Details

В магистерской диссертации представлена разработка макета высоковольтного генератора импульсов, предназначенного для комбинированного воздействия напряжения и тока для применения в процессе электроимпульсного разрушения диэлектрических материалов. Рассмотрены основные принципы и стадии формирования разрушительных импульсов, выполнен обзор литературы по электроимпульсному разрушению твердых пород, проанализированы типы высоковольтных генераторов и определены преимущества комбинированной схемы с магнитным ключом. Были выбраны параметры накопительных, фронтовых конденсаторов и нелинейного магнитного ключа. Для оценки рабочего режима и масштабирования системы под высокое напряжение была создана модель в MATLAB Simulink, а для уточнения распределения магнитных полей и анализа потокосцепления применена трёхмерная модель в COMSOL Multiphysics с реализацией воздушного зазора вместо искусственного масштабирования проницаемости. Сравнение осциллограмм импульсов напряжения и тока до и после масштабирования системы, а также графиков зависимости потокосцепления от тока подтвердило эффективность предложенной конструкции. Выработаны рекомендации по оптимизации геометрии сердечника и параметров обмотки, что позволяет обеспечить высокую производительность и надёжность установки при сниженных габаритах и массе для дальнейшего применения установки в электроимпульсном разрушении твердых диэлектриков.

This master’s thesis presents the development of a high-voltage pulse generator prototype designed for combined voltage and current application in the process of electro-impulse destruction of dielectric materials. The thesis covers the fundamental principles and stages of destructive pulse generation, provides a literature review on electro-impulse destruction of solid rocks, analyzes types of high-voltage generators, and identifies the advantages of the combined scheme with a magnetic switch. Parameters for energy-storage capacitors, front-forming capacitors, and a nonlinear magnetic switch were selected. To evaluate the operating regime and scale the system for high voltage, a MATLAB Simulink model was created. To refine magnetic field distribution and analyze flux linkage, a three-dimensional model in COMSOL Multiphysics was developed, implementing an air gap instead of artificial permeability scaling. Comparison of voltage and current oscillograms before and after system scaling, along with plots of flux linkage versus current, confirmed the effectiveness of the proposed design. Recommendations were developed for optimizing core geometry and winding parameters, enabling high performance and reliability of the installation with reduced size and mass for its further application in the electro-impulse destruction of solid dielectrics.

• ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
• ВВЕДЕНИЕ
• 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
  • 1.1 Общая характеристика пробоя горных пород и технологических материалов на их основе
  • 1.2 Типы высоковольтных генераторов
• 1.2.1 Генераторы с умножением напряжения по схеме Аркадьева–Маркса
• 1.2.2 LC – генераторы Фитча
• 1.2.3 Магнитокумулятивные генераторы
• 1.2.4 Ударные генераторы
• 1.2.5 Комбинированная система (ГИН и ГИТ)
  • 1.3 Сравнительные характеристики эффективности генераторов различных типов
  • 1.4 Проблемы применения ГИН и ГИТ для электроимпульсного разрушения горных пород
• 2 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ
• 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТАНОВКИ
  • 3.1 Выбор принципиальной схемы
  • 3.2 Исходные данные для выбора параметров элементов установки
  • 3.3 Предварительное моделирование работы установки в программной среде MATLAB Simulink
  • 3.4 Анализ параметров элементов схемы установки при вариации параметров выходного импульса с целью нахождения соотношений подобия
  • 3.5 Выбор набора основных параметров на основании технически реализуемого исполнения
  • 3.6 Расчет рабочего режима работы установки в MATLAB Simulink
  • 3.7 Моделирование работы индуктора в COMSOL Multiphysics
  • 3.8 Графический чертеж нелинейного индуктора в КОМПАС-3D
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