Что такое генераторы высоковольтных импульсов. Какие бывают типы таких генераторов. Каковы основные характеристики и области применения высоковольтных импульсных генераторов. Как выбрать подходящий генератор для конкретной задачи.
Что такое генераторы высоковольтных импульсов
Генераторы высоковольтных импульсов — это устройства, предназначенные для формирования кратковременных импульсов высокого напряжения. Они используются в различных областях науки и техники, где требуется создание мощных электрических полей или токов.
Основные характеристики таких генераторов:
- Амплитуда выходного напряжения — от единиц до сотен киловольт
- Длительность импульсов — от наносекунд до миллисекунд
- Частота следования импульсов — от единичных до сотен килогерц
- Форма импульсов — прямоугольная, экспоненциальная и др.
Основные типы высоковольтных импульсных генераторов
В зависимости от принципа работы и конструкции выделяют следующие типы генераторов:
1. Генераторы Маркса
Принцип работы основан на параллельной зарядке конденсаторов и их последовательном разряде. Позволяют получать очень высокие напряжения (до мегавольт) при относительно низком зарядном напряжении.
2. Импульсные трансформаторы
Используют принцип трансформации напряжения при быстром изменении магнитного потока. Обеспечивают хорошую форму импульса, но ограничены по амплитуде напряжения.
3. Формирующие линии
Основаны на разряде предварительно заряженной длинной линии. Позволяют получать очень короткие импульсы (наносекундного диапазона) с крутыми фронтами.
Униполярные генераторы сигналов произвольной формы
Отдельный класс составляют генераторы, способные формировать импульсы произвольной формы. Они делятся на две категории:
Генераторы с выходным напряжением до 10 кВ
Основные характеристики:
- Изолированный плавающий выход
- Независимая регулировка напряжения, скважности и частоты
- Время нарастания/спада 100 нс — 1 мкс
- Частота до 100 кГц
- Мощность до 5000 Вт
Генераторы с выходным напряжением выше 10 кВ
Особенности:
- Напряжение до 40 кВ
- Частота до 1 кГц
- Максимальная скважность 2%
- Время нарастания/спада 1-4 мкс
Биполярные импульсные генераторы
Позволяют формировать как положительные, так и отрицательные импульсы. Их характеристики:
- Напряжение до ±10 кВ
- Частота до 100 кГц
- Время нарастания/спада 100 нс — 1 мкс
- Мощность до 5000 Вт
Области применения высоковольтных импульсных генераторов
Генераторы высоковольтных импульсов находят применение в различных сферах:
- Научные исследования в области физики плазмы и пучков заряженных частиц
- Радиолокация
- Испытания изоляции электротехнического оборудования
- Электроимпульсные технологии обработки материалов
- Медицинская техника (литотрипторы, дефибрилляторы)
- Системы электромагнитного оружия
Как выбрать подходящий импульсный генератор
При выборе генератора высоковольтных импульсов следует учитывать следующие факторы:
- Требуемые параметры импульсов (амплитуда, длительность, частота)
- Форма импульсов (прямоугольная, экспоненциальная и др.)
- Мощность и энергия в импульсе
- Характер нагрузки (активная, емкостная, индуктивная)
- Условия эксплуатации (лабораторные, промышленные)
Преимущества современных импульсных генераторов
Современные генераторы высоковольтных импульсов обладают рядом преимуществ:
- Высокая стабильность параметров импульсов
- Широкий диапазон регулировки характеристик
- Возможность программного управления
- Встроенные средства контроля и диагностики
- Высокий КПД и надежность
Меры безопасности при работе с высоковольтными генераторами
Работа с высоковольтным оборудованием требует соблюдения строгих мер безопасности:
- Использование средств индивидуальной защиты
- Надежное заземление оборудования
- Ограждение высоковольтных частей
- Блокировки, исключающие случайное включение
- Регулярная проверка изоляции
Перспективы развития импульсной высоковольтной техники
Основные направления совершенствования генераторов высоковольтных импульсов:
- Повышение удельной мощности
- Улучшение параметров импульсов (крутизна фронтов, стабильность)
- Расширение функциональных возможностей
- Миниатюризация и снижение массогабаритных показателей
- Повышение энергоэффективности
Развитие технологий в области силовой электроники и микропроцессорной техники открывает новые возможности для создания высокоэффективных импульсных источников высокого напряжения с улучшенными характеристиками.
