CC BY
132
УДК 621.373
doi: 10.20998/2074-272X.2017.4.08
Н.И. Бойко, А.В. Макогон
ГЕНЕРАТОР ПО СХЕМЕ АРКАДЬЕВА - МАРКСА С ПОКАСКАДНЫМ ОБОСТРЕНИЕМ ФРОНТА ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Мета. Експериментально отримати на навантажент генератора тпульсних напруг величиною менше 50 Ом у ви-глядi бтьш, тж двох робочих камер з водовмкним продуктом тривалкть фронту iмпульсiв високоТнапруги менше 1,5 наносекунд, що тдвищуе ефективнкть знезараження оброблюваних продукты. Методика. Для одержання високово-льтних тпульсш на робочих камерах - навантаженш генератора застосована методика генерування Щпульав за схемою Аркадьева - Маркса. 1мпульси на навантаженнi вимiрювалися за допомогою низькоомного резистивного дть-ника напруги, передавалися по широкосмуговому коаксшльному кабелю i рееструвалися за допомогою осцилографа С7-19 зi смугою пропускання 5 ГГц. Робочi камери заповнювалися водою i складалися з мльцевидного корпусу, який вико-нано з фторопласту, i металевих електродiв, що утворюють дно та кришку камери, мають плож накладки з харчо-воТ неiржавiючот стал для контакту з харчовим продуктом усередин камери. Результати. Високовольтнi тпульси на навантаженнi генератора приблизно 50 Ом i менше мають трапещевидну форму з закругленою вершиною i трива-лсть по основi не бтьше 80 нс. Експериментально одержан амплтуди iмпульсiв на навантаженж генератора - до 18 кВ. При зменшенн опору навантаження амплтуда iмпульсiв зменшуеться, а тривалсть фронту i тпульав у щ-лому скорочуеться b-за прискореного розряду емтсних нагромаджувачгв каскМв. Наукова новизна. Вперше на наван-таженж генератора у виглядi трьох паралельно включених робочих камер з водою, активный опiр кожноТ з котрих менше, тж 50 Ом, експериментально отримано тривалсть фронту тпульав tj^l нс. Крм того, налагоджено стабi-льний 9-10 канальнийрежим спрацьовування вихiдногорозрядника тригатронного типу в п'ятикаскадному генерато-рi тпульсних напруг з покаскадним загостренням фронту тпульав (Г1НПЗ). Практична значущкть. Одержана експериментально наносекундна тривалсть фронту iмпульсiв на навантаженж Г1НПЗ вiдкривае перспективу промис-лового застосування таких генераторiв для мiкробiологiчно знезаражувальноТ обробки (Ыактиваци м1кроорган1змш) водовмкниххарчових продукты. Бiбл. 6, рис. 8.
Ключовi слова: генератор iмпульсних напруг, покаскадне загострення фронту iмпульсiв, робоча камера, емшсний нагромаджувач, розрядник, шактиващя мiкроорганiзмiв в харчових продуктах.
Цель. Экспериментально получить на нагрузке генератора импульсных напряжений величиной менее 50 Ом в виде более двух рабочих камер с водосодержащим продуктом длительность фронта импульсов высокого напряжения менее 1,5 наносекунд, что повышает эффективность обеззараживания обрабатываемых продуктов. Методика. Для получения высоковольтных импульсов на рабочих камерах - нагрузке генератора применена методика генерирования импульсов по схеме Аркадьева - Маркса. Импульсы на нагрузке измерялись при помощи низкоомного резистивного делителя напряжения, передавались по широкополосному коаксиальному кабелю и регистрировались при помощи осциллографа С7-19 с полосой пропускания 5 ГГц. Рабочие камеры заполнялись водой и состояли из кольцеобразного корпуса, выполненного из фторопласта, и металлических электродов, образующих дно и крышку камеры, имеющих плоские накладки из пищевой нержавеющей стали для контакта с пищевым продуктом внутри камеры. Результаты. Высоковольтные импульсы на нагрузке генератора примерно 50 Ом и менее имеют трапециевидную форму со скругленной вершиной и длительность по основанию не более 80 нс. Экспериментально полученные амплитуды импульсов на нагрузке генератора - до 18 кВ. При уменьшении сопротивления нагрузки амплитуда импульсов уменьшается, а длительность фронта и импульсов в целом укорачивается из-за ускоренного разряда емкостных накопителей каскадов. Научная новизна. Впервые на нагрузке генератора в виде трех параллельно включенных рабочих камер с водой, активное сопротивление каждой из которых менее 50 Ом, экспериментально получена длительность фронта импульсов tj^1 нс. Кроме того, отлажен стабильный 910 канальный режим срабатывания выходного разрядника тригатронного типа в пятикаскадном генераторе импульсных напряжений с покаскадным обострением фронта импульсов (ГИНПО). Практическая значимость. Полученная экспериментально наносекундная длительность фронта импульсов на нагрузке ГИНПО открывает перспективу промышленного применения таких генераторов для микробиологически обеззараживающей обработки (инактивации микроорганизмов) водосодержащих пищевых продуктов. Библ. 6, рис. 8.
