ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ ІМПУЛЬСНИХ ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ОБРОБКИ ВОДИ
Short pulse high-voltage generator with a secondary inductive energy storage, which is commuting with SOS-diode, was modeled. It was researched an influence of R,L,C-parameters of generator and an resistance of load on the characteristics of the output pulse voltage (amplitude, lengths of the front...
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автори та афіліації: |
|
| Ключові слова: | keywords |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1025 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |
|
Репозитарії
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870203024666787840 |
|---|---|
| author | Божко , І.В. Кобильчак , В.В. |
| author_facet | Божко , І.В. Кобильчак , В.В. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "І.В. Божко ",
"institution": "Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна"
},
{
"author": "В.В. Кобильчак ",
"institution": "Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна"
}
] |
| author_sort | Божко , І.В. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-01-06T11:03:10Z |
| description | Short pulse high-voltage generator with a secondary inductive energy storage, which is commuting with SOS-diode, was modeled. It was researched an influence of R,L,C-parameters of generator and an resistance of load on the characteristics of the output pulse voltage (amplitude, lengths of the front and of the pulse) and the ratio of energy transfer from the primary energy storage (capacitor) to the load. It was defined the optimal value of elements of circuit in which the characteristics of generator are acceptable (steepness of the front pulse about 2·1011 V/s the pulse length near 100 ns) for use in water treatment technologies by pulse electric discharge. It is shown that the coefficient of energy transmission in a pulse generator may exceed 80%. The calculation results are confirmed by experimental studies. References 10, figures 6. |
| first_indexed | 2026-06-16T01:15:11Z |
| format | Article |
| fulltext |
76 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 3
ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЧНІ КОМПЛЕКСИ ТА СИСТЕМИ
УДК 537.523.9+621.373.54
ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ ІМПУЛЬСНИХ ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНИХ
ТЕХНОЛОГІЙ ОБРОБКИ ВОДИ
І.В.Божко, канд.техн.наук, В.В.Кобильчак
Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна.
e-mail: vladimirkobylchak@gmail.com
Виконано моделювання генератора високовольтних коротких імпульсів з вторинним індуктивним накопичува-
чем енергії, який комутується SOS-діодом. Досліджено вплив R,L,C-параметрів розрядного кола генератора і
опору навантаження на характеристики вихідного імпульсу напруги (амплітуду, тривалість фронту та само-
го імпульсу) та коефіцієнту передачі енергії від первинного накопичувача енергії (конденсатора) до наван-
таження. Визначено оптимальні значення елементів схеми, за яких характеристики генератора стають при-
пустимими (крутизна фронту імпульсу біля 2·1011 В/с та тривалість імпульсу порядку 100 нс) для його викори-
стання в імпульсних електророзрядних технологіях обробки води. Результати розрахунків підтверджують-ся
проведеними експериментальними дослідженнями. Бібл. 10, рис. 6.
Ключові слова: імпульсний генератор, індуктивний накопичувач енергії, SOS-діод, імпульсний розряд.
Питна, технічна та стічна вода потребують очистки, тому є нагальна необхідність удоскона-
лення відомих та створення нових методів обробки. Аналіз сучасної літератури свідчить, що серед ві-
домих методів обробки одними з перспективних є електророзрядні методи [7], серед яких чільне міс-
це займає обробка імпульсними розрядами [5,7,8]. Це пов’язано з тим, що обробка на імпульсних роз-
рядах більш ефективна у порівнянні з обробкою на постійному струмі. В імпульсних електророзряд-
них технологіях використання розряду на поверхню води у порівнянні з різними видами підводних
розрядів є більш доцільним, бо для нього набагато менші питомі енергозатрати [7] та значно більший
ресурс електродних систем. Для створення такого розряду потрібні джерела живлення високовольт-
них (20−30 кВ) імпульсів з крутизною фронтів 1011−1012 В/с, довжина яких складає 100−200 нс [7].
Частота слідування цих імпульсів повинна бути 10…103, а енергія – 0,01…1 Дж. Імпульсні генерато-
ри відрізняються схемними рішеннями та типами ключів, які в них використовуються. Побудова ім-
пульсного генератора залежить від методу накопичення енергії, який, в свою чергу, може бути ємніс-
ний або індуктивний. В ролі ключів у таких генераторах найбільш поширеними є розрядники, напів-
провідникові ключі (тиристори, транзистори та інші), а також магнітні ключі [4,10].
