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

    Хочешь уникальную работу?

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

    Александр О. Спб государственный университет 1972, мат - мех, преподав...
    4.9 (66 отзывов)
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальн... Читать все
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальных уравнений. Умею быстро и четко выполнять сложные вычислительные работ
    #Кандидатские #Магистерские
    117 Выполненных работ
    Сергей Н.
    4.8 (40 отзывов)
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.
    #Кандидатские #Магистерские
    56 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
    Елена Л. РЭУ им. Г. В. Плеханова 2009, Управления и коммерции, пре...
    4.8 (211 отзывов)
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно исполь... Читать все
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно использую в работе графический материал (графики рисунки, диаграммы) и таблицы.
    #Кандидатские #Магистерские
    362 Выполненных работы
    Татьяна С. кандидат наук
    4.9 (298 отзывов)
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (пос... Читать все
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (поставки напрямую с издательств), доступ к библиотеке диссертаций РГБ
    #Кандидатские #Магистерские
    551 Выполненная работа
    Анна К. ТГПУ им.ЛН.Толстого 2010, ФИСиГН, выпускник
    4.6 (30 отзывов)
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помог... Читать все
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помогала студентам, вышедшим на меня по рекомендации.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Кормчий В.
    4.3 (248 отзывов)
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    #Кандидатские #Магистерские
    335 Выполненных работ
    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа

    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)