Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Доклад - Модель электрической прочности высоковольтного трансформатора рентгенодиагностического комплекса - файл Доклад_мод_эл_прочн.doc


Доклад - Модель электрической прочности высоковольтного трансформатора рентгенодиагностического комплекса
скачать (4635.9 kb.)

Доступные файлы (3):

Доклад_мод_эл_прочн.doc43kb.01.02.2011 01:09скачать
Мод_эл_прочн.ppt7314kb.15.04.2008 03:14скачать
Статья_мод_эл_прочн.doc682kb.01.02.2011 01:43скачать

Доклад_мод_эл_прочн.doc

XXVIII Международная научно-техническая конференция ’’Проблемы электроники’’, 15-17 апреля 2008 года в НТУУ ’’КПИ’’, г.Киев.

Текст доклада: МОДЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ГЕНЕРАТОРА РЕНТГЕНОДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

Докладчик: Щиголев Ю.А., НПО «Телеоптик», e-mail: schigolev1@gmail.com

Первый (титульный) слайд

В настоящее время в практику медицинской рентгенологии интенсивно внедряются цифровые приёмники изображения, которые обладают рядом пре­имуществ по сравнению с методами, использующими рентгеновскую плёнку. Значительный прогресс в этой области обусловлен также и новыми возможностями, которые предоставляют цифровые рентгенодиагностические комплексы. У цифро­вых систем времена сбора данных об изображении и подготовки к следующему кадру могут составлять несколько миллисекунд, что на два порядка меньше чем при работе по традици­онной плёночной технологии. Это позволяет за время одного рентгеновского исследования провести серию экспозиций с различными параметрами, осуществляя, таким образом например, компоновку спектра зондирующего излучения.

^ Второй слайд

Задача реализации таких методов предъявляет более жёсткие требования к быстродействию высоковольтного генератора рентгенодиагностической системы, одним из наиболее критичных узлов которого является трансформатор высокого напряжения. Стремление гарантировать отсутствие пробоя при его разработке зачастую приводит к завышенным изоляционным промежуткам в конструкции. При этом возрастают индуктивность рассеяния, длительность переходных процессов, а также снижается КПД. Поэтому на данный момент остаются актуальными методики разработки, которые обеспечивают заданную электрическую прочность и в то же время предотвращают от необоснованного завышения изоляционных промежутков.

Современные рентгеновские питающие устройства, как правило, выполнены по схеме каскадного генератора постоянного высокого напряжения, в основу которого положен высокочастотный трансформа­тор стержневой конструкции, содержащий несколько одинаковых вторичных обмоток. В данной работе исследовался трансформатор, у которого каждая из вторичных обмоток подключена к отдельному удвоителю напряжения. Принцип работы такого генератора основан на суммировании относительно небольших постоянных напряжений с выходов большого числа каскадов, в данном случае 10-ти. Достоинство такой архитектуры в том, что в области макси­мальной напряжён­ности электрического поля переменная составляющая этого поля оказывается меньше постоянной на величину, равную удвоенному коли­честву каскадов. Таким образом, при расчётах изоляции можно пренебречь эффектами, связанными с переменным напряжением.

С опытным макетом генератора были проведены эксперименты с целью определить предельную электрическую прочность конструк­ции, при которой происходит сквозной пробой, приводящий к потере работоспособности. Включения с доведением до пробоя проводились многократно, для того чтобы затем можно было увидеть следы пробоя на поверхностях повреждённых деталей.

^ Третий слайд

На этом слайде показано взаимное расположение де­талей трансформатора в области с максимальной напряжённостью электрического поля. Здесь также показаны локализация следов пробоя и ориентировочное поло­жение вспышек света при разрядах. Основные механизмы пробоя – это развитие разряда вдоль поверхности и по стыкам сопрягаемых деталей, а также пробой жидкостного промежутка, один из электродов которого имеет малый радиус закругления.

^ Четвёртый слайд

Известно, что главная изоляция трансформатора может рассматриваться как комбинация плоских и цилиндрических многослойных пакетов, к которым приложено высокое напряжение. Если в таком пакете вдоль силовых линий электрического поля выбрать канал с поперечным сечением, в пределах которого напряжённость поля можно считать постоянной, то изоляция представляется как многослойная ёмкость. При этом эквивалентная схема изоляции будет представлять собой комбинацию ёмкостных делителей напряжения, некоторые участки которых будут шунтироваться сопротивлениями поверхностных утечек.

В рассматриваемом случае в направлении от вторичной обмотки к первичной – сформирован цилиндрический многослойный конденсатор, а в направлении к ярму магнитопровода – плоский. Если верхнее ребро вторичной катушки выполнить удлинённым, то можно пренебречь токами поверхностных утечек, и не рассматривать механизмы развития разряда вдоль поверхностей. Изоляция выдержит генерируемое в секциях вторичной обмотки напряжение, если к каждому из её участков будет приложено напряжение, не превышающее его электри­ческую прочность. При пробое одного из звеньев последовательной цепочки, так называемом частичном разряде, возникнет перегрузка на другом звене, и как следствие произойдёт сквозной пробой всей изоляции. Поэтому для надёжной работы необходимо обеспечить такое распределение напряжений по элементам изоляции, которое бы согласовывалось с электрическими прочностями каждого из участков.

^ Пятый слайд

На данном слайде представлены формулы, отражающие распределение напряжённости электрического поля внутри слоёв плоской и цилиндрической многослойных ёмкостей. В случае, когда в j – м участке изоляции форма электродов отличается от плоской, то напряжённость необходимо умножить на коэффициент неоднородности электрического поля , зависящий от соотношения радиусов кривизны и расстояния между электродами. По данным формулам были проведены расчёты и построены графики.

^ Шестой слайд

На данном графике показано распределение напряжённости поля в слоях цилиндрической части главной изоляции при напряжении 75 кВ. Из графиков видно, что несмотря на высокую электрическую прочность, малоэффективным оказывается использование в многослойном пакете материалов с большой диэлектрической проницаемостью, таких как стеклотекстолит и капролон. Как видно, они нагружены менее чем на половину от их возможностей по электрической прочности. Фторопласт реализует свыше половины своего изоляционного потенциала. А напряжённость трансформаторного масла вблизи электрода с наименьшим радиусом кривизны близка к предельной. Более рациональное распределение обеспечивается в случае использования полиметилсилоксановой жидкости, так называемой ПМС. Таким образом, необходимую электрическую прочность можно обеспечить не только за счёт увеличения изоляционных промежутков, но и в результате более рационального подбора их материалов.

^ Седьмой слайд

В данной таблице показаны численные результаты расчётов напряжённости электрического поля в слоях плоской части главной изоляции. Практически все участки нагружены в пределах своей электрической прочности. Лишь только последний жидкостный промежуток оказывается перегруженным, вследствие того, что он сопрягается с электродом с малым радиусом закругления. В качестве этого электрода выступает ребро магнитопровода. При проведении эксперимента именно на этом промежутке наблюдались частичные разряды, дрейфующие вдоль поверхности плоского барьера.

Таким образом, теоретические расчёты согласуются с экспериментальными наблюдениями, и это говорит в пользу достоверности рассмотренной модели изоляции. На основе данной модели исходная конструкция главной изоляции трансформатора была доработана с целью обеспечить электрическую прочность при напряжении 84 кВ.
^ Восьмой слайд

На данном слайде представлена конфигурация доработанной конструкции. Здесь как вторичная катушка, так и цилиндрический барьер содержат удлинённое верхнее ребро для исключения краевых эффектов, связанных с поверхностью. Обе детали изготовлены из фторопласта. В качестве жидкого изолятора применён ПМС. Все жидкостные промежутки уменьшены, а толщины фторопластовых стенок увеличены.

^ Девятый слайд

На следующем слайде показаны графики распределения напряжённости электрического поля в слоях цилиндрической части главной изоляции, при приложенном напряжении равном 84 кВ. Расчёты показывают, что изоляция должна выдерживать это напряжение.

^ Десятый слайд

В этой таблице показаны численные результаты расчётов плоской части главной изоляции, также свидетельствующие о том, что заданная электрическая прочность обеспечивается.

С целью проверить выводы, сделанные по результатам теоретических расчётов, рассматриваемая конструкция была практически реализована и испытана при выходном напряжении 84 кВ. Было проделано несколько включений с временем выдержки 3мин. За всё время испытаний сквозной пробой изоляции не произошёл, а также не было замечено признаков разрядов в наиболее нагруженных промежутках.

^ Одиннадцатый слайд

Разработанная конструкция главной изоляции применена в трансформаторе высокого напряжения, на основе которого создан высоковольтный блок для рентгенодиагностического излучателя. Внутреннее устройство этого блока представлено на данных фотографиях.

^ Двенадцатый слайд

Отличительной особенностью блока являются компактные габариты, малый вес и возможность подключения к излучателю без использования кабелей высокого напряжения. На этой фотографии показан стандартный рентгенодиагностический излучатель с подключёнными к нему катодным и анодным высоковольтными блоками.

Вывод

Итак, в данной работе на практическом примере показаны условия, при которых обеспечивается достоверность модели высоковольтной изоляции как многослойной ёмкости. Экспериментальные наблюдения согласуются с теоретическими выводами. Приведены рекомендации по выбору материалов. Рассчитанная по принятой модели конструкция была практически реализована и испытана с положительным результатом.


Скачать файл (4635.9 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации