HV-Kaskade mit Röntgentrafo

Für HV-Trafos, Kaskaden, Coilguns, Induktionsheizer und Ähnliches.

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kilovolt
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HV-Kaskade mit Röntgentrafo

Beitrag von kilovolt »

Gentlemen, gerne möchte ich mein neustes Projekt mit Euch teilen.

Habe von einem befreundeten HV-Bastler, der zur Zeit in der Röntgenindustrie tätig ist, interessantes HV-Material geschenkt bekommen, an dieser Stelle nochmals ganz herzlichen Dank! :headbang: Unter anderem einen modernen Röntgentrafo mit Ferritkern sowie diverse 50kV-HV-Kondensatoren, Doorknobs, aber auch Scheibenkondensatoren. Natürlich bietet sich das Material geradezu an für ein grösseres HV-Projekt. Meine Wahl fiel auf eine HV-Kaskade in Kombination mit dem Röntgentrafo.

Zuerst musste eine Ansteuerung für den Röntgentrafo her. Diese habe ich bereits fertiggestellt (bis auf den fehlenden Kühlkörper bei der Endstufe). Sie besteht aus einem TL494 Oszillator, einem Steve-Ward-DRSSTC-Gatetreiber ohne den ganzen Logik-Krempel sowie einer leistungsstarken Vollbrücke aus zwei Semikron IGBT-Brücken SKM200GB128D. Die Schaltung funktioniert problemlos und läuft zur Zeit auf 25kHz. Die Frequenz wird vermutlich später noch erhöht, um die Kaskade effizienter betreiben zu können. Die Elektronik erlaubt Frequenzen bis über 100kHz, allerdings wäre das wohl viel zu hoch für den Trafo.

Nachfolgend einige erste Eindrücke des bereits bestehenden Setups.
Zuerst der Röntgentrafo. Er liefert 40kVp und ist damit ideal geeignet, um die 50kV-Kondensatoren in der Kaskade versorgen zu können. Kein Wunder, denn der Hersteller dieser Röntgengeräte hatte die Teile auch schon genau gleich kombiniert und somit bereits etwas Vorarbeit hinsichtlich des Dimensionierens geleistet, wenn man so will.

[ externes Bild ]

Der Trafo sieht relativ klein aus auf dem Bild, aber er hat für einen Ferrittrafo eine stattliche Grösse und vorallem extrem dicke Primärkabel, die wie HF-Litze aus zahlreichen dünnen, einzeln voneinander isolierten Adern bestehen, um die HF-Verluste möglichst gering zu halten. Die Hochspannungswicklung ist in Kammern unterteilt. Die Verarbeitung des Trasformators ist sehr vorbildlich. Trotzdem muss er natürlich in einem Ölbad betrieben werden, wenn man die volle Spannung bei 20kHz oder noch mehr machen will. Dafür habe ich teures Silikonöl bestellt, ein voll synthetisches Öl mit guten, dielektrischen Eigenschaften und komplett ohne organische Anteile.

Hier noch ein Bild der HV-Kammerwicklung:
[ externes Bild ]

Auf den folgenden BIldern ist die Ansteuerelektronik für den Röntgentrafo zu sehen. Die Vollbrücke mit den Semikronbricks dürfte genug Leistung zur Verfügung stellen. Sie besteht aus Teilen, die ich noch von anderen Projekten rumliegen hatte.

[ externes Bild ]

Oszillator und Treiberschaltung:
[ externes Bild ]

IGBT-Vollbrücke:
[ externes Bild ]

Die Elektronik habe ich zusammen mit dem Röntgentrafo bereits mal getestet, allerdings noch ohne Öl, daher nur mit geringer Spannung. Hat aber alles schonmal funktioniert, daher sehe ich auch dem test unter Öl gelassen entgegen. Dummerweise hatte ich beim ersten Mal zuwenig Öl bestellt und musste nun noch ein zweites Mal nachbestellen. Sobald das restliche Öl da ist, erfolgt ein Test des Transformators mit voller Spannung.

Wie die Kaskade dann genau aussehen wird, ist noch Gegenstand meiner aktuellen Planungen. Vermutlich wird eine Vollwellenkaskade mit einer Ausgangsspannung zwischen 300 und 400kV. Es wird sich jedoch zeigen, was letztendlich mit dem Material möglich ist, das ich zur Verfügung habe.

Gerne werde ich Euch auf dem Laufenden halten. Vielen Dank für Euer geschätztes Interesse.

Beste Grüsse
kilovolt
Zuletzt geändert von kilovolt am So 20. Nov 2016, 22:30, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: HV-Kaskade mit Röntgentrafo

Beitrag von verschrottix »

Ui sieht schonmal sehr Vorbildlich aus! Sauberer Aufbau und gut Power mit dem Inverter. Freue mich auf weiter Updates :D
Mach doch mal paar Bilder von den Kondensatoren etc würde mich echt interessieren.

