Анотація до роботи:

Борцов О.В. Збільшення швидкості зміни імпульсів напруг і струмів у високовольтних установках. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.13 – Техніка сильних електричних та магнітних полів. Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2008.

Дисертація присвячена удосконаленню високовольтних електрофізичних установок, що створюють сильні електричні і магнітні поля. Для удосконалення необхідно збільшити швидкість зміни імпульсів напруг і струмів у цих установках.

У роботі теоретичні та експериментальні дослідження на фізичній моделі процесу проникнення «зрізаних» імпульсів магнітного поля в циліндричну провідну оболонку дозволили виробити вимоги до моменту «зрізу» зовнішнього магнітного поля для досягнення найбільших електродинамічних зусиль, що розширюють оболонку за допомогою зовнішнього індуктора.

Досліджено вплив часу комутації напівпровідникового ключа, разом з власними параметрами розрядного контуру, на форму вихідних імпульсів у установках для широкосмугової електромагнітної дії та установках на основі імпульсного коронного розряду. Результати досліджень дозволили удосконалити ці установки.

Створення високовольтних джерел імпульсних струмів мегаамперного діапазону для фізичних досліджень можливо на основі паралельної роботи декількох генераторів Фітча на загальне навантаження. Аналіз показав, що для синхронної роботи генераторів у секції необхідно удосконалити класичну схему генератора Фітча, встановити критерій синхронності та створити систему автоматичного запуску генераторів, що забезпечує виконання цього критерію.

У дисертаційній роботі розв’язано науково-практичне завдання – удосконалення високовольтних електрофізичних установок, що створюють сильні електричні та магнітні поля, шляхом збільшення швидкості зміни імпульсів напруг і струмів у цих установках.

1. На основі новітніх досягнень в області напівпровідникових приладів створено генератор «зрізаних» імпульсів струму (НГІС) з електронним регулюванням моменту «зрізу». Експериментальні дослідження за допомогою НГІС показали, що:

– для досягнення найбільших електродинамічних зусиль, що розширюють циліндричну провідну оболонку шляхом розряду ємнісного нагромаджувача на зовнішній індуктор і «зрізу» частини першої напівхвилі розрядного струму, необхідно забезпечити таку кругову частоту початкового імпульсу , щоб критерій не перевершував величину, що близька до 0,1. При цьому амплітудні значення напруженостей зовнішнього магнітного поля та магнітного поля, що проникло всередину оболонки, , відрізняються незначно, зсув фаз між ними вельми малий і «зріз» частини першої напівхвилі імпульсу слід здійснювати у момент максимального значення розрядного струму;

– у тих випадках, коли момент часу t_mi, в який досягається амплітудне значення , близький до T/2, має сенс «зріз» першої напівхвилі.

2. Теоретично та експериментально досліджені електромагнітні процеси у силовому контурі, що включає ємнісний нагромаджувач енергії, напівпровідниковий ключ (тиристор, транзистор), імпульсний трансформатор, що працює на ємнісне навантаження. При цьому враховано час вмикання та вимкнення напівпровідникового ключа. Отримана залежність тривалості фронту імпульсу напруги на навантаженні від часу комутації напівпровідникового ключа і коефіцієнта згасання силового кола, встановлено критерій застосування напівпровідникового ключа в імпульсних джерелах – час комутації ключа .

3. Вдосконалено генератор високовольтних імпульсів напруги субнаносекундної тривалості фронту, що використовується в АШЕМІТ. Застосування швидкодіючих напівпровідникових приладів і сучасних феромагнітних матеріалів дозволило підвищити швидкість наростання імпульсів напруги на навантаженні в 2 рази в порівнянні з прототипом. В результаті розширено частотний діапазон і підвищена стабільність роботи формуючого пристрою більш ніж у 5 разів.

4. Розроблено малогабаритне високовольтне джерело напруги для електротехнологічної установки на основі імпульсного коронного розряду (ІКР). Застосування створеного джерела в електротехнологічній установці ІКР дозволило робочу напруженість підвищити з 10 кВ/см до 15 кВ/см, частотний діапазон розширити з 2000 імп./с до 15000 імп./с, а масу установки зменшити з 50 кг до 10 кг (при збереженні основної характеристики установки ІКР – концентрація озону ~ 10 г/м³ при протоці неосушеного повітря ~ 0,5 м³/год.).