Використання розрядників дозволяє отримувати короткі імпульси, але вони мають ряд недо-
ліків, головні з яких − обмежений ресурс роботи та значний розкид величин напруги їхнього спра-
цьовування [1]. Тиристори та транзистори у порівнянні з розрядниками при номінальних наванта-
женнях мають незрівнянно більший ресурс роботи. Але вони не дозволяють отримувати короткі ім-
пульси з довжиною порядку 100 нс та амплітудою в десятки кВ [2,4].
Перспектива за магнітними ключами, які працюють за принципом магнітного стискання імпуль-
су [3,4,10]. Разом з тим отримати імпульс довжиною у десятки наносекунд за допомогою лише магнітно-
го стискання доволі складно. Для цього потрібно декілька ступенів стискання, що ускладнює та зменшує
коефіцієнт корисної дії джерела живлення. Цю проблему можна вирішити шляхом встановлення в ос-
танніх каскадах генератора імпульсів на магнітних ключах SOS-діодів, час відновлення яких менше, ніж
100 нс. Імпульсний генератор з індуктивним накопичувачем енергії класифікується як підсилювач на-
пруги, яка виникає завдяки швидкому розмиканню ланцюга струму за допомогою SOS-діода [2].
Останнім часом з’явився ряд експериментальних робіт, у яких розглядається використання
SOS-діодів у генераторах імпульсів [2,6,8,9]. З них випливає, що характеристики вихідного імпульсу
на навантаженні суттєво залежать від співвідношення параметрів елементів розрядного кола, до якого
входить SOS-діод. Але, оскільки виконані раніше дослідження мають експериментальний характер і
стосуються генераторів для живлення коронного розряду, то при розробці генераторів імпульсів для
живлення бар’єрного розряду є необхідність більш детального аналізу шляхом моделювання впливу
елементів електричної схеми на параметри імпульсів у навантаженні. Тому метою даної роботи було
© Божко І.В., Кобильчак В.В., 2014
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 3 77
моделювання імпульсного генератора та дослідження впливу зміни параметрів кола на вихідні харак-
теристики генератора, а також визначення умов, за яких він забезпечує високовольтні імпульси з ам-
плітудою до 30 кВ, з фронтами не більше 50 нс та довжиною близько 100 нс, тобто з параметрами, які
потрібні для створення ефективного імпульсного бар’єрного розряду [7].
На рис. 1 показана еквівалентна схема імпульсного ге-
нератора з SOS-діодом, яка використовувалася при розрахунках.
У цій схемі С – конденсатор, К – ключ, L – індуктивність, VD –
діод, R1 – опір, який включає активні опори ключа K та індук-
тивності L, R2 – опір навантаження. Ключем К в умовах цієї ро-
боти служив газонаповнений розрядник, опір якого при збіль-
шенні через нього струму в межах 10…300 А зменшується при-
близно від 10 до 5 Ом. Активний опір індуктивностей L, які ви-
користовувалися при розрахунках, не перевищував 0,3 Ом.
Схема працює наступним чином. Конденсатор С, попередньо заряджений до напруги U0, піс-
ля замикання ключа К спочатку за час Тп, рис. 2 (крива 1), перезаряджається через індуктивність L та
діод VD. Після того як конденсатор перезарядить-
ся, струм змінює напрямок у колі і протягом часу
Tr діод не впливає на його проходження. За цей
час в L накопичується індуктивна енергія і за ра-
хунок відновлення зворотного опору діода струм
починає обриватися. Час цього обривання складає
Tо. Після цього на діоді виникає високовольтний
імпульс напруги, який прикладається до наванта-
ження R2, рис. 2 (крива 2). Виникнення такого ім-
пульсу пояснюється наступним чином. Викорис-
товуючи другий закон Кірхгофа, складемо рів-
няння
1
1 1C
di
u L u i R
dt ∂= + + , (1)
де uc – напруга на конденсаторі, uд – напруга на діоді, і1 – струм через опір R1.
