Energy characteristics for nanosecond current interrupter of semiconductor-magnetic pulse generator’s terminal stage

Introduction. A semiconductor diode based on reverse current interruption is used to increase a pulse amplitude and peak power delivered on the process load. Usually, a current interrupter is located in the last stage of semiconductor-magnetic pulse generator (SMPG) and is connected in parallel to t...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2023
Автор: Khrysto, O. I.
Формат: Стаття
Мова:English
Ukrainian
Опубліковано: National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and State Institution “Institute of Technical Problems of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine” 2023
Теми:
Онлайн доступ:http://eie.khpi.edu.ua/article/view/262200
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Electrical Engineering & Electromechanics

Репозитарії

Electrical Engineering & Electromechanics
id eiekhpieduua-article-262200
record_format ojs
institution Electrical Engineering & Electromechanics
collection OJS
language English
Ukrainian
topic semiconductor-magnetic pulse generator
nanosecond current interrupter
saturable reactor
magnetization curve
numerical simulation
магнітно - напівпровідниковий генератор імпульсів
переривник струму
комутуючий дросель
крива намагнічування
числове моделювання
spellingShingle semiconductor-magnetic pulse generator
nanosecond current interrupter
saturable reactor
magnetization curve
numerical simulation
магнітно - напівпровідниковий генератор імпульсів
переривник струму
комутуючий дросель
крива намагнічування
числове моделювання
Khrysto, O. I.
Energy characteristics for nanosecond current interrupter of semiconductor-magnetic pulse generator’s terminal stage
topic_facet semiconductor-magnetic pulse generator
nanosecond current interrupter
saturable reactor
magnetization curve
numerical simulation
магнітно - напівпровідниковий генератор імпульсів
переривник струму
комутуючий дросель
крива намагнічування
числове моделювання
format Article
author Khrysto, O. I.
author_facet Khrysto, O. I.
author_sort Khrysto, O. I.
title Energy characteristics for nanosecond current interrupter of semiconductor-magnetic pulse generator’s terminal stage
title_short Energy characteristics for nanosecond current interrupter of semiconductor-magnetic pulse generator’s terminal stage
title_full Energy characteristics for nanosecond current interrupter of semiconductor-magnetic pulse generator’s terminal stage
title_fullStr Energy characteristics for nanosecond current interrupter of semiconductor-magnetic pulse generator’s terminal stage
title_full_unstemmed Energy characteristics for nanosecond current interrupter of semiconductor-magnetic pulse generator’s terminal stage
title_sort energy characteristics for nanosecond current interrupter of semiconductor-magnetic pulse generator’s terminal stage
title_alt Енергетичні характеристики наносекундного переривника струму вихідної ланки магнітно-напівпровідникового генератора імпульсів
description Introduction. A semiconductor diode based on reverse current interruption is used to increase a pulse amplitude and peak power delivered on the process load. Usually, a current interrupter is located in the last stage of semiconductor-magnetic pulse generator (SMPG) and is connected in parallel to the load. Problem. Most of publications on this topic mostly concern with analysis of physical processes in the diode structure itself within its oscillating circuit, which is separated from previous SMPG’s pulse compression stages under condition of unidirectional energy transfer from the generator to the load. In this sense, the efficiency of conversion should be determined by the joint of electromagnetic interaction between non-linear compression stages, current interrupter and process load. Goal. Develop a mathematical model of nanosecond current interrupter to determine its electrical and energy characteristics as part of a high-voltage parallel circuit with magnetic pulse compression, depending on the duration and moment of current interruption, the equivalent circuit for load resistance, and to set the most optimal modes of its operation. Methodology. In this work, it is proposed to use a comprehensive approach aimed at the study of electromagnetic processes in the SMPG circuit with a nanosecond current interrupter, which takes into account the topology of circuit, the design parameters of switching reactor, the magnetization curve, the equivalent load resistance, as well as the time parameters of power switches. Results. Analytical expressions describing the electrical and energy characteristics of the interrupter when it operating on the active load are obtained. A numerical simulation of interrupter in the SMPG’s double-loop pumping circuit is carried out, taking into account a nonlinearity of SR’s magnetization curve. Three operation modes of interrupter is described, depending on the initial moment of reverse conduction current interruption. The analysis of interrupter operation on the load with an active-capacitive component is carried out. Practical meaning. The results of the research can be applied in the development of high-voltage SMPG scheme with improved energy-dynamic parameters.
