Der Thread der "kleinen Fragen"

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Norbi
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Re: Der Thread der "kleinen Fragen"

Beitrag von Norbi »

Zitzewitz hat geschrieben: Ich habe noch ein paar Fragen:
*** Ferrit ist wohl spröde, d.h. er geht leicht mal kaputt. Hat jemand Erfahrung, wie stabil
v.a. größere Ferritkerne sind ? Kann er schon kaputt gehen, wenn man ihn z.B. aus 2-3 cm Höhe
auf eine harte Unterlage fallen lässt ?

*** Wie dick muss eurer Meinung nach eine Schicht aus Teflon sein (z.B. mit einem Teflonklebeband),
um einen Ferritkern gegen eine Wicklung zu isolieren, die maximal ca. 50 kV Potentialdifferenz zum
Kern hat ?
Ferrit ist halt so keramisch spröde. Bei so einer Fallhöhe platzt höchstens ne kleine Ecke ab wenn es dumm läuft.
Isolieren würde ich mal mindestens mit 0,5 mm Isolationsmaterial pro kV also 25mm Teflonplatte ohne jede Fuge und NIRGENDSWO Luft auch nicht da wo kein Kern ist.

Schau mal hier. So endet das wenn man irgendwie 50kV AC bei einigen kHz mit "kleinen" (der Ferrit ist schon extrem groß) Trafos erzeugen will, hat man hier schon oft versucht und geht mit Sicherheit nach ein paar Minuten in die Hose.


Die Luft wird da an allen möglichen stellen Ionisiert und das frisst sich mit der Zeit unweigerlich durch jedes Material das nicht gerade Keramik ist.
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HV-Juli
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Re: Der Thread der "kleinen Fragen"

Beitrag von HV-Juli »

Hallo,
Bei TCs soll man den MMC ja immer etwas großzügige dimensionieren, weil durch den schwingkreis eine spannungsüberhöhung auftritt, richtig? Aber bei SGTCs kann das ja eigentlich gar nicht passieren.
Kondensator wird geladen, entlädt sich in die primärspule, und die kann den kondensator nicht mehr ganz auf die vorige Spannung aufladen, sonst hätte der Kondensator ja mehr Energie gespeichert als davor. Somit müsste das nur für DRSSTCs gelten?

Und noch eine Frage zu kondensatoren, besonders zu den Wima FKP 1. Im Datenblatt gibt es eine Grafik für die zulässige wechselspannung in Abhängigkeit von der Frequenz.
Screenshot_20220602-105637_Word.jpg
Screenshot_20220602-105637_Word.jpg (106 KiB) 611 mal betrachtet
Es steht auch dabei dass das für 15°C eigenerwärmung gilt. Bei einer SGTCs gibt es zwar hochstromige pulse, aber der RMS Strom liegt ja viel niedriger, wahrscheinlich bei nicht mal 1A. Kann ich also einfach mit 700V Spannungsfestigkeit rechnen, auch bei ca 200kHz, oder macht die HF und damit verbundene Koronaentladungen dem kondensator dann zu schaffen?

Ich finde es auch seltsam dass die Spannungsfestigkeit ab 20kHz abwärts (bei den 68nF) nicht mehr steigt. Müsste diese Funktion nicht eigentlich so weitergehen dass sie bei 0Hz mit der DC-Spannungsfestigkeit (2kV) zusammentrifft?

LG Julian
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Zitzewitz
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Re: Der Thread der "kleinen Fragen"

Beitrag von Zitzewitz »

HV-Juli hat geschrieben: Do 2. Jun 2022, 10:55 Hallo,
Bei TCs soll man den MMC ja immer etwas großzügige dimensionieren, weil durch den schwingkreis eine spannungsüberhöhung auftritt, richtig? Aber bei SGTCs kann das ja eigentlich gar nicht passieren.
Kondensator wird geladen, entlädt sich in die primärspule, und die kann den kondensator nicht mehr ganz auf die vorige Spannung aufladen, sonst hätte der Kondensator ja mehr Energie gespeichert als davor. Somit müsste das nur für DRSSTCs gelten?
Nachdem die Funkenstrecke gezündet hat, kann die Spannung am Kondensator nicht mehr größer werden.

Aber je nachdem wie du den MMC lädst (mit AC oder DC und mit welcher Beschaltung), kann er sich teilweise auf eine höhere Spannung als die Primärspannung aufladen, wenn der MMC über eine Induktivität aufgeladen wird. Trafos haben als "Innenwiderstand" auch eine mehr oder weniger große Induktivität. Bei fest gekoppelten Trafos ist sie kleiner, bei "lose" gekoppelten (z.B. Neontrafos) größer.