Генераторы высоковольтные импульсные для кабельной ЭТЛ (ЛВИ, ППУ)
Качественное оборудование — высокий результат!
Главная \ Определение места повреждения КЛ \ Акустический метод ОМП
Акустические генераторы высоковольтных импульсов (ГИ-2000, ГИ-1001, ГВИ-2000, и т.п) предназначены для формирования импульсов высокого напряжения 5 кВ, 10 кВ, 20 кВ с последующим разрядом в испытываемый кабель с повреждённой изоляцией. Точное место повреждения кабельной линии определяется с помощью акустического приёмника.
Как правило акустические генераторы устанавливаются в передвижные электро-лаборатории и управляются с общего пульта управления.
В данном разделе представляем уникальную отечественную разработку – мобильные генераторы высоковольтных импульсов серии ГИ которые могут использоваться как отдельное мобильное устройство так и встраиваться в передвижные электролаборатории.
Для электролабораторий с аккредитацией испытания оборудования до 1000В нередко встаёт проблема поиска места повреждения силовых кабелей 0,4 кВ. Для таких кабелей тоже характерны неисправности отличные от простого КЗ или обрыва. При выявлении такого дефектного кабеля приходится вызывать высоковольтную передвижную лабораторию и выявлять неисправность классическими методами, но используя меньшие напряжения и токи испытательных установок.
| Генератор высоковольтных импульсов ГИ-1001 (10 кВ; 1000 Дж; моноблок) | |
| Генератор высоковольтных импульсов ГИ-1002 (10 кВ; 1000 Дж; ИДМ; моноблок) | |
| Генератор высоковольтных импульсов ГИ-2000/1 (10/20 кВ; 2000 Дж) | |
| Генератор высоковольтных импульсов ГИ-2000/2 (10/20 кВ; 2000 Дж; ИДМ) | |
| Генератор высоковольтных импульсов ГИ-24 (12/24 кВ; 3000 Дж; ИДМ) | |
| Адаптер дуги ИДМ-20 (импульсно-дуговой метод ОМП) | |
| Генератор дуговых разрядов ADG-200 | |
| Генератор дуговых разрядов ADG-200-2 |
Мобильный комплекс МКЭЛ-10
Предназначен для испытания силовых электрических кабельных линий 6, 10 кВ, а также поиска мест их повреждения с использованием оборудования предварительной и точной локализации.
Оборудование комплекса является мобильным и может перевозится на автомобиле Заказчика (Ford Transit Connect, Citroen berlingo, УАЗ, Газель, и т.п.).
Самый бюджетный вариант кабельной электролаборатории!
Стоимость всего 1 173 600,00 руб!!!!
подробнее
Наши контакты
Copyright © 2015 — 2022
«ЭТЛ-КОМПЛЕКТ»
Политика конфиденциальности
Megagroup.ru
Два простых высоковольтных генератора своими руками / Хабр
Привет, Хабр! Опыты с высоким напряжением, наверное, никогда не выйдут из моды. Есть в них какая-то особенная романтика, увлекающая не только старшеклассников. Сегодня рассмотрим пару простых схем: электрозажигалку на блокинг-генераторе и музыкальный трансформатор Теслы на основе качера Бровина.
Давайте соберём и испытаем оба устройства.
Прежде чем приступать к рассмотрению этих двух любительских конструкций, необходимо вспомнить технику безопасности. Высокие напряжения опасны для жизни людей, животных, и особенно сложной цифровой техники, такой, как компьютеры и телефоны. И вообще любой техники, содержащей полевые транзисторы. Также высоковольтный разряд способен вызвать пожар, а радиаторы высоковольтных игрушек очень сильно нагреваются.