З виразу (1) знаходимо
1
1 1C
di
u L u i R
dt∂
= − + − . (2)
При перезаряджанні конденсатора за час Тп, коли струм через діод протікає в прямому напрям-
ку, внутрішній опір діода незначний і uд ≈ 0. Після перезаряджання конденсатора струм змінює на-
прямок, але деякий час (Тr ≈ 30…40 нс) діод, як і раніше, продовжує пропускати струм, маючи при
цьому незначний опір. Тому протягом цього часу величина uд також мала. Але ця ситуація змінюєть-
ся, коли діод починає закриватися. При цьому струм через діод ід починає зменшуватися і величина
похідної 1di dt у виразі (2) наростає, а її знак змінюється з позитивного на негативний. Тому для
проміжку часу (Тп + Тr) < t < (Тп + Тr + То) вираз (2) набуває виду
1
1 1C
di
u L u i R
dt∂ = + − . (3)
При цьому напруга на індуктивності та ємності підсумовуються. Тому для цього проміжку
часу за абсолютною величиною uд >> 0.
На рис. 2 показані результати моделювання залежності від часу t струму через діод iд(t) (крива
1) та напруги uд(t) (крива 2) на ньому. Розрахунки виконано у програмному середовищі Micro-Cap
при параметрах С=700 пФ, U0=13,5 кВ, L=10 мкГн, що були характерними для попередніх досліджень
[5,6,9] і стосувалися розробки генераторів для живлення імпульсного коронного розряду. Для того,
щоб на першому етапі моделювання відійти від імпедансу розрядної камери, який зазвичай лежить в
широкому діапазоні значень (50…10000 Ом), величина R2 була прийнята рівною 1000 Ом. Вважалося,
що R1 = 10 Ом. При моделюванні параметрами SOS-діоду слугували дані моделі для діоду SKR31F12,
яких було послідовно під’єднано 30 одиниць. На цьому рисунку видно, що амплітуда імпульсу на-
пруги на навантаженні Uд становить 19 кВ. Це у порівнянні з напругою U0 у півтора рази більше. При
Рис. 1
Рис. 2
78 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 3
довжині фронту імпульсу Tф ≈ 45 нс його довжина T50 складає ≈ 70 нс. За величину Тф приймався час,
за який імпульс досягав 90% від амплітудного значення Uд. Т50 – величина, яка визначає довжину ім-
пульсу на половині його амплітудного значення (у зарубіжній літературі поширене скорочення цього
терміну FWHM (Full-wide-half-maximum)). Таким чином крутизна фронту імпульсу дорівнює ∆u/∆t ≈
≈2·1011 В/с, що є прийнятним для ефективного використання імпульсного бар’єрного розряду. Моде-
лювання показало, що напруга Uд майже лінійно залежить від напруги заряду конденсатора U0. На-
приклад, при U0 = 27 кВ Uд = 37 кВ. Тому всі подальші розрахунки виконано при одній і тій самій
напрузі U0=13,5 кВ, вважаючи що за необхідністю вихідну напругу на навантаженні можна підвищи-
ти за рахунок збільшення величини U0.
Важливими показниками генератора імпульсів, крім параметрів Uд, Тф та Т50, є також коефіці-
єнт передачі енергії, який визначається за формулою
ή
2 100%= ⋅R
C
W
W
, (4)
де 2
0 ) 2( /= ⋅C C UW – накопичена енергія в конденсаторі С, WR2 – енергія, яка передана у навантажен-
ня R2 за весь час t дії імпульсу струму, що проходить через опір R2,
2
2
20
( )
=∫
t
д
R
uW t
R
dt . (5)
Результати попередніх робіт [5,6,8] та попереднього моделювання показали, що параметри
генератора імпульсів суттєво залежать від індуктивності, прийнятними значеннями якої є L до 40
мкГн. Тому, щоб визначитися з оптимальними параметрами L, було проведено моделювання (С=700
пФ, R1=10 Ом, R2=1000 Ом) при індуктивностях у діапазоні від 0,5 мкГн до 40 мкГн.
