Модель генератора Маркса для генерації коронного розряду у повітрі

Andrii Viktorovych Melnyk; Oleh Mykolaiovych Bevza; Anatolii Ivanovych Kuzmichiev

doi:10.20535/2523-4455.mea.324599

Т. 30 · № 1 · 2025 кві 25, 2025 Мікросистеми та фізична електроніка

Модель генератора Маркса для генерації коронного розряду у повітрі

Andrii Viktorovych Melnyk Відповідальний Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна

Oleh Mykolaiovych Bevza Національний технічний університет України "Київський політехнічний інстиут імені Ігоря Сікорського",Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна

Anatolii Ivanovych Kuzmichiev Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна

Сторінки324599.1-324599.8 Опублікованокві 25, 2025

PDF

ТОМ 30 · № 1 · 2025 Переглянути випуск

Анотація

У статті розглянуто роботу генератора Маркса з навантаженням у вигляді від'ємного коронного розряду в повітрі за атмосферного тиску та побудовано його електричну модель. Досліджено вплив вольт-амперної характеристики коронного розряду на вихідну напругу генератора та вплив процесів деіонізації на параметри генератора Маркса. Було обрано циліндричну електродну систему, що складається з трубки (анод), в середині якої вздовж осі натягнуто тонкий дріт (катод), навколо поверхні якого формується корона. Схема генератора Маркса, що моделювався, була обрана класична, яка складається з конденсаторів, резисторів і газових проміжків. Вона має ряд переваг перед іншими існуючими джерелами високої напруги. Це можливість генерувати високі напруги до 10 МВ і має високу електрична міцність, оскільки в схемі відсутні компоненти, які можуть легко вийти з ладу через пробій. Крім того, схема дуже проста і повторювана. Для того, щоб виконати розрахунки системи, необхідно задати значення вхідних параметрів моделі. Серед них: геометричні розміри електродної системи (радіус внутрішнього і зовнішнього електродів та довжина циліндра), вхідна і вихідна напруга генератора, температура і тиск середовища. Результатом моделювання є вихідні параметри, а саме: кількість каскадів генератора, напруга одного каскаду генератора, напруга утворення корони та іскрового або дугового пробою електродної системи, значення конденсаторів та опорів генератора тощо. Крім того, модель дозволяє будувати графічні залежності процесів заряду і розряду системи. Модель не враховує паразитні параметри, такі як ємність між пристроєм і землею та індуктивність розрядного контуру, які присутні в реальній схемі. Тому, щоб зменшити їх вплив, рекомендується внести деякі особливості в конструкцію. Для зменшення паразитної ємності контур генератора Маркса слід ізолювати від навколишнього середовища, помістивши його в товстостінний пластиковий корпус і, якщо розрядники розміщені в захисній колбі, залити всі компоненти трансформаторним маслом або епоксидною смолою. Для зменшення впливу паразитної індуктивності необхідно підключати електродну систему до генератора якомога коротшими проводами. Результати розрахунків можуть бути використані для проектування пристроїв, робота яких базується на використанні коронного розряду. Це можуть бути пристрої для очищення газів (електрофільтри), переробки газу, генерації озону та ультрафіолету тощо.