Будем считать, что технику безопасности мы учли, и можно продолжать дальше. Обычно у меня нет времени и желания травить печатные платы (а ещё сверлить в них отверстия, обогащая атмосферу жилища вредной стеклотекстолитовой пылью). А импульсные схемы, в особенности преобразователи напряжения…
Само слово импульс, применительно к электрическому, предполагает наличие у этого импульса крутых фронтов. А значит, высоких частот в энергетическом спектре. А на высокочастотные токи сильно влияют паразитные индуктивности и ёмкости, даже совсем небольшие.
Потому импульсные схемы «не любят», когда их макетируют как попало. Они «предпочитают» печатную плату, избавляющую устройство от хаоса искажений и наводок.
К счастью, в местном киоске электротоваров продавались несколько наборов для сборки. Все они явно от китайских друзей с Алиэкспресс, но товаровед подошёл творчески и снабдил их забавными этикетками с фото любимых видеоблоггеров, распечатанных на чёрно-белом принтере.
▍ Как работает лазерный принтер
Кстати, лазерные принтеры и копировальные аппараты, они же «ксероксы», тоже работают благодаря высокому напряжению. Именно оно притягивает тонер на незасвеченные участки селенового фотобарабана. А с засвеченных, лазером либо светом, отражённым от бумажного оригинала, электрический заряд, сообщённый поверхности фоточувствительного вала роликом предварительного заряда или коротроном, уходит на алюминиевый корпус фотобарабана.
Далее тонер, представляющий собой смесь пигмента, смолы и оксида железа (ржавчины), прилипает к заряженной от коротрона бумаге, и благодаря смоле, запекается на ней в печке.
А оксид железа в тонере нужен затем, чтобы он притягивался к магнитному валу для равномерной дозированной подачи на фотобарабан.
Таинственный коротрон — это натянутая металлическая проволока, лезвие или пластина с зубцами, служащие для возникновения коронного разряда. И, соответственно, переноса нужного электрического заряда соответственно замыслу разработчиков прибора.
Так как при коронном разряде создаются электромагнитные помехи и выделяется озон, могущий оказывать разрушительное воздействие на различные материалы, организмы человека и животных, (как, впрочем, и на болезнетворные микроорганизмы и вирусы), в современной технике стараются применять меньше коротронов и больше роликов переноса заряда. К тому же ролики сильнее подвержены износу, чем коротроны, что выгодно производителям запчастей к принтерам и копирам.
Итак, первый набор самый простой. Он состоит из печатной платы, готового трансформатора с ферритовым сердечником и секционированной вторичной высоковольтной обмоткой, одного транзистора с радиатором и винтиком, клавишного выключателя, одного резистора 120 Ом и одного диода UF4007.
Также прилагаются нейлоновая стяжка для крепления трансформатора и «гребёнка» PLS-6, для которой отсутствует посадочное место. Зачем она нужна, мы увидим далее.
На плате медь и паяльная маска с одной стороны. Металлизация отверстий отсутствует, она для такой простой платы и не нужна. На другой стороне шелкография сообщает, что куда паять. Это особенно радует в свете отсутствия инструкции. Хотя она нашлась на Алиэкспресс, вместе со схемой и указанием напряжения питания — 3.7 вольта.
То есть, преобразователь предназначен для питания от одной литиевой ячейки. Если хотим питать от более высокого напряжения, но не выше 12 вольт, необходимо увеличить номинал единственного резистора, в диапазоне от 150 Ом до 1 килоома.
▍ Блокинг-генератор
Схемотехнически устройство представляет собой обычный блокинг-генератор с насыщающимся сердечником. Работает он следующим образом.
Биполярный транзистор структуры NPN включён по схеме с общим эмиттером.
Его коллекторной нагрузкой является толстая, она же силовая обмотка. При подаче питания на базу через тонкую, управляющую обмотку, резистор и диод приходит напряжение прямого смещения эмиттерного перехода, вследствие чего появляется ток базы, и транзистор начинает открываться.
Постепенно увеличивается ток через силовую обмотку. Соответственно, растёт магнитный поток, и в управляющей обмотке появляется электродвижущая сила (ЭДС) взаимоиндукции, действующая в том же направлении, что и питающее напряжение. Она помогает транзистору открываться дальше.
