RU180174U1 - Устройство высоковольтного питания электрофизических аппаратов высоким постоянным и частотно-импульсным напряжением - Google Patents
Устройство высоковольтного питания электрофизических аппаратов высоким постоянным и частотно-импульсным напряжением Download PDFInfo
- Publication number
- RU180174U1 RU180174U1 RU2018116852U RU2018116852U RU180174U1 RU 180174 U1 RU180174 U1 RU 180174U1 RU 2018116852 U RU2018116852 U RU 2018116852U RU 2018116852 U RU2018116852 U RU 2018116852U RU 180174 U1 RU180174 U1 RU 180174U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrophysical
- voltage
- capacitors
- thyratron
- pulse voltage
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 3
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 abstract description 2
- 230000036651 mood Effects 0.000 abstract 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 6
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 108700003853 RON Proteins 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 1
- 239000012084 conversion product Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- PJVWKTKQMONHTI-UHFFFAOYSA-N warfarin Chemical compound OC=1C2=CC=CC=C2OC(=O)C=1C(CC(=O)C)C1=CC=CC=C1 PJVWKTKQMONHTI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
- H03K3/57—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a semiconductor device
Landscapes
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к технике высоких напряжений, а именно к устройствам высоковольтного питания электрофизических аппаратов высоким постоянным и частотно-импульсным напряжением. Полезная модель может быть использована для генерации низкотемпературной плазмы в реакционных камерах плазменной очистки, дезинфекции воздуха и выбросных газов, плазменной модификации поверхностных свойств различных материалов, производства озона, в системах питания оптических квантовых генераторов, ускорителей электронных и ионных пучков, в которых необходима генерация мощных импульсов малой длительности с большой частотой следования.Техническим результатом полезной модели является повышения энергетической эффективности устройства.Устройство для одновременного питания электрофизических аппаратов высоким постоянным и частотно-импульсным напряжением содержит высоковольтное зарядное устройство, генератор импульсного напряжения, каждый из n-каскадов которого, где n≥1, содержит три последовательно соединенных конденсатора в первом каскаде и два последовательно включенных конденсатора в остальных каскадах, две зарядные катушки индуктивности, подключенные параллельно конденсаторам через один, причем одна из катушек присоединена через диод, тиратрон, подключенный параллельно среднему конденсатору в первом каскаде и первому конденсатору в остальных каскадах, средства обеспечения питания и управления тиратроном, подключение электрофизического аппарата к высоковольтному зарядному устройству осуществляется через последовательное соединение зарядных катушек индуктивности, подключенных к диодам, генератор импульсного напряжения и электрофизический аппарат подключены параллельно, отличающееся тем, что в анодную цепь тиратрона включена регулируемая катушка индуктивности, критерием настройки которой является достижение максимального значения пиковой мощности в электрофизическом аппарате.
Description
Полезная модель относится к технике высоких напряжений, а именно к устройствам высоковольтного питания электрофизических аппаратов высоким постоянным и частотно-импульсным напряжением. Полезная модель может быть использована для генерации низкотемпературной плазмы в реакционных камерах плазменной очистки, дезинфекции воздуха и выбросных газов, плазменной модификации поверхностных свойств различных материалов, производства озона, в системах питания оптических квантовых генераторов, ускорителей электронных и ионных пучков, в которых необходима генерация мощных импульсов малой длительности с большой частотой следования.
Известно устройство для питания аппаратов плазменной очистки выбросных газов высоким постоянным и частотно-импульсным напряжением [1]. Недостатками такого устройства является, во-первых, наличие двух источников постоянного напряжения, одного низковольтного источника для питания устройства формирования импульсов, второго - высоковольтного для питания аппарата постоянным напряжением. Во-вторых, устройство требует изолированного с двух концов разделительного конденсатора на полное выходное рабочее напряжение.
Свободным от этих недостатков является устройство для одновременного питания электрофизических аппаратов высоким постоянным и частотно-импульсным напряжением субмикросекундного диапазона. Оно содержит высоковольтный зарядный блок, питающий постоянным напряжением электрофизический аппарат и подключенный параллельно электрофизическому аппарату генератор импульсного напряжения, состоящий из нечетного количества последовательно включенных конденсаторов, двух групп зарядных катушек индуктивностей, присоединенных параллельно конденсаторам через один, импульсного трансформатора и блока запуска, при этом последовательное соединение высоковольтного зарядного блока и электрофизического аппарата осуществляют через одну из групп зарядных катушек индуктивностей, генератор импульсного напряжения дополнительно содержит подключенные параллельно четным конденсаторам тиратроны, блоки стабилизации тока накала тиратронов с разделительными силовыми трансформаторами и блоки управления тиратронов, при этом подключение блоков стабилизации тока накала тиратронов осуществляют через разделительные силовые трансформаторы, а блоки управления тиратронов подключают к блокам запуска через вторичные обмотки импульсных трансформаторов. [2].
