Jump to content

    
Orc190

Коронный разряд в высоковольтном трансформаторе 350В->25кВ

Recommended Posts

Судя по картинкам- проблема на последней секции. Что там оргстекло пробилось через 15 минут после смерти обмотки- уже не так важно. 

Можно попробовать усилить изоляцию последней секции  как от предыдущей секции, так и между витками.

Есть эффект (объясняю по памяти, конкретную книгу не помню): в случае резкого изменения тока, бросков напряжения и прочего напряжение между слоями, секциями и витками распределяется сильно неравномерно-  на последнем слое и последнем витке- самое большое напряжение. И трансформатор пробивается на последнем витке. Эффект из-за межвитковой емкости и емкости виток- земля.

Ну и усилить изоляцию высокого конца от сердечника и первички.

Edited by radiohobbyt

Share this post


Link to post
Share on other sites
19 минут назад, Yuri7751 сказал:

 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.

У меня тот же опыт.

Еще замечание к использованию оргстекла для автора топика. Нельзя его протирать спиртом (со временем будет покрываться микротрещинами), можно водкой.

Share this post


Link to post
Share on other sites
7 минут назад, Yuri7751 сказал:

Уточните - каркасы умножителей или таки трансформаторов?

В текущей конструкции из оргстекла сделаны как каркасы умножителей так и каркасы трансформаторов. Просто умножитель текущей конструкции более похож на новый трансформатор по габаритам, поэтому он был приведен в качестве примера.

17 минут назад, Yuri7751 сказал:

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.

Буду ждать пояснений.

 

19 минут назад, Yuri7751 сказал:

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.

Пробой твердого диэлектрика это уже конечный результат. Давайте я расскажу подробный ход эксперимента.

1. Проверял мощность и частотные характеристики выбранного сердечника. Входное напряжение 350В выходное 2кВ, мощность 1250Вт. Частота от 10кГц до 50кГц. Вторичная обмотка намотана более толстым проводом 120 витков. Прекрасно все отработало без существенного нагрева.

2. Перемотал вторичку на 25кВ, 1500 витков провод 0,18. Проверял работу с подключенным умножителем напряжения. Умножение на 12, на выходе получали напряжение 40кВ при испытаниях на воздухе, нагрузки на более высокое напряжение на тот момент не было. Тоже все отработало четко. Ровное напряжение на выходе, ожидаемые напряжения в каждой ступени умножения. Трансформатор естественно выдавал существенно более низкие напряжения, чем рабочие.

3.Проверял возможность трансформатора по выходному напряжению. Выходное напряжение регулировалось при помощи изменения входного напряжения. При достижении примерно 9кВ начинается разряд в трансформаторе. В нем начинает выделяться газ, и появляются помехи, влияющие на аудиодинамик, расположенный в 1,5 метре от трансформатора. При повышении напряжения через прозрачную стенку изолятора становится видно малиновое свечение внутри трансформатора. Напряжение поднял примерно до 12кВ, что бы дожечь его и посмотреть где проблема. Через 10 минут голубая вспышка и искровой разряд. Пробило твердый диэлектрик между последней секцией и ферритом.

4. Увеличиваю толщину изоляции оргстекла с 2мм до 5мм (мне вытачивают новые катушки и и изолятор). Тоже самое, при 9кВ пошли пузырьки газа из трансформатора , повышаю напряжение до 12кВ и наблюдаю свечение. Через 15 минут искрение и дырка в твердом диэлектрике примерно в том же месте. Фото результата парой постов выше.

 

57 минут назад, gte сказал:

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. 

Подобные испытания проводили, но не на рабочем напряжении, нет такого стенда, что бы выдерживал 250кВ.

1 час назад, gte сказал:

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

Можно рассмотреть. Можете поделиться фотографией или схемой намотки пирамидой, что бы мне было понятнее?

1 час назад, gte сказал:

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.

Буду повторять эксперимент но уже с вакуумированием масла при заливке.

1 час назад, gte сказал:

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

То есть вы предлагаете феррит не заземлять, а подключать к средней точке вторичной обмотки и обеспечивать изоляцию12,5кВ первичной обмотки от феррита? Я правильно понял?

1 час назад, radiohobbyt сказал:

Судя по картинкам- проблема на последней секции. Что там оргстекло пробилось через 15 минут после смерти обмотки- уже не так важно. 

Можно попробовать усилить изоляцию последней секции  как от предыдущей секции, так и между витками.

Есть эффект (объясняю по памяти, конкретную книгу не помню): в случае резкого изменения тока, бросков напряжения и прочего напряжение между слоями, секциями и витками распределяется сильно неравномерно-  на последнем слое и последнем витке- самое большое напряжение. И трансформатор пробивается на последнем витке. Эффект из-за межвитковой емкости и емкости виток- земля.

Ну и усилить изоляцию высокого конца от сердечника и первички.

Изоляцию высокого конца усилил в 2,5 раза, существенных изменений не произошло.

