سویچ، محفظه، ولتاژ، سوییچ، پالسی، چگالی

الکترونرمال را تامین کنند.
این ماشینها بر اساس ادغام ژنراتورهای معمولی و فشرده ساز شار مغناطیسی در سامانه های گردان عمل نموده و معمولاً انرژی مورد نیاز در پنج الی ده پالس متوالی را در خود ذخیره می کنند. این امر از نقطه نظر اندازه ماشینی عیب به شمار می آید.
از مزایای مهم این منابع که باعث جلب توجه به سوی آنها شده می توان به ولتاژ خروجی بالا بازدهی زیاد، کم حجم بودن و چگالی انرژی نسبتاً بالای آن اشاره نمود.
در مقابل این مزایا، انعطاف پذیری کم، قابلیت اطمینان پایین و فناوری بالا و گرانقیمت بودن جزو مصایب آن به شمار می آید.
یکی از ویژگی های جالب این منابع امکان بازیابی انرژی القایی ذخیره شده دربارهای سلفی مانند شتاب دهنده های الکترو مغناطیسی، می باشد. که باعث بازدهی این منابع به هنگام تغذیه این گونه بارها می شود.
بهترین منبع از این نوع چگالی kjkg 3.8 دارد و قادر است در هر پالس 5 مگاژول انرژی را به بار خود تحویل دهد.

شکل1-5 نوسانساز جبران کننده پالسی[23]
مولد های تک قطبی HPG
نحوه کار آنها بدین ترتیب است که در ابتدا انرژی در یک چرخ طیار m/s 1200 ذخیره شده و پس از درگیری آن بار موتور که از قطر کوچک و سرعت کند m/s 300 برخوردار است، انرژی مزبور را به صورت القایی در سیم پیچ تحریک مولد ذخیره نموده و باعث عملکرد مولد تک قطبی به صورت یک مولد خود تحریک می شود.
هنگامی که جریان سیم پیچ تحریک به حداکثر مقدار خود می رسد با باز شدن یک کلید انرژی ذخیره شده در آن به بار منتقل می شود. برای کاهش تلفات از نیتروژن مایع استفاده می شود. چگالی انرژی این منابع عمدتاً توسط چگالی انرژی سلفها تعیین می گردد. در حال حاضر چیزی حدود 3 تا kjkg4 است.

شکل 1-6 مولد تک قطبی[24]
+ حجم کم
+ چگالی انرژی بالا
– فناوری بالا
– قابلیت اطمینان پایین
– انعطاف پذیری کم در تغییر شکل پالسها
نوسان ساز دیسکی
این نوسان سازها نوع خاصی از مولد AC است که بر خلاف مولدهای معمولی هسته آنها از هوا بوده و موتور آنها به شکل دیسک و نه استوانه ای می باشد. یک نمونه عملی با موفقیت در توان kw 100 آزمایش شده است. [4]

شکل 1-7 نوسان ساز دیسکی[25] و[ 26]
سوییچ های بسته شوندهسوییچ های گازیتقریباً همه انواع سویچ های گازی بر اساس پدیده شکست در گازها عمل می نمایند. سویچ های گازی از نظر ساخت و نحوه عملکرد ساده می باشند نیز محدوده عملکرد وسیعی دارند. این نوع سوییچ قابلیت هدایت جریان از چند آمپر تا چند مگا آمپر و تحمل ولتاژ تا چند مگاولت را دارا می باشند اکثر این سویچ ها به صورت سه الکترود ساخته می شوند که دو عدد آنها الکترود اصلی جهت هدایت جریان و الکترود سوم برای وصل نمودن سوییچ استفاده می گردد. شکل 1-8 نمونه ای از این ساختار را نشان می دهد که به سویچ تریگاترون موسوم است.

شکل 1-8 نمایی از سوییچ تریگاترون[8] و[28]
سوییچ های بسته شونده نیمه هادیاین نوع سویچ ها بیشتر در بر گیرنده سویچ هایی است که در الکترونیک قدرت مورد استفاده واقع می شوند و در بر گیرنده انواع مختلف می باشد که برخی از آنها عبارت است از:
IGBT
THYRISTOR
GTO
MOSFET
اگر چه این نوع سویچ ها پیشرفت چشمگیری در سالهای اخیر داشته اند ولی همچنان تحمل جریان ها و ولتاژ های بالا را دارای نمی باشند و در کاربردهای با سطح توان متوسط استفاده می گردند.
سوییچ های مغناطیسیعملکرد سویچ های مغناطسی بر اشباع هسته مغناطیسی استوار است و تلفات این نوع سویچ ها هم کم می باشند. شکل 1-9 نمایی از این سویچ را نشان می دهد. این سویچ ها به گونه ای طراحی می شوند که تا هنگامی که در ناحیه غیر اشباع هستند دارای امپدانس زیادی باشند و در نتیجه مانع عبور پالس می گردند اما به محض اینکه وارد ناحیه اشباع می شوند امپدانس آنها به شدت کوچک می شود.[5]