Ключевые слова: генератор импульсных напряжений, покаскадное обострение фронта импульсов, рабочая камера, разрядник, инактивация микроорганизмов в пищевых продуктах.
Введение. Генераторы по схеме Аркадьева-Маркса широко используются в высоковольтной импульсной технике [1]. Благодаря возможности получать наносекундные фронты при напряжении 100 кВ и больше на нагрузке таких генераторов [2], частотах следования 200 импульсов в секунду и более они перспективны для обеззараживающей обработки жидких водосодержащих продуктов.
Обработка продуктов импульсными электрическими полями (ИЭП) с наносекундными фронтами позволяет лучше, чем при использовании традиционных тепловых методов, сберечь исходное качество
пищевых продуктов при уменьшении удельных энергозатрат на инактивацию микроорганизмов в них [3, 4]. В методе ИЭП, или комплексе высоковольтных импульсных воздействий (КВИВ), используются короткие электрические импульсы, которые можно получить при помощи генераторов Аркадьева - Маркса. Обеззараживающая обработка ведется в рабочих камерах с обрабатываемым продуктом, которые являются нагрузкой для генераторов высоковольтных импульсов. Типичная длительность импульсов напряженности сильного импульсного электрического поля
© Н.И. Бойко, А.В. Макогон
в рабочих камерах может варьироваться от 50 нс до 1 мкс, амплитуда - от 5 кВ/см до 200 кВ/см без пробоев. Несколько рабочих камер с водосодержащим продуктом, подключенных к выходу генератора, являются низкоомной нагрузкой для генератора, которая может не превышать 50 Ом и может привести к нежелательному удлинению фронта импульсов напряжения. В [5] предложен способ обработки жидкостей и текучих продуктов в нескольких рабочих камерах, позволяющий избежать нежелательного удлинения фронта благодаря использованию обострителей фронта импульсов. Генераторы импульсных напряжений Аркадьева - Маркса в режиме покаскадного обострения фронта импульсов (ГИНПО) позволяют на практике решить
проблему нежелательного удлинения фронта. В данной работе проведена экспериментальная проверка работы ГИНПО на нагрузку не более 50 Ом в виде трех рабочих камер с водой, включенных параллельно, без удлинения фронта импульсов на нагрузке.
Цель работы - экспериментально получить на нагрузке генератора менее 50 Ом в виде более двух рабочих камер с водосодержащим продуктом длительность фронта импульсов высокого напряжения менее 1,5 наносекунд, что повышает эффективность обеззараживания обрабатываемых продуктов.
Экспериментальная установка. Схема установки приведена на рис. 1.
СН1
Я
Я,
ек
_| Лек_| | Яек
Яе.
