Модель генератора Маркса для генерації коронного розряду у повітрі
Бічна панель сторінки статті
Основний зміст сторінки статті
Анотація
У статті розглянуто роботу генератора Маркса з навантаженням у вигляді від'ємного коронного розряду в повітрі за атмосферного тиску та побудовано його електричну модель. Досліджено вплив вольт-амперної характеристики коронного розряду на вихідну напругу генератора та вплив процесів деіонізації на параметри генератора Маркса.
Було обрано циліндричну електродну систему, що складається з трубки (анод), в середині якої вздовж осі натягнуто тонкий дріт (катод), навколо поверхні якого формується корона. Схема генератора Маркса, що моделювався, була обрана класична, яка складається з конденсаторів, резисторів і газових проміжків. Вона має ряд переваг перед іншими існуючими джерелами високої напруги. Це можливість генерувати високі напруги до 10 МВ і має високу електрична міцність, оскільки в схемі відсутні компоненти, які можуть легко вийти з ладу через пробій. Крім того, схема дуже проста і повторювана.
Для того, щоб виконати розрахунки системи, необхідно задати значення вхідних параметрів моделі. Серед них: геометричні розміри електродної системи (радіус внутрішнього і зовнішнього електродів та довжина циліндра), вхідна і вихідна напруга генератора, температура і тиск середовища. Результатом моделювання є вихідні параметри, а саме: кількість каскадів генератора, напруга одного каскаду генератора, напруга утворення корони та іскрового або дугового пробою електродної системи, значення конденсаторів та опорів генератора тощо. Крім того, модель дозволяє будувати графічні залежності процесів заряду і розряду системи.
Модель не враховує паразитні параметри, такі як ємність між пристроєм і землею та індуктивність розрядного контуру, які присутні в реальній схемі. Тому, щоб зменшити їх вплив, рекомендується внести деякі особливості в конструкцію. Для зменшення паразитної ємності контур генератора Маркса слід ізолювати від навколишнього середовища, помістивши його в товстостінний пластиковий корпус і, якщо розрядники розміщені в захисній колбі, залити всі компоненти трансформаторним маслом або епоксидною смолою. Для зменшення впливу паразитної індуктивності необхідно підключати електродну систему до генератора якомога коротшими проводами.
Результати розрахунків можуть бути використані для проектування пристроїв, робота яких базується на використанні коронного розряду. Це можуть бути пристрої для очищення газів (електрофільтри), переробки газу, генерації озону та ультрафіолету тощо.
Блок інформації про статтю
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
Посилання
S. B. Stark, Gazoochitsnye apparaty i ustanovki v metallurgicheskom proizvodstve [Gas cleaning devices and installations in metallurgical production]. Moscow: Metallurgia, 1990. ISBN: 5-229-00464-9.
D. L. Kuznetsov, V. V. Uvarin, and I. E. Filatov, “Conversion of Methane in Plasma of Pulsed Nanosecond Discharges,” IEEE Trans. plasma Sci., vol. 49, no. 9, 2019, DOI: https://doi.org/10.1109/TPS.2021.3075101.
G. B. Sretenović, B. M. Obradović, V. V. Kovačević, M. M. Kuraica, and J. Purić, “Pulsed corona discharge generated by marx generator,” Publ. Astron. Obs. Belgrade, vol. 89, pp. 323–326, 2010.
I. Gallimberti, “Impulse corona simulation for flue gas treatment,” Pure Appl. Chem, vol. 60, no. 5, pp. 663–674, 1988, DOI: http://doi.org/10.1351/pac198860050663.
J. S. Park et al., “Development of small and efficient ozone generators using corona discharge,” IEEE, 2002, DOI: https://doi.org/10.1109/KORUS.2001.975124.
D. V. Sivukhin, “Obshchiy kurs fiziki. Tom 3: Elektrichestvo [General physics course. vol. 3: Electricity],” Fizmatlit. Moscow, 2009. ISBN: 978-5-9221-0673-3.
E. Marx, Deutsches reichspatent 455933, 1923.
G. A. Mesyats, “Impulsnaya energetika i elektronika [Pulsed power and electronics], ” Nauka. Moscow, 2004. ISBN: 5-02-033049-3.
N. A. Kaptsov, “Elektricheskie yavlenia v gazakh i vakuume [Electrical phenomena in gases and vacuum],” Gosudarstvennoe izdatelstvo tekhniko-teoreticheskoi literatury, Moscow-Leningrad, 1947.
N. A. Kaptsov, “Elektronika [Electronics],” Gosudarstvennoe izdatelstvo tekhniko-teoreticheskoi literatury, Moscow, 1954.
A. V. Samusenko and Yu. K. Stishkov, “Eletkrofizicheskie yavleniya v gazakh pri vozdejstvii silnykh elektricheskikh polej [Electrophysical phenomena in gases when exposed to strong electric fields],” NOTs “Elektrofizika”, Saint-Petersburg, 2012. ISBN: 978-5-9651-0605-9.
F. P. Grosu, An. M. Bologa, M. K. Bologa, and O. V. Motorin, “Chastnye obobshcheniya volt-ampernykh kharakteristik koronnogo razryada v gazakh [Particular generalizations of volt-ampere characteristics of corona discharge in gases],” Elektronnaya obrabotka materialov, vol. 51, no. 3, pp. 51–57, 2015, URL: https://eom.ifa.md/ru/journal/download/1188.
M. Haidara, A. Denat, and P. Atten, “Corona Discharge in High Pressure Air,” J. Electrostat., pp. 40–41, 61–66, 1997, DOI: https://doi.org/10.1016/S0304-3886(97)00015-6.
J. M. Meek and J. D. Craggs, Electrical breakdown of gases. Oxford: Clarendon, 1953.
I. L. Kaganov, “Ionnye pribory [Ionic devices],” Energia. Moscow, 1972.
Yu. P. Raizer, “Fizika gazovogo razryada [Gas discharge physics],” Nauka. Moscow, 1992. ISBN: 5-02-014615-3.
V. M. Polunin and G. T. Sychov, “Fizika. Elektrostatika. Postoyannyj elektricheskij tok [Physics. Electrostatics. Direct Electric Current],” YuZGU. Kursk, 2014. ISBN: 978-5-9905633-4-6.
S. M. Smirnov, P. V. Terentiev, “Generatory impulsov vysokogo napriazheniya [High voltage pulse generators],” Energia. Moscow-Leningrad, 1964.
B. A. Kozlov, V. I. Soloviev, “Chislennoe modelirovanie statsionarnoj otritsatelnoj korony v vozdukhe [Numerical modeling of a stationary negative corona in air],” Zhurnal tekhicheskoi Fiziki, vol. 79, no. 5, pp. 18–28, 2009, URL: http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/9679
I. K. Kikoin, “Tablitsy fizicheskikh velichin [Tables of physical quantities],” Atomizdat. Moscow, 1976.