شکل 1-9 نمودار مغناطیس شوندگی هسته سوییچ مغناطیسی

جدول1-2 مقایسه محدوده عملکرد سوییچ های بسته شونده از دید بیشینه ولتاژ و جریان قابل تحمل
نوع ولتاژ تحمل ((KV بیشینه جریان (KA) شارژ
(آمپرساعت) نرخ تکرار hz
[زمان نزول] ns عمر(تعدادپالس) ملاحظات
سویچ فاصله هوایی 6000-1 1000 50-0.1 10-1
]1000-1[ عمر با فرسایش الکترودها کم می شود.
تایرترون Thyratron 50-5 10-0.1 1000
]100-5[ در لیزرها و شتابنده استفاده می شود
ایگنیترون Ignitron 10< 100< 2000 1
]1000[ در لیزرها و شتابنده استفاده می شود
TVG 50-0.5 10-1 40 1
]100-10[ 104< –
Pseudo spark 50-1 20-1 1 1000-1
]10<[ مانند تایرترون
Krytron 8 3 1/0-01/0 1000>
]100-10 [ 107 وقفه بسیار کوتاه (زمان صعود،نزول بسیار کم)
Magnetic switch 1000 1000-100 – 10
]1000-5[ نمی تواند تحریک شود ،تنها یک نقطه بهره برداری
Thyristor 5> 5> 10
]1000> [ 108 نمی تواند سری شود، گران پیچیده
IGBT 4> 3 – 100 108 نمی تواندد خاموش شود.
سویچ فعال شونده نوری GA-As 20> 10-1 > – 103-102 نیازمند نور قوی
[4]
سوییچ های باز شوندهدر مولدهای با ذخیره ساز سلفی از سویچ های باز شونده استفاده می شود. در این قسمت انواع کلیدهای باز شونده و نحوه عملکرد آنها به صورت اجمالی بیان می شود. یک سویچ خوب باز شونده باید دارای خصوصیات زیر باشد.
بالا بودن زمان هدایت جریان
بالا بودن جریان و کم بودن تلفات هدایت
افزایش سریع امپدانس به هنگام باز شدن
بالا بودن امپدانس بعد از بازشدن و بالا بردن سطح ولتاژ به هنگام قطع جریان
زمان بازیابی کم (قابلیت تکرار بالا)
عمر زیاد
فیوزمکانیسم باز شدن بر اساس ذوب است یا بخار شدن قسمت هادی زمان بازشدن حدود ns 50 و زمان هدایت وابسته به جنس هادی و هندسه آن می باشد. محیط نهایی فیوز نقش بسزایی در عملکرد صحیح آن دارد. اگر فیوز در یک محیط گازی یا خلاء قرار گرفته و در برگیرنده سیم به طور متناوب و به روشی مناسب جایگزین گردد از فیوز می توان با فرکانس چند هرتز استفاده نبود. بزرگترین مزیت کلیدهای بازشونده فیوزی، سادگی آنها و همچنین امکان تطبیق پارامترهای آنها با شرایط عملی است.این پارامتر ها عبارتند از سطح مقطع و طول.
قطع کننده مکانیکییک قطع کننده خلاء نمونه، شامل دو الکترود صفحه ای یا مسطح یکی ثابت و دیگری متحرک، بوده که درون محفظه ای با فشار pa0.1 یا کمتر قرار گرفته است. از چنین کلیدهایی برای مثال در کاربردهای جریان متناوب شبکه برق استفاده می شود.