На рис. 3 показано залежності віднос-
ної напруги Uн
* на навантаженні R2 (крива 1),
яка визначалася за виразом
0
100* н
н
UU ,
U
%= ⋅ (6)
коефіцієнту ή (крива 2) та величин Tф, Т50
(криві 4 та 3 відповідно) від значення L. З ри-
сунку видно, що при зростанні L напруга Uн
*
досягає максимуму при L ≈ 5 мкГн, а подаль-
ше збільшення індуктивності її зменшує. Кое-
фіцієнт ή також стрімко підвищується зі збіль-
шенням індуктивності до 5 мкГн, але в пода-
льшому темп його наростання значно менший.
З ростом індуктивності довжини імпульсу на-
пруги Т50 збільшується від 10 нс до 150 нс, а його фронту Тф – від 10 нс до 90 нс.
Показані на рис. 3 залежності дозволяють встановити параметри індуктивності L, за яких вели-
чини Uн
*, ή , Тф, та Т50 є прийнятними. Вони лежать у діапазоні від 5 до 10 мкГн. За цих умов Тф <50 нс,
Т50 <60 нс, Uн
* ≈ 140%, ή ≈75%, що є прийнятними умовами використання такого джерела живлення для
створення ефективного імпульсного бар’єрного розряду.
Величина С також має суттєвий вплив на вихідні параметри генератора імпульсів. Перш за
все треба враховувати, що ця ємність є первинним накопичувачем енергії і від неї залежить енергія,
яка передається до навантаження за час проходження імпульсу. Цю енергію, зазвичай, не збільшуючи
величину С, можна збільшувати за рахунок зростання напруги U0. Але з технологічних та практичних
міркувань це не зажди доцільно. Тому було б бажаним досягти потрібного технологічного результату
завдяки вибору величини ємності С з урахуванням комплексу всіх вимог. Розрахунки показали, що зі
зміною значень С від 300 до 2100 пФ при індуктивності L = 10 мкГн величина ή зменшується від 81
до 62%. Найбільше значення ή ≈ 81% відповідє С = 300 пФ. Але при зменшенні C приблизно у 7 разів
знижується величина енергії, яку можна передати до навантаження. В той же час слід враховувати,
що збільшення С, крім зменшення ή, призводить до небажаного зростання часових параметрів Тф та
Т50. Тому вибір величини С повинен бути зорієнтованим на кінцевий результат – досягнення найбі-
льшої енергоефективності електророзрядної технології обробки води з урахуванням у цілому еконо-
мічності джерела живлення.
T50;Tф, нсUн
*;ή ,%
1
2
L, мкГн
Рис. 3
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 3 79
Наступним кроком було визначення впливу опорів R1 та R2 на коефіцієнт ή та вихідну напругу
Uн
*. Моделювання проводилося з параметрами кола C=700 пФ, L=10 мкГн. Значення величин ή (криві
1,4) та Uн
* (криві 2,3) в залежності від опору навантаження R2 представлені на рис. 4. Для кривих 1, 2
значення опору R1 відповідає 5 Ом, а для кривих 3, 4 – 10 Ом. При зростанні опору R2 коефіцієнт ή у
обох випадках збільшується, але після досяг-
нення величини R2 близько 200 Ом зміни ста-
ють незначними. Щодо вихідної напруги Uн
*,
то вона зі збільшенням опору R2 наростає з
30% до 145−155%. Очевидно, що опір ключа
R1 вимагає особливої уваги, бо навіть при не-
значному впливі на вихідну напругу Uн
* (криві
2,3), він має значно більший вплив на зміну
коефіцієнта ή (криві 1,4). При зменшенні опо-
ру R1 з 10 до 5 Ом коефіцієнт ή підвищується з
75% до 86% (більше ніж на 10%).