Ключові слова

#коронний розряд #генератор Маркса #висока напруга #іонізація

Посилання

S. B. Stark, Gazoochitsnye apparaty i ustanovki v metallurgicheskom proizvodstve [Gas cleaning devices and installations in metallurgical production]. Moscow: Metallurgia, 1990. ISBN: 5-229-00464-9.
D. L. Kuznetsov, V. V. Uvarin, and I. E. Filatov, “Conversion of Methane in Plasma of Pulsed Nanosecond Discharges,” IEEE Trans. plasma Sci., vol. 49, no. 9, 2019, DOI: https://doi.org/10.1109/TPS.2021.3075101 .
G. B. Sretenović, B. M. Obradović, V. V. Kovačević, M. M. Kuraica, and J. Purić, “Pulsed corona discharge generated by marx generator,” Publ. Astron. Obs. Belgrade, vol. 89, pp. 323–326, 2010.
I. Gallimberti, “Impulse corona simulation for flue gas treatment,” Pure Appl. Chem, vol. 60, no. 5, pp. 663–674, 1988, DOI: http://doi.org/10.1351/pac198860050663 .
J. S. Park et al., “Development of small and efficient ozone generators using corona discharge,” IEEE, 2002, DOI: https://doi.org/10.1109/KORUS.2001.975124 .
D. V. Sivukhin, “Obshchiy kurs fiziki. Tom 3: Elektrichestvo [General physics course. vol. 3: Electricity],” Fizmatlit. Moscow, 2009. ISBN: 978-5-9221-0673-3.
E. Marx, Deutsches reichspatent 455933, 1923.
G. A. Mesyats, “Impulsnaya energetika i elektronika [Pulsed power and electronics], ” Nauka. Moscow, 2004. ISBN: 5-02-033049-3.
N. A. Kaptsov, “Elektricheskie yavlenia v gazakh i vakuume [Electrical phenomena in gases and vacuum],” Gosudarstvennoe izdatelstvo tekhniko-teoreticheskoi literatury, Moscow-Leningrad, 1947.
N. A. Kaptsov, “Elektronika [Electronics],” Gosudarstvennoe izdatelstvo tekhniko-teoreticheskoi literatury, Moscow, 1954.
A. V. Samusenko and Yu. K. Stishkov, “Eletkrofizicheskie yavleniya v gazakh pri vozdejstvii silnykh elektricheskikh polej [Electrophysical phenomena in gases when exposed to strong electric fields],” NOTs “Elektrofizika”, Saint-Petersburg, 2012. ISBN: 978-5-9651-0605-9.
F. P. Grosu, An. M. Bologa, M. K. Bologa, and O. V. Motorin, “Chastnye obobshcheniya volt-ampernykh kharakteristik koronnogo razryada v gazakh [Particular generalizations of volt-ampere characteristics of corona discharge in gases],” Elektronnaya obrabotka materialov, vol. 51, no. 3, pp. 51–57, 2015, URL: https://eom.ifa.md/ru/journal/download/1188 .
M. Haidara, A. Denat, and P. Atten, “Corona Discharge in High Pressure Air,” J. Electrostat., pp. 40–41, 61–66, 1997, DOI: https://doi.org/10.1016/S0304-3886(97)00015-6 .
J. M. Meek and J. D. Craggs, Electrical breakdown of gases. Oxford: Clarendon, 1953.
I. L. Kaganov, “Ionnye pribory [Ionic devices],” Energia. Moscow, 1972.
Yu. P. Raizer, “Fizika gazovogo razryada [Gas discharge physics],” Nauka. Moscow, 1992. ISBN: 5-02-014615-3.
V. M. Polunin and G. T. Sychov, “Fizika. Elektrostatika. Postoyannyj elektricheskij tok [Physics. Electrostatics. Direct Electric Current],” YuZGU. Kursk, 2014. ISBN: 978-5-9905633-4-6.
S. M. Smirnov, P. V. Terentiev, “Generatory impulsov vysokogo napriazheniya [High voltage pulse generators],” Energia. Moscow-Leningrad, 1964.
B. A. Kozlov, V. I. Soloviev, “Chislennoe modelirovanie statsionarnoj otritsatelnoj korony v vozdukhe [Numerical modeling of a stationary negative corona in air],” Zhurnal tekhicheskoi Fiziki, vol. 79, no. 5, pp. 18–28, 2009, URL: http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/9679
I. K. Kikoin, “Tablitsy fizicheskikh velichin [Tables of physical quantities],” Atomizdat. Moscow, 1976.

Попередня у випуску Прогнозування часового розподілу ентропії Шеннона та Реньї на основі теорії моментів Наступна у випуску Програмні засоби супроводження курсу вищої математики у технічному університеті

§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.

Усі випуски

Механічно перелаштовувана антена з іонно-полімерним металевим композитом

Artem Serhiyovych Chernov, Oleksii O. Malyshok, Victor Anatoliiovych Kazmirenko, Irina Petrivna Holubeva, Yuriy Vasylovych Prokopenko, Guy A. E. Vandenbosch

Розглядається актуальна задача створення антен для сучасних бездротових систем, здатних до роботи у різних частотних діапазонах. Зазвичай для перелаштування частоти…

#структура з відхиленням електрода #фільтена #перелаштування частоти #актюатор ІМПК

с. 343504.1-343504.6

10.20535/2523-4455.mea.343504

Взаємодія срібних наночастинок з підкладкою в умовах плазмонного резонансу

Yurii I. Mysiuk, Yurii B. Smachylo, Oleksandr V. Ilin, Tetiana Oleksandrivna Bulavinets, Iryna Y. Yaremchuk