Mfg Verschrottix
Was waren die letzten Worte des Elektrikers?
"Was isn das fürn Kabel?"
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Daniel
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Re: HV-Kaskade mit Röntgentrafo

Beitrag von Daniel »

Bist Du dir sicher dass es ein Ferrit Trafo ist? ;)
Die Kerne meiner Trafos waren alle aus Eisen. Die Blechstärke war aber so dünn dass ich anfangs auch dachte es wäre Ferrit.
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Re: HV-Kaskade mit Röntgentrafo

Beitrag von kilovolt »

Hallo verschrottix und Daniel

Danke vielmals für Euer Interesse und Eure Beiträge.

@ verschrottix: Gerne kann ich vom restlichen Matreial bei Gelegenheit noch einige Bilder nachliefern, kein Problem.
@ Daniel: Es scheint mir schon Ferrit zu sein. Der Trafo lief gemäss Angaben des Vorbesitzers ursprünglich bei etwas über 20kHz, und das dürfte wohl mit Eisen nicht mehr vernünftig zu machen sein.

Beste Grüsse
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Re: HV-Kaskade mit Röntgentrafo

Beitrag von ebastler »

Sehr tolles Projekt kilovolt, immer wieder schön deine Arbeiten zu sehen. Du baust das was ich mit mehr Zeit, Geld (und Wissen) bauen würde :D

Freue mich auf weitere Dokumentation des Baus!
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stoppi
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Re: HV-Kaskade mit Röntgentrafo

Beitrag von stoppi »

Er liefert 40kVp und ist damit ideal geeignet, um die 50kV-Kondensatoren in der Kaskade versorgen zu können
Hallo Daniel! Tolle Sache und tolle Teile. Aber wird das mit den Kondensatoren nicht etwas eng, wenn du den Trafo wirklich mit 40kVp fährst? Die Kondensatoren sollten doch die 2-3 fache Spannungsfestigkeit besitzen, siehe http://elektroniktutor.de/analogtechnik/vervielf.html
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kilovolt
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Re: HV-Kaskade mit Röntgentrafo

Beitrag von kilovolt »

Hallo ebastler und stoppi!

Danke für Eure Beteiligung.
@ebastler:
Danke vielmals für den netten Kommentar. Deine Projekte sind aber auch nicht ohne :awesome:

@stoppi:
Danke für den Hinweis. Der Transformator besteht jedoch aus zwei HV-Spulen, welche in Serie 40kV Spitzenspannung liefern. Wenn ich eine Vollwellenkaskade baue, so kann ich jeweils eine Seite der Kaskade mit einer Spulenseite des Trafos speisen, wodurch dann pro Kaskadenteil nur noch 20kV Spitzenspannung anliegen. Mit 20kV peak ist dies kein Problem mehr, denn die Kondensatoren sehen dann die doppelte Spitzenspannung, also knapp 40kV, sind jedoch für 50kV spezifiziert.

Oder man könnte es auch so erklären: 40kV peak sind 28kV eff. Die Hälfte dieser Spannung geht jeweils zu einem Kaskadenteil, also 14kV eff. Die Kondensatoren müssen 2* Wurzel(2)*Ueff halten, ergibt dann 14kV*2*1.414 ~ 40kV.

Verschaltung so wie hier, einfach statt zwei Trafos nur zwei getrennte Sekundärwicklungen:
http://illumina-chemie.de/upload/310_19 ... d8c7e9.png

Beste Grüsse
kilovolt
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ebastler
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Re: HV-Kaskade mit Röntgentrafo

Beitrag von ebastler »

kilovolt hat geschrieben:Hallo ebastler und stoppi!

Danke für Eure Beteiligung.
@ebastler:
Danke vielmals für den netten Kommentar. Deine Projekte sind aber auch nicht ohne :awesome:
Wenn ich mal welche hätte...
Hab grad eine Vollbrücke die darauf wartet, dass ich ihr einen Trafo wickel.
Hab IGBTs die darauf warten, dass ich ne DRSSTC bau.
Hab ne fast fertige selbstresonante SSTC Platine mit FM + Interrupter (mit FlipFlop auf Oszillator gesynct), wo ich das PCB fertig designen müsste.
Hab alle Teile für einen Geiger hier, aber nie gebaut.

Ich fange alles an und bau es nie fertig, das nervt. Muss endlich mal meine Projekte abschließen!
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Re: HV-Kaskade mit Röntgentrafo

Beitrag von kilovolt »

Jeder hat so seine Leichen im Keller, kenn ich auch ;-) Meine QCW vegetiert schon seit bald zwei Jahren unfertig auf der Halde, behaftet mit allerlei Problemchen. Den grossen Marx-Doppeltower hab ich nie beendet, weil mein Konzept nicht aufging in der Praxis ;-) Es gibt immer solche Projekte, davon darf man sich nicht unterkriegen lassen.