Когда магнитопровод или транзистор входит в насыщение, рост тока в толстой обмотке прекращается, и далее ток начинает уменьшаться. ЭДС в управляющей обмотке меняет знак, противодействуя напряжению питания. Транзистор закрывается. Далее всё повторяется снова.
Отметим, что диод UF4007 со сверхбыстрым временем восстановления запертого состояния. Обычный выпрямительный 1N4007 в такой высокочастотной схеме работать не будет.
▍ Сборка
Теперь, когда мы поняли, что перед нами за генератор, и на каком принципе основана его работа, поговорим о нюансах сборки данной конструкции.
Насчёт радиатора. Лично мой и моих любящих электронику друзей опыт однозначно говорит, что если китайцы положили в набор радиатор, значит, транзистор или микросхема будут нагреваться сильно или очень сильно.
Потому категорически рекомендую перед установкой транзистора на радиатор намазать его теплоотводящую поверхность тонким слоем термопасты.
Это не сильно затруднит сборку, зато добавит шансов избежать разочарований и хлопот, возникающих при тепловом пробое полупроводниковых приборов. (Сгоревший транзистор ещё и немного коптит, и очень неприятно воняет).
Установить транзистор неправильно не получится, потому что он устанавливается после крепления к радиатору. Надеюсь, вы не прикрутили его задом наперёд, то есть, медной подложкой к головке винта, а не к радиатору, как должно быть.
Сверхбыстрый диод устанавливается на плате согласно катодной полоске, отмеченной на шелкографии.
Выводы обмоток паяются так: справа правый толстый, слева левый тонкий, посередине — два остальных.
И наконец, от PLS гребёнки отламываем половину, вытягиваем тонкогубцами или пинцетом среднюю ножку, а крайние изгибаем так, чтобы расстояние между их кончиками было меньше, чем между точками пайки проводов от вторичной высоковольтной обмотки.
Это приспособление из PLS вилки будет нашим высоковольтным разрядником, и является расходным материалом, так как при работе нагревается и обгорает.
Добавлю, что лично в моём экземпляре конструктора длина кабельной стяжки оказалась недостаточной (либо я что-то не так делаю), и вместо неё пришлось взять другую из запасов.
▍ Испытания
Зато заработал преобразователь сразу, и прекрасно поджигает не только бумагу и целлюлозную салфетку, но и туристическое сухое горючее (гексаметилентетрамин, прессованный с парафином). Если поместить плату в корпус, получим хорошую зажигалку, не нуждающуюся в газе или бензине.
Как всё это происходило, можно посмотреть на видео.
А здесь резервное видео, на случай неполадок с Ютубом.
▍ Поющая Тесла
Второй высоковольтный преобразователь чуть посложнее, и представляет собой резонансный трансформатор без магнитопровода, он же трансформатор Теслы.
На биполярном транзисторе BD243 собран так называемый качер, или качатель реактивностей Владимира Ильича. Нет, не Ленина, а Бровина.
Имена и творческое наследие Николы Теслы и Владимира Бровина, как и романтика самодеятельных высоковольтных экспериментов, окутаны ореолом мистики. Им посвящены сотни дискуссий на сотни страниц, привлекающие адептов теорий заговора, искателей бестопливной генерации энергии, рептилоидов, красной ртути, древнего атмосферного электричества и прочих интересных тем, где наука, история, опыт перемежаются с научной фантастикой и волшебными сказками.
Попутно успешно рекламируются и продаются активаторы воды и иных субстанций, гармонизаторы пространства и приборы физиотерапевтического назначения, устройства для фотографирования биополя и прочие интересные вещи.
В ход идут натуральный камень, красивые катушки индуктивности, газоразрядные лампы и трубки. В чём-то из всего этого есть рациональное зерно и реальная польза, в чём-то сомнительно, но всё это очень занятно.
О том, почему качатель реактивностей всё же работает, хотя необходимые для генерации вынужденных колебаний обратные связи на схеме не нарисованы, существует множество мнений. Лично мне по душе простое материалистическое объяснение на уровне школьного курса физики.
