افزايش قابليت اطمينان و راندمان منابع توان پالسي - دانلود رایگان
دانلود رایگان اساس فناوري سيستم توان پالسي بر پايه ذخيره انرژي زياد در زمان نسبتا طولاني و آزاد کردن خيلي سريع آن مي باشد که هدف از فرآيند آزاد سازي انرژي، افزايش توان ل
دانلود رایگان
| افزايش قابليت اطمينان و راندمان منابع توان پالسي مورد استفاده در پلاسماچکيده: - بوست اصلاح شده (مثبت) در ورودي مدار منبع توان پالسي پلاسما پيشنهاد مي دهد. بر اساس اين توپولوژي در محدوده اي مشخص در منبع توان پالسي پلاسما، مجموعه ای از کليد- ديود- خازن به صورت متوالی اتصال دارند که جهت توليد ولتاژ و dv/dt بالا به کار مي رود. مولفه هاي کليدي توپولوژی پيشنهادی براي افزايش قابليت اطمينان و راندمان عبارتنداز: ساختارتوپولوژي جديد مبتني بر مبدل DC-DC ، استفاده از روش کنترلي مناسب(منبع ولتاژ) و تعيين مقدار انرژي ذخيره شده در المان هاي اصلي مدار (سلف و خازن). بنابراين توپولوژي ارائه شده به آساني قابليت تنظيم، ارتقا و توسعه با دامنه وسيعي درکاربردهاي متنوع منابع توان پالسي را دارا می باشد. توپولوژي پيشنهادي مطرح شده با توجه به تاثير مولفه هاي کليدي آن، با دقت کامل از اجراي شبيه سازي در محيط نرم افزار MATLAB/SIMULINKبه دست آمده است که با بررسي نتايج شبيه سازی، کارايي و قابل اجرا بودن اين توپولوژي را جهت انجام اهداف مورد نظر که همان توليد پالس های قدرت بالا با ولتاژ زياد و بهبود راندمان و قابليت اطمينان منابع توان پالسي پلاسما است، تائيد مي کند . واژه هاي کليدي: توپولوژي ،پلاسما ، قابليت اطمينان و راندمان ،منبع توان پالسي، مبدل باک- بوست مثبت . فهرست مطالب
AC ) Alternating Current جريانمتناوب( BJT ) Bipolar Junction Transistorترانزيستورپيونددوقطبي( CCM ) Continuous-Conduction-Modeحالتهدايتپيوسته( CDVM ( Capacitor-Diode Voltage Multiplier)تقويتکنندهولتاژديودوخازن CSR )Converter Series Resonanمبدلتشديدسري( DC ) Direct Currentجريانمستقيم ( EMI ) Electromagnetic Interferenceتداخلاتالکترومغناطيسي( EMC) Electromagnetic Compatibilityسازگاریالکترومغناطيسي( HV ) High Voltageولتاژبالا ( IGBT ) Insulated Gate Bipolar Transistorترانزيستوردوقطبيگيتعايقشده( MBL )Multistage Blumlein Linesخطوطبلوملينچندطبقهاي( MFC ) Magnetic Flux Compressorکمپرسورشارمغناطيسي( MG ) Marx Generatorمولدمارکس( MOSEFET ) Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistorترانزيستورنيمههادياکسيدفلزيبااثرميدان( MPC )Magnetic Pulse Compressorکمپرسورپالسمغناطيسي ( MVM ) Multilevel Voltage تقويت کننده ولتاژ چند سطحي ( PEF ( Pulsed Electric Fieldميدان الکتريکي پالسي ( PFC ) Power Factor Correctorsتنظيمکنندههايضريبقدرت( PFN ) Pulse Forming Networkشبکهشکلدهيپالس( SMPS (Switched-Mode Power Supply)روش کليدزنيمنابعتوانپالسي ZCS )Zero Current Switchingکليد زني جريان صفر ( ZVS ) Zero Voltage Switchingکليد زني ولتاژ صفر ( فصل اول آشنايي با ساختار منابع توان پالسي مورد استفاده در پلاسما 1.1مقدمه 2.1 آشنايي با پلاسما -1) نمونه ای از الکترودها را نشان داده شده است. ساده ترين حالت، خطوط ميدان الکتريکي بين آند و کاتد که در آن ميدان الکتريکي تقريبا يکنواخت است، به اندازه و شکل الکترودها(دو الکترود مسطح با يک شکاف کوچک در ميان شان است) بستگي دارد]4[. شکل(1-1) نمايي از الکترودهاي بکار رفته در پلاسما 1.2.1 منحنی دشارژ گازی ولتاژ – جريان پلاسما -2) منحنی دشارژ گازي ولتاژ – جريان الکترودها را در حالت dc نشان مي دهد]5[. اين منحني داراي چند ناحيه مي باشد که نام نواحي در جدول (1-1) به صورت خلاصه بيان شده است. ناحیه دشارژ تاريک پلاسما، که در آن دشارژ شروع مي شود.هر چند که براي ايجاد حالت شکست، اين دشارژ به صورت کافي ذرات را تحريک نمي کند. به اين دشارژ تاريک مي گويند زيرا که در اين حالت دشارژ هيچ گونه انتقال انرژي به الکترون ها صورت نمي گيرد تا منجر به انتشار نور مرئي شود. در دشارژ تاريک با يونيزاسيون، يونها والکترون ها به تنهايي اشعه هاي کيهاني و اشکال ديگري از آن (مانند اشعه يونيزه کننده طبيعي) که با افزايش ولتاژ همراه است، توليد مي کند. در حالت اشباع با يونيزاسيون، تمام ذرات باردار حذف و الکترونها به علت يونيزاسيون انرژي کافي ندارند. در حالت تاونزند با شروع يونيزاسيون، ميدان الکتريکي ايجاد و جريان و ولتاژ به صورت نمايي افزايش می یابد]6[. بين حالت تاونزند و شکست در پلاسما، ممکن است تخليه کرونا صورت گيرد که در نتيجه ميدان الکتريکي بر روي لبه هاي تيز الکترود متمرکز مي شود. تخليه کرونا می تواند به صورت مرئي يا تيره باشد که به ميزان جريان عبوري از آن بستگی دارد. ناحیه دشارژ تابشي با حالت شکست شروع مي شود و با تشکيل قوس الکتريکي به پايان مي رسد. به طور عمده فرآيندهايي که منجر به شکل گيري حالت شکست و دشارژ تابشی مي شود را مي توان به دو گروه اصلي تقسيم کرد: (الف) فرآيندهاي گازي پلاسما، که در آن يونيزاسيون از برخورد الکترون و يون صورت می گیرد. (ب) فرآيندهاي کاتدي پلاسما، که در آن الکترون ها از کاتد آزاد مي شوند. به این فرآيند، به علت ايجاد الکتروندر آن، فرآيند ثانويه نيز مي گويند]7[. با مطالعه مقالات منتشر شده در اين مورد مي توان دريافت که جنس کاتد تاثير زیادی درايجاد حالت شکست دارد. توسط فرآيند ثانويه مي توان انواع انرژي تابشي را بصورت فتوالکتريک که در آن انرژي نوري باعث آزاد شدن الکترون ها مي شود انتشار داد. در این مورد می توان به حالت گرما يوني در پلاسما نیز اشاره کرد، که در آن انرژي حرارتي باعث ايجاد الکترون و منجر به توليد ميدان الکتريکي مي شود. جرقه هاي ناشي از دشارژ در این حالت بسیار شديداست و داراي درخشندگي و چگالي جريان زيادي مي باشد. قوس هاي ناشي از دشارژ را مي توان معادل چگالي جريان زياد در حد کيلو آمپر در سانتيمتر مربع در نظر گرفت. هرچند که شدت طبيعي قوس مي تواند عامل فرسايش سريع تر الکترودها شود]9،8[. شکل(1-2)منحنی دشارژ گازی ولتاژ-جريان حالت dc پلاسما جدول(1-1) شرح نواحي منحنی دشارژ گازی ولتاژ-جريان حالت dc پلاسما
-2) شرح داده است. 4.1مباني عملکرد منابع توان پالسي مورد استفاده در پلاسما جدول (1-2) خلاصه اي از مشخصات منابع توان پالسي براي کاربردهاي مختلف
شکل (1-3)نماي کلي از ساختار منابع توان پالسي 1.4.1مشخصات پالس هاي قدرت بالا در منابع توان پالسي -3)به اختصار بيان شده است. توليد و کنترل پالس هاي قدرت بالا، نوعي فناوري پيشرفته و پيچيده به شمار مي رود و به ابزارها و تکنيک هاي خاصي جهت انجام آزمايش ها نيازمند است. درسيستمهايتوانپالسيانرژيبهصورتالکتريکيذخيرهوبهباردرطييکپالسوياپالسهايکوتاهبانرختکرارکنترل شده ایتخليهمي گردد. مقدارقدرتميدانالکتريکي،شکلپالس،مدتپالسوتعداد پالس ها و...بيشترينتاثيررابرراندمان و قابليت اطمينان منابع توان پالسيدارد. جدول(1- 3) دامنه پالس هاي توليد شده در منابع توان پالسي
-5) يک نمونه رايج از اين نوع کمپرسورها را نشان مي دهد. شکل (1-4) منحني مشخصات يک پالس توليد شده در منابع توان پالسي شکل(1-5) نمونه اي از کمپرسور پالس مغناطيسي 2.4.1ذخيره سازي انرژي الکتريکي -6) و حالت بعدي را مولد مارکس[4] مي نامند.که در شکل (1-7) نمونه اي از مولد مارکس را نشان داده است]16[. شکل (1-6) نمونه اي از بانک خازني بکار رفته در منابع توان پالسي شکل(1-7) نمونه اي از مولد مارکس مورد استفاده در منابع توان پالسي -8) مدارهاي اصلي اين دو حالت را نشان مي دهد. براي بهبود پالس توليد شده مي توان از اين دو حالت به صورت ترکيبي در شرايط گوناگون با توجه به مشخصات بار مورد نياز استفاده کرد. شکل (1-8) مدارهاي اصلي مورد استفاده در منابع توان پالسي با المان هاي ذخيره ساز انرژي 1.2.4.1 بانک خازني -9) نشان داده است. شکل(1-9) نمونه اي از بانک خازني با کليدهاي چندکاناله 2.2.4.1مولد مارکس -1)، به گونه اي که هر دو مقدار افزايش يابند و هم چنين استفاده از پالس کنترلی قدرتمند براي راه اندازي مدارات کنترلی هر يک از کليدهای سيستم توان پالسي نيز موثر است. -1) -4) مشخصات دو مدل از مولد مارکس نواري به اختصار بيان شده است]19[. جدول (1-4)مشخصات دو مدل از مولد مارکس نواري
جدول (1-5)مشخصات مولد مارکس قطعه اي مدلA43733
-6) به طور خلاصه به برخي از پارامتر های اصلی کليدهاي گازی نوع بسته پلاسمایی مانند اسپارک گپ ها و ... هم چنين براي کليدهاي حالت جامد مانند تريستور، IGBT و ماسفت[8] اشاره مي شود.