Зрозуміло, що при розробці генератора
імпульсів важливими параметрами є не тільки
величини Uн
* та ή , але й сама величина енергії
WR2, що передається в навантаження. Зазвичай обробка води імпульсним бар’єрним розрядом в до-
слідницьких установках проводиться при енергіях імпульсів від десятків до 1..2 сотень мДж [7]. До-
сягнення таких енергій, як вже відзначалося, стає можливим при збільшенні напруги U0 та ємності C
у схемі (рис. 1). Однак при практичному використанні таких джерел живлення в електророзрядних
технологіях з економічних та технічних причин обробку води бажано було б вести при напругах U0
до 20 кВ. Крім цього енергія, що виділяється в навантаженні залежить від його опору. Тому, виходя-
чи з цих обставин, було досліджено вплив величини R2 на ефективність передачі енергії ή та енергію
WR2 за умов, коли U0 =13,5 кВ. Вибір для цього моделювання величин L=10 мкГн, С=1500 пФ, R1 =5
Ом обумовлений тим, що, як показало попереднє моделювання, при такому співвідношенні цих пара-
метрів можна забезпечити передачу в навантаження енергії >100 мДж. Значення WR2 =100 мДж виб-
рано, як величина, що знаходиться в середині діапазону енергій імпульсу, при яких ведеться обробка
води в дослідницьких установках. Результати обчислень за цих умов показані на рис. 5. На ньому зо-
бражені залежності величин енергії WR2
(крива 1) та коефіцієнту ή (крива 2) від
величини опору навантаження R2. З рису-
нку видно, що при зростанні R2 до 100 Ом
значення WR2 та ή збільшуються відповід-
но до 110 мДж та 80%. Подальше зрос-
тання R2 до 4000 Ом майже не впливає на
ці величини. З результатів моделювання
виходить, що обробку води енергетично
вигідно вести при умовах, коли імпеданс
розрядних камер досягає 100 Ом і вище.
Слід зауважити, що хоча при R2 < 100 Ом
параметри генератора погіршуються, їх
можна поліпшити за рахунок включення
між джерелом живлення та розрядною ка-
мерою узгоджувального імпульсного трансформатора.
Для перевірки достовірності проведеного моделювання був виконаний фізичний експеримент
з наступними параметрами кола: С=780 пФ, U0 =13,5 кВ, R1 =5 Ом, L=12,5 мкГн, R2 =947 Ом. Як ключ
використовувався газонаповнений розрядник РУ-62, як VD – SOS-діоди SKR31F12, яких було послі-
довно включено 30 одиниць. Для запису осцилограм струму через діоди ід(t) та загальної напруги uд(t)
на всіх SOS-діодах використовувалися прилади фірми Tektronix: цифровий двоканальний осцилограф
TDS1012 з полосою пропускання 100 мГц, датчик струму Р6021 і подільник напруги Р6015. Порів-
няння результатів експерименту з моделюванням, виконаним при тих самих параметрах кола, показа-
но на рис. 6. На ньому розраховані (суцільні лінії) та експериментальні (пунктир) осцилограми ід(t),
зображені кривими 1 та 2, а осцилограми uд(t) – 3 та 4. З рисунку видно, що амплітуди прямих струмів
Рис. 4
Рис.5
80 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 3
через діод в обох випадках співпадають і сяга-
ють близько 105 А. Амплітуди зворотних стру-
мів до переривання струму також майже спів-
падають і складають близько 30 А. З осцилог-
рам uд(t) слідує, що фронти та амплітуди ім-
пульсів напруг також майже співпадають. Дея-
кі розбіжності між розрахунковими та експе-
риментальними кривими спостерігаються на
“хвостах” імпульсів. Це можна пояснити невра-
хованими паразитними ємностями та індуктив-
ностями у розрядному колі, нелінійним опором
розрядника, який для спрощення при моделю-
ванні замінено активним опором, а також недо-
сконалістю комп’ютерної моделі.