5. Теоретично та експериментально доказано, що необхідною умовою для отримання в навантаженні низькоіндуктивної секції з двох паралельно працюючих вдосконалених генераторів за схемою Фітча імпульсів струму з розкидом тривалості фронту і спадом амплітуди не більш (3 – 6) % розкид у часі спрацьовування генераторів Фітча не повинен перевищувати 200 нс. Створена система автоматичного запуску генераторів Фітча, що забезпечує необхідний часовий розкид.

6. Теоретично та експериментально встановлено, що можливе збільшення швидкості наростання напруги на навантаженні низькоіндуктивної секції з двох паралельно працюючих генераторів за схемою Фітча за рахунок об'єднання ємнісних нагромаджувачів генераторів Фітча і Аркадьєва – Маркса.

7. На основі комп’ютерного моделювання та експериментальних досліджень електромагнітних процесів у низькоіндуктивній секції з двох паралельно працюючих модулів за схемою Фітча створено високовольтне джерело імпульсних струмів мегаамперного діапазону для фізичних досліджень.

8. Результати дисертації впроваджені при виконанні науково-дослідних робіт в наукової лабораторії електродинамічних досліджень підприємства «Протон-21» (м. Київ), на підприємстві «Елга» (м. Шостка, Сумська обл.), в НДПКІ «Молнія» при виконанні держбюджетних і госпдоговірних робіт у 1998 – 2008 р.р., міжнародного проекту НТЦУ № 1120, а також у навчальному процесі на кафедрі інженерної електрофізики НТУ “ХПІ” при підготовці фахівців із спеціальностей “Техніка і електрофізика високих напруг” і “Нетрадиційні джерела енергії”.

Публікації автора:

1. Бойко Н.И. Средства измерения напряжений и токов в установках для обработки веществ комплексом высоковольтных импульсных воздействий / Борцов А.В., Сафронов И.А., Тур А.Н. // Технічна електродинаміка. – Київ. – 2004. – № 5. – С. 63 – 69. Здобувач виконав комп'ютерне моделювання схем дільників напруги і струмових шунтів. Брав участь у виготовленні і експериментальних дослідженнях розроблених вимірювальних засобів.

2. Бойко Н.И. Импульсный коронный разряд с расширенной зоной ионизации: физические основы получения и перспективные области применения / Борцов А.В., Евдошенко Л.С., Иванов В.М., Иванькина А.И., Тур А.Н. // Електротехніка і Електромеханіка. – Харків: НТУ «ХПІ». – 2004. – № 3. – С. 98 – 104. Здобувач розробив на сучасній елементній базі високовольтні імпульсні генератори для нових електротехнологічних установок с імпульсним коронним розрядом. Провів експериментальні дослідження електромагнітних процесів в імпульсному коронному розряді.

3. Бойко Н.И. Низкоиндуктивная секция генератора мощных высоковольтных импульсов по схеме Фитча / Борцов А.В., Евдошенко Л.С., Зароченцев А.И., Иванов В.М., Рудаков В.В., Тур А.Н., Артюх В.Г. // Приборы и техника эксперимента. – Москва. – 2005. – № 4. – С. 57 – 65. Здобувач теоретично досліджував електромагнітні процеси в низькоіндуктивній секції генератора потужних високовольтних імпульсів за схемою Фітча. Розробив схему синхронізації високовольтних комутаторів.

4. Бойко Н.И. Высоковольтные импульсные трансформаторы в технологических установках / Борцов А.В., Евдошенко Л.С., Зароченцев А.И., Иванов В.М. // Вісник НТУ «ХПІ». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2006. – № 36. – С. 8 – 13. Здобувач розробив імпульсні джерела напруг для нових технологічних установок.

5. Бойко Н.И. Метод обеззараживающей обработки текучих продуктов в потоке при помощи сильных импульсных электрических полей и искровых разрядов / Борцов А.В., Евдошенко Л.С., Зароченцев А.И., Иванов В.М. // Технічна електродинаміка. – Київ. – 2006. – Тем. випуск. – С. 83 – 86. Здобувач провів експериментальні дослідження електромагнітних процесів в імпульсних джерелах напруг.

6. Борцов А.В. Генератор высоковольтных импульсов / Бойко Н.И. // Вісник НТУ «ХПІ». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2007. – №24. – С. 22 – 26. Здобувач удосконалив схеми генератора високовольтних імпульсів і системи керування до нього.

7. Борцов А.В. Влияние измерительной цепи на согласованный делитель напряжения // Вісник НТУ «ХПІ». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2007. – №34. – С. 24 – 29.

