать красивые поверхности как у изоляторов.

Маслом заливать лучше под вакуумом. Масло чистить, всякий мусор может приплыть и помочь пробиться.

Но самое простое- сделать трансформатор большим (1 кВ на слой вторички, обязательно хорошая изоляция между слоями, низкий конец со стороны первички), раза в 4 больше по габаритам. А потом уже пытаться его уменьшать.

Share this post


Link to post
Share on other sites
13 часов назад, alexvu сказал:

1) Не может ли идти разогрев локальных участков из-за диэлектрических потерь в масле?

2) Нет ли изломов (радиус изгиба провода меньше допустимого)?

1. Не похоже. Изменение рабочей частоты должно сильно влиять на диэлектрические потери. Но изменение частоты от 10кГц до 50кГц дало разницу возникновения разряда в 500В, что можно списать на погрешность измерения.

2. Вроде нет. В первом эксперименте есть изломы при переходе с одной секции на другую, но эти места дополнительно изолированы фторопластовыми трубочками, надетыми на провод.

13 часов назад, Pengozoid сказал:

1. Мыть и сушить. Сушить и мыть.

2. А масло-то какое?

1. Попробую уделить этому моменту больше внимания.

2. Shell Diala S4

 

11 часов назад, Tanya сказал:

Вакуумируете? Прогреваете?

Серийные изделия да. Экспериментальный трансформатор нет. Не думал что этот момент может ухудшить результаты эксперимента в разы (10кВ вместо 25кВ)

Буду делать экспериментальную коробку с фитингами под вакуумный стенд.

10 часов назад, iliusmaster сказал:

Масло дерьмовое. Окислилось или воды насосало, или грязное.

При 10 кВ допустимое содержание воды в масле 0,04%

При 20 кВ допустимое содержание воды в масле 0,0075%

При 30кВ допустимое содержание воды в масле 0,00025%

Электрическая прочность снижается за счет присутствия в масле механических примесей, в том числе мельчайших волокнистых          веществ, незаметных при обычном освещении, они образуют проводящие мостики и служат причиной резкого спада электрической прочности масла.

Возможное. Масло для экспериментов использовалось несколько месяцев до меня в открытой с верху емкости.. Попробую с новым и после вакуумизации.

1 час назад, radiohobbyt сказал:

Все сгоревшие трансформаторы дожигать (чтоб следы остались), разбирать и смотреть- где пробилось. Может пробиться между витками (значит провод повредили или рядом оказались витки, между которыми слишком большое напряжение), между слоями (уменьшать напряжение между слоями, увеличивать количество слоев), между первичкой и вторичкой (смотреть где. если сбоку- вторичку уменьшить в ширине при намотке слоями), между вторичкой и сердечником (улучшать изоляцию).

Пробиваться может по поверхности- например от верхнего конца вторички на сердечник, на первичку. Соответственно увеличивать путь по поверхности ( чем выше напряжение- тем выше должен быть путь по поверхности), можно делать красивые поверхности как у изоляторов.

Маслом заливать лучше под вакуумом. Масло чистить, всякий мусор может приплыть и помочь пробиться.

Но самое простое- сделать трансформатор большим (1 кВ на слой вторички, обязательно хорошая изоляция между слоями, низкий конец со стороны первички), раза в 4 больше по габаритам. А потом уже пытаться его уменьшать.

Первый эксперимент дожигал два раза. Пробивает оргстекло вторичной катушки и наружнего изолятора на феррит. Первый раз 2мм оргтекла пробило через 10 минут разряда внутри транформатора.  второй раз 5мм оргстекла через 15 минут разряда.  Прилагаю фото изолятора и вторичной катушки без провода (с первичной внутри нее) после второго пробоя.

 

Скрытый текст

WhatsApp Image 2020-06-18 at 09.58.27.jpegWhatsApp Image 2020-06-18 at 09.59.16.jpegWhatsApp Image 2020-06-18 at 09.59.44.jpeg

9 минут назад, AlexeyW сказал:

А конечная цель - это переменное, или все же постоянное напряжение (раз рентгеновский аппарат)?

Конечная цель постоянное напряжение 250кВ. Получается при помощи 12 умножителя напряжения.

Edited by Orc190

Share this post


Link to post
Share on other sites
17 минут назад, Orc190 сказал:

1. Попробую уделить этому моменту больше внимания.

Не просто больше, а исключительное внимание.

19 минут назад, Orc190 сказал:

Масло для экспериментов использовалось несколько месяцев до меня в открытой с верху емкости..

Я не имел дела с 25 кВ и трансформаторами в масле, но даже до 10 кВ на выходе (короткого) умножителя, и с трансформаторами залитыми компаундами очень много вопросов с материалами, водой, чистотой, всякими заусенцами, острыми краями и пр.

19 минут назад, Orc190 сказал:

Конечная цель постоянное напряжение 250кВ.

Туда только масло не лейте из открытой кастрюли.

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 минуты назад, Pengozoid сказал:

Туда только масло не лейте из открытой кастрюли.