Висновки. Шляхом моделювання ви-
конано дослідження впливу R,L,C-параметрів з урахуванням початкової напруги ємнісного накопи-
чувача енергії на вихідні характеристики генератора високовольтних коротких імпульсів з індуктив-
ним накопичувачем енергії, у якому як комутуючий елемент використовувався SOS-діод. Показано,
що для отримання вихідних імпульсів напруги в десятки кіловольт з крутизною фронту близько
2·1011 В/с та довжиною порядку 100 нс, прийнятними для створення імпульсного бар’єрного розряду,
котрий може бути використаний для ефективної обробки води, величина індуктивності у розрядному
колі повинна становити L=5...10 мкГн при С=700 пФ. За цих умов ефективність передачі енергії від
первинного накопичувача енергії (конденсатора) до навантаження може досягати 70%. Збільшити
ефективність передачі енергії до 90% можна завдяки збільшенню величини L та зменшенню величи-
ни С. Але треба враховувати, що при цьому зменшується вихідна напруга та енергія, що передається
до навантаження. Компенсувати таке зниження вихідних параметрів джерела живлення можна (якщо
на це є умови) за рахунок підвищення напруги заряду ємнісного накопичувача енергії. Величини ак-
тивних опорів комутуючого ключа та індуктивності L треба мінімізувати (до значень на рівні оди-
ниць Ом та менше), оскільки їхній вплив на ефективність передачі енергії суттєвий (десятки відсот-
ків). При опорах навантаження 1·102…4·103 Ом ефективність передачі енергії найбільша (80%) і май-
же незмінна. При опорах менше, ніж 100 Ом вона стрімко зменшується. Тому обробку води енерге-
тично вигідно вести в розрядних камерах, імпеданс яких перевищує 100 Ом. Для потужних розрядних
камер, імпеданс яких менший, доцільно ввести до джерела живлення узгоджувальний імпульсний
трансформатор між ним та камерою. Достовірність моделювання підтверджена експериментальними
даними.
1. Пичугина М.Т. Мощная импульсная энергетика. – Томск, 2005. – 97 c.
2. Рукин С.Н. Генераторы мощных наносекундных импульсов с полупроводниковыми прерывателями
тока // Приборы и техника эксперимента. – 1999. – №4. – С. 5–36.
3. Choi Jaegu. Introduction of the magnetic pulse compressor (mpc) – fundamental review and practical
application // Journal of electrical engineering & technology. – 2010. – Vol 5. – №3. – Pp. 484–492.
4. Mankowski John, Kristiansen Magne. A review of short pulse generator technology // IEEE transactions on
plasma science. – 2000. – Vol. 28. – № 1. – Pp. 102–108.
5. Takaki K., Kanesawa K., Mukaigawa S., Fujiwara T., Go T. Energy efficiency of corona discharge reactor
driven by inductive energy storage system pulsed power generator // IEEE transactions on dielectrics and electrical in-
sulation. – 2007. – Vol. 14. – №. 4. – Рр. 834–845.
6. Takaki Koichi, Kirihara Hidekazu, Noda Chiharu, Mukaigawa Seiji, Fujiwara Tamiya. Production of an at-
mospheric-pressure glow discharge using an inductive energy storage pulsed power generator // Plasma Process. Polym.
– 2006. – № 3. – Pp. 734–742.
7. Malik Muhammad Arif. Water purification by plasmas: which reactors are most energy efficient? // Plasma
chemistry and plasma processes. – 2010. – № 30. – Pp. 21–31.
8. Sugai Taichi, Liu Wei, Tokuchi Akira, Jiang Weihua, Minamitani Yasushi. Influence of a circuit parameter
for plasma water treatment by an inductive energy storage circuit using semiconductor opening switch // IEEE transac-
tions on plasma science. – 2013. – Vol. 41. – № 4. – Pp. 967–974.
9. Yokoo Tomoyuki, Saiki Kunihiko, Hotta Kazuaki, and Jiang Weihua. Repetitive pulsed high-voltage genera-
tor using semiconductor opening switch for atmospheric discharge // IEEE transactions on plasma science. – 2008. –
Vol. 36. – № 5. – Рр. 2638–2643.
Рис. 6
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2014. № 3 81
10. Zhang Yu and Liu Jinliang. Nanosecond-range multiple-pulse synchronization controlled by magnetic switches
based on a communal magnetic core // IEEE transactions on plasma science. – 2013. – Vol. 41. – № 2. – Рр. 371–379.
УДК 537.523.9+621.373.54
ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ
Божко И.В., канд.техн.наук, Кобыльчак В.В.