4.4.1 شبکه هاي شکل دهي پالس[9] 8*2متر در ثانيه و معادل 20 سانتيمتر در هر نانو ثانيه است. بنابراين براي ايجاد يک پالس به طول يك ميكرو ثانيهبا استفاده از يک خط شکل دهنده پالس، به خط انتقالي معادل 100 متر نياز خواهد بود. براي توليد پالس هاي طولاني استفاده از اين روش امکان پذير نيست مگر آن که از خط هاي نواري که با موادي با ثابت دي الکتريک بالا عايق بندي شده اند، استفاده گردد. -10) نشان داده است. انرژي آزاد شده از اين خط که ناشي از پالس هاي مربعي است معمولا در خازن هاي شبکه نردباني ذخيره مي شوند.این شبکه به عنوان يک شبکه تغذيه کننده ولتاژ نیز شناخته مي شود. با توجه به امکان ذخيره سازي مغناطيسي انرژي در القاگر هاي شبکه، در اين حالت به آن شبکه تغذيه کننده جريان نیز مي گويند. اطلاعات بيشتر در مورد مشخصات امپدانسي، معادلات تبديل و ويژگي هاي انتشار و... در يک شبکه نردباني LC را مي توان درمرجع ]23[مشاهده کرد. شکل (1-10)آرايش مختلفي از شبکه نردباني مورد استفاده در شبکه هاي شکل دهي پالس 5.4.1خط انتقال بلوملين[10] -11) نشان داده شده است. شعاع استوانه ها را به گونه اي انتخاب مي شوند که امپدانس مشخصه در تمام طول خط يکنواخت باشد و ولتاژ مورد نياز تامين گردد. معمولا بار الکتريکي بين استوانه هاي داخلي و خارجي متصل مي شود و تغذيه ولتاژ ورودي از طريق استوانه مياني صورت مي گيرد. به طور ايده آل خط بلوملين را به گونه اي طراحي مي کنيم که داراي ولتاژ و جريان خروجي زياد ،با راندمان انتقال انرژي وتوان نزديک به يک باشدکه در نتيجه باعث افزايش قابليت اطمينان و کاهش ابعاد آن مي شود. شکل (1-11) آرايش خط انتقال بلوملين 5.1اهداف مورد بررسي در اين پايان نامه –بوست مثبت را پیشنهاد می کند که مي توان با مدل کردن يک منبع جريان در منابع توان پالسي، امکان کنترل شدت جريان را در حالت تغذيه بارداشته باشیم. بخش اصلي در اين آرايش استفاده از کليد هاي نيمه هادي با ولتاژ کاري مناسب براي توليد ولتاژ هاي بالا مي باشد. در خروجي اين توپولوژي تعداد مشخصي از کليد –ديود –خازن به منظور تبادل انرژي منبع جريان با توجه به نوع ولتاژ و توليد توان پالسي کافي با مقدار ولتاژي مناسب طراحي شده است. با شبيه سازي در محيط نرم افزاري MATLAB/SIMULINK،کارايي و قابليت اجرا بودن اين توپولوژي به اثبات رسیده است که بهبود راندمان و قابليت اطمينان منبع توان پالسي از مزاياي کاربردي و مهم آن است 6.1نتيجه گيري - جريان مورد تحليل قرار گرفت و در انتها تکنولوژي هاي به کار رفته در منابع توان پالسي پلاسما با توجه به آرايش ساختاري شان ارائه شد. با توجه به اهميت بهبود راندمان و قابليت اطمينان منابع توان پالسي ، در فصل بعدی توپولوژي هاي موجود براي منابع توان پالسي پلاسما مورد بررسي و تحليل قرار مي گيرد و توپولوژي پيشنهادي با توجه به تاثير آن در افزايش قابليت اطمينان و راندمان انتخاب مي شود. دریافت فایل جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||