Взаємодія між наночастинками металів і підкладками в умовах плазмонного резонансу відіграє вирішальну роль у різних оптичних застосуваннях. У цій роботі ми досліджуємо…

#наночастинки срібла #переріз екстинкції #підкладка #локалізований поверхневий плазмонний резонанс

с. 303929.1-303929.6

10.20535/2523-4455.mea.303929

Моделювання тліючого розряду в коаксіальній системі електродів

Olha Volodymyrivna Andriienko, Serhii Volodymyrovych Sydorenko, Serhii Oleksiiovych Maikut, Leonid Yuriiovych Tsybulskyi, Anatoly Ivanovich Kuzmichev

Виконано моделювання тліючого розряду в циліндричній коаксіальній системі з діелектричними торцями електродів в гідродинамічному дрейфово-дифузному наближенні. Параметри…

#тліючий розряд #дифузійні моделі #моделювання плазми

с. 309513.1-309513.7

10.20535/2523-4455.mea.309513

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Oleh Mykolaiovych Bevza, Anatolii Ivanovych Kuzmichiev, Дослідження електронної складової імпульсного магнетронного розряду , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 6 (2019)
Ihor Mykhailovych Drozd, Serhii Oleksiiovych Maikut, Viktor Hryhorovych Shynkarenko, Leonid Yuriiovych Tsybulskyi, Anatolii Ivanovych Kuzmichiev, Моделювання магнітного відсічення електронів у вакуумному комутаторі з анодом у вигляді індуктора , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 25 № 2 (2020)

Схожі статті

Liubomyr Mykolaiovych Korolevych, Natalia Maksimchuk, Oleksandr Vasyliovych Borysov, Вплив методів отримання тонких плівок оксиду церію на вольт-фарадні характеристики МДН-структур , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 3 (2019)
Viktor Fedorovich Zavorotnyi, Olexander Vasylovych Borisov, Лабораторний тестер сонячних елементів з динамічною реконфігурацією вимірювальної схеми , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 1 (2018)
Valerij Kostyantynovych Bohushevych, Lidiya Mykolayivna Zamarenova, Hlib Mykhaylovych Kotov, Mykhailo Ivanovych Skipa, Прецизійні ультразвукові вимірювачі рівня рідини в закритих резервуарах , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 1 (2019)
Mykola Fedorovych Zhovnir, Вимірювальний перетворювач кутових переміщень з використанням фазових набігань електричного поля поверхневих акустичних хвиль , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 22 № 5 (2017)
Антон Васильович Коцюбайло, д-р техн. наук, проф. Олександр Миколайович Лисенко, Розподілена архітектура системи Wi-Fi-керування активним ортезом верхніх кінцівок , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 1 (2026)
Oleksandr Viktorovich Machulianskyi, Оптичні властивості наночастинок нікелю в системах зі статистично неоднорідною структурою , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 1 (2018)
Andrii Volodymyrovych Osinsky, Andrii Volodymyrovych Diahiliev, Oleksandr Vasylovych Borysov, Nataliia Mykolaivna Liakhova, Marat Serhiiovych Onachenko, Nina Olehivna Sukhovii, Ihor Vitaliiovych Masol, Volodymyr Ivanovych Osinsky, Рекордна ефективність сонячних батарей на варізонних трінітрідах квантових енесторів-зоністорів , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 5 (2018)
Kostiantyn S. Mazur, Alina O. Serheieva, Dmytro D. Tatarchuk, Yuri V. Didenko, Керовані частотноселективні структури НВЧ на основі неоднорідної мікросмужкової лінії передачі , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 4 (2018)
Іван Андрійович Вакуленко, канд. техн. наук, доц. Дмитро Анатолійович Миколаєць, канд. техн. наук, доц. Катерина Сергіївна Клен, Імітаційне моделювання фільтро-компенсаційного перетворювача для трифазної трипровідної мережі , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 2 (2026)
Myhailo Yuhymovych Artemenko, Larysa Mykolaivna Batrak, Serhii Yosyfovych Polishchuk, Повна потужність та коефіцієнт корисної дії трифазної чотирипровідної системи живлення , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 3 (2018)

1-10 з 37 Наступне

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.

[1] S. B. Stark, Gazoochitsnye apparaty i ustanovki v metallurgicheskom proizvodstve [Gas cleaning devices and installations in metallurgical production]. Moscow: Metallurgia, 1990. ISBN: 5-229-00464-9.

[2] D. L. Kuznetsov, V. V. Uvarin, and I. E. Filatov, “Conversion of Methane in Plasma of Pulsed Nanosecond Discharges,” IEEE Trans. plasma Sci., vol. 49, no. 9, 2019, DOI: https://doi.org/10.1109/TPS.2021.3075101 .

[3] G. B. Sretenović, B. M. Obradović, V. V. Kovačević, M. M. Kuraica, and J. Purić, “Pulsed corona discharge generated by marx generator,” Publ. Astron. Obs. Belgrade, vol. 89, pp. 323–326, 2010.

[4] I. Gallimberti, “Impulse corona simulation for flue gas treatment,” Pure Appl. Chem, vol. 60, no. 5, pp. 663–674, 1988, DOI: http://doi.org/10.1351/pac198860050663 .

[5] J. S. Park et al., “Development of small and efficient ozone generators using corona discharge,” IEEE, 2002, DOI: https://doi.org/10.1109/KORUS.2001.975124 .

[6] D. V. Sivukhin, “Obshchiy kurs fiziki. Tom 3: Elektrichestvo [General physics course. vol. 3: Electricity],” Fizmatlit. Moscow, 2009. ISBN: 978-5-9221-0673-3.

[7] E. Marx, Deutsches reichspatent 455933, 1923.

[8] G. A. Mesyats, “Impulsnaya energetika i elektronika [Pulsed power and electronics], ” Nauka. Moscow, 2004. ISBN: 5-02-033049-3.

[9] N. A. Kaptsov, “Elektricheskie yavlenia v gazakh i vakuume [Electrical phenomena in gases and vacuum],” Gosudarstvennoe izdatelstvo tekhniko-teoreticheskoi literatury, Moscow-Leningrad, 1947.

[10] N. A. Kaptsov, “Elektronika [Electronics],” Gosudarstvennoe izdatelstvo tekhniko-teoreticheskoi literatury, Moscow, 1954.

[11] A. V. Samusenko and Yu. K. Stishkov, “Eletkrofizicheskie yavleniya v gazakh pri vozdejstvii silnykh elektricheskikh polej [Electrophysical phenomena in gases when exposed to strong electric fields],” NOTs “Elektrofizika”, Saint-Petersburg, 2012. ISBN: 978-5-9651-0605-9.

[12] F. P. Grosu, An. M. Bologa, M. K. Bologa, and O. V. Motorin, “Chastnye obobshcheniya volt-ampernykh kharakteristik koronnogo razryada v gazakh [Particular generalizations of volt-ampere characteristics of corona discharge in gases],” Elektronnaya obrabotka materialov, vol. 51, no. 3, pp. 51–57, 2015, URL: https://eom.ifa.md/ru/journal/download/1188 .

[13] M. Haidara, A. Denat, and P. Atten, “Corona Discharge in High Pressure Air,” J. Electrostat., pp. 40–41, 61–66, 1997, DOI: https://doi.org/10.1016/S0304-3886(97)00015-6 .

[14] J. M. Meek and J. D. Craggs, Electrical breakdown of gases. Oxford: Clarendon, 1953.

[15] I. L. Kaganov, “Ionnye pribory [Ionic devices],” Energia. Moscow, 1972.

[16] Yu. P. Raizer, “Fizika gazovogo razryada [Gas discharge physics],” Nauka. Moscow, 1992. ISBN: 5-02-014615-3.

[17] V. M. Polunin and G. T. Sychov, “Fizika. Elektrostatika. Postoyannyj elektricheskij tok [Physics. Electrostatics. Direct Electric Current],” YuZGU. Kursk, 2014. ISBN: 978-5-9905633-4-6.

[18] S. M. Smirnov, P. V. Terentiev, “Generatory impulsov vysokogo napriazheniya [High voltage pulse generators],” Energia. Moscow-Leningrad, 1964.

[19] B. A. Kozlov, V. I. Soloviev, “Chislennoe modelirovanie statsionarnoj otritsatelnoj korony v vozdukhe [Numerical modeling of a stationary negative corona in air],” Zhurnal tekhicheskoi Fiziki, vol. 79, no. 5, pp. 18–28, 2009, URL: http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/9679

[20] I. K. Kikoin, “Tablitsy fizicheskikh velichin [Tables of physical quantities],” Atomizdat. Moscow, 1976.