مقاله طراحی، ساخت و آزمایش یک سوئیچ انفجاری بسته شونده

word قابل ویرایش
10 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

طراحی، ساخت و آزمایش یک سوئیچ انفجاری بسته شونده

چکیده :در این مقاله طراحی ، شبیه سازی ، ساخت و آزمایش یک سوئیچ بسته شونده مبتنی بر انفجار برای سوئیچنگ ولتاژ kV٢۵-١و جریان تا kA ۵٠شرح داده شده است . سوئیچ مذکور ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفته است . نتیجه ازمایش ها نشان می دهد که سوئیچ بخوبی عملکرد مورد انتظار را برآورده کرده و دارای سرعت سوئیچینگ و اندوکتانس مناسبی در حد یک سوئیچ اسپارک گپ معمولی است . این سوئیچ را می توان در کاربردهای یکبار مصرف و بدون نیاز به سیستم الکترونیکی تریگرو فقط با یک فرمان انفجاری بکار برد. این سوئیچ دارای ابعاد cm٧(ارتفاع ) وcm۵(قطر ) می باشد.
کلیدواژه -پالس قدرت ، جریان ضربه ، سوئیچ ، ولتاژ بالا، ولتاژ ضربه

١- مقدمه
درمبحث پالس قدرت ١ یکی از مهمترین المانها سوئیچ است که باید دارای خصوصیات خاصی ازجمله سرعت سوئیچینگ و جیتر مناسب باشد. از سوئیچ هایی که در تولید و بکارگیری پالس قدرت کاربرد دارند می توان به سوئیچ های گازی (اسپارک گپ ، تایراترون ،…)، سوئیچ های مایع و سوئیچ های با دی الکتریک جامد اشاره کرد. از آنجاییکه استحکام دی الکتریک جامدات بسیار بزرگتر از گازها است لذا میتوان به جای استفاده از دی الکتریک گازی در سوئیچ های توان بالا (مانند اسپارک گپ ها)، از یک جسم جامد به عنوان دی الکتریک استفاده کرد. این کار چند نتیجه دارد که مهمترین آن کوچک شدن حجم سوئیچ است . بدنبال کوچک شدن حجم سوئیچ و فاصله بین الکترودها، اندوکتانس و جیتر سوئیچ نیز کاهش خواهد یافت . دیگر مزیت این نوع سوئیچ عبارتست از عدم نیاز به مدار الکترونیکی تولید پالس تریگر. این مزایا مهمترین انگیزه توسعه سوئیچ های با دی الکتریک جامد هستند.
مهمترین عیب این سوئیچ ها نیز این است که بر خلاف مایعات و گازها، دی الکتریک جامد پس از یکبار سوئیچ شدن دیگر قابل استفاده نیست . لذا این نوع سوئیچ ها اغلب در کموتاسیون جریانهای بالا و برای یکبار استفاده ٢، بکار می روند. عملکرد این سوئیچ ها بر پایه تخریب دی الکتریک حین انجام عمل سوئیچینگ است و بنابراین پیش بینی دقیق عملکرد این سوئیچ ها امکان پذیر نیست . لذا در کاربردهای بسیار دقیق باید در استفاده از این سوئیچ ها دقت عمل بالایی بکار برد.
همانند سایر سوئیچ ها، می توان این نوع را نیز به دودسته شکست خودبخود٣و شکست با فرمان ۴ تقسیم کرد.عملکرد شکست خودبخود این سوئیچ ها همانند سایر سوئیچ های گازی یا مایع است . بدینصورت که با رسیدن ولتاژ دو سر الکترودها به میزان مورد نیاز برای شکست دی الکتریک ، عمل شکست انجام شده و جریان برقرار میگردد. برای مکانیزم شکست با فرمان نیز روش های مختلفی وجود دارد. یکی از مهمترین روشها استفاده از مکانیزم انفجار است که براساس آن سوئیچ های انفجاری توسعه یافته اند. این نوع سوئیچ ها را می توان در ولتاژهای چند کیلو ولت تا حدود ٢۵٠ کیلو ولت و برای سوئیچ جریانهایی در حدود kA ١٠٠٠-١٠٠ بکار برد. زمان صعود جریان در این نوع از چند نانوثانیه تا چند میکروثانیه است [۶].
٢-سوئیچ های انفجاری باز شونده
در مدارهای مولد پالس با استفاده از ذخیره القایی ١
، داشتن یک سوئیچ که در یک زمان معین و با سرعت مناسب از حالت بسته به حالت باز برود، ضروری است .
یکی از بهترین سوئیچ های باز شونده سوئیچ های انفجاری باز شونده اند که دارای قابلیت بسیار بالایی در این زمینه هستند. روش عملکرد و طراحی این نوع سوئیچ ها به مراتب از نوع بسته شونده پیچیده تر است .
در اینجا به علت تمرکز روی نوع بسته شونده ، از پرداختن به این نوع سوئیچ خودداری می شود.
٣-سوئیچ های انفجاری بسته شونده
در این بخش به این نوع سوئیچ ها پرداخته می شود. دو روش عمده برای ساخت یک سوئیچ بسته شونده انفجاری وجود دارد که در ادامه به آنها اشاره میشود.
٣-١سوئیچ انفجاری مبتنی بر چاشنی الکتریکی ٢
ساده ترین روش برای ساخت یک سوئیچ بسته شونده انفجاری استفاده از یک چاشنی الکتریکی است . یک چاشنی الکتریکی بسیار سریع برای این سوئیچ باید به کار رود تا سرعت مناسبی حاصل شود. در شکل های
