Расчет высоковольтного усилителя

1 Общие сведения о высоковольтных усилителях

Высоковольтные усилители - усилители, у которых выходное напряжение от 1 кВ и выше. Мощность таких усилителей не превышает 10...20 Вт.

ВВУ:

1.1 Область применения высоковольтных усилителей.

• Приборный вариант высокого напряжения: блок питания электронно-лучевых трубок, мониторов ЭВМ, индикаторов рекламных щитовых табло, приборов рентгенодиагностики, нейтрализаторы статического электричества на нефтеналивных танкерах, люстры Чижевского, и так далее.

• Технологическое высокое напряжение, мощностью более 40 Вт: электрофильтры газоочистки, электротехнология.

• СВЧ - технология: электро-гидравлические взрывные технологии по эффекту Юткина, системы электронного высоковольтного зажигания на дизелях.

1.2 Способы получения высоковольтного напряжения:

1 ) Получение высоковольтного напряжения из промышленной сети 50 Гц - для получения технологического высоковольтного напряжения.

---

где ВТ - трансформатор с выходным напряжением до 10...15 кВ;

УН - умножитель напряжения строится на число каскадов до 16.

Рисунок 2

310 В - пиковое напряжение ( );

220 В - эффективное напряжение

Достоинства данной схемы:

а) простота получения высокого напряжения;

б) практически неограниченная мощность за счет сети.

Недостатки:

а) низкое качество высокого выходного напряжения (частота пульсации 50 Гц, большие габариты и вес);

б) опасность поражения электрическим током.

В качестве исключения данную схему можно использовать для приборного варианта только на стадии эксперимента.

2) СВЧ - схема.

Основана на том, что автономное низковольтное напряжение преобразуется специальным генератором в ВЧ импульсы (1000-16000 Гц) и выпрямляется специальным умножителем напряжения УН до нужного уровня.

---

где БНП - блок низковольтного питания (5 ... 12 В);

К - конвертор, преобразует 5 - 12 В в высокочастотные импульсы (1КГц - 16КГЦ).

1.3 Конверторы бывают:

1) блокинг - генератор - преобразует постоянное напряжение в одиночные единичные импульсы до 3-5 Вт;

2) мультивибратор Ройера - генерирует симметричные импульсы с выходной мощностью до 100 Вт;

3) тиристорные ключи - генерируют импульсы неограниченной мощности для построения блоков питания манипуляторов, приводов станков с ЧПУ.

ВТ - высоковольтный трансформатор;

УН - умножитель напряжения, построен из-за большой частоты на малогабаритных конденсаторах и диодах;

БОС - блок обратной связи.

Достоинства данной схемы:

1) малые габаритно - весовые параметры;

2) высокая частота выходного напряжения;

3) простота управления (либо по БНП, либо по К).

Недостаток данной схемы: нестабильность выходного напряжения, поэтому требуется стабилизация через БОС.

2. Техническое задание:

мощность источника на выходе на высокой стороне P = 18 Вт.

высокое выходное напряжение в нагрузке U_вых = 18 кВ.

число ступеней умножения n = 4

3. Расчет высоковольтного усилителя

3.1 Выходной ток усилителя

А;

3.2 Выходное напряжение усилителя

В;

3.3 По величине U_тр выбираем высоковольтный трансформатор, так как выходная мощность не превышает 100 Вт, то в качестве базового берем ТВС-90ЛЦ2-1 для которого

=110 Вт; f =6250 Гц; =4500 В;

В линейной области рабочей точки предполагается, что =1,68 Гн.

3.4 Определим количество последовательно соединенных высоковольтных трансформаторов по вторичной обмотке

;

принимаем n _тр = 1

3.5 Напряжение на каждом из последовательно включенных трансформаторов:

В;

Таким образом, на каждом из последовательных трансформаторов включается умножитель напряжения с числом каскадов n = 4. (Он всего один, Вася).

3.6 Вычислим емкости каждого блока умножителя напряжения (УН) в согласованном режиме (то есть выходное сопротивление трансформатора равно входному умножителя напряжения)

Ф;

где i - порядковый номер каскада.

Ф;

Ф;

Полученные значения емкости составляют так называемую верхнюю границу вилки УН.

3.7 Посчитаем мощность трансформаторного блока, питающего УН в согласованном режиме

Поскольку полученная мощность очень большая (значительно превышает мощность ТВС), то согласованный режим включения будем считать энергетически и экономически неприемлемым. Поэтому перейдем к энергетически более щадящему режиму включения УН - с неравными емкостями.

3.8 КПД использования трансформатора при питании УН:

;

Полученный КПД отражает долю мощности, которая поступит из блочного трансформатора через УН в нагрузку.

3.9 Число блоков равно числу последовательно включенных трансформаторов: n_тр = 1

3.10 Рассчитаем мощность на выходе каждого УН.

Вт;

3.11 Мощность блочного трансформатора

Вт;

3.12 Полученная мощность больше 110 Вт (мощность базового трансформатора ), поэтому число параллельно включенных трансформаторов будет:

---

Принимаем

3.13 Так как трансформаторов несколько, то мощность будет равномерно распределяться на всех

Вт;

Последнее рассчитанное значение является мощностью конвертора накачки каждого индивидуального трансформатора блока (вторичные обмотки этих трансформаторов соединяются параллельно). Этой мощностью обладает мультивибратор Ройера.

3.14 На расчетную блочную мощность трансформатора посчитаем емкости конденсаторов УН:

Ф; Ф;

3.15 Полученные значения емкости соответствуют блочной мощности трансформатора, но не в чисто согласованном режиме, поскольку они по номиналу не соответствуют стандартному ряду, их надо набирать в виде батарей конденсаторов (с точностью 5%). Номинальное напряжение конденсатора должно быть не ниже В.

Выбираем стандартные высоковольтные конденсаторы типа К15-13, у которых =4 кВ. Емкости этих конденсаторов соответствуют стандартному ряду Е24.

Емкости С₁ и С₂ можно представить в виде батареи из трех конденсаторов, первые два из которых включены последовательно,а третий – параллельно, их емкости:

Емкость С₃ можно получить используя два параллельно включенных конденсатора, емкостью по 1500 пФ.

С₃=1 пФ + 1 пФ = 2 пФ

Емкость С₄ представляет собой конденсатор емкостью С₄ = 1 пФ.

Емкость С₅ состоит из трех параллельно включенных конденсаторов, с емкостями:

3.15 Выбираются высоковольтные диоды по двум параметрам:

А;

В;

Высоковольтный диод 2Д220Г имеет следующие параметры: , . Данный диод не удовлетворяет требованию по напряжению, поэтому будем использовать два диода, соединенных последовательно.

3.16 Тип конвертора, который необходим для питания каждого индивидуального трансформатора в блоке из включенных параллельно - мультивибратор Ройера. Мультивибратор содержит следующую элементную базу: конденсаторы КВИ-1-0,25 мкФ5% ОЖО 460.029 ТУ (С5 – С12); резисторы МЛТ-0,5-300 Ом10% (R1, R5, R6, R10, R11, R15, R16, R20), МЛТ-10-510 Ом10% (R3, R8, R13, R18), МЛТ-0,5-820 Ом10% (R2, R4, R7, R9, R12, R14, R17, R19) ГОСТ 7113-77; трансформаторы ТВС-90ЛС2-1 (Т1-Т4); стабилитроны Д814Б (VS1-VS4); транзисторы КТ605БМ (VT2, VT3, VT6, VT7, VT10, VT11, VT14, VT15), КТ808A (VT1, VT4, VT5, VT8, VT9, VT12, VT13, VT16).

---

Смотрите также файлы

• лит-ра.doc

• dp-4.doc

• содерж~1.doc

• dp-1.doc

• реферат.doc