Method for voltage control in charge circuit of electric discharge installations with two capacitors under nonzero initial conditions

Abstract

Purpose. To analyze the transient processes in the charge circuit of electric discharge installations with two capacitors, taking into account the change in the initial conditions of such processes (initial voltage on the capacitors and the initial current in the charge circuit) as well as to develop the method for charge voltage control of such installations using purposeful change of these initial conditions. Methodology. We have applied the concepts of theoretical electrical engineering, the principles of theory of electrical circuits, and mathematical simulation in the software package MathCAD 12. Results. We have obtained analytical expressions and graphical dependencies establishing a quantitative relationship between the value of the maximum charge voltage of an electric discharge installation and the values of the initial voltage on its capacitors and the initial current in the circuit. This allows us to propose the method for the charge voltage control of electric discharge installations with two reservoir capacitors, using a purposeful change in their initial voltages and initial current in the charge circuit. Originality. For the first time, we have found that the charge voltage of the installation can be controlled using two influence mechanisms – either changing the initial current in the charge circuit (by interrupting the transient process of the first capacitor charge at a certain time) or using a nonzero initial voltage on the charged second capacitor. In this case the charge voltage can be varied by 2 times. Practical value. The use of this method makes it possible to obtain discharge pulses of complex shape in the technological load, since the maximum charge voltages of the first capacitor and second one can differ by a factor of 1.5.

Цель. Целью статьи является анализ переходных процессов в зарядной цепи электроразрядных установок с двумя конденсаторами с учетом изменения начальных условий протекания таких процессов (начального напряжения на конденсаторах и начального тока в зарядной цепи), а также разработка метода регулирования зарядного напряжения таких установок, используя целенаправленное изменение указанных начальных условий. Методика. Для проведения исследований использовались положения теоретической электротехники, теория электрических цепей, математическое моделирование в программном пакете MathCAD 12. Результаты. Получены аналитические выражения и графические зависимости, устанавливающие количественную связь между значением максимального зарядного напряжения установок и величинами начального напряжения на ее конденсаторах и начального тока в цепи. Предложен метод регулирования напряжения заряда электроразрядных установок с двумя накопительными конденсаторами, использующий целенаправленное изменение их начальных напряжений и начального тока в зарядной цепи. Научная новизна. Установлено, что напряжение заряда установки можно регулировать, используя два механизма влияния – как изменяя начальный ток в зарядной цепи (прерыванием переходного процесса заряда первого конденсатора в определенный момент времени), так и используя ненулевое начальное напряжение на заряжаемом втором конденсаторе. При этом напряжение заряда можно изменять в 2 раза. Практическое значение. Использование данного метода позволяет получить разрядные импульсы сложной формы в технологической нагрузке, поскольку максимальные напряжения заряда первого и второго конденсаторов могут отличаться в 1,5 раза