١و٢ دو نوع سوئیچ مبتنی بر چاشنی الکتریکی مشاهده میشود. کارکرد این سوئیچ ها نسبتا ساده است و بدین ترتیب است که با عملکرد چاشنی الکتریکی، لایه عایق بین دو الکترود سوراخ شده و شرایط لازم برای ایجاد اتصال الکتریکی بواسطه یونیزاسیون بین دو الکترود فراهم میشود. تاخیرو زمان عملکرد سوئیچ وابسته به تحریک چاشنی الکتریکی و عملکرد آن است . جنس دی الکتریک بکار رفته میتواند برای مثال ورقه پلی اتیلن به ضخامت حدود mm ١.۵ باشد [٢]. برای جریان های بالا استفاده از یک سوئیچ از این نوع مناسب نیست و میتوان از چند سوئیچ از نوع مذکور به صورت موازی استفاده کرد. برای نمونه با استفاده از شش عدد سوئیچ موازی از این نوع ، جریانی به میزان حدود KA ٢۵٠ سوئیچ شده است . این عمل در ولتاژ KV ١٢٠ صورت گرفته است . در سوئیچ شکل ٢ که با استفاده ازیک چاشنی الکتریکی به مقدار جیتر کمتری دست پیدا کرده اند [٢].نوع چاشنی استفاده شده در این سوئیچ ها غالبا چاشنی پل انفجاری ٣ است که علاوه بر سرعت عملکرد مناسب ، دارای ایمنی بسیار خوبی است .
٣-٢سوئیچ های مبتنی بر چاشنی و خرج انفجاری
برای سوئیچ کردن جریانهای بالاتر بوسیله یک سوئیچ و توانایی انتخاب آزادانه سطح الکترودها از این روش استفاده میشود. در این روش یک چاشنی الکتریکی باعث آغازگری یک خرج انفجاری شده و سپس با تخریب دی الکتریک بین الکترودها عمل سوئیچ انجام میشود. در این نوع نیز دو روش وجود دارد که یکی تخریب مستقیم دی الکتریک (شکل ٣) و دیگری سوراخ شدن دی الکتریک بوسیله تولید جت است (شکل ۴). در روش تولید جت نیز می توان از ساختارهای متفاوتی مانند خرج گود مخروطی یا استفاده از یک شیار روی سطح یکی از الکترودها استفاده کرد.
یکی از مسائل مهم که در این سوئیچ ها باید به آن توجه شود این است که زمان بسته شدن سوئیچ (زمان کموتاسیون ) به ولتاژ اعمالی وابسته است . در نمودار شکل ۵ وابستگی زمان بسته شدن سوئیچ به ولتاژ اعمالی برای سوئیچ شکل ٣ نشان داده شده است [٣]. برای کاهش امپدانس سوئیچ می توان سطوح الکترودهای آن را بزرگ در نظر گرفت .
٣-٣سوئیچ ها بسته شونده مبتنی بر هدایت موج انفجاری
در این نوع سوئیچ ها از خاصیت هادی بودن جبهه موج انفجار۴ استفاده می شود. درشکل ۶ یک نمونه از این سوئیچ ها نشان داده شده است . امپدانس این سوئیچ در آزمایشات انجام شده کمتر از ‘١(برای جریان KA ١) بوده و زمان بسته شدن نوعی این سوئیچ نیز حدود ns ٢٠٠ گزار شده است [۴].
در این روش ، دی الکتریک بین الکترودهای سوئیچ یک لایه عایق بعلاوه ماده منفجره است که با انفجار آن و تولید جبهه موج ، محیط بین الکترودها یونیزه شده و عمل سوئیچینگ انجام میپذیرد.
۴-طراحی سوئیچ انفجاری
سوئیچ مورد نظر در این پژوهش از نوع مبتنی بر تولید جت در نظر گرفته شده است . شماتیک و تصویر سوئیچ طراحی شده در شده درشکل ٧ نشان داده شده است .
در این سوئیچ از خرج پلاستیک بر پایه پتن بعنوان ماده منفجره و از یک محفظه از جنس تفلون ١ بعنوان دی الکتریک استفاده شده است که دارای استحکام دی الکتریک حدود V.mil ١٠٠٠ می باشد [۶]. جنس الکترودها نیز از آلومینیوم است . بین دو سطح الکترودها یک لایه تفلونی به ضخامت mm ٠.٣ وجود دارد. این لایه تفلونی ، با اطمینان مانع از تخلیه بین الکترودها و بر قراری جریان قبل از صدور فرمان تخلیه می گردد.
برای جلوگیری از خزش سطحی احتمالی بین الکترودها قبل از تخلیه ، شیارهایی روی بدنه محفظه تفلونی ایجاد شده (شکل ٧) تا سطح موثر بین الکترودها افزایش یابد.
با رسیدن انفجار به دهانه سوئیچ ، خرج پلاستیک موجود منفجر شده و این انفجار باعث تولید جت در سطح الکترود بالایی میشود. این جت لایه تفلون را سوراخ کرده و عمل سوئیچینگ انجام می شود.
۵-شبیه سازی عملکرد سوئیچ
در این بخش سوئیج طراحی شده توسط نرم افزار
۲D V6.1-AUTODYN و با روش المان محدود شبیه سازی شده است . چند مرحله از نتایج شبیه سازی در شکل ٨ نشان داده شده است . همانطور که مشاهده میشود با پاره شدن عایق بین الکترودها و اتصال آنها ، عملکرد مورد انتظار از سوئیچ به طرز مناسبی برآورده می شود. درشکل ٩ نیز نمودار زمانی رسیدن مواد حاصل از انفجارو تشکیل جت به سه نقطه تعیین شده روی سوئیچ نشان داده شده است که از روی آن می توان زمان عملکرد سوئیچ (کموتاسسیون ) را بدست آورد..

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 10 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد