Вольт-амперні характеристики одноступеневих магнітно-напівпровідникових генераторів імпульсів з відмітною структурою перетворювальної ланки у вхідному контурі
Дата
2023
Автори
DOI
doi.org/10.20998/2074-272X.2023.6.07
item.page.thesis.degree.name
item.page.thesis.degree.level
item.page.thesis.degree.discipline
item.page.thesis.degree.department
item.page.thesis.degree.grantor
item.page.thesis.degree.advisor
item.page.thesis.degree.committeeMember
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
Анотація
У роботі проведено експериментальне дослідження одноступеневих магнітно-напівпровідникових генераторів імпульсів з відмітною структурою зарядно-розрядного перетворювача у вхідному контурі. Наведено електричні параметри кожної схеми, відмічено фізичні й конструктивні особливості комутуючого дроселя вихідної ланки компресії імпульсів, та описано технічні засоби проведення експерименту. Отримано замкнуті вольт-амперні характеристики комутуючого дроселя, відповідно до яких проведено числові розрахунки інтегральних магнітних та енергетичних характеристик запропонованих моделей. Виведено аналітичні вирази для опису динаміки магнітної індукції в осерді дроселя за часом. На основі кривої гістерезису осердя роз'яснено обмінні процеси передачі енергії між джерелом живлення та комутуючим дроселем. Розглянуто енергетичні характеристики магнітно-напівпровідникових генераторів імпульсів в залежності від струму підмагнічування. Пояснено особливості заряду повздовжньої ємності у схемі з паралельною перетворювальною ланкою, що відбувається одночасно у двох суміжних колах. Отримано залежності споживаної потужності від напруги джерела живлення та виконано аналіз цих характеристик за різним співвідношенням між повздовжньою та поперечною ємністю суміжних ланок компресії імпульсів. Результати досліджень можуть бути застосовані при розробці низьковольтних магнітно напівпровідникових генераторів імпульсів з поліпшеними енергодинамічними параметрами.
The main feature of the semiconductor magnetic pulse generators (SMPGs) is a slow accumulation of energy in the primary capacitor and its rapid introduction into the load by using a series of sequentially connected magnetic compression stages. Initially, these devices were mainly used for pumping gas lasers, but over the last decade SMPGs have been increasingly used in electric discharge technologies for water purification and air ionization to remove toxic impurities. At the same time, along with the practice of using these devices, development has also been achieved in the principles of their design and methods of mathematical modeling. Problem. The main drawback of the existing theory of SMPG’s stationary oscillations mode is an adoption of the saturable reactor (SR) model in approximation of the static magnetization curve of its core, as well as unidirectional nature of the energy transfer from the generator to the load. In most publication the exchange processes between the power source and SR are still not covered. Goal. Study of electrical and energy characteristics of low-voltage single-stage SMPG devices with series and parallel conversion stages in the charging circuit. Methodology. To achieve the set goal, this work uses comprehensive approach relayed on technical tools of setting up the experiment, numerical methods for processing measurement results, as well as an analytical method for describing electromagnetic processes in single-stage SMPG circuits. Results. The closed current-voltage characteristics of the SR are obtained, according to which the numerical calculations of the integral magnetic and energy characteristics of the proposed models are carried out. The features of the longitudinal capacitance charging process in a SMPG’s circuit with a parallel conversion stage, which occurs simultaneously in two adjacent circuits, are explained. Analytical expressions to describe the dynamics of magnetic flux density in the SR’s core as a time-depended function are derived. Based on the obtained hysteresis curve of the core, the exchange processes of energy transfer between the power source and the SR are explained. Practical value. The results of the research can be applied in the development of low-voltage SMPG circuits with improved energy-dynamic parameters.
The main feature of the semiconductor magnetic pulse generators (SMPGs) is a slow accumulation of energy in the primary capacitor and its rapid introduction into the load by using a series of sequentially connected magnetic compression stages. Initially, these devices were mainly used for pumping gas lasers, but over the last decade SMPGs have been increasingly used in electric discharge technologies for water purification and air ionization to remove toxic impurities. At the same time, along with the practice of using these devices, development has also been achieved in the principles of their design and methods of mathematical modeling. Problem. The main drawback of the existing theory of SMPG’s stationary oscillations mode is an adoption of the saturable reactor (SR) model in approximation of the static magnetization curve of its core, as well as unidirectional nature of the energy transfer from the generator to the load. In most publication the exchange processes between the power source and SR are still not covered. Goal. Study of electrical and energy characteristics of low-voltage single-stage SMPG devices with series and parallel conversion stages in the charging circuit. Methodology. To achieve the set goal, this work uses comprehensive approach relayed on technical tools of setting up the experiment, numerical methods for processing measurement results, as well as an analytical method for describing electromagnetic processes in single-stage SMPG circuits. Results. The closed current-voltage characteristics of the SR are obtained, according to which the numerical calculations of the integral magnetic and energy characteristics of the proposed models are carried out. The features of the longitudinal capacitance charging process in a SMPG’s circuit with a parallel conversion stage, which occurs simultaneously in two adjacent circuits, are explained. Analytical expressions to describe the dynamics of magnetic flux density in the SR’s core as a time-depended function are derived. Based on the obtained hysteresis curve of the core, the exchange processes of energy transfer between the power source and the SR are explained. Practical value. The results of the research can be applied in the development of low-voltage SMPG circuits with improved energy-dynamic parameters.
Опис
Ключові слова
магнітно-напівпровідниковий генератор імпульсів, комутуючий дросель, електричні характеристики, перетворювальна ланка, енергетичні характеристики, зсувний струм, динаміка втрат енергії, semiconductor magnetic pulse generator, commutating choke, conversion link, electrical characteristics, energy characteristics, displacement current, energy losses dynamics
Бібліографічний опис
Христо О. І. Вольт-амперні характеристики одноступеневих магнітно-напівпровідникових генераторів імпульсів з відмітною структурою перетворювальної ланки у вхідному контурі / О. І. Христо // Електротехніка і Електромеханіка = Electrical engineering & Electromechanics. – 2023. – № 6. – С. 41-47.