4 РАСЧЕТ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ИСТОЧНИКА НАПРЯЖЕНИЯ

Расчет проведем по первой методике расчета высоковольтных усилителей академика В.В. Власова [4].

Исходные данные:

выходное напряжение U_вых= 18 кВ ;

выходная мощность нагрузки P_вых = 4.5 Вт ;

количество каскадов умножения n = 4.

Прежде всего необходимо подобрать стандартный высоковольтный трансформатор, который обеспечил бы выходное напряжение и частоту в необходимых пределах.

1) По числу каскадов умножения определяем требуемое напряжение на выходе трансформатора

(21)

2) Выбираем тип трансформатора

Так как высокое напряжение требуется в стационарных условиях при значительных допустимых уровнях пульсаций, то выберем высокочастотный сетевой высоковольтный стандартный трансформатор ТВС-90ЛЦ2-1.

Трансформатор имеет следующие паспортные данные :

напряжение на выходе высоковольтной обмотки U_тр= 4,5 кВ;

величина индуктивности L_тр = 1,68 Гн;

номинальная частота ТВС f = 6250 Гц;

напряжение питания U= 380 В;

ток первичной катушки I= 310 мА.

Мощность трансформатора:

(22)

Система состоит из одного трансформатора.

3) Число каскадов умножения напряжения на каждом трансформаторе

3. (23)

4) Значения емкостей в предположение согласованного режима работы трансформаторов

(24)

5) Мощность трансформатора, питающего умножитель напряжения в согласованном режиме (при включении нагрузки на четную колонну конденсаторов)

(25)

Необходимое число трансформаторов

(26)

Вследствие того, что количество трансформаторов превышает 2,то согласованный режим нецелесообразен. Переходим к режиму с неравными емкостями умножителя.

6) Вычисляем КПД загрузки использования трансформатора при питании умножителя напряжения (УН) в согласованном режиме, при включении нагрузки на четную колонну конденсаторов, %

(27)

 = 3.4 %

7) Потребная мощность блока трансформаторов необходимая для питания блока УН с учетом КПД

(28)

8) Количество потребных трансформаторов

(29)

Принимаем к = 2.

9) Мощность трансформаторного блока

(30)

10) Значения емкостей, обеспечивающихся мощностью выбранного трансформатора

(31)

Величины емкостей уменьшились, но именно при таком их сочетании трансформатор обеспечит нормальную их работу в умножителе напряжения. Увеличение емкостей конденсаторов по сравнению с расчетными означает уход из согласованного режима в силу возможностей трансформатора по мощности.

Максимальные значения емкостей соответствуют согласованному (резонансному) режиму работы умножителя; минимальные значения емкостей соответствуют допустимой границе работы трансформатора заданной мощности в согласованном режиме. Таким образом образуется вилка значений С₁ соответственно с верхним и нижним допустимыми величинами:

(32)

Получили, что при рассчитанных значениях емкостей трансформатор ТВС-90ЛЦ2-1 обеспечит стабильную работу всей системы.

Подбор конденсаторов производится по емкостям и номинальному напряжению:

U=2U_тр=24500 = 9000 В. (33)

Рассчитанным значениям емкостей соответствуют конденсаторы типа КВИ-1 с емкостью 2.2...22 пФ и К15-5 с емкостью 68...3300 пФ.

Батарея конденсаторов емкостью С1=С2=41.6 пФ: С1-1= 18 пФ, С1-2= 18 пФ, С1-3= 5.6 пФ.

Батарея конденсаторов емкостью С3=20.8 пФ: С3-1= 18 пФ, С3-2= 2.7 пФ.

Батарея конденсаторов емкостью С4=10.4 пФ: С4-1= 8.2 пФ, С4-2= 2.2 пФ.

Для выбора стандартных высоковольтных диодов рассчитаем следующие параметры:

- допустимое обратное напряжение

(34)

- прямой ток

(35)

По значениям обратного напряжения и прямого тока выбираем диоды. Таким параметрам удовлетворяют диоды типа КЦ109Г с обратным напряжением 10 кВ и прямым током в 0.3 А.

На этом расчет высоковольтного усилителя с умножителем напряжения закончен. Схема высоковольтного усилителя приведена на рисунке А8.

Таблица 6 - Соответствие позиционных обозначений

Позиционное обозначение в разделе	Позиционное обозначение на электрической схеме
С1	С5
С1-1	С5-1
С1-2	С5-2
С1-3	С5-3
С2	С6
С2-1	С6-1
С2-2	С6-2
С2-3	С6-3
С3	С7

Продолжение таблицы 6

С3-1	С7-1
С3-2	С7-2
С4	С8
С4-1	С8-1
С4-2	С8-2

Рисунок 20 – Схема электрическая высоковольтного усилителя с умножителем напряжения