Ωmega Labs

100kVDC táp (szimmetrikus)

Vannak esetek, mikor szükség van nagy egyenfeszültség előállítására. Itt egy rövid leírás arról, hogyan is lehet kivitelezni egy ilyen tápot.
Először nézzük meg, milyen lehetőségünk van DC előállítására nagyfeszültség mellett:

soksz1002

Ez egy nagyon egyszerű, félutas egyenirányító, szabályozható feszültséggenerátorral. A diódának itt dupla csúcsfeszültséget kell elviselnie minimum! Külön nincs rajz, de a graetz, vagy kéthullámú egyenirányítónál is hasonló a helyzet (graetz esetén 2 dióda osztozik a kétszeres csúcsfeszültségen). Nézzük a következő lehetőséget:

soksz1003

Látszólag felcseréltünk két elemet.. A diódának itt is dupla csúcsfeszültséget kell elviselnie, de ez a rajz az előző kapcsolással teljesen ekvivalens, csupán itt a diódáról vesszük le a feszültséget, ami a második félperiódusban ugrik fel 100kV-ra záróirányban. Nem nagyon terhelhető, de alapvetően ez már sokat segít, ha a feszültség növelése a cél. Nézzünk egy jobban terhelhető ‘sokszorozót’:

soksz100

Ez tulajdonképpen nem sokszorozó, hanem egy szimmetrikus táp (Greinacher-féle). Mégis dupla csúcsfeszültséget lehet elérni vele, és így nagyobb feszültség érhető el, mint sima egyenirányítással. A működése pofonegyszerű, a felső kondenzátor pozitív csúcsfeszültségre töltődik, az alsót pedig a negatív csúcsfeszültség tölti fel. A kondenzátorok sorosan kapcsolódnak, így a rajtuk mérhető feszültség összeadódik. Ez a kapcsolás valamivel jobban terhelhető, de erősen függ a kapacitástól, és a meghajtó generátor teljesítményétől. A rajzon találunk egy ellenállást, ami látszólag értelmetlen, ki akarna 500W-os, 1Mohmos ellenállást bekötni a kimenettel sorba egy tápon? A dologban van hátrány is természetesen, hiszen ez az ellenállás mindenképpen elég erősen rontja a hatásfokot. Miért is kell akkor ez tehát?
A dolog lényege, hogy ha a sokszorozót egy feszültséggenerátornak tekintjük, akkor rendkívül kicsi a belső ellenállása. Ez azt fogja magával vonni, hogy mikor elkezdjük terhelni a kimenetet, valami jó kicsi terheléssel, pl. rövidzárral, ez a generátor nagyon nagy áramot fog leadni, méghozzá igen rövid idő alatt, és igen nagy feszültség mellett. Ezután a belső ellenállása rohamosan nő, végül közel 0V-ra esik le a feszültség. Azaz egy kisülést kapunk a kimeneten, ami - lévén legalább 50-100kV-ról van szó - igen messzire, és hangosan fog átcsattanni. Persze ezt leginkább a kondenzátorokban tárolt energia befolyásolja, az energia pedig négyzetesen függ a feszültségtől, és csak a kapacitás felével arányosan. 50kV és 32nF eredő kapacitás esetén 40J az energia, ami 4-5 centi távolságú levegőben összpontosul, és igen zavaró, hangos csattanásban és fényben nyilvánul meg. Az áram itt többszáz amper is lehet.
Ha az ellenállás be van kötve, azzal ezt a feszültséggenerátor belső ellenállását 1Mohm-mal megnöveltük. Persze, ha kiszámoljuk, itt is 50mA áram jön ki 50kV mellett, és bizony ez is nagyon beterheli a feszültséggenerátort, ami esetleg 5-10mA leadásával lenne boldog. Viszont ez segít abban, hogy megtartsa a feszültséget a kondenzátorbank, nem pedig 0 és 100kV között ugrál. Tehát elmondható, hogy a soros ellenállás egyben stabilizálja a feszültséget, és korlátozza a kimeneti áramot, megnövelve a sokszorozó belső ellenállását. A kimeneten így egy ívet kapunk, aminek teljesen elviselhető a hangja. A soros ellenállás védi a diódákat is, hiszen nem szeretik azok sem, ha hirtelen esetleg több amper folyik rajtuk keresztül. Összességében tehát, elsőre ugyan nem tűnik bölcsnek egy soros ellenállás, azonban a felsoroltakat átgondolva már egyértelmű, hogy az ilyen nagy feszültséggel üzemelő tápokat el kell látni egy ilyen soros ellenállással. Az előző rajzokhoz is oda lehet rakni, az elmondottak azokra is vonatkoznak.Megvalósítás:

soksz100kkondik

Mikrosütő kondik, a sokszorozóban 16 darab oldalanként, eredő kapacitásuk 32nF, 100kV-on

soksz100k4

BY16 x 16, 256kV-ot tudnak elviselni, 300mA folyamatos árammal terhelhetőek.

soksz100k2

50x 5W 10kohm ellenállás. Még szükség van ugyanennyire, ez csak 250W.

soksz100k3

Összeforrasztva több, mint 1 méter a hosszúságuk.

soksz100k1

Összerakva kompletten.

soksz100k5

A sokszorozó kimenete 50kVDC mellett.

Ezek voltak a sematikus, és elektronikai paraméterek. Az ilyen nagy feszültségek (főleg DC feszültségek) mindíg nagy gondot okoznak. Igazán nagy problémák 40-50kV felett kezdődnek. Ilyenkor a szerkezet hangja egy kisebb méhkas hangjára hasonlít, sistereg, suhog, fortyog, kukorékol (najó, ezt azért nem :). A lényeg, hogy mindezen hangokat a nagy negatív, illetve pozitív potenciálú szigeteletlen fémfelületek okozzák. Sötétben néhány helyen 1mm hosszú lila korona figyelhető meg (feljebbi képen is 50kV esetén). Ez azt jelenti, hogy ott a térerővonalak jóval sűrűbbek, mint a környezetben lévő helyeken, ezért a levegő ott kis mértékben vezetővé válik. Tehát nem elég szigetelni a levegő átütési szilárdságából számolva, mivel az átütés lépcsőzetesen halad egyik potenciálról a másik felé. Itt mindenhol minimum 3x-os távolságot kell tartani! Hatványozottan igaz ez önmagunkra nézve, egy ilyen sokszorozó életreszóló áldásban részesíthet minket. Biztonsági és sabilitási okokból az egész sokszorozót olaj alá kell tenni! A maximális 100kV-os (vagy nagyobb) feszültség más módon nem érhető el biztonságosan. Kábelezéshez használjunk nagyfeszültségre szigeteltet, legalább 20-40kV-osat. Végül néhny videó. A videókhoz annyit fűznék hozzá, hogy csak 50-60kV-ra volt feltolva a táp.

Videó2 (soros R taggal):

Kompletten összeszerelt táp a felújításról itt lehet képeket nézni: LINK

fusortapp

2006-2012   © Omega Labs