Skalierbarer Hochspannungsgenerator

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VDX
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Re: Skalierbarer Hochspannungsgenerator

Beitrag von VDX »

... ach, wieso? -- die IC's und kleinen Lochrasterplatinen typisch unter 20 DM ... die Kunststoff-Lichtleitfasern auch nicht viel mehr.

Einer kam für die Abzeige von "Mikro-Druck-Variationen" auf die Idee, ein wenig aufgeblasenes Kondom an die Apparatur zu hängen - der "Anzeigegrad" war immer Gesprächsthema :awesome:

Viktor
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MaxZ
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Re: Skalierbarer Hochspannungsgenerator

Beitrag von MaxZ »

Apropos HGÜ (und MMC* allgemein)... Wie versorgen die eigentlich die Elektronik der einzelnen Zellen? Das sinnvollste was mir einfällt, ist ein Netzteil, das direkt an den Kondensatoren der Zelle hängt. Ansonsten wird's richtig ätzend mit der Isolierung, nicht?

* nein, nicht Multi Mini Cap, sondern Modularer Multi-level Converter; die Topologie mit der diese HGÜ-Wechselrichter und allgemein so ziemlich alle Wechselrichter für >13kV realisiert werden.


Liebe Grüße,
Max
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Norbi
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Re: Skalierbarer Hochspannungsgenerator

Beitrag von Norbi »

Glaub auch dass die sich direkt aus der Spannung die über dem jeweiligen Thyristor abfällt speisen.

Wäre auch hier eine schlaue Lösung. Und dann halt Steuerung über einen Optokoppler mit LWL.
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Zitzewitz
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Re: Skalierbarer Hochspannungsgenerator

Beitrag von Zitzewitz »

Ich habe einen ersten Entwurf für die Realisierung einer einzelnen Marx-Stufe gemacht. Die Spannung (5V und 18V) für die IGBT-Ansteuerelektronik gewinne ich mit einem kapazitiven Spannungsteiler aus einem dem Marx-Ladekondensator in Reihe geschalteten Kondensator höherer Kapazität. Die Marx-Stufe ganz links im zuvor geposteten Schaltplan hat immer erdnahes Potential und kann daher direkt vom Taktgeber angesteuert werden. Alle weiteren Marx-Stufen fragen immer mal freundlich ihren linken Nachbarn nach dessen Schaltzustand und passen ihren eigenen dann entsprechend an - nach einer einstellbaren Verzögerung im Bereich von 10 ns bis einigen 100 ns. Das freundliche Fragen heißt dann auf gut Elektronisch, dass die Schaltung "nur" Potentialunterschiede von einer Marx-Stufe handhaben muss (bis ca. 1500 V). Ich benutze dazu einen Digital-Isolator (ISO7810).

Man braucht also keine Batterien, Akkus, Solarzellen oder Trafos, die Isolierung für MV brauchen. Und auch keine GDT oder Lichtwellenleiter. Wenn man allerdings viele solche "Marx-Stufen" hintereinanderschaltet, muss man die künstlich eingebaute Verzögerung, mit der die IGBTs der Reihe nach schalten, kleiner machen, wenn man die Schaltfrequenz der Gesamtschaltung nicht verändern will. Wenn es nicht mehr kleiner geht, kann man mit einer geeigneten Schaltung auch dafür sorgen, dass z.B. immer 10 Marx-Stufen gleichzeitig und die nächsten 10 dann leicht verzögert schalten.

Ich bin mir bewusst, dass die praktische Realisierung trotzdem eine Herausforderung ist: Es gibt in jeder Stufe Leitungen und Bauteile, bei denen es um > 1000 V und mehreren A geht. Und daneben gibt es die Ansteuerung, bei der wenige V und mA oder sogar µA darüber entscheiden, ob der IGBT ein- oder ausgeschaltet wird. Um Störungen zu reduzieren, sollte man die Ansteuerungselektronik getrennt von der Leistungselektronik in ein Metallgehäuse einbauen und dieses Gehäuse mit Kondensatoren, die deutlich kleiner als die Marx-Kondensatoren sind, mit der Leistungselektronik verbinden. Der Grund für diese Kondensatoren ist, dass, wenn ein IGBT durchschaltet, aber der rechts davon noch nicht durchgeschaltet hat, die Stufe rechts davon in kurzer Zeit im Potential um ca. 1200-1500 V abgesenkt wird. Dieser Potentialsprung soll in der gesamten rechten Stufe möglichst gleichzeitig ankommen und v.a. die empfindliche Ansteuerelektronik nicht stören. Hier erst mal ein Bild von einer Marx-Stufe. Morgen dann deren Einbau in die Gesamtschaltung.

Marx-Stufe.png
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Thunderbolt
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Re: Skalierbarer Hochspannungsgenerator

Beitrag von Thunderbolt »

Das problem, was ich dabei sehe ist, dass du ja zünden willst, wenn der Marx voll, und damit der Strom durch deinen Teilerkondensator null ist.
Damit wird der Kondensator aber nicht mehr nachgeladen, d.h. die ganze Schaltung muss von der im Teilerkondensator gespeicherten Energie leben.
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Zitzewitz
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Re: Skalierbarer Hochspannungsgenerator

Beitrag von Zitzewitz »

Thunderbolt hat geschrieben: Sa 25. Jun 2022, 20:53 Das problem, was ich dabei sehe ist, dass du ja zünden willst, wenn der Marx voll, und damit der Strom durch deinen Teilerkondensator null ist.
Damit wird der Kondensator aber nicht mehr nachgeladen, d.h. die ganze Schaltung muss von der im Teilerkondensator gespeicherten Energie leben.
Nicht die ganze Schaltung, sondern nur die Ansteuerelektronik muss nach dem Aufladen der Teilerkondensatoren bis zum nächsten Aufladen von der Energie leben. Es sollte möglich sein, dass die Ansteuerelektronik im zeitlichen Mittel nach dem Aufladen nicht mehr als 100 mA vom Kondensator zieht - den genauen Strom muss ich noch mal ermitteln. Der Teilerkondensator ist jedenfalls groß genug, um die Energie bereitzustellen. Selbst wenn es etwas mehr als 100 mA sein sollten. Natürlich sinkt die Spannung am Teilerkondensator etwas, aber nicht so weit, dass hinter den Spannungsreglern weniger herauskommt.

Edit: Tatsächlich schafft es die Schaltung nicht ganz, den Teilerkondensator in einem Schaltzyklus ausreichend aufzuladen. Aus diesem Grund habe ich die Diode D2 und den Kondensator C3 eingeführt: Damit soll erreicht werden, dass nach dem Einschalten der ganzen Schaltung erst mal in einigen Schaltzyklen der IGBT gar nicht einschaltet. Erst wenn sich C3 weit genug aufgeladen hat, kann der IGBT durchschalten.
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