سوییچ باز شونده ابر رسانادر این سویچ عمل باز شدن با گذار از فاز ابر رسانایی به رسانایی و در نتیجه افزایش مقاومت صورت می گیرد. از سویچ های باز شونده ابر رسانا معمولاً در کنار ذخیره کننده ابر رسانا استفاده می شود.
سویچ سیال (پلاسمایی)این سویچ شامل یک اتصال سیال است که توسط یک مولد سیال و قبل از شارژ ذخیره ساز سلفی بین ترمینال های بار و محیط خلاء ایجاد می شود که معادل با اتصال کوتاه شدن بار می باشد. شکل (1-10) نمونه ای از ساختار این نوع سوییچ ها را نشان می دهد. باز شدن مسیر هادی توسط سیال با فرسایش آن یا انحراف سیال با استفاده از میدان مغناطیسی انجام می شود. این سوییچ ها قادر به قطع جریان تا چندین مگا آمپر هستند.
سوییچ باز شونده نیمه هادیبرای اولین بار از دیود نیمه هادی به عنوان سویچ باز شونده استفاده شد. برای قطع جریان توسط دیود ابتدا باید توسط حاملهای بار در بایاس مثبت آن را شارژ کرده و سپس این حاملها را از آن تخلیه نمود. این عمل باعث کاهش شدید هدایت سویچ و انتقال جریان آن به بار می شود. می توان نشان داد با انتخاب مناسب چگالی توزیع آلایش در دیود و پالس شارژ کننده می توان به زمان قطع حدود ns1 رسید. از این اثر در دیودهای DSRD استفاده شد. با این حال این دیود قادر به قطع

شکل 1-10 شمای سوییچ سیال
چگالی جریان تا حداکثر می باشد با کشف سویچ بازشونده نیمه هادی امکان قطع چگالی جریان تا در زمان ns 10 تا 1/0 فراهم شد.[3]
جدول 1-3 مقایسه سوییچ های باز شونده
فیوز مکانیکی ابر رسانایی سیال نیمه هادی
زمان قطع µs-ms ms-s ns-µs بسته به نوع
ns-µs ns10-1/0
جریان قابل تحمل MA MA kA mA چند کیلوآمپر
بسامد قطع کم چند 10 Hz-khz چند هرتز حداکثر
عمر یکبار مصرف توسط فرسایش الکترو محدود می شود – توسط فرسایش الکترود محدود می شود نامحدود
(1011 بار)
نیازمندی نیاز به جایگزینی تجهیزات مکانیکی سیستم سود ساز نیاز به مولد سیال –
[3]
خطوط انتقالهمانطور که در شکل 1-11 مشاهده می شود خط انتقال در سامانه مولد پالس با ذخیره کننده سلفی برای فشرده سازی انرژی به منظور انتقال انرژی زیاد در زمان کم در قالب پالس سریع استفاده می گردد. از طول یک خط انتقال می توان بدین منظور استفاده کرد. در یک مولد پالسی با استفاده از خط انتقال معمولی یک خط انتقال مانند کابل کواکسیال با یک سویچ به بار تطبیق داده شده Rl متصل می شود. و طرف دیگر خط به منبع ولتاژ دی سی متصل است.
مقاومت منبع دی سی بسیار بزرگتر از امپدانس خط انتقال است Rs>>z زمانی که سویچ بسته است منبع ولتاژ ظرفیت خازنی خط انتقال را به آرامی شارژ می کند. در این زمان ولتاژ v/2 به بار اعمال می شود و بار الکتریکی ذخیره شده در خط انتقال از طریق بار شروع می کند به تخلیه شدن، یک پله ولتاژ از طریق خط به منبع اعمال می شود. در نتیجه پالس ولتاژ به بار با طول D2 اعمال می شود. که D طول خط انتقال و سرعت انتشار پالس در خط انتقال است. این سرعت برای کابل کوالسیال دو سوم سرعت نور است.[8]

