Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук.
— Харьков: Харьковский политехнический институт, 2015. — 166 с.
Специальность: 05.09.13 – Техника сильных
электрических и магнитных полей
Научный руководитель: д.т.н., профессор, Бойко Н.И. Целью диссертации является усовершенствование импульсных трансформаторов генераторов высоковольтных импульсов электротехнологических установок с для получения максимальных по амплитуде напряжений и токов для создания сильных импульсных электрических и магнитных полей при минимальных временах нарастания порядка 100 нс с использованием полупроводниковых коммутаторов при минимальных габаритах, а также для улучшения технологических и эксплуатационных характеристик этих установок, в том числе повышения частоты следования импульсов, увеличения амплитуды коммутируемых токов и ресурса.
Научная новизна полученных результатов:
— Впервые экспериментально получено время нарастания менее 100 нс на формирующем устройстве с ёмкостью не менее 5×10 -10 Ф при импульсных напряжениях до 1 МВ от импульсного трансформатора (коэффициент трансформации к т = 10) с минимальной индуктивностью рассеивания полученной при выполнении стального магнитопровода трансформатора крестообразным замкнутым.
— Усовершенствован ферромагнитный магнитопровод в импульсном трансформаторе за счет выполнения его крестообразным, разнесенного расположения обмоток и рационального распределения потока магнитной индукции, что позволило уменьшить индуктивность рассеивания примерно в 3 раза.
— Экспериментально показано, что не существует принципиальных 12 ограничений по амплитуде напряжения U aвв на выводах высоковольтной обмотки импульсного трансформатора с емкостной нагрузкой С н , если источником энергии является индуктивность намагничивания L µ с амплитудой тока в ней емкость нагрузки высоковольтной обмотки без приведения к низковольтной (первичной) обмотке, L µ – индуктивность намагничивания со стороны первичной обмотки импульсного трансформатора).
— Предложена и реализована рекуперация энергии в генераторах с емкостной нагрузкой на основе импульсных трансформаторов при помощи полупроводниковых ключей и рационального подбора моментов времени включения и выключения этих ключей.
— Предложены и реализованы режимы работы высоковольтных генераторов на основе импульсных трансформаторов с полупроводниковыми ключами в качестве размыкающих коммутаторов, обеспечивающие отсутствие коротких всплесков с недопустимо высокой амплитудой на полупроводниковом ключе при его размыкании.
Практическое значение полученных результатов для техники сильных электрических и магнитных полей
— Разработаны и созданы импульсные трансформаторы с низкой индуктивностью рассеивания для генератора импульсов напряжением до 1 МВ.
— Предложенная схема с использование двух импульсных трансформаторов с коэффициентом трансформации n = 31/3 = 10,3 у каждого позволила создать компактный трансформаторный импульсный источник напряжения с временем tф = 100 нс нарастания импульсов на емкостной нагрузке =1 нФ и напряжением до 1 МВ.
— Разработан и изготовлен компактный высоковольтный импульсный генератор на основе импульсного трансформатора с полупроводниковыми коммутаторами с частотой следования импульсов до 50000 имп/с.
— Экспериментально показана возможность высокой электромагнитной совместимости управляемых силовых полупроводниковых приборов с импульсными трансформаторами при их расположении в компактном общем корпусе 300×210×150 мм, рабочих импульсных напряжениях до 20 кВ, частотах следования импульсов – до 50 000 имп/с, средних мощностях, потребляемых из сети – до 1,5 кВт и нагреве корпуса трансформатора из оргстекла – до 50˚ С.
— Даны практические рекомендации по электромагнитной совместимости управляемых полупроводниковых коммутаторов электротехнологических установок в условиях сильных электромагнитных помех.
Научный руководитель: д.т.н., профессор, Бойко Н.И. Целью диссертации является усовершенствование импульсных трансформаторов генераторов высоковольтных импульсов электротехнологических установок с для получения максимальных по амплитуде напряжений и токов для создания сильных импульсных электрических и магнитных полей при минимальных временах нарастания порядка 100 нс с использованием полупроводниковых коммутаторов при минимальных габаритах, а также для улучшения технологических и эксплуатационных характеристик этих установок, в том числе повышения частоты следования импульсов, увеличения амплитуды коммутируемых токов и ресурса.
Научная новизна полученных результатов:
— Впервые экспериментально получено время нарастания менее 100 нс на формирующем устройстве с ёмкостью не менее 5×10 -10 Ф при импульсных напряжениях до 1 МВ от импульсного трансформатора (коэффициент трансформации к т = 10) с минимальной индуктивностью рассеивания полученной при выполнении стального магнитопровода трансформатора крестообразным замкнутым.
— Усовершенствован ферромагнитный магнитопровод в импульсном трансформаторе за счет выполнения его крестообразным, разнесенного расположения обмоток и рационального распределения потока магнитной индукции, что позволило уменьшить индуктивность рассеивания примерно в 3 раза.
— Экспериментально показано, что не существует принципиальных 12 ограничений по амплитуде напряжения U aвв на выводах высоковольтной обмотки импульсного трансформатора с емкостной нагрузкой С н , если источником энергии является индуктивность намагничивания L µ с амплитудой тока в ней емкость нагрузки высоковольтной обмотки без приведения к низковольтной (первичной) обмотке, L µ – индуктивность намагничивания со стороны первичной обмотки импульсного трансформатора).
— Предложена и реализована рекуперация энергии в генераторах с емкостной нагрузкой на основе импульсных трансформаторов при помощи полупроводниковых ключей и рационального подбора моментов времени включения и выключения этих ключей.
— Предложены и реализованы режимы работы высоковольтных генераторов на основе импульсных трансформаторов с полупроводниковыми ключами в качестве размыкающих коммутаторов, обеспечивающие отсутствие коротких всплесков с недопустимо высокой амплитудой на полупроводниковом ключе при его размыкании.
Практическое значение полученных результатов для техники сильных электрических и магнитных полей
— Разработаны и созданы импульсные трансформаторы с низкой индуктивностью рассеивания для генератора импульсов напряжением до 1 МВ.
— Предложенная схема с использование двух импульсных трансформаторов с коэффициентом трансформации n = 31/3 = 10,3 у каждого позволила создать компактный трансформаторный импульсный источник напряжения с временем tф = 100 нс нарастания импульсов на емкостной нагрузке =1 нФ и напряжением до 1 МВ.
— Разработан и изготовлен компактный высоковольтный импульсный генератор на основе импульсного трансформатора с полупроводниковыми коммутаторами с частотой следования импульсов до 50000 имп/с.
— Экспериментально показана возможность высокой электромагнитной совместимости управляемых силовых полупроводниковых приборов с импульсными трансформаторами при их расположении в компактном общем корпусе 300×210×150 мм, рабочих импульсных напряжениях до 20 кВ, частотах следования импульсов – до 50 000 имп/с, средних мощностях, потребляемых из сети – до 1,5 кВт и нагреве корпуса трансформатора из оргстекла – до 50˚ С.
— Даны практические рекомендации по электромагнитной совместимости управляемых полупроводниковых коммутаторов электротехнологических установок в условиях сильных электромагнитных помех.