Генерация импульсов в таком устройстве происходит за счет индуктивного переворота полярности четных конденсаторов при срабатывании тиратронов, а наложение импульсов на постоянное напряжение - за счет непосредственного подключения электрофизического аппарата через группы зарядных индуктивностей к источнику постоянного напряжения.
Недостатком данного устройства является низкая энергетическая эффективность работы из-за различия эквивалентных частот индуктивного переворота полярности конденсаторов и эквивалентной частоты всего разрядного контура, включающего генератор импульсных напряжений и нагрузку (электрофизический аппарат).
Полезная модель направлена на решение задачи повышения энергетической эффективности устройства, что и является ее техническим результатом.
Технический результат достигается за счет введения в разрядный контур тиратрона регулируемой индуктивности, позволяющей настроить равенство эквивалентной частоты цепи тиратрон - конденсатор - индуктивность частоте разрядной цепи из суммарной емкости цепочки последовательно включенных конденсаторов, их индуктивностей и индуктивности и емкости электрофизического аппарата.
Принципиальная схема предлагаемого устройства представлена на фиг. 1. Она содержит высоковольтное зарядное устройство 1, n-каскадный (n≥1) генератор импульсного напряжения 14 и электрофизический аппарат 3. Первый каскад генератора состоит из 3х последовательно включенных конденсаторов 4, последующие каскады - из 2х последовательно включенных конденсаторов 4. Каждый каскад помимо конденсаторов состоит из двух зарядных катушек индуктивностей 5 и 6, один конец которых подключен к зарядному устройству, а другой присоединен к конденсаторам через один, причем катушка 6 присоединяется к конденсаторам через диод 7, тиратрона 8, подключенного параллельно среднему в первом каскаде и первому в остальных каскадах конденсатору через регулируемую катушку индуктивности 9. Средства управления тиратроном выполнены в виде импульсного трансформатора 10, первичная обмотка которого подключена к питаемому от сети блоку запуска 11, а вторичные обмотки подключены к катоду и сетке тиратронов. Средства обеспечения питания тиратрона выполнены в виде разделительного накального трансформатора 12, первичная обмотка которого подключена к сети, а вторичная обмотка подсоединена к накалу тиратрона. Каскады 2 генератора 14 включаются последовательно, а весь генератор 14 и электрофизической аппарат 3 подключаются к зарядному устройству 1 параллельно. На фиг. 2 представлена эквивалентная электрическая схема электрофизического аппарата, включающая емкость аппарата (С3) и нелинейное сопротивление Rраз, имитирующее разрядный процесс.
Предлагаемое устройство функционирует следующим образом. При включении высоковольтного зарядного устройства 1 происходит подача высокого напряжения (Uзар) на электрофизический аппарат 3 и одновременно происходит зарядка конденсаторов 4, причем в первом каскаде полярность зарядки четного конденсатора противоположна полярности зарядки нечетных конденсаторов, а полярность зарядки конденсаторов остальных каскадов попарно противоположена. Подача импульса запуска от блока 11 на общую для всех каскадов первичную обмотку импульсного трансформатора 10 приводит к одновременному открытию всех тиратронов 8. Происходит индуктивный переворот полярности напряжения подключенных к тиратронам конденсаторов и сложение напряжений конденсаторов всех каскадов. В результате генерируется импульс с амплитудой относительно заземленной точки UИ ≈ (2n+1)⋅Uзар. Импульс содержит постоянную составляющую, равную Uзар и переменную составляющую с амплитудой ≈ 2n⋅ Uзар. Так как переменная составляющая импульса имеет форму, близкую к синусоиде, то можно рассчитать ее эквивалентную частоту как fg = 2π⋅√L9C4 (1), где С4 - емкость конденсатора генератора импульсных напряжений.
Работу однокаскадного устройства в режиме холостого хода иллюстрирует осциллограмма напряжения на выходе первого каскада генератора (фиг. 3), на которой переменная составляющая с амплитудой ≈2 Uзар, накладывается на постоянное напряжение, равное Uзар. В результате амплитуда импульса относительно заземленной точки UИ ≈ 3⋅ Uзар.