publisher National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and State Institution “Institute of Technical Problems of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine”
publishDate 2023
url http://eie.khpi.edu.ua/article/view/262200
work_keys_str_mv AT khrystooi energycharacteristicsfornanosecondcurrentinterrupterofsemiconductormagneticpulsegeneratorsterminalstage
AT khrystooi energetičníharakteristikinanosekundnogopererivnikastrumuvihídnoílankimagnítnonapívprovídnikovogogeneratoraímpulʹsív
first_indexed 2024-06-01T14:40:19Z
last_indexed 2024-06-01T14:40:19Z
_version_ 1800670092856393728
spelling eiekhpieduua-article-2622002023-04-23T20:54:24Z Energy characteristics for nanosecond current interrupter of semiconductor-magnetic pulse generator’s terminal stage Енергетичні характеристики наносекундного переривника струму вихідної ланки магнітно-напівпровідникового генератора імпульсів Khrysto, O. I. semiconductor-magnetic pulse generator nanosecond current interrupter saturable reactor magnetization curve numerical simulation магнітно - напівпровідниковий генератор імпульсів переривник струму комутуючий дросель крива намагнічування числове моделювання Introduction. A semiconductor diode based on reverse current interruption is used to increase a pulse amplitude and peak power delivered on the process load. Usually, a current interrupter is located in the last stage of semiconductor-magnetic pulse generator (SMPG) and is connected in parallel to the load. Problem. Most of publications on this topic mostly concern with analysis of physical processes in the diode structure itself within its oscillating circuit, which is separated from previous SMPG’s pulse compression stages under condition of unidirectional energy transfer from the generator to the load. In this sense, the efficiency of conversion should be determined by the joint of electromagnetic interaction between non-linear compression stages, current interrupter and process load. Goal. Develop a mathematical model of nanosecond current interrupter to determine its electrical and energy characteristics as part of a high-voltage parallel circuit with magnetic pulse compression, depending on the duration and moment of current interruption, the equivalent circuit for load resistance, and to set the most optimal modes of its operation. Methodology. In this work, it is proposed to use a comprehensive approach aimed at the study of electromagnetic processes in the SMPG circuit with a nanosecond current interrupter, which takes into account the topology of circuit, the design parameters of switching reactor, the magnetization curve, the equivalent load resistance, as well as the time parameters of power switches. Results. Analytical expressions describing the electrical and energy characteristics of the interrupter when it operating on the active load are obtained. A numerical simulation of interrupter in the SMPG’s double-loop pumping circuit is carried out, taking into account a nonlinearity of SR’s magnetization curve. Three operation modes of interrupter is described, depending on the initial moment of reverse conduction current interruption. The analysis of interrupter operation on the load with an active-capacitive component is carried out. Practical meaning. The results of the research can be applied in the development of high-voltage SMPG scheme with improved energy-dynamic parameters. У даній роботі використовується комплексний підхід, спрямований на дослідження електромагнітних процесів у схемі магнітно-напівпровідникового генератора імпульсів з наносекундним переривником струму, який враховує топологію схеми, конструктивні параметри комутуючого дроселя, криву намагнічування його осердя, еквівалентний опір навантаження, а також часові параметри періодичної комутації силових ключів. Запропоновано модель наносекундного переривника струму паралельної ланки магнітного стиснення на основі експоненційного зростання його активного опору. Отримано аналітичні вирази, що описують електричні та енергетичні характеристики переривника струму при роботі на активне навантаження. Виконане числове модулювання переривника струму у двухконтурній схемі магнітного генератора імпульсів з урахуванням нелінійності кривої намагнічування комутуючих дроселів. Розглянуто три режими його роботи в залежності від моменту початку обриву струму зворотної провідності. Проведено аналіз роботи переривника струму на навантаження з активно-ємнісною складовою. Результати досліджень можуть бути застосовано при розробці високовольтних магнітно-напівпровідникових генераторів імпульсів з поліпшеними енергодинамічними параметрами. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and State Institution “Institute of Technical Problems of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine” 2023-04-23 Article Article application/pdf application/pdf http://eie.khpi.edu.ua/article/view/262200 10.20998/2074-272X.2023.3.09 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 3 (2023); 59-65 Электротехника и Электромеханика; № 3 (2023); 59-65 Електротехніка і Електромеханіка; № 3 (2023); 59-65 2309-3404 2074-272X en uk http://eie.khpi.edu.ua/article/view/262200/272314 http://eie.khpi.edu.ua/article/view/262200/272315 Copyright (c) 2022 O. I. Khrysto http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0