На самом деле, качер Бровина работает благодаря шумам транзистора. Собственным тепловым, квантовым, обусловленным воздействием ионизирующего излучения, — сгодятся любые. Благодаря этим шумам, транзистор начинает что-то генерировать. Это что-то (а именно, усиленный транзистором шум) возбуждает колебания в контуре, образованном индуктивностью и межвитковой ёмкостью катушки, а также паразитными ёмкостями.
А так как колебательный контур имеет резонансную частоту, то и колебания устанавливаются на этой частоте.
Учитывая, что все качеры довольно мощные или очень мощные, устанавливается и паразитная обратная связь, как раз на этой частоте. Что очень похоже на классическую авторскую конструкцию Теслы с искровым возбуждением.
В помощь шумам транзистора китайские разработчики данного промышленного образца установили ещё и светодиод LED1. Не все знают, но светодиод в прямом включении также генерирует некоторый ощутимый уровень шумов.
А на полевом транзисторе с изолированным затвором, он же MOSFET, собран модулятор, позволяющей изменять мощность высоковольтного генератора в такт амплитуде звукового сигнала. Так как температура плазмы в искре очень высока, модуляция мощности приводит к колебаниям нагрева воздуха. Который, следовательно, расширяется и сужается, тем самым генерируя звуковые волны. Так работает музыкальный трансформатор Теслы.
Сборка набора затруднений не вызвала, всё заработало с первого раза. Длинный конец вторичной обмотки должен быть сверху. Это разрядник, и со временем он обгорает.
Подстройка резонанса осуществляется изменением геометрии первичной обмотки, представляющей собой кусок изолированного провода.
Наилучшие результаты у меня получились от источника питания паяльной станции, выдающего 24 вольта 5 ампер постоянного тока. При более низком питающем напряжении, музыки от электрического разряда не было слышно.
Возможно, я перепутала красный и синий светодиоды, имеющие разные падения напряжения в прямом включении, и, соответственно, влияющие на работу схемы. Какой из светодиодов должен быть красным, а какой синим, на схеме не написано. Тем не менее устройство работает и поёт, потому переделывать его не хочется.
Процесс сборки и испытания электронной игрушки для взрослых запечатлён на видео.
А музыкальная шкатулка, с которой брался звуковой сигнал, собиралась так.
▍ Выводы
Собирать разные электронные устройства легко и просто, в случае набора-конструктора с готовой печатной платой, и при наличии хорошего паяльника, припоя и доступа в интернет, где можно найти ответы на возникающие вопросы.
Спасибо за внимание! Напишите в комментариях, какие схемы и конструкции будет интересно рассмотреть и собрать в будущих статьях и видео. Расскажите о своём опыте радиолюбительских поделок.
Генераторы высоковольтных импульсов
Униполярные генераторы сигналов произвольной формы (ниже 10 кВ) Униполярные генераторы сигналов произвольной формы (выше 10 кВ) Биполярные импульсы Документация
Униполярные генераторы сигналов произвольной формы (ниже 10 кВ)
Основные характеристики
- Изолированный/плавающий выход может быть смещен относительно нагрузки
- Генерация произвольной прямоугольной волны
- Чистый прямоугольный сигнал с быстрым временем нарастания/спада
- Система «под ключ» с передней панелью и/или дистанционным импульсным управлением
- Независимо настраиваемые пользователем выходное напряжение, рабочий цикл и частота повторения импульсов
- Управляет широким спектром нагрузок, включая плазменные разряды
- Pre-Pulse уменьшает звон на нагрузках с паразитной индуктивностью/емкостью
Технические характеристики
Рабочий цикл, частота повторения импульсов и выходное напряжение независимы друг от друга и настраиваются пользователем от нуля до максимального значения.
Максимальное выходное напряжение и мощность устанавливаются при заказе. Ниже представлены образцы спецификаций. Пожалуйста, свяжитесь с EHT, чтобы обсудить конкретные потребности вашего приложения.
- Частота: DC – 100 кГц (возможна более высокая частота импульсов)
- Рабочий цикл: 0 – 100 %
- Время нарастания/спада прямоугольной волны: 100 нс – 1 мкс (зависит от нагрузки)
- Варианты максимального выходного напряжения: 1, 2,5, 5 или 10 кВ
- Варианты максимальной мощности: 100, 500, 1000 или 5000 Вт
- Только текущий источник или доступны варианты источника и приемника
Образцы сигналов
Изолированный выход может генерировать широкий диапазон параметров импульса с помощью одного генератора импульсов. 1 кВ, 5 мкс, 100 кГц на 6 кОм.
Сигнал, показывающий, что технология Pre-Pulse отключена. Параметры схемы: нагрузка 50 Ом, индуктивность 10 мкГн и емкость 10 нФ.
Осциллограммы с включенной технологией Pre-Pulse.
Параметры схемы: нагрузка 50 Ом, индуктивность 10 мкГн и емкость 10 нФ.
Генераторы импульсов произвольной формы однополярные (выше 10 кВ)
Основные характеристики
- Изолированный/плавающий выход может быть смещен относительно нагрузки
- Генерация произвольной прямоугольной волны
- Чистый выход прямоугольной формы при высоком напряжении
- Система «под ключ» с передней панелью и/или дистанционным импульсным управлением
- Независимо настраиваемые пользователем выходное напряжение, рабочий цикл и частота повторения импульсов
- Управляет широким спектром нагрузок, включая плазменные разряды
Технические характеристики
Рабочий цикл, частота повторения импульсов и выходное напряжение независимы друг от друга и настраиваются пользователем от нуля до максимального значения. Максимальное выходное напряжение и мощность устанавливаются при заказе. Ниже представлены образцы спецификаций.
Пожалуйста, свяжитесь с EHT, чтобы обсудить конкретные потребности вашего приложения.
- Варианты максимального выходного напряжения: 10–40 кВ
- Варианты максимальной мощности: 100, 500, 1000 или 5000 Вт
- Максимальная частота: 1 кГц (возможна более высокая частота пакетов)
- Максимальный рабочий цикл: 2%
- Время нарастания/спада прямоугольной волны: 1–4 мкс (зависит от нагрузки)
- Только текущий источник или доступны варианты источника и приемника
Образцы сигналов
Длительность импульса 20 мкс, 30 кВ при нагрузке 20 пФ.
Ширина импульса 100 мкс 30 кВ на нагрузке 20 пФ.
Биполярные импульсы
Основные характеристики
- Изолированный/плавающий выход может быть смещен относительно нагрузки
- Биполярные импульсы
- Чистый прямоугольный сигнал с быстрым временем нарастания/спада
- Система «под ключ» с передней панелью и/или дистанционным импульсным управлением
- Независимо настраиваемые пользователем выходное напряжение, рабочий цикл и частота повторения импульсов
- Управляет широким спектром нагрузок, включая плазменные разряды
Технические характеристики
Рабочий цикл, частота повторения импульсов и выходное напряжение независимы друг от друга и настраиваются пользователем от нуля до максимального значения.
Максимальное выходное напряжение и мощность устанавливаются при заказе. Ниже представлены образцы спецификаций. Пожалуйста, свяжитесь с EHT, чтобы обсудить конкретные потребности вашего приложения
.
- Частота: постоянный ток – 100 кГц (возможна более высокая частота импульсов)
- Время нарастания/спада прямоугольной волны: 100 нс – 1 мкс (зависит от нагрузки)
- Варианты максимального выходного напряжения: 1, 2,5, 5 или 10 кВ
- Варианты максимальной мощности: 100, 500, 1000 или 5000 Вт
Образцы сигналов
Биполярные импульсы длительностью 2 мкс с плавающим выходом. 2 кВ в 6 кОм при 70 кГц.
Биполярные импульсы длительностью 2 мкс с плавающим выходом. 6 кВ в 2,5 кОм на частоте 100 кГц.
DEI PVX-4140 Генератор импульсов высокого напряжения 3,5 кВ
Мы больше не предлагаем этот продукт. Если вам нужна услуга ремонта или индивидуальный современный аналог, свяжитесь с нами.
Это генератор импульсов IXYS/Directed Energy Incorporated PVX-4140.