Я
ек
Рис. 1. Схема установки с генератором импульсных напряжений с покаскадным обострением фронта импульсов
На рис. 1 заштрихованы предварительно заряженные до напряжения итаП участки энергопровода и емкостные накопители; N - количество каскадов; 1 - емкостный накопитель каскада с емкостью С^, который может представлять собой длинную линию с распределенными параметрами; 2 - энергопровод -широкополосная однородная длинная линия с распределенными параметрами с расстоянием ке между прямым и обратным токопроводами с волновым сопротивлением 2,; 3 - разрядник каскада; 4 - емкость (Сшар) между электродами разрядника 3; 5 - стартовый разрядник ГИНПО; 6 - емкость (Сгаро) между электродами разрядника 5; 7 - система (устройство) запуска; 8 -длинная линия передачи с волновым сопротивлением 2п=2г между устройством 7 и стартовым разрядником 5; 9 - нагрузка с импедансом Zload■; и к соответственно время пробега электромагнитной волны по линии 8 и между двумя соседними разрядниками каскадов; к - номер каскада (к=1, 2,..., Щ; ке - длина разрыва в прямом токопроводе, в который (разрыв) включен емкостный накопитель к-го каскада. Ярг=1 МОм, Лек=3,2 кОм, Я^=1440 Ом, 1^0,5 мкГн.
Оба зарядных устройства СН1 и СН2 собраны по схеме умножения Кокрофта [6] и запитываются от повышающих трансформаторов, на вход которых подается регулируемое переменное напряжение от системы управления С^. Устройство запуска 7 содержит керамический конденсатор К15-10 емкостью 10 нФ (С,,) и двухэлектродный искровой разрядник срабатывающий от перенапряжения (на самопробое).
В ГИНПО, на котором проведены эксперименты, 5 каскадов. Емкостные накопители каскадов
С,* =3*10- Ф выполнены в виде низкоомных полоско-вых линий (которые при заряде можно рассматривать как плоские конденсаторы) из фольгированного стеклотекстолита, высотой и шириной обкладок по 0,45 м, толщиной диэлектрика ке=5 мм.
Энергопровод данного ГИНПО выполнен в виде реальной полосковой линии с расстоянием между прямым и обратным токопроводом ке=50 мм [2]. Обратный токопровод представляет собой латунный лист длиной 1 м, шириной 0,4 м, толщиной 1 мм. На него положен лист оргстекла толщиной 8 мм. Остальное пространство между прямым и обратным токопроводом заполнено воздухом при атмосферном давлении.
Общий вид пятикаскадного генератора импульсных напряжений с покаскадным обострением фронта формируемых импульсов, на котором проведены эксперименты, представлен на рис. 2.
Разрядники каскадов - тригатронного типа с воздушным заполнением при атмосферном давлении. Каждый из двух электродов разрядника выполнен в виде металлической пластины, закрепленной на опоре из оргстекла, толщиной 5 мм, в которой выполнено 10 отверстий на равных расстояниях друг от друга. В эти отверстия вставлено 10 игольчатых электродов, соединенных накоротко с соответствующей обкладкой емкостного накопителя каскада ГИНПО и через индуктивность ¿¿=0,5 мкГн - с пластиной.
Межэлектродные промежутки в разрядниках регулируются по длине. Такая конструкция разрядников обеспечивает однородное электрическое поле в них при заряде каскадов ГИНПО и резконеоднородное
9
поле при разряде. Поэтому при разряде ГИНПО искровые каналы образуются только между соответствующими двумя игольчатыми электродами, расположенными встречно на одной оси. В каждом из разрядников каскадов может образоваться при разряде от 1 до 10 искр.
AN = (NUmain + 2Ulvp )-
Jload
+ Ze
(1)
An = 2 A
Z
■n-1
load
Z
load
+ Ze
(2)
Рис. 2. Общий вид ГИНПО
Нагрузка 9 (рис. 1) в ходе экспериментов варьировалась: выполнялась в виде 10 резисторов ТВО-10 номинальным сопротивлением 560 Ом каждый (измеренная величина сопротивлений составляла от 580 до 630 Ом), в виде одной рабочей камеры с водой, трех рабочих камер с водой. Нагрузочные резисторы и рабочие камеры подключались к соответствующим ост-рийным электродам десятиканального выходного разрядника ГИНПО.
Экспериментальная установка работает следующим образом. При помощи системы управления CS через СН1 заряжаются емкостные накопители каскадов ГИНПО, а затем через СН2 заряжается емкостный накопитель С^ системы запуска до самопробоя ^ Уровень заряда контролируется киловольтметрами С-196.