Эквивалентная частота разрядной цепи заявляемого устройства определяется выражением f ≈ 2π⋅√L13⋅(2n+1)-C4-C3/C3+(2n+l)-C4 (2), где L13 - эквивалентная индуктивность разрядной цепи и электрофизического аппарата, С3 - эквивалентная емкость электрофизического аппарата, Поскольку максимальная передача накопленной конденсаторами энергии электрофизическому аппарату происходит при совпадении указанных эффективных частот, равенство условий (1) и (2) может быть обеспечено путем настройки регулируемой катушки индуктивности 9.
Пример:
Для подтверждения вышесказанного были получены осциллограммы напряжения (U), тока (I), а также мощности (P=U⋅I) на электрофизическом аппарате при следующих параметрах устройства: генератор имеет один каскад, Uзар = 20 кВ, С4 = 2200 пФ, L9=0÷2,5 мкГн, L13 = 3.3 мкГн, С3 = 550 пФ (фиг. 4). В таблице 1 приведены зависимости Iмах и Рмах от значения L9.
Очевидно, что наиболее эффективным режимом работы устройства является режим с наибольшим значением пиковой мощности в электрофизическом аппарате. Величины Imax и Ртах, как видно из таблицы, являются функцией значения L9. Следовательно, за критерий регулирования индуктивности катушки L9 должно быть принято условие достижения пиковой мощностью своего максимального значения.
На электрофизический аппарат воздействует постоянно приложенное высокое напряжение, на которое накладывается импульсная составляющая. (рис. 2). Наличие высокого постоянного напряжения позволяет осуществить, во-первых, предионизацию активной среды в электрофизическом аппарате, а во-вторых, в случае использования его в качестве аппарата для очистки выбросных газов, производить в одном объеме конверсию примесей и очистку воздуха от продуктов конверсии и мелкодисперсной аэрозоли [3]. Оптимальное соотношение между постоянным и импульсным напряжением осуществляется путем подбора количества каскадов генератора.
Источники:
[1] G.J.J. Winands, Keping Yan, A.J.M. Pemen et.al. An Industrial Streamer Corona Plasma System for Gas Cleaning. IEEE Trans.on Plasma Science vol. 34 #5 October 206 pp. 2426-2433.
[2] Патент RU №2453022 Кл. H02J 3/00, H03K 3/543 опубл. 10.06.2012.
[3] Патент РФ №2320422 от 02.08.2006
Claims (1)
- Устройство для одновременного питания электрофизических аппаратов высоким постоянным и частотно-импульсным напряжением, содержащее высоковольтное зарядное устройство, генератор импульсного напряжения, каждый из n-каскадов которого, где n≥1, содержит три последовательно соединенных конденсатора в первом каскаде и два последовательно включенных конденсатора в остальных каскадах, две зарядные катушки индуктивности, подключенные параллельно конденсаторам через один, причем одна из катушек присоединена через диод, тиратрон, подключенный параллельно среднему конденсатору в первом каскаде и первому конденсатору в остальных каскадах, средства обеспечения питания и управления тиратроном, подключение электрофизического аппарата к высоковольтному зарядному устройству осуществляется через последовательное соединение зарядных катушек индуктивности, подключенных к диодам, генератор импульсного напряжения и электрофизический аппарат подключены параллельно, отличающееся тем, что в анодную цепь тиратрона включена регулируемая катушка индуктивности, критерием настройки которой является достижение максимального значения пиковой мощности в электрофизическом аппарате.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018116852U RU180174U9 (ru) | 2018-05-07 | 2018-05-07 | Устройство высоковольтного питания электрофизических аппаратов высоким постоянным и частотно-импульсным напряжением |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018116852U RU180174U9 (ru) | 2018-05-07 | 2018-05-07 | Устройство высоковольтного питания электрофизических аппаратов высоким постоянным и частотно-импульсным напряжением |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU180174U1 true RU180174U1 (ru) | 2018-06-05 |
| RU180174U9 RU180174U9 (ru) | 2019-04-25 |
Family
ID=62561124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018116852U RU180174U9 (ru) | 2018-05-07 | 2018-05-07 | Устройство высоковольтного питания электрофизических аппаратов высоким постоянным и частотно-импульсным напряжением |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU180174U9 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2733755C1 (ru) * | 2020-07-13 | 2020-10-06 | Александр Залманович Понизовский | Электрофизическое устройство для очистки газов от экологически вредных примесей, обеззараживания воздуха и стерилизации с помощью комбинации частотно-импульсного и высоковольтного постоянного напряжения |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57135690A (en) * | 1981-02-12 | 1982-08-21 | Mitsubishi Electric Corp | Impulse voltage generator |