Der RMS Strom ist bei einer SGTC auf jeden Fall deutlich größer als der zeitlich gemittelte Strom. Während der Primärschwingkreis schwingt, ist der Strom ja extrem groß, z.B. bei 10 kV Ladespannung des MMC, 200 kHz Frequenz, 50 nF MMC Kapazität beträgt der Strom ca. 444 A RMS am Anfang der Schwingung. Angenommen, die Schwingung dauert 1% der Zeit und die Aufladung 99% der Zeit der Periodendauer, mit der auf- und entladen wird. Dann ist der RMS Strom über eine solche Periode gemittelt nicht 1/100, sondern 1/10 des RMS-Stroms während der Entladung (wenn die Aufladung 99,99% und die Entladung 0,01% der Zeit bräuchte, wäre der RMS Strom über eine Auf- und Entladeperiode 1/100 des RMS Stroms während der Entladung). Da ich nur den Anfangsstrom der Entladung berechnet habe, nehme ich als RMS-Mittelwert während der Entladung mal 300 A an. Dann wäre der RMS-Wert über die Auf- und Entladeperiode ca. 30 A.

DC ist 0 Hz. Aber im Bild ist DC ja gar nicht eingezeichnet, somit ist das Bild kein Widerspruch zur Angabe 2000 V DC.
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Zitzewitz
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Re: Der Thread der "kleinen Fragen"

Beitrag von Zitzewitz »

kilovolt hat geschrieben: Mi 25. Mai 2022, 18:52 Hallo Zitzewitz

viewtopic.php?t=63287&start=180

viewtopic.php?t=64544&start=60

Gruss kilovolt
Zunächst einmal Glückwunsch zu deinen wirklich grandiosen Kaskaden mit den Tera-großen Entladungen.
Da kann ich nur eins sagen: Will ich auch !
kilovolt hat geschrieben: Mi 25. Mai 2022, 18:52 100kV hochfrequente AC im kHz-Bereich dürfte zur echten Herausforderung werden. Nebst dem Überschlagsrisiko werden auch die Sprühverluste bei solch hohen Spannungen und Frequenzen unerträglich.
Wenn ich nicht irgendwas falsch verstanden habe, benutzt du 25 kHz, also auf jeden Fall im kHz-Bereich, wenn auch nicht die von mir genannten 400 kHz. Und die Röntgentrafos - ich konnte gerade keine Spannungsangabe finden - liefern angenommen 50 kV als Spitzenwert. Aber wie man sieht, funktioniert es. Ich hätte auch nicht einen Trafo mit 100 kV gebaut, sondern zwei mit je 50 kV (Spitzenwert).

@kilovolt: Hast du irgendeinen Link zu der IGBT-Treiberschaltung (Vollbrücke) ? Und sogar noch Angaben zu den verwendeten Bauteilen (Typenbezeichnung) ? Es gibt da ja durchaus verschiedene Realisierungsmöglichkeiten. Jedenfalls möchte ich auch solche IGBT-Module verwenden, um eine ähnliche Leistung wie du ansteuern zu können.

Edit: Ich habe 4 große Ferrit-Stäbe von Blinzinger Elektronik erhalten: Zwei mit den Abmessungen 279x60x28 mm und zwei weitere mit 200x60x28 mm (leider waren nicht 4 von den größeren vorrätig). Einer von den größeren hatte im Lager schon eine kleine Bechädigung - den habe ich sogar kostenlos erhalten :) .
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Re: Der Thread der "kleinen Fragen"

Beitrag von kilovolt »

Hallo Zitzewitz

danke für die Komplimente ;-)

Nachfolgend findest Du zwei Links zu den Schemas, eines für den Oszillator-Treiberteil und eines für die Vollbrücke. Achtung: Beim Oszilltaorteil habe ich den frequenzbestimmenden Kondensator von Pin 5 auf Masse vergessen einzuzeichnen. Für die Links musst du auf Seite 5 im Thread etwas nach unten scrollen:

viewtopic.php?t=63287&start=60

Beim Treiberteil sind die Mosfets IRF530 und IRF9530.

Bei der Vollbrücke sind IGBT-Module Semikron SKM200GB128D verbaut.

Der von mir verwendete Röntgentrafo funktioniert nur, weil er:
a) ein professioneller Trafo mit Kammerwicklungen für genau diese Betriebsart ist
b) in einem Ölbad betrieben wird
c) nur mit max. 40kV Spitzenspannung betrieben wird

Beste Grüsse
kilovolt
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Zitzewitz
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Re: Der Thread der "kleinen Fragen"

Beitrag von Zitzewitz »

@kilovolt: Danke für die Links zu den Schaltplänen und für die Erläuterungen.