Туда масло заливается в течении двух суток на специальном стенде с прогревом и вакуумизацией масла.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ну и отлично. Только вот еще что это у Вас за оргстекло? На какие-то несчастные по меркам вашего проекта 16 кВ выходного человеки делали каркас не из оргстекла, а из Ультема (полиэфиримид), после навивки замачивали в этаноле с гептаном, мыли в ультразвуковой ванне, сушили обдувом азотом, потом пекли при ~60 под вакуумом, заливали под вакуумом эпоксидкой и др. и пр.

Кстати, не факт, что это именно "чистый" коронный разряд. Не исключен и процесс химической эрозии:

Partial discharges, also called “corona discharges,” will occur across the gaseous void when its peak electric stress equals the breakdown voltage of the gas. The partial discharges will deliver energy to the inside of the cavity wall where they impinge and will gradually cause chemical deterioration of the wall. The problem is especially serious with AC applied voltages where the discharges repeat every half cycle. In fact, the erosion upon AC applied voltage and in those geometries which give rise to nonuniform fields, advances in channels that are branched. This is called “electrical treeing.”

1 час назад, Orc190 сказал:

Не думал что этот момент может ухудшить результаты эксперимента в разы (10кВ вместо 25кВ)

Еще как может.

Share this post


Link to post
Share on other sites

 

17 минут назад, Pengozoid сказал:

Ну и отлично. Только вот еще что это у Вас за оргстекло?

Дело в том, что из оргстекла (полиметилметакрилат -- ПММА) сделаны все корпусные детали высоковольтной части рентгеновских аппаратов, которые сейчас моя компания изготавливает. В том числе каркасы умножителей напряжения, сопоставимых по габаритам с новым трансформатором, но работающих с напряжением 62,5кВ. Поэтому в качестве основного изоляционного материала выбрано оргстекло, как проверенный временем материал с большим опытом его обработки. Другие материалы тоже можно рассмотреть.

Share this post


Link to post
Share on other sites
8 минут назад, Orc190 сказал:

Поэтому в качестве основного изоляционного материала выбрано оргстекло, как проверенный временем материал с большим опытом его обработки.

Тут спорить сложно. Смотрите тогда внимательно на предмет трещинок после механической обработки, заусенцев, полостей с газом. Ну и выше про чистоту. Кстати, если бьет до сердечника, то можно попробовать окуклить сам сердечник в слабо проводящий компаунд. Это, конечно, не технологично.

Edited by Pengozoid

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 hours ago, Orc190 said:

В том числе каркасы умножителей напряжения, сопоставимых по габаритам с новым трансформатором, но работающих с напряжением 62,5кВ.

Уточните - каркасы умножителей или таки трансформаторов? Вообще-то даже Spellman старается больше 6 кВ переменного на вторичке не иметь, получая более высокие напряжения умножением и\или суммированием напряжений с нескольких трансформаторов. 

Если же таки хочется больше, то (секционированная) бобина делается так, чтобы толщина изоляции росла вместе с напряжением. Получается конус или два конуса (две полуобмотки) - найду завтра книжку, покажу, что имею в виду.

И у вас не коронный разряд (для него нужен воздух\газ, да и токи там не способны разрушить катушку). Это нормальный электрический  пробой твёрдого тела. Мы такое наблюдали лет двадцать назад, когда товарищ строил источники для неоновой рекламы. Там нужно было что-то 12-15кВ переменного получать. Секционированные бобины типа вашей пробивались так, что даже в феррите дырку прожигало :) Решилось выбором правильного полимера и, как я и написал, утолщением изоляции ближе к высоковольтному краю.

Share this post


Link to post
Share on other sites

1. Прежде чем подавать на трансформатор напряжение, снимите его характеристику (лучше с подключеннным умножителем) подав переменное напряжение от генератора и определитесь на каких частотах можно работать - это главное, без чего пытаться в.в. трансформатор использовать нельзя. 

2. Может стоит рассмотреть намотку в.в. катушки пирамидой, а не секциями, если конечно получившаяся емкость будет допустимой.

3. Просто погрузив трансформатор в масло Вы можете получить пузыри в зазоре между сердечником и катушкой и получить частичный разряд, который быстро выведет из строя трансформатор. Да и масло надо свеже-обезгаженное.

4. Фторопласт не лучший материал для Вашего случая, так как очень не стоек к трекингам, текуч и совсем не смачивается. По изоляции в масле у меня опыта нет, но возможно, все же, подойдет пропитываемый материал. Кроме того, при выборе слоистой изоляции надо учитывать проницаемость материалов и ориентацию границ слоев по отношению к линиям полей.

5. Вообще, 25 кВ на 50 кГц, это достаточно проблематично. Снижении напряжения в 2 раза дает двухполупериодная схема и при этом одни бонусы.

6. В элегазе использовали (давно) двухобмоточные в.в трансформаторы где то 2х15кВ (по памяти) с конечным 700 кВ.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.