| RU2340082C1 (ru) * | 2007-11-09 | 2008-11-27 | Сергей Константинович Воробьев | Ключевой каскодный умножитель напряжения постоянного тока высоковольтный ккунптвв |
| RU2453022C2 (ru) * | 2010-06-17 | 2012-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Устройство для одновременного питания электрофизических аппаратов высоким постоянным и частотно-импульсным напряжением субмикросекундного диапазона (варианты) |
-
2018
- 2018-05-07 RU RU2018116852U patent/RU180174U9/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57135690A (en) * | 1981-02-12 | 1982-08-21 | Mitsubishi Electric Corp | Impulse voltage generator |
| RU2340082C1 (ru) * | 2007-11-09 | 2008-11-27 | Сергей Константинович Воробьев | Ключевой каскодный умножитель напряжения постоянного тока высоковольтный ккунптвв |
| RU2453022C2 (ru) * | 2010-06-17 | 2012-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр газотурбостроения "Салют" (ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют") | Устройство для одновременного питания электрофизических аппаратов высоким постоянным и частотно-импульсным напряжением субмикросекундного диапазона (варианты) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2733755C1 (ru) * | 2020-07-13 | 2020-10-06 | Александр Залманович Понизовский | Электрофизическое устройство для очистки газов от экологически вредных примесей, обеззараживания воздуха и стерилизации с помощью комбинации частотно-импульсного и высоковольтного постоянного напряжения |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU180174U9 (ru) | 2019-04-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | A compact, high repetition-rate, nanosecond pulse generator based on magnetic pulse compression system | |
| CN107040244B (zh) | 基于frspt和反谐振网络的全固态高电压微秒脉冲发生器 | |
| Zabihi et al. | A new family of Marx generators based on commutation circuits | |
| CN103490661A (zh) | 具有正负脉冲输出的全固态高压脉冲电流源 | |
| RU180174U1 (ru) | Устройство высоковольтного питания электрофизических аппаратов высоким постоянным и частотно-импульсным напряжением | |
| Liu et al. | A repetitive high voltage pulse adder based on solid state switches | |
| CN115208229A (zh) | 一种电感储能脉冲发生器 | |
| Ram et al. | Development of high voltage pulse power supply for microwave tube applications | |
| WO2019216793A1 (ru) | Устройство высоковольтного питания электрофизических аппаратов | |
| Huiskamp et al. | Ozone generation with a flexible solid-state Marx generator | |
| RU2584004C2 (ru) | Способ электропитания разрядного несимметричного генератора озона | |
| Tabrizi et al. | A high-gain bipolar pulse power generator employed bidirectional switch for dielectric barrier discharge applications based on resonance charging technique | |
| RU2453022C2 (ru) | Устройство для одновременного питания электрофизических аппаратов высоким постоянным и частотно-импульсным напряжением субмикросекундного диапазона (варианты) | |
| Liu et al. | An efficient, repetitive nanosecond pulsed power generator with ten synchronized spark gap switches | |
| RU2663231C1 (ru) | Устройство электрического питания газоразрядных систем | |
| Liu et al. | An all solid-state pulsed power generator based on Marx generator | |
| Harchandani et al. | Pulse forming network for Marx generator with boosting operation | |
| Kołek et al. | Resonant, high voltage power supply for non-thermal plasma reactors | |
| RU94965U1 (ru) | Устройство электропитания газоразрядного озонатора | |
| Balcerak et al. | High voltage pulse generator using transformer parasitic components for pulsed corona discharge generation | |
| RU2795675C1 (ru) | Генератор импульсов для возбуждения активных сред на самоограниченных переходах атомов металлов | |
| Tang et al. | A high voltage pulsed power supply with reduced device voltage stress for industrial electrostatic precipitators | |
| Roshan et al. | Improvement of Pulse Power Generators Based on Buck Boost Converter | |
| Semenov et al. | Metal Vapor Laser Pumping Source with a Multistage Charge of Storage Capacitor | |
| Balcerak et al. | Topology of a high voltage pulse generator using parasitic parameters of autotransformers for non-thermal plasma generation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TH91 | Specification republication (utility model) | ||
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200508 |