شکل 1-11 مدار با خط انتقال

فصل دوم
کاربرد های توان پالسی
168275011245854000020000
2-1گداخت هسته ایدر عملیات گداخت هسته ای کنترل شده یک هدف کوچک از گازهای دوتریوم-تریتیوم را باید فشرده کرد تا چگالی آن بیشتر از 1023 در سانتی متر مکعب گردد. بدین منظور به پرتو های ذرات باردار یا لیزر که دارای توانی در حد تراوات باشد نیاز است تا بتوان انرژی خود را در سطحی بیشتر از 1016 وات بر گرم به هدف مورد نظر انتقال دهد. نمی توان چنین پرتوهای ذرات باردار را توسط شتابدهنده های ذرات ایجاد کرد زیرا چنین شتاب دهنده هایی تنها قابلیت تامین جریان الکتریکی در محدوده میلی آمپر تا 1آمپر را دارند و در این حالت مقدار انرژی قابل استحصال به چند صد گیگا الکترون ولت می رسد و توان تابشی که از این روش به دست می آید بسیار کمتر از 1016 وات بر گرم خواهد بود. برای دسترسی به سطح مورد نظر از توان به فناوری های جدید نیاز داریم. توسعه فناوری تولید پالسهای پر قدرت به دنبال چنین نیازهایی پدید آمد.[1]
2-2اثرات میدان الکتریکی پالسی بر روی ریز موجودات زندهچندین کاربرد برای توان پالسی در حوزه ریز موجودات زنده [مانند باکتری ها] وجود دارد. معمولا کاربرد ها مربوط به غیر فعال سازی میکروب ها است. اصولا در تمامی کاریرد های توان پالسی با اعمال سطحی از انرژی، غشاء سلول ازبین برده می شود یا ملوکولهای بزرگ مانند –دی-ان-ای- یا پروتئین تخریب می شود. اعمال میدان الکتریکی پالسی ، تشعشعات پر انرژی مانند نور[لیزر] و ذرات بار دار [مانند اشعه آلفا،بتا،گاما] مولکولهای زنده را غیر فعال می کنند.[9]
از نظر الکتریکی غشای سلول مانند لایه فلزی است که در دو طرف آن محلولهای مایع قرار دارند. وقتی که آن را در معرض میدان الکتریکی قرار دهیم این غشا دچار شکست الکتریکی می شود که آن را در معرض عبور محلولهای مایع قرار می دهد.غشای سلول که لایه ای مایع است بر خلاف لایه جامد بعد از شکست می تواند دوباره ترمیم شده و به حال اول خود باز گردد. بازگشت پذیر بودن این فرآیند بستگی به زمان قرار گرفتن غشا در معرض میدان الکتریکی پالسی است.به این پدیده از هم گسیختگی الکتریکی گفته می شود. که دو نوع برگشت پذیر و برگشت ناپذیر دارد. این پدیده کاربردهایی در زمینه های پزشکی و زیست فناوری پیدا کرده است. فرآیند برگشت پذیر سوراخ کردن غشای سلول توسط میدان الکتریکی پالسی در تغذیه شیمیدارو به سلولهای سرطانی دارد. در انتقال دی-ان-ای به سلولها در ژن درمانی نیز این روش اثرات چشمگیری داشته است. در طب بالینی فرآیند برگشت ناپذیر سوراخ کردن غشای سلول به عنوان روشی برای جدا کردن بافت از بدن مورد مطالعه قرار گرفته است. در زیست فناوری به منظور استخراج مولوکولهای زنده از این روش استفاده شده و در نگهداری غذا به منظور غیر فعال سازی میکروبی از فرآیند برگشت ناپذیر استفاده شده است.[10]
2-2-1غیر فعال سازی میکروبیساختار اصلی سامانه به این صورت است که این مواد غذایی از درون محفظه ای به نام محفظه عملیاتی عبور داده می شوند و میدان الکتریکی پالسی در این محفظه به آنها اعمال شده و سبب از بین بردن باکتری ها می شود.
قسمتهای مختلف تشکیل دهنده سامانه غیر فعال ساز میکروبی:
مولد پالس
محفظه عملیاتی: دارای دو نوع میباشد. 1-ثابت که دارای حجم ثابت است و بعد از پایان فرآیند محفظه خالی شده و دوباره پر می شود. 2-پیوسته که در حین کار سامانه مواد غذایی به طور پیوسته به آن داخل و خارج می شود.
سامانه کنترل و درخواست داده
تجهیزات انتقال مواد غذایی[6]
عوامل موثر در فرآیند غیر فعال سازی میکروبی:
شدت میدان الکتریکی
زمان عملیات
شکل موج و عرض پالس
زمان صعود
بسامد موج پالسی
انواع محفظه های عملیاتی ثابت از نظر شکل:
دیسکی شکل

شکل 2-1 محفظه عملیات دیسکی شکل
استوانه ای

شکل 2-2 محفظه عملیات استوانه ای
میله ای

شکل 2-3 محفظه عملیات میله ای
محفظه های پیوسته از نظر شکل

شکل 2-4 محفطه عملیات پیوسته ساده باحفره در عایق آن

شکل 2-5 محفظه عملیات پیوسته 2

شکل 2-6 محفظه عملیات پیوسته 3[11]
در ادامه چند مورد از تحقیقات صورت گرفته بر روی غیر فعال سازی میکروبی را می خوانید. این موارد بر روی مواد غذایی مایع مانند شیر و آبمیوه صورت گرفته است.
در [11] از محلول باکتری معلق در پروتئین و آب استفاده شده، باکتری ها عبارتند از 1-اشرچیا کولای میله ای شکل2-لیستریا موتوسیتوژن 3-باسیلیوس سریوس. محفظه های آزمایش از نوع ثابت و با ظرفیت های 1.91،1

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *