با افزایش زمان، به دلیل افت ولتاژ خازنهای ذخیره کننده انرژی در مولد مارکس سطح پالس دچار افت و در نتیجه سبب خارج شدن شکل موج پالسی از حالت مورد نیاز می شود. برای از بین بردن این مشکل از جبران کننده فعال مدولاسیون عرض پالس استفاده می شود. به منظور کاهش هزینه و افزایش سادگی مدار در این پایان‌نامه طرح جدیدی برای جبران کننده فعال مدولاسیون عرض پالس ارائه شده‌ است؛ در این طرح منبع تغذیه کمکی حذف و تعدادی از خازنهای مولد مارکس به عنوان جبران کننده پالس اصلی استفاده می‌شود.
تمامی شبیه سازی ها در محیط سیمولینک[1] و محاسبات ریاضی مربوط به نمونه برداری از پالس خروجی و مقایسه آن با پالس الگو و بدست آوردن تابع خطا در محیط برنامه نویسی متلب[2] انجام می گیرد و نوار ابزار «گوست[3]» برای محاسبه زمان تاخیر سوییچ ها‌ی هر واحد استفاده می‌شود.
فهرست
1   مفاهیم اساسی
1-1مقدمه                                             2
1-2   ذخیره سازی           6
1-2-1منابع پالسی خازنی          6
1-2-2 منابع پالسی سلفی                                 7
1-2-3 نوسان ساز جبران کننده پالسی       7
1-2-4 مولد های تک قطبی HPG         8
1-2-5 نوسان ساز دیسکی         10
1-3   سوییچ های بسته شونده          10
1-3-1 سوییچ های گازی         10
1-3-2 سوییچ های بسته شونده نیمه هادی                           11
1-3-3 سوییچ های مغناطیسی                                   12
1-4   سوییچ های باز شونده                                       14
1-4-1 فیوز                                         14
1-4-2 قطع کننده مکانیکی         15
1-4-3 سوییچ باز شونده ابر رسانا       15
1-4-4 سویچ سیال (پلاسمایی)         15
1-4-5 سوییچ باز شونده نیمه هادی       16
1-5   خطوط انتقال           17
2   کاربرد های توان پالسی
2-1   گداخت هسته ای        19
2-2   اثرات میدان الکتریکی پالسی بر روی ریز موجودات زنده                   19
2-2-1 غیر فعال سازی میکروبی                                20
2-3   کاربرد ها در درمان سرطان        24
2-4   ساخت مواد           27
2-4-1 ورقهای فلزی          27
2-4-2 پرداخت اولیه چوب با پالسهای لیزر      27
2-4-3 لایه نشانی سخت         29
2-4-4 شکل دادن فلز در سرعت بالا       29
2-4-4-1      هیدرو پالسر        30
2-5   نفت و صنایع شیمیایی          31
2-5-1 تولید اُزن         31
2-5-2 شکستن امولسیون نفت خام با میدانهای الکتریکی ولتاژ بالای پالسی     32
2-6   تصفیه گاز           33
2-7   تصفیه آب و فاضلاب          34
3        پیشینه تحقیق و روش پیشنهادی
3-1   نیازمندیهای مولد پالسی در مهندسی مواد      37
3-2   مولد مارکس           38
3-3   مولد پالسی مارکس تکرار شونده حالت جامد      40
3-3-1 شارژ           40
3-4   معرفی کلید زنی پیشنهادی با استفاده از الگوریتم ژنتیک     44
3-4-1 الگورییتم ژنتیک          46
3-4-2 مزایای استفاده از الگوریتم ژنتیک     50
3-5   جبران سازی لبه پالس ولتاژ         50
3-5-1 روش جبران سازی مدولاسیون عرض پالس     52
3-5-2 طراحی پارامتر های جبران کننده مدولاسیون عرض پالس    53
3-5-3 سیگنال فرمان MOSFET       54
3-5-4 ولتاژ منبع تغذیه کمکی         57
3-5-5 خازن Ccp     57
3-6 مدار پیشنهادی برای جبران‌سازی مولد مارکس                     58
4   نتایج شبیه سازی
4-1   تنظیم زمانهای تریگر واحدها        60
4-2   جبران سازی لبه پالس                 64
4-3 بهبود شکل پالس به کمک جبران سازی                        71
5   نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1   نتیجه گیری           74
5-2   پیشنهادات           74
مراجع                                        76
چکیده انگلیسی                                           79
ضمیمه                                               80
فهرست جداول:
جدول 1-1 محدوده توان پالسی                                  2
جدول1-2 مقایسه محدوده عملکرد سوییچ های بسته شونده از دید بیشینه ولتاژ و جریان قابل تحمل                                               13
جدول 1-3 مقایسه سوییچ های باز شونده                             16
جدول 2-1 مشخصات دستگاه برش پالسی                        30
جدول 4-1 پارامترهای مدار                                64
جدول 4-2 نتایج بدست آمده برای جبران سازی سطح پالس               71
فهرست شکلها و تصاویر:
شکل 1-1 نمودار کلی یک مولد پالس                                    2
شکل 1-2 شکل ظاهری پالس                                  3
شکل 1-3 شمای مولد پالسی با ذخیره ساز خازنی                      5
شکل 1-4 شمای مولد پالسی با ذخیره ساز سلفی                       6
شکل1-5 نوسانساز جبران کننده پالسی                           8