Ich möchte noch eine Schaltung erwähnen, die ich wahrscheinlich vorerst nicht realisieren werde, die aber trotzdem nicht ganz uninteressant ist: Bei Hochspannungstransformatoren gibt es immer ein Problem: Einerseits möchte man die HV-Wicklungen möglichst weit auseinander und weit weg vom Kern machen, um die Isolation zu verbessern, andererseits geht das nur begrenzt, wenn man nicht einen entsprechend größeren Kern hat.

Wenn man jedoch schon eine mittlere Hochspannung hat (z.B. 30 kV DC, gleichgerichtet von einem Messwandler), kann man prinzipiell mit der folgenden Schaltung sehr hohe Spannungen erzeugen, und man kann sich ausreichend Platz für die Isolation nehmen:

Resonanzwandler.png

Das habe ich mit LTSpice simuliert. Links ist die 30 kV DC-Quelle mit einem simulierten Innenwiderstand von 50 kOhm. Die beiden Schalter müssen durch Mosfet-Stacks realisiert werden, um sehr hohe Sperrspannungen aushalten zu können. Die Schalter werden abwechselnd mit einer Frequenz von 1000 Hz geschlossen und geöffnet. Die Schaltfrequenz ist genau die Resonanzfrequenz des Schwingkreises aus L2 und C2.
Auch wenn die Simulation Korona, Teilentladungen und sonstige Isolationsprobleme in keiner Weise berücksichtigt (und die Kupferwiderstände auch nicht): Nach einer Sekunde Simulationszeit hat sich an dem "Dummy-Widerstand" R1 (mit 100 GOhm) eine Spannung von schlappen 2,4 MV aufgebaut. Dass das die Dioden, Kondensatoren und Mosfets nicht aushalten würden, brauche ich nicht zu erwähnen.
Wenn man eine richtige Last anlegt (z.B. R1 = 1 MOhm), ist die Spannung natürlich deutlich kleiner (laut Simulation im Mittel nur noch 30 kV). Aber das wäre für einen Lichtbogen auch nicht schlimm: Er braucht eine hohe Zündspannung (bei weiter Distanz) und eine kleinere Brennspannung.

Der Vorteil dieser Schaltung ist: Man kann da, wo man gute Isolation braucht, alles weit auseinander bauen: Bei den Mosfet-Stacks kann man die Mosfets weit entfernen, und die Induktivität kann man notfalls als Reihenschaltung von mehreren Induktivitäten bauen, so dass an jeder nur ein Teil der Spannung anliegt. Bei den Kondensatoren und Dioden kann man ebenso Reihenschaltungen nehmen.

Reihenschaltungen von Mosfets zur Erzielung hoher Sperrspannungen muss man gut durchdenken, aber man findet im Internet dazu einige Vorschläge - teilweise auch ohne GDT.

Edit: Ich hatte zuvor geschrieben, dass ZVS (zero voltage switching) erreicht werden kann. Das scheint jedoch nur möglich zu sein, wenn man eine Vollbrücke aus 4 Schaltern hat.
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kilovolt
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Re: Der Thread der "kleinen Fragen"

Beitrag von kilovolt »

Hallo Zitzewitz

Als Schaltelemente könnte man Sende-Röhren einsetzen, wäre evt. noch ein interessanter Ansatz...

Gruss kilovolt
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Alexander470815
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Re: Der Thread der "kleinen Fragen"

Beitrag von Alexander470815 »

Also einen normalen HF Trafo der einige kV erzeugt mit einer Kaskade dahinter ist der deutlich sinnvollere Weg.
30kV schalten und dann noch eine Induktivität mit 35 Henry dahinter die auch noch 30kV AC aushalten muss? Um Größenordnungen komplizierter, das ist nur was für die Simulation und kaum umzusetzen.
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Zitzewitz
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Re: Der Thread der "kleinen Fragen"

Beitrag von Zitzewitz »

kilovolt hat geschrieben: So 12. Jun 2022, 18:09 Hallo Zitzewitz

Als Schaltelemente könnte man Sende-Röhren einsetzen, wäre evt. noch ein interessanter Ansatz...

Gruss kilovolt
Ich habe vor >= 10 Jahren eine GU81 gekauft, bin aber leider nie dazu gekommen, sie auszuprobieren, bis ich dann seit ca. 10 Jahren gar nichts mit Hochspannung mehr gemacht habe. Sie scheint trotz der Angabe 2000 V im Datenblatt eine deutlich größere Spannung auszuhalten, da sie wohl in manchen VTTCs mit zwei MOTs sekundär in Serie betrieben wird.
Alexander470815 hat geschrieben: So 12. Jun 2022, 21:42 Also einen normalen HF Trafo der einige kV erzeugt mit einer Kaskade dahinter ist der deutlich sinnvollere Weg.
30kV schalten und dann noch eine Induktivität mit 35 Henry dahinter die auch noch 30kV AC aushalten muss? Um Größenordnungen komplizierter, das ist nur was für die Simulation und kaum umzusetzen.
Eigentlich habe ich mir die Schaltung nur ausgedacht, um mir die Zeit zu vertreiben, bis die bestellten Bauteile für kilovolts Röntgentrafo-Ansteuerung angekommen sind. Und ich habe gedacht, ich müsste dir recht geben, was das Kosten-Nutzen-Verhältnis meiner Schaltung betrifft. Aber ich habe sie noch mal modifiziert, so dass es etwas realistischer ist. Und nun halte ich sie eventuell doch für konkurrenzfähig.

