Генератор импульсов по схеме Маркса на основе транзисторов MOSFET

Исхаков, Роман Фолурович Отделение материаловедения (ОМ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Рассмотрение возможности и целесообразности использования транзисторов MOSFET для построения генератора импульсного напряжения технологического назначения. Анализ режимов работы и возможных диапазонов перегрузки коммутаторов.

Введение ……………………………………………………………………………………………………. 9
1 Генератор по схеме Аркадьева Маркса ……………………………………………………. 11
1.1 Обзор твердотельных коммутаторов …………………………………………………….. 15
2.Литературный обзор ………………………………………………………………………………. 20
3.Расчет параметров генератора …………………………………………………………………. 51
4.Экспериментальная часть ……………………………………………………………………….. 57
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……. 75
5.1Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……………………………………………… 76
5.2 SWOT – анализ ……………………………………………………………………………………. 77
5.3 Планирование научно-исследовательской работы ………………………………….. 79
5.4 Бюджет научного исследования ……………………………………………………………. 83
5.4.1 Сырье, материалы, специальное оборудование, покупные изделия ………. 83
5.4.2 Основная заработная плата ……………………………………………………………….. 85
5.4.3 Дополнительная заработная плата научно-производственного персонала 87
5.4.4 Отчисления на социальные нужны ……………………………………………………. 87
5.4.5 Амортизация ……………………………………………………………………………………. 87
5.4.5 Накладные расходы ………………………………………………………………………….. 88
5.5 Анализ и оценка научно-технического уровня исследования ………………….. 88
5.6 Определение ресурсоэффективности исследования ………………………………. 90
6 Социальная ответственность …………………………………………………………………… 95
6.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ………… 95
6.2 Производственная безопасность …………………………………………………………… 96
6.3 Анализ вредных факторов производственной среды ………………………………. 97
6.4 Анализ опасных факторов производственной среды ………………………………. 98
6.5 Обоснование мероприятий по снижению воздействия ………………………….. 100
6.6 Экологическая безопасность ………………………………………………………………. 101
6.7 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………….. 101
Заключение …………………………………………………………………………………………….. 103
Список использованных источников ………………………………………………………… 105
Приложение A – Experimental part; Introduction …………………………………………. 107

Генераторы импульсных напряжений (ГИН) служат для испытания
изоляции электрооборудования грозовыми импульсами с целью
координации электрической прочности изоляции с воздействующими на
нее грозовыми перенапряжениями. Испытания проводятся полными
стандартными импульсами 1,2/50 мкс, а также срезанными импульсами
при предразрядном времени 2-3 мкс [1].

ГИН представляет собой батарею конденсаторов высокого
напряжения, работающих в режиме заряд-разряд и обеспечивающих при
разряде весьма высокие импульсные напряжения. Конденсаторы в
зарядном режиме включены параллельно, а в разрядном –
последовательно. Переключение конденсаторов осуществляется с
помощью искровых разрядников (обычно шаровых). Кроме того ГИН
включает в себя измерительное устройство и устройство для заземления и
снятия остаточных зарядов с конденсаторов после окончания работы [2].

В данной работе был проведен анализ, расчет, проектирование, сборка
реального макета генератора Маркса на твердотельных MOSFET-
транзисторах. В части литературного обзора были рассмотрены различные
схемы и схемные решения, направленные на увеличении выходного
напряжения, а также рассмотрены различные способы применения этих
генераторов в промышленной отрасли. Произведён расчет ключевых
параметров генератора, было собрано 3 схемы генератора Маркса с
различным количеством ступеней, произведена сборка и сопряжение силовой
части ГИН и системы управления (СУ). Были рассмотрены различные
схемные решения для увеличения быстродействия между силовой частью и
драйвером генератора. Итоговые результаты получились на схеме с 6
ступенями ГИН, где выходное напряжение составило 480 В, фронт импульса
на нагрузке составил 100 нс, для уменьшения длительности фронта была
использована схема с эмиттерным повторителем, что укоротило
длительность фронта с 1,5 мкс до 400 нс. В связи с активностью
отечественных и зарубежных ученых, направленные на способы увеличения
напряжения и быстродействия срабатывания транзисторов, можно сделать
вывод, что генератор Маркса на твердотельных ключах актуален, более
экологичный, достаточно компактен, в отличие от газовых разрядников на
определенный тип напряжения.