شکل 1-6 مولد تک قطبی                                       9
شکل 1-7 نوسان ساز دیسکی                                10
شکل 1-8 نمایی از سوییچ تریگاترون                            11
شکل 1-9 نمودار مغناطیس شوندگی هسته سوییچ مغناطیسی               12
شکل 1-10 شمای سوییچ سیال                                       15
شکل 1-11 مدار با خط انتقال                                  17
شکل 2-1 محفظه عملیات دیسکی شکل                               21
شکل 2-2 محفظه عملیات استوانه ای                             21
شکل 2-3 محفظه عملیات میله ای                            22
شکل 2-4 محفطه عملیات پیوسته ساده باحفره در عایق آن                   22
شکل 2-5 محفظه عملیات پیوسته                                 23
شکل 2-6 محفظه عملیات پیوسته                                 23
شکل 2-7 طرح مولد پالس استفاده شده برای درمان سرطان                   24
شکل 2-8 طرح سیم پیچ هلم هولتز                           25
شکل 2-9 محفظه عملیاتی درمان سرطان                          25
شکل 2-10 پالسهای مغناطیسی اعمال شده برای درمان سرطان                 26
شکل 2-11ورق تولید شده توسط شرکت کابایلی با روش توان پالسی             28
شکل 2-12 مدار به کار رفته برای شکل دهی هیدرولیک                  30
شکل 3-1 جریان بار مورد نیاز در ساخت ورق فلزی                     37
شکل3-2 مولد مارکس کلاسیک                                 39
شکل3-4 مدار تخلیه مارکس کلاسیک                           39
شکل3-5 مولد پالسی مارکس تکرار شونده حالت جامد                   40
شکل3-6 مدار شارژ مولد مارکس حالت جامد                        40
شکل3-7 مدار تخلیه خازنهای مولد مارکس حالت جامد                  41
شکل3-8 الف سیگنال فرمان سوییچهای فرد ب سیگنال فرمان سوییچ های زوج      43
شکل 3-9 پالس الگو                                   44
شکل3-10 فلوچارت الگوریتم ژنتیک                               47
شکل3-11 مدار معادل تخلیه خازن                           50
شکل 3-12 شکل موج ولتاژ خازن در زمان تخلیه                       51
شکل 3-13 مدار معادل مولد مارکس متوالی با جبران کننده PWM                52
شکل 3-14 روش کار در جبران سازی PWM                         53
شکل 3-15 سیگنال فرمان مورد نیاز با دوره کاری متغیر                   54
شکل 3-16 تولید سیگنال فرمان با مقایسه موج دندان اره ای و مربعی             55
شکل ‏0‑18 الف افت ولتاژ سطح پالس ب ولتاژ جبران ساز                     57
شکل ‏0‑19 مدار جبران ساز پیشنهادی                             58
شکل4-1 مولد حالت جامد با چهار واحد                          60
شکل4-2ولتاژ الگوی مثلثی                                       61
شکل 4-3 ولتاژ بار مدار چهار واحده مثلثی                         61
شکل 4-4ولتاژ الگوی سینوسی                               62
شکل 4-5 ولتاژ بار مدار چهار واحده سینوسی                              62
شکل 4-6 جریان IGBT مدار تولید پالس مثلثی                                   63
شکل 4-7 ولتاژ IGBT مدار تولید پالس مثلثی                         63
شکل 4-8 مدار فرمان تولید موج PWM                           65
شکل 4-9 مدار پیشنهادی                               65
شکل 4-10 ولتاژ پالسی بار بدون جبران سازی                        66
شکل 4-11 ولتاژ پالسی بار با جبران سازی همزمان خازنها                     66
شکل 4-12 بزرگنمایی ابتدای ولتاژ پالسی بار                       67
شکل 4-13 بزرگنمایی انتهای ولتاژ پالسی بار                       67
شکل 4-14 افت ولتاژ بار و ولتاژ جبران ساز                        68
شکل 4-15 ولتاژ پالسی بار با جبران سازی نوبتی خازنها                  69
شکل 4-16 بزرگنمایی لحظه ی نیمه ولتاژ پالسی بار                  69
شکل 4-17 پالس ولتاژ بار بعد از فیلتر کردن توسط ترانس                     70
شکل 4-18 ولتاژ پالس مثلثی مدار چهار واحده بهبود یافته با جبران سازی PWM        72
شکل4-19 بزرگنمایی شکل 4-18                                   72
 
فصل اول
مفاهیم اساسی
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1-1مقدمه
توان پالسی طرحی است برای تخلیه انرژی ذخیره شده الکتریکی بر روی بار در

یک پالس کوتاه یا پالسهایی کوتاه با نرخ تکرار قابل کنترل. فناوری تولید توان پالسی به دو شاخه پالسهای کم توان و پالسهای پر توان تقسیم می شود. پالسهای کم توان در حوزه مخابرات، الکترونیک سرعت بالا، اندازه گیری و پالسهای پرتوان دارای توانی در حد چند مگاوات یا بیشتر بوده ویژگی این پالسها در جدول زیر نشان داده شده است.