8. Бойко Н.И. Использование импульсного коронного разряда с расширенной зоной ионизации для конверсии токсичных газообразных отходов / Борцов А.В., Евдошенко Л.С., Зароченцев А.И., Иванов В.М. // Електротехніка і Електромеханіка. – Харків: НТУ «ХПІ». – 2007. – № 4. – С. 64 – 65. Здобувач розробив на сучасній елементній базі високовольтний імпульсний генератор для нової електротехнологічної установки.

9. Борцов А.В. Генератор для физического моделирования импульсных электромагнитных полей // Електротехніка і Електромеханіка. – Харків: НТУ «ХПІ». – 2008. – № 1. – С. 63 – 66.

10. Борцов А.В. Физическое моделирование проникновения «срезанных» импульсов магнитного поля в цилиндрическую проводящую оболочку / Лютенко Л.А., Михайлов В.М. // Технічна електродинаміка. – Київ. – 2008. – Тем. Випуск. Проблеми сучасної електротехніки. Частина 5. – С. 90 – 95. Здобувач провів експериментальні дослідження проникнення «зрізаних» імпульсів магнітного поля в циліндричну провідну оболонку.

11. Борцов А.В. Учет влияния времени коммутации полупроводниковых приборов на форму импульсов напряжения на нагрузке импульсного трансформаторного источника напряжения // Вісник НТУ «ХПІ». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2008. – №21. – С. 20 – 26.

12. Бойко Н.И. Модуль генератора импульсов тока по схеме Фитча / Борцов А.В., Евдошенко Л.С., Зароченцев А.И., Иванов В.М., Покладов О.В., Рудаков В.В., Тур А.Н. // Материалы XII Международной научной школы-семинара «Физика импульсных разрядов в конденсированных средах», Николаев, Украина. – Николаев: КП «Николаевская областная типография», 2005. – С. 151 – 154. Здобувач теоретично досліджував електромагнітні процеси в модулі генератора імпульсів струму за схемою Фітча.

13. Бойко Н.И. Установки для осуществления комплекса высоковольтных импульсных воздействий / Борцов А.В., Евдошенко Л.С., Зароченцев А.И., Иванов В.М., Тур А.Н. // Труды международной конференции «Высокоэффективные физические факторы в биологии, медицине, сельском хозяйстве и экологии», Саров, Россия. – Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ. – 2005. – С. 441 – 448. Здобувач розробив на сучасній елементній базі високовольтні імпульсні генератори для нових електротехнологічних установок.

14. Boyko N.I. Generator of Short High-Voltage Pulses / Bortsov A.V., Evdoshenko L.S., Zarochentsev A.I., Ivanov V.M., Arkhipov N.I. // Materials of Third International Conference on Ultrawideband and Ultrashort Impulse Signals, Sevastopol, Ukraine. – Proc. IEEE Electronics Power Science and General. – 2005. – Vol. 111, № 4. – P. 194 – 196. Здобувач розробив імпульсне джерело напруги для генератору.

15. Бойко Н.И.Электрофизические установки и технологии для решения проблемы отходов / Борцов А.В., Евдошенко Л.С., Зароченцев А.И., Иванов В.М. // Мир техники и технологий. – Харків. – 2006. – №3 (52). – С. 63 – 65. Здобувач розробив джерела для високовольтних імпульсних генераторів нових електрофізичних установок.

16. Бойко Н.И. Установка для конверсии токсичных газообразных промышленных отходов / Борцов А.В., Евдошенко Л.С., Зароченцев А.И., Иванов В.М., Евсеев И.М. // Материалы IV Международной конференции «Сотрудничество для решения проблемы отходов», Харьков, Украина. – Харьков: Экоинформ. – 2007. – С. 152 – 154. Здобувач розробив на сучасній елементній базі високовольтні імпульсні генератори для нових електротехнологічних установок.

17. Бойко Н.И. Установка для конверсии газовых выбросов при помощи импульсного коронного разряда с расширенной зоной ионизации / Борцов А.В., Евдошенко Л.С., Евсеев И.М., Зароченцев А.И., Иванов В.М. // Материалы 30-го Всероссийского семинара «Озон и другие, экологически чистые окислители», Москва, Россия. – М: МАКС Пресс. – 2008. – С. 148 – 152. Здобувач розробив на сучасній елементній базі високовольтний імпульсний генератор для електротехнологічної установки.