При выполнении экономической части составлен полный список работ
и их трудоемкость, построен календарный план-график выполнения
работ, выполнено определение участников каждой работы, установлены
продолжительности работ, построен график по временным показателям,
подсчитан бюджет для проведения научно-технического исследования,
проведена оценка эффективности научного проекта со стороны
ресурсосбережения.
Рассмотрены влияния вредных и опасных факторов при
эксплуатации генератора Аркадьева-Маркса, рассмотрена возможность
утилизации тяжелых металлов, содержащихся в конденсаторах генератора,
выбраны средства пожаротушения для оснащения помещения, в
котором происходит использование генератора, также описаны
обязанности работодателя в отношении персонала и правила охраны
труда при эксплуатации электроустановок.

1. Б.Ю. Семенов. Силовая электроника: от простого к сложному. – М.:
Солон-Пресс, 2005. – 416 с.: ил.
2. Б.Ю. Семенов. Силовая электроника: профессиональные решения. –
М.: Солон-ПРЕСС, 2011. – 416 с.: ил. (Серия «Компоненты и
технологии»)
3. A Repetitive High Voltage Pulse AdderBased on Solid State Switches –
Kefu Liu, Yan Luo and JianQiu – Institute of Electrical Light Sources,
Fudan University, Shanghai, 20043, China –IEEE Transactions on
Dielectrics and Electrical Insulation 16(4):1076 – 1080 · September 2009.
4. MARX GENERATOR USING POWER MOSFETS – W. Jiang, W. Diao,
and X. Wang – Tsinghua University, Beijing, China – 2009 IEEE Pulsed
Power Conference.
5. FGPA-ControlledAll-Solid-StateNanosecondPulseGeneratorfor
Biological Applications – Chenguo Yao, Member, IEEE, Ximing Zhang,
FeiGuo,ShoulongDong,YanMi,andCaixinSun–IEEE
TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, VOL. 40, NO. 10, OCTOBER
2012/
6. Power Electronics Converter with Marx Generator Configuration based PEF
for Liquid Food Sterilization – S.A.Ghani, W.I. Ibrahim, M.R.Ghazali –
Faculty of Electrical & Electronics Engineering Universiti Malaysia Pahang
– International Conference on Electrical, Control and Computer Engineering
2011 (InECCE)/
7. Solid-State Marx Generator for the Compact Linear Collider Breakdown
Studies – M. J. Barnes, S. Calatroni and W. Wuensch – ABT, VSC and RF
Groups, TE and BE Departments CERN – Conference: 2016 IEEE
International Power Modulator and High Voltage Conference (IPMHVC).
8. A 600V, 1KA compact LTD module using Power MOSFETs –
PravinIyengar,T.C.Lim, S.J.Finney, B.W.Williams and M.A.Sinclair –
University of Strathclyde, Department of Electronic and Electrical
Engineering, Glasgow, United Kingdom – Conference: 2012 IEEE
international power modulator and high voltage conference, At San diego,
CA.
9. SETUP AND TESTING OF A FAST STACKED-MOSFET SWITCH – M.
Sack, M. Hochberg, G. Mueller – Karlsruhe Institute of Technology, for
Pulsed Power- and Microwave Technology, Hermann-von-Helmholtz-Platz
1 – Conference: Pulsed Power Conference (PPC), 2013 19th IEEE
10. A Novel Configuration of Modular Bipolar Pulse Generator Topology Based
on Marx Generator With Double Power Charging – ChenguoYao,Member,
IEEE, ShoulongDong,Student Member, IEEE, Yajun Zhao, Yan Mi, and
Chengxiang Li IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, VOL.
44, NO. 10, OCTOBER 2016.
11. Metallized Polypropylene Film Capacitors MKP Radial Potted Type
(Электронныйресурс)URL:
https://ru.mouser.com/datasheet/2/427/mkp41642-1211348.pdf
(датаобращения (1.05.2019).
12. УправлениеMosfet-транзисторами(Электронныйресурс)URL:
https://vasilisks.wordpress.com/2013/01/07/%D1%83%D0%BF%D1%80%
D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5-
mosfet-%D0%B0%D0%BC%D0%B8-1/(Дата обращения 1.05.2019)
13. Схемы управления MOSFET и IGBT – Полупроводниковая силовая
электроника(Электронныйресурс)URL:
http://nauchebe.net/2015/04/sxemy-upravleniya-mosfet-i-igbt-
poluprovodnikovaya-silovaya-elektronika/(Дата обращения 1.05.2019)
14. СНиП 23-05-95 «”Естественное и искусственное освещение»
15. ГОСТ12.1.038–82ССБТ.Электробезопасность.Предельно
допустимые уровни напряжений прикосновения и токов.
16. ГОСТ 12.1.010–76 ССБТ. Взрывобезопасность. Общие требования.
17. ГОСТР12.1.019-2009ССБТ«Электробезопасность.Общие
требования и номенклатура видов защиты».
18. ГОСТ22614-77.Система«Человек-машина».Выключатели
клавишные и кнопочные. Общие эргономические требования.
19. ГОСТ 12.4.011-88. «Инструктаж по технике безопасности».
20. СниП 2.09.02-85 «Производственные здания»
21. СНиП 2.01.02-85 «Противопожарные нормы»
22. ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования»
23. ГОСТ 12.4.011-89 «Система стандартов безопасности труда. Средства
защиты работающих. Общие требования и классификация»
24. ГОСТР50648-94«Совместимостьтехническихсредств
электромагнитная. Устойчивость к магнитному полю промышленной
частоты. Технические требования и методы испытаний»
109