فناوری پالسهای پرقدرت ایده اصلی آن مبتنی بر جمع آوری انرژی از منابع عادی اولیه در سطوح پایین توان و چگالی توان اندک و در درمرحله بعد ذخیره سازی موقت آن انرژی است سپس انرژی به سرعت از منبع ذخیره موقت رها می شود و شکل پالسی می یابد. و در نهایت پس از فشرده سازی توان پالسی، انرژی الکتریکی با سطوح بالای توان و چگالی توان به بار انتقال می یابد.[1]
شکل 1-1 محدوده توان پالسی
شکل 1-2 شکل ظاهری پالس
علاوه بر توان و انرژی، پالسها با نوع شکل شان نیز شناسایی می شوند. مثلاً با زمان صعود، زمان افت، عرض پالس یا صافی سطح پالس. معمولاً عرض پالسها توان بالا بین چند نانو ثانیه تا چند میکروثانیه در نظر گرفته می شود.(شکل 1-1)
زمان صعود زمانی است که ولتاژ از 10% تا 90% اندازه نهایی افزایش می یابد. زمان افت نیز مدت زمان افت ولتاژ از 90% تا 10% است. زمان افت و صعود تا حدود زیادی به امپدانس بار بستگی دارد که با زمان معمولاً متغیر است. تعریف واحدی برای عرض پالس در منابع وجود ندارد اما برای برخی کاربردها بهتر است مدت زمانی که شکل موج حداقل 90% مقدار بیشینه را دارد تعریف گردد.
جدول ‏0‑1 محدوده توان پالسی

انرژی
10-107 ژول
توان
106 – 1014 وات
ولتاژ
103– 107 ولت
جریان
103 – 107 آمپر
چگالی جریان
106-1011 آمپر بر متر مربع
عرض پالس
ثانیه
انرژی
10-107 ژول
توان
106 – 1014 وات
ولتاژ
103– 107 ولت
جریان
103 – 107 آمپر
چگالی جریان
106-1011 آمپر بر متر مربع
عرض پالس
ثانیه
طرح توان پالس قابلیت شکل دهی پالس را علاوه بر چند برابر کنندگی توان دارا می باشد. مثلاً می توان زمان صعود و عرض پالس دلخواه را ایجاد کرد. برای بهینه سازی انتقال انرژی به بار تبدیل امپدانس ممکن است نیاز باشد. شکل 1-2 اجزای مولد پالس را نشان می دهند.

1-2                     ذخیره سازی
انرژی می تواند به صورت شیمیایی، مکانیکی یا الکتریکی ذخیره شود. در بعضی دستگاهها انفجار شیمیایی برای فشرده سازی شار مغناطیسی موجود، استفاده می شود. و بدین ترتیب توان را تا جایی افزایش می دهد که انرژی مغناطیسی ذخیره شده بتواند آزاد شود.
انرژی مکانیکی می تواند در روتور یک ژنراتور ذخیره شود. انرژی الکتریکی می تواند هم به صورت خازنی در میدان الکتریکی یا به صورت القایی در میدان مغناطیسی ذخیره گردد. در مورد اول 2/1 we= با ضریب عایقی 6 و قدرت شکست 0.78 E=بیشینه چگالی انرژی 161 we= بدست می آید.