Ein herzlicher Gruss
kilovolt
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Re: HV-Kaskade mit Röntgentrafo

Beitrag von Multi-kv »

Hallo kilovolt
das sieht wirklich sehr spannend spannend aus dein neues Projekt! Sitze gerade im Zug nach Hannover und tippe in mein neues Galaxy S7 - hoffe es explodiert mir nicht:-)
Verstehe zwar nicht allzu viel von dem Projekt - aber es klingt schoebel mal sehr spannend. Werden Röntgentrafos im allgemeinen mit HF angesteuert? Bin schon gespannt wie es weitergeht!

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Re: HV-Kaskade mit Röntgentrafo

Beitrag von Multi-kv »

Multi-kv hat geschrieben:Hallo kilovolt
das sieht wirklich sehr spannend spannend aus dein neues Projekt! Sitze gerade im Zug nach Hannover und tippe in mein neues Galaxy S7 - hoffe es explodiert mir nicht:-)
Verstehe zwar nicht allzu viel von dem Projekt - aber es klingt schon mal sehr spannend. Werden Röntgentrafos im allgemeinen mit HF angesteuert? Bin schon gespannt wie es weitergeht!

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Re: HV-Kaskade mit Röntgentrafo

Beitrag von kilovolt »

Guten Abend Multi-kv

Danke für die netten Worte.
Röntgentrafos gibt es auch ganz viele 50Hz-Versionen. Vorallem ältere Röntgengeräte arbeiten mit 50Hz-HV-Trafos. Der vorteil sind die hohen Spannungen und Leistungen, die ein Röntgentrafo liefern kann. Kleinere bringen so 50 bis 100kV, grössere auch durchaus 300kV oder noch mehr ;-)

Modernere Varianten sind aber mit Ferritkern gebaut, weil sie so mit hohen Frequenzen betrieben werden können und damit natürlich sehr viel kompakter und leichter werden. Ausserdem lässt sich mit elektronischer Ansteuerung die Hochspannung und der Röhrenstrom besser kontrollieren und genauer einstellen und stabilisieren. Aus diesem Grund werden wohl auch in diesem Gebiet langfristig die 50Hz-Trafos verschwinden, genauso wie bei den NSTs und OBITs.

Ich persönlich mag die alten 50Hz Trafos sehr. Aber ich muss schon zugeben, für eine nachfolgende Kaskade ist die hohe Frequenz von Ferrittrafos natürlich viel besser, weil man mit kleineren Kapazitäten arbeiten kann.

Beste Grüsse
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ultraviolett
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Re: HV-Kaskade mit Röntgentrafo

Beitrag von ultraviolett »

Hallo Kilovolt,

interessantes Projekt! :)

50Hz Trümmer mag ich sehr, ist eben unverwüstlicher Low-Tech, aber sobald man am Ausgang Kondensatoren braucht wird's schwierig.
Bin gespannt wie es weitergeht. 8)

Viele Grüße
Kai
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Mofi
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Re: HV-Kaskade mit Röntgentrafo

Beitrag von Mofi »

Wow, mal wieder was von kilovolt! Deine erste Kaskade war ja schon sehr beeindruckend!

Der Röntgentrafo sieht aus wie ein besserer Zeilentrafo. Wie groß ist der? Wirkt eher niedlich ;) Was für eine Leistung hat der? Muss schon Dampf haben, sonst hättest du wohl nicht so eine aufwendige Ansteuerung gebaut oder?
Und was sagt deine Frau dazu? An euren Kühlschrank darfst du ja nicht mehr ran :hihi:

Freu mich schon auf mehr!

Grüße, Mofi.
Oh ja. So fängt es an. Aber der Weg von einem legitimen Verdacht zu blindem Verfolgungswahn ist weitaus kürzer als wir denken.
Ich bin zutiefst besorgt über das, was hier geschieht.
Jean-Luc Picard 2367
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Re: HV-Kaskade mit Röntgentrafo

Beitrag von kilovolt »

Hallo ultraviolett, hallo Mofi

Danke für Euer Interesse an diesem Projekt.

Nur, damit wir uns richtig verstehen: Ein bisschen was anderes als ein Zeilentrafo ist das hier dann schon :-) Mit Zeilentrafos bin ich durch. Damit man die Grössenverhältnisse richtig einschätzen kann, hab ich den Trafo extra nochmals aus seinem Teilölbad rausgenommen, um neben einem AC-Zeilentrafo abzulichten. Hier ist der Grössenvergleich:

[ externes Bild ]

Wenn man die Drahtstärke auf der HV-Seite ansieht, so würde ich mal meinen, 100mA bei 30kV eff. sollten da problemlos dauerhaft zu machen sein, vielleicht auch mehr, das wären dann immerhin mindestens 3kW Leistung. Kurzzeitig kann ich mir auch das Doppelte bis Dreifache davon vorstellen. Wie die genauen Daten sind, weiss ich jedoch nicht.

Morgen folgen dann mal weitere Fotos vom restlichen Material. Zudem ist heute der Kühlkörper für die Endstufe gekommen. Daher habe ich heute Abend mal gebohrt und Gewinde geschnitten für die Bricks.

Beste Grüsse
kilovolt
Zuletzt geändert von kilovolt am Mi 23. Nov 2016, 13:06, insgesamt 1-mal geändert.
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