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Шагали Е. УрГЭУ 2007, Экономика, преподаватель
    4.4 (59 отзывов)
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и... Читать все
    Серьезно отношусь к тренировке собственного интеллекта, поэтому постоянно учусь сама и с удовольствием пишу для других. За 15 лет работы выполнила более 600 дипломов и диссертаций, Есть любимые темы - они дешевле обойдутся, ибо в радость)
    #Кандидатские #Магистерские
    76 Выполненных работ
    Евгений А. доктор, профессор
    5 (154 отзыва)
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - ... Читать все
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - по социальной работе.
    #Кандидатские #Магистерские
    260 Выполненных работ
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ
    Антон П. преподаватель, доцент
    4.8 (1033 отзыва)
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публик... Читать все
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публикуюсь, имею высокий индекс цитирования. Спикер.
    #Кандидатские #Магистерские
    1386 Выполненных работ
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ
    Логик Ф. кандидат наук, доцент
    4.9 (826 отзывов)
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские дисс... Читать все
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские диссертации, рефераты, контрольные) уже много лет. Качество работ гарантирую.
    #Кандидатские #Магистерские
    1486 Выполненных работ
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Ольга Б. кандидат наук, доцент
    4.8 (373 отзыва)
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских... Читать все
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских диссертаций, дипломных и курсовых работ. Слежу за новинками в медицине.
    #Кандидатские #Магистерские
    566 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Энергосервисный договор
    📅 2018год
    🏢 Санкт-Петербургский государственный университет
    Асинхронный электропривод вентиляционной установки
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка имитационной модели системы электропитания тяжелого самолета
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Оптимизация структуры и режимов фотоэлектростанций северных территорий
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)