Институт электродинамики НАН Украины, пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина.
e-mail: vladimirkobylchak@gmail.com
Проведено моделирование генератора высоковольтных коротких импульсов с вторичным индуктивным накопи-
телем энергии, который коммутируется SOS-диодом. Исследовано влияние R,L,C-параметров разрядной цепи
генератора и сопротивления нагрузки на характеристики выходного импульса напряжения (амплитуду, длины
фронта и самого импульса) и коэффициента передачи энергии от первичного накопителя энергии (конденсато-
ра) к нагрузке. Определены оптимальные значения элементов схемы, при которых характеристики генератора
становятся приемлемыми (крутизна фронта импульса около 2·1011 В/с, длина импульса порядка 100 нс) для его
использования в импульсных электроразрядных технологиях обработки воды. Результаты расчетов подтвер-
ждаются проведенными экспериментальными исследованиями. Библ. 10, рис. 6.
Ключевые слова: импульсный генератор, индуктивный накопитель энергии, SOS-диод, импульсный разряд.
POWER SUPPLY FOR PULSE ELECTRIC DISCHARGE TECHNOLOGY IN WATER TREATMENT
Bozhko I.V., Kobylchak V.V.
Institute of Electrodynamics National Academy of Science of Ukraine,
pr. Peremohy, 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine. e-mail: vladimirkobylchak@gmail.com
Short pulse high-voltage generator with a secondary inductive energy storage, which is commuting with SOS-diode, was
modeled. It was researched an influence of R,L,C-parameters of generator and an resistance of load on the characteristics
of the output pulse voltage (amplitude, lengths of the front and of the pulse) and the ratio of energy transfer from the pri-
mary energy storage (capacitor) to the load. It was defined the optimal value of elements of circuit in which the character-
istics of generator are acceptable (steepness of the front pulse about 2·1011 V/s the pulse length near 100 ns) for use in
water treatment technologies by pulse electric discharge. It is shown that the coefficient of energy transmission in a pulse
generator may exceed 80%. The calculation results are confirmed by experimental studies. References 10, figures 6.
Key-words: pulse generator, inductive energy storage, SOS-diode, pulse discharge.
1. Pichugina М.Т. The pulse power energetics. – Tomsk, 2005. – 97 p. (Rus)
2. Rukin S.N. Nanoseconds pulse power generator with semiconductor current interrupter // Pribory i tekhnika
eksperimenta. – 1999. – №4. – Pp. 5–36. (Rus)
3. Choi Jaegu. Introduction of the magnetic pulse compressor (mpc) – fundamental review and practical
application // Journal of electrical engineering & technology. – 2010. – Vol 5. – №3. – Pp. 484–492.
4. Mankowski John, Kristiansen Magne. A review of short pulse generator technology // IEEE transactions on
plasma science. – 2000. – Vol. 28. – № 1. – Pp. 102–108.
5. Takaki K., Kanesawa K., Mukaigawa S., Fujiwara T., Go T. Energy efficiency of corona discharge reactor
driven by inductive energy storage system pulsed power generator // IEEE transactions on dielectrics and electrical in-
sulation. – 2007. – Vol. 14. – №. 4. – Рр. 834–845.
6. Takaki Koichi, Kirihara Hidekazu, Noda Chiharu, Mukaigawa Seiji, Fujiwara Tamiya. Production of an at-
mospheric-pressure glow discharge using an inductive energy storage pulsed power generator // Plasma Process. Polym.
– 2006. – № 3. – Pp. 734–742.
7. Malik Muhammad Arif. Water purification by plasmas: which reactors are most energy efficient? // Plasma
chemistry and plasma processes. – 2010. – № 30. – Pp. 21–31.
8. Sugai Taichi, Liu Wei, Tokuchi Akira, Jiang Weihua, Minamitani Yasushi. Influence of a circuit parameter
for plasma water treatment by an inductive energy storage circuit using semiconductor opening switch // IEEE transac-
tions on plasma science. – 2013. – Vol. 41. – № 4. – Pp. 967–974.
9. Yokoo Tomoyuki, Saiki Kunihiko, Hotta Kazuaki, and Jiang Weihua. Repetitive pulsed high-voltage genera-
tor using semiconductor opening switch for atmospheric discharge // IEEE transactions on plasma science. – 2008. –
Vol. 36. – № 5. – Рр. 2638–2643.
10. Zhang Yu and Liu Jinliang. Nanosecond-range multiple-pulse synchronization controlled by magnetic switches
based on a communal magnetic core // IEEE transactions on plasma science. – 2013. – Vol. 41. – № 2. – Рр. 371–379.