Предварительно емкостные накопители 1 каскадов генератора заряжаются до напряжения итап (рис. 1). В общем случае зарядка может быть как выпрямленным напряжением, так и импульсной. После предварительной зарядки единственным разрядником, на котором отсутствует «дежурное» напряжение итап, является разрядник на выходе ГИНПО, он же - разрядник последнего N - го каскада. После зарядки каскадов от устройства запуска 7 на стартовый разрядник 5 по линии 8 подается инициирующий разряд генератора импульс напряжения с амплитудой и,ур, обеспечивающий время его коммутации tsw.0 и длительность фронта tfш0 формируемого импульса меньшими времени 24..0 двойного пробега электромагнитной волны между стартовым разрядником и разрядником первого каскада. Разрядники ГИНПО срабатывают последовательно, начиная со стартового, срабатывающего от управляющего импульса из системы запуска, и заканчивая выходным разрядником с наименьшим временем коммутации.
Начало спада импульсного напряжения на нагрузке генератора ГИНПО сразу после нарастания напряжения на ней до величины Ад [2]:
где 11оаЛ - импеданс нагрузки, обеспечивается тем, что возможные отражения от устройства 7 запуска, могущие привести к медленному нарастанию амплитуды напряжения на нагрузке до 2хАд, компенсируются разрядом емкостей каскадов, а также тем, что устройство запуска отделено от собственно ГИНПО линией передачи 8 с соответствующим временем пробега электромагнитной волны по ней. Количество каскадов в данном ГИНПО N=5.
Согласно (1) при Птагп=6 кВ, и^р=12 кВ, 1Ьа<1 = = 50 Ом, 1е=50 ОмАд=(5х6+2х12)х50/(50+50)=27 кВ.
Результаты исследований. Исследование характеристик импульсов на различных нагрузках ГИНПО проводилось при помощи низкоомного рези-стивного делителя напряжения, подключенного к нагрузке генератора, регистрирующего осциллографа С7-19 с полосой пропускания 5 ГГц и широкополосного коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 2С=50 Ом, соединяющего экранированное низковольтное плечо делителя с входом осциллографа через аттенюатор 20 dB. Осциллограф располагался в измерительной кабине, защищающей его от электромагнитных помех.
Сопротивление высоковольтного плеча делителя = 560 Ом - один из нагрузочных резисторов ТВО-10 в ГИНПО, сопротивление низковольтного плеча Я2 = 3 Ом набрано из параллельно включенных резисторов ТВО - 0,5 (рис. 3). Низковольтное плечо делителя и согласующее сопротивление Л3=50 Ом расположены в экранирующем металлическом корпусе цилиндрической формы с фланцем, соединенном накоротко с обратным токопроводом генератора. Кабель подключен к низковольтному плечу делителя при помощи коаксиального разъема.
Импульс с выхода ГИНПО
EZZZZ
R
zzzzzz;|
R3
17777?
_Q Zc Q_ > К
осц.
или
Рис. 3. Схема резистивного делителя напряжения на выкоде ГИНПО
С учетом того, что входное сопротивление осциллографа С7-19 составляет 50 Ом, коэффициент деления делителя Kd = [(R1+R2)/R2]x(R3+Zc)/Zc = = [(560+3)/3]х(50+50)/50 ~ 375 (Ом). Между входом осциллографа С7 - 19 и концом кабеля с разъемом вставлялся аттенюатор 20 dB, ослабляющий приходящий по кабелю сигнал в 10 раз.
Поэтому общий коэффициент деления К 0а1=3750. Чувствительность осциллографа С7-19 составляет 1,6 В/дел=1,6 В/см.
Выходной многоканальный разрядник ГИНПО при амплитуде зарядного напряжения высоковольтного емкостного накопителя системы управления, превышающей в два раза и более амплитуду зарядного напряжения основных накопителей каскадов ГИНПО, стабильно срабатывает в 9-10 канальном режиме (10 - максимально возможное количество каналов разряда в разряднике). Этот режим при работе ГИНПО на резистивную нагрузку в виде десяти резисторов ТВО-10 с номинальным сопротивлением 560 Ом каждый иллюстрирует рис. 4. После формирования десяти каналов в выходном разряднике все десять нагрузочных резисторов соединены параллельно.