Die DC-Betriebsspannung habe ich auf 4500 V reduziert, was etwas weniger ist als die gleichgerichtete Spannung von zwei sekundär in Serie geschalteten MOTs. Vor 10 Jahren wäre es wahrscheinlich nicht möglich gewesen, dass man 4500 V mit nur EINEM Halbleiter-Schalter mit einem Hobby-verträglichen Budget schalten kann. Aber heute schon, nämlich mit dem IGBT IXYT30N450HV, den man bei mouser.com für 40,70 Euro erhält - oder besser gesagt erhielt, denn den einzigen auf Lager verfügbaren habe ich mir gerade geschnappt. Aber Ende Oktober sollen mehr kommen. Der einzige Nachteil ist, dass der IGBT als mickriges SMD-Bauteil geliefert wird. Da wird es schwierig, ihn auf einem Kühlkörper anzubringen.

Ich habe nun die Schaltfrequenz auf 25 kHz heraufgesetzt - wie bei kilovolts Röntgentrafo-Ansteuerung. Somit konnte ich die Induktivität auf ca. 13,5 mH reduzieren. Zur Realisierung schlage ich eine einlagige Luftspule mit der Länge 50 cm, dem Durchmesser 30 cm und der Windungszahl 300 vor. Das ergibt nach der Wheeler-Formel - wenn ich mich nicht verrechnet habe - 13.5 mH und einen DC-(Draht)-Widerstand von ca. 2,46 Ohm, den ich in der Schaltung berücksichtigt habe. Am meisten Leistung gibt die Schaltung ab, wenn ich den Lichtbogen mit einem schnöden Widerstand von ca. 1 MOhm simuliere, nämlich 6,5 kW an diesem Widerstand bei einer Spannung von ca. 82 kV. Die Quelle müsste dann 9,2 kW aufbringen. Bei R1 = 100 kOhm "verbrät" der Widerstand eine Leistung von ca. 3 kW, und die Quelle muss 3,37 kW aufbringen. Wenn R1 = unendlich (100 GOhm), dann braucht es trotz der hohen Schaltfrequenz laut Simulation ca. 200 ms, bis man das Gefühl hat, die Spannung an R1 steigt nicht weiter - sie wird dann ca. 750 kV. Da das die Dioden nicht aushalten würden, muss dieser Fall verhindert werden, z.B. durch einen Abstand der Lichtbogen-Elektroden, bei dem sie auch sicher zünden, oder ggf. durch eine kleine Abweichung der Schaltfrequenz von der Resonanzfrequenz des Schwingkreises. Im Leerlauf müsste die Spannungsquelle laut Simulation unrealistische 28 kW Leistung erbringen - wo bleibt diese eigentlich ? ... In der Realität wahrscheinlich in Teilentladungen, die allerdings in der Simulation nicht berücksichtigt werden. Da in der Simulation die Schaltfrequenz genau der Resonanzfrequenz des Schwingkreises entspricht, kann sich die Spannung ziemlich weit aufschaukeln - sofern die Spannungsquelle überhaupt den enormen Strom liefern kann.

Jedenfalls ist die Versorgungsspannung nun so "niedrig", dass man sie sogar schalten kann, ohne eine Reihenschaltung von IGBTs oder Mosfets zu nehmen, siehe IXYT30N450HV. Naja das ist hart am Limit des IGBTs.
Alexander470815 hat geschrieben: So 12. Jun 2022, 21:42 ... und dann noch eine Induktivität mit 35 Henry dahinter die auch noch 30kV AC aushalten muss?
Über zu hohe Spannungen beim abrupten Abschalten einer Induktivität sollte man sich hier keine Sorgen machen müssen, sofern die Rückwärts-Dioden der Halbleiter-Schalter, die ich im Schematic auch eingezeichent habe, ausreichend schnell sind. Dann kann das Potential in der Mitte der beiden Schalter (am Eingangs-Pin der Induktivität) nicht kleiner als Null und nicht größer als 4500 V werden (+/- Durchlassspannung der Rückwärtsdioden).
Dateianhänge
Resonanzwandler2.png
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