1 час назад, Yuri7751 сказал:

Решилось выбором правильного полимера и, как я и написал, утолщением изоляции ближе к высоковольтному краю.

Можете подсказать полимер изолятора, который можно использовать? У нас выбор осложняется еще и диапазоном рабочих температур -- от -40 до +75.

Share this post


Link to post
Share on other sites

См выше еще вариант с Ultem.

2 часа назад, Orc190 сказал:

У нас выбор осложняется еще и диапазоном рабочих температур -- от -40 до +75.

Это нормальный диапазон, тут нет осложнений.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Что, если чисто для опыта сделать на нем постоянное напряжение? По принципу строчника в телевизоре, разделить на 3-4 секции с диодами между ними (столбики на 10-12 кВ найти несложно). На выходе какую-нибудь емкость на соответствующее напряжение. Только входное поднимать постепенно, чтобы не было работы на КЗ. Сдается мне, что первоначальные проблемы возникают не от глобального пробоя, а от локальных высокочастотных.

Share this post


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

Буду ждать пояснений.

Это картинки из книжки Вдовина по высоковольтным импульсным трансформаторам. Идея понятна. В секционированном можно ступеньками менять диаметр изоляции.

Честно говоря, я бы на таком сердечнике стал пытаться получить 25кВ только по приговору суда :) Уж больно у него соотношение размера окна к общему габариту невысоковольное. У EMCO я видел трансформатор на RM или ещё каком-то броневом в источнике на 30кВ (после умножения, конечно), но на совсем другую мощность. И обмотка там была намотана honeycomb, а сердечник кажется был незаземлён (корейцы, не приходя в сознание,

 первым делом выдрали и разломали трансформатор, прежде чем мне показать).

На фото трансформатор (один из четырёх) из DXM от Spellman на 50кВ, 1,2кВт. Он его даже не заливают - самые высокольные части максимально удалены от всего. Но там, конечно, ни о каких 25кВ речи нет и близко. 50кВ они получают после симметричного (два таких трансформатора питает каждый свою половину) уножителя х16. Сердечник UR64.

"Пробой твердого диэлектрика это уже конечный результат."

Я просто хоте сказать, что если у вас нет изначально в трансформаторе воздуха (а его быть не должно), то и коронного разряда не может быть просто по определению. Это что угодно, но не коронный разряд. Надеюсь, вам сразу стало легче :)

vdovin-2.jpg

vdovin-1.jpg

vdovin-3.jpg

20150610_104308.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 6/18/2020 at 11:10 AM, Orc190 said:

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 . . . 

Нельзя гарантировать отсутствия микротрещин. "Искупать" под вакуумом в изол. компаунде. 

Share this post


Link to post
Share on other sites
23 hours ago, gte said:

Еще замечание к использованию оргстекла для автора топика. Нельзя его протирать спиртом (со временем будет покрываться микротрещинами), можно водкой.

Совершенно верно. Водку лучше, всё-таки, использовать по прямому назначению, для протирки это в любом случае нехорошо. А вот спирт (этиловый) действительно способствует растрескиванию, часто прямо на глазах. Изопропиловый, кажется, такого эффекта не имеет. Но утверждать не буду.

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 час назад, Herz сказал:

спирт (этиловый) действительно способствует растрескиванию, часто прямо на глазах.

С эффектом растрескивания деталей при мытье чистым этиловым спиртом сталкивались, но только при использовании экструдированных стержней из оргстекла. При вытачивании деталей из плиточного материала подобных эффектов сборщики никогда не наблюдали. Сейчас детали моют спирто-бензиновой смесью.

Share this post


Link to post
Share on other sites
18.06.2020 в 16:03, Orc190 сказал:

Подобные испытания проводили, но не на рабочем напряжении, нет такого стенда, что бы выдерживал 250кВ.

Само собой. И на какой частоте наблюдался параллельный резонанс системы? Выше 50 кГц?

Цитата

То есть вы предлагаете феррит не заземлять, а подключать к средней точке вторичной обмотки и обеспечивать изоляцию12,5кВ первичной обмотки от феррита? Я правильно понял?

Есть еще двух полупериодные схемы с тремя и двумя колоннами конденсаторов. Они питаются от трансформаторов с двумя обмотками или от двух трансформаторов. Средняя точка обмоток на нулевой потенциал, две других подаются на вход умножителя в противофазе. Т.е. при том же напряжении на секции умножителя потребуется вдвое меньшее напряжение на каждой катушке. А что, нельзя еще и увеличить количество секций и снизить требуемое напряжение? Попробуйте сделать расчеты при разных значениях частот и количества секций в LTspice, например, для нахождения оптимального результата.

И для ваших напряжений лучше взять п-образные сердечники. 25 кВ на вашем сердечнике, да еще при 50 кГц нереально да и зачем такие проблемы?