Надійшла 09.10.2013
Остаточний варіант 09.01.2014
|
| id | techned_org_ua-article-1025 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:15:11Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/fd/3ff2d164cb6b8534ebcbc31e767cb4fd.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-10252023-01-06T11:03:10Z POWER SUPPLY FOR PULSE ELECTRIC DISCHARGE TECHNOLOGY IN WATER TREATMENT ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ ІМПУЛЬСНИХ ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ОБРОБКИ ВОДИ Божко , І.В. Кобильчак , В.В. pulse generator inductive energy storage SOS-diode pulse discharge імпульсний генератор індуктивний накопичувач енергії SOS-діод імпульсний розряд Short pulse high-voltage generator with a secondary inductive energy storage, which is commuting with SOS-diode, was modeled. It was researched an influence of R,L,C-parameters of generator and an resistance of load on the characteristics of the output pulse voltage (amplitude, lengths of the front and of the pulse) and the ratio of energy transfer from the primary energy storage (capacitor) to the load. It was defined the optimal value of elements of circuit in which the characteristics of generator are acceptable (steepness of the front pulse about 2·1011 V/s the pulse length near 100 ns) for use in water treatment technologies by pulse electric discharge. It is shown that the coefficient of energy transmission in a pulse generator may exceed 80%. The calculation results are confirmed by experimental studies. References 10, figures 6. Виконано моделювання генератора високовольтних коротких імпульсів з вторинним індуктивним накопичувачем енергії, який комутується SOS-діодом. Досліджено вплив R,L,C-параметрів розрядного кола генератора і опору навантаження на характеристики вихідного імпульсу напруги (амплітуду, тривалість фронту та самого імпульсу) та коефіцієнту передачі енергії від первинного накопичувача енергії (конденсатора) до навантаження. Визначено оптимальні значення елементів схеми, за яких характеристики генератора стають припустимими (крутизна фронту імпульсу біля 2·1011 В/с та тривалість імпульсу порядку 100 нс) для його використання в імпульсних електророзрядних технологіях обробки води. Результати розрахунків підтверджуються проведеними експериментальними дослідженнями. Бібл. 10, рис. 6. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2014-04-28 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1025 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 3 (2014): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 076 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 3 (2014): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 076 2218-1903 1607-7970 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1025/901 Авторське право (c) 2023 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | імпульсний генератор індуктивний накопичувач енергії SOS-діод імпульсний розряд Божко , І.В. Кобильчак , В.В. ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ ІМПУЛЬСНИХ ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ОБРОБКИ ВОДИ |
| title | ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ ІМПУЛЬСНИХ ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ОБРОБКИ ВОДИ |
| title_alt | POWER SUPPLY FOR PULSE ELECTRIC DISCHARGE TECHNOLOGY IN WATER TREATMENT |
| title_full | ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ ІМПУЛЬСНИХ ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ОБРОБКИ ВОДИ |
| title_fullStr | ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ ІМПУЛЬСНИХ ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ОБРОБКИ ВОДИ |
| title_full_unstemmed | ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ ІМПУЛЬСНИХ ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ОБРОБКИ ВОДИ |
| title_short | ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ ІМПУЛЬСНИХ ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ОБРОБКИ ВОДИ |
| title_sort | джерело живлення для імпульсних електророзрядних технологій обробки води |
| topic | імпульсний генератор індуктивний накопичувач енергії SOS-діод імпульсний розряд |
| topic_facet | pulse generator inductive energy storage SOS-diode pulse discharge імпульсний генератор індуктивний накопичувач енергії SOS-діод імпульсний розряд |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/1025 |
| work_keys_str_mv | AT božkoív powersupplyforpulseelectricdischargetechnologyinwatertreatment AT kobilʹčakvv powersupplyforpulseelectricdischargetechnologyinwatertreatment AT božkoív džereloživlennâdlâímpulʹsnihelektrorozrâdnihtehnologíjobrobkivodi AT kobilʹčakvv džereloživlennâdlâímpulʹsnihelektrorozrâdnihtehnologíjobrobkivodi |