 

Цитата

Можно рассмотреть. Можете поделиться фотографией или схемой намотки пирамидой, что бы мне было понятнее?

При намотке каждый последующий слой катушки имеет меньшее количество витков. Для уменьшения емкости катушки, межслоевая изоляция может быть толще, чем необходимо для изоляции. Есть еще намотка типа  универсаль, как на фото чуть выше катушки Spellman, но ее сейчас проблематично наматывать.

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 6/17/2020 at 11:44 AM, Orc190 said:

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.

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).

 

  Reveal hidden contents

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

 

В первом варианте паразитная емкость между секциями у Вас около 15пФ, что при 50кГц выделяет больше ватта на каждой секции, там масло начинает перегреваться и кипеть со всеми вытекающими.

Во втором прикидочно паразитов меньше, если обмотка слева направо и потом справа налево, то около 10пФ, но, к сожалению, тоже не спасает.

ИМХО, я бы пытался максимально увеличить размер трансформатора и побороться с паразитами. У меня в свое время 25кВ выходного с трансформатора получилось только на торе 20см диаметра в один слой, и функционировало стабильно только в трансформатором масле и только с  принудительной конвекцией масла вспомогательной масляной помпой.

Share this post


Link to post
Share on other sites
19.06.2020 в 17:46, gte сказал:

Само собой. И на какой частоте наблюдался параллельный резонанс системы? Выше 50 кГц?

Не проверял, пойду гулить, как это сделать.

19.06.2020 в 17:46, gte сказал:

Есть еще двух полупериодные схемы

Есть, но они требуют большего количества конденсаторов, что значительно увеличивает вес и объем всей системы -- все таки умножители в несколько раз тяжелее и объемнее, чем трансформатор. Аппарат не стационарный, его носят люди, и я не могу сделать аппарат тяжелее и больше, чем американские и китайские аналоги. Крайне желательно добиться необходимых результатов без использования двухполупериодной схемы умножителей.

19.06.2020 в 17:46, gte сказал:

А что, нельзя еще и увеличить количество секций и снизить требуемое напряжение?

Увеличить количество секций можно, если изменить сердечник. Сейчас заполнение окна сердечника близко к максимальному. Снизить требуемое напряжение нежелательно. Напряжение выбрано исходя из минимизации размера умножителя напряжения, который, как я говорил, значительно больше трансформатора.

19.06.2020 в 17:46, gte сказал:

Попробуйте сделать расчеты при разных значениях частот и количества секций в LTspice, например, для нахождения оптимального результата.

Попробую.

19.06.2020 в 17:46, gte сказал:

И для ваших напряжений лучше взять п-образные сердечники. 25 кВ на вашем сердечнике, да еще при 50 кГц нереально да и зачем такие проблемы?

П-образные сердечники плохо вписываются в цилиндрический корпус рентгеновского аппарата. Но выбранный сердечник не является строго обязательным. Буду пробовать посчитать в том числе и с П-образными.

 

21 час назад, iiv сказал:

В первом варианте паразитная емкость между секциями у Вас около 15пФ, что при 50кГц выделяет больше ватта на каждой секции, там масло начинает перегреваться и кипеть со всеми вытекающими.

Значит образование газа происходит в результате перегрева масла, а не разряда в трансформаторе? Но я испытывал трансформатор на частоте 10кГц, 17,5кГц, 25кГц, 40кГц и 50кГц. На всех частотах образование газа начиналось примерно при одном и том же выходном напряжении. Если выделение газа происходит в результате перегрева из-за паразитной емкости, то должно проявиться влияние рабочей частоты. Или я неправильно понимаю физику процесса?

 

Edited by Orc190

Share this post


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

П-образные сердечники плохо вписываются в цилиндрический корпус рентгеновского аппарата. Но выбранный сердечник не является строго обязательным. Буду пробовать посчитать в том числе и с П-образными.

Заодно посчитайте популярную конструкцию на одновитковых трансформаторах — обычно это кольца, что для опытов не практично, поэтому взять 8 комплектов E36 (например, китайские в СЗЛ по 50 руб., в сумме по массе будет меньше, чем та чашка) и продеть через каждые 4 шт. петлю из бытового коаксиального без оплётки, т.е. 5...7 мм полиэтиленовой изоляции, петли соединить последовательно, а под оставшиеся площади окон выточить каркасы, на которых намотать по 800 вит. По причине большой индуктивности рассеяния, схема преобразователя здесь должна быть "питаемый током мост".

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 час назад, Plain сказал:

схема преобразователя здесь должна быть "питаемый током мост".

При такой схеме предполагается открытие диагоналей транзисторного моста с перекрытием по длительности, правильно я понимаю?

Так не получится. Для регулировки выходных характеристик используется ШИМ. Мощность на нагрузке (рентгеновской трубке) можно изменять в пределах от 50 до 1000Вт. В большинстве режимов работы заполнение будет меньше 100%, что не позволит сделать перекрытие по длительности.

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.