Рис. 4. Фото многоканального искрового разряда в выходном разряднике ГИНПО
Отметим, что яркость каналов разряда примерно одинакова, что свидетельствует о том, что ток по каналам разряда распределяется достаточно равномерно. Получены осциллограммы импульсов с наносе-кундными фронтами на нагрузке ГИНПО в виде резисторов ТВО-10, одной рабочей камеры, трех рабочих камер. Форма импульсов на нагрузке близка к трапецеидальной, что иллюстрирует рис. 5.
Из осциллограмм на рис. 5 видно, что фронт импульсов содержит две части: первую (начальную) крутую часть и вторую (ближе к вершине) более
пологую. Это свидетельствует о том, что в разрядниках ГИНПО в данном конкретном режиме имеет место не полное, частичное обострение фронта формируемых импульсов. Из-за наличия пологой части общая длительность фронта f импульсов составляет примерно tf=20 нс. Пологая часть фронта импульсов имеет место также вследствие отражений электромагнитных волн, вызванных срабатыванием разрядников, от различных неоднородностей в энергопроводе ГИНПО и в системе запуска. Длительность импульсов по основанию составляет примерно 80 нс, амплитуда - 18 кВ. Это в 1,5 раза меньше, чем приведенная выше расчетная амплитуда.
Рис. 5. Осциллограммы (наложено две осциллограммы) импульсов напряжения на нагрузке в виде 10 резисторов ТВО-10 по 560 Ом: цена деления по оси времени 100 нс/дел, по оси процесса 6 кВ/дел
Меньшие значения экспериментально полученной амплитуды, по сравнению с расчетной амплитудой, объясняются удлинением фронта за счет неполного его обострения разрядниками каскадов, недостаточного согласования волнового сопротивления энергопровода ГИНПО с его резистивной нагрузкой, появляющихся из-за этого нежелательных отражений напряжения в ГИНПО и достаточно быстрым разрядом емкостных накопителей ГИНПО.
Осциллограмма на рис. 6 иллюстрирует форму напряжения на нагрузке в виде одной рабочей камеры и пяти резисторов ТВО-10 по 560 Ом.
Из осциллограммы на рис. 6 следует, что длительность фронта импульса составляет примерно 2,5 нс, а амплитуда 12 кВ. Амплитуда уменьшилась из-за того, что нагрузка стала более низкоомной после подключения рабочей камеры с водой (см. также формулу (1)). Кольцеобразный корпус рабочей камеры выполнен из фторопласта, а металлические электроды, образующие дно и крышку камеры, имеют плоские накладки из пищевой нержавеющей стали для контакта с пищевым продуктом внутри камеры.
Рабочий объем рабочей камеры, заполненный водой, имеет дисковую форму с диаметром Б = 90 мм и высотой к=15 мм. При удельном объемном сопротивлении воды р = 10 Ом*м активное сопротивление Я„ воды в рабочей камере составляет Я„=рк/(жБ2/4) = = 10х0,015/(3,14х0,092/4)=23,6 Ом.
щ иишшМтГТ Hhmi
Рис. 6. Осциллограмма фронтовой части импульса напряжения на нагрузке ГИНПО в виде одной рабочей камеры, включенной в параллель с пятью нагрузочными резисторами ТВО-10; цена деления по оси времени 2,5 нс/дел, по оси процесса - 6 кВ/дел
В связи с уменьшением сопротивления нагрузки емкостные накопители каскадов стали разряжаться быстрее, что в свою очередь привело к уменьшению амплитуды. При этом вклад необостренной части в длительность фронта импульса на нагрузке значительно уменьшился, и фронт укоротился до -2,5 нс.
При подключении в качестве нагрузки трех рабочих камер (см. рис. 7) амплитуда напряжения на них становится еще меньше (см. рис. 8), чем на одной рабочей камере.
Рис. 7. Нагрузка ГИНПО в виде трех рабочих камер с водой
Из осциллограммы на рис. 8 следует, что длительность фронта импульса на нагрузке составляет примерно 1 нс, а амплитуда - примерно 8 кВ.
Для увеличения напряженности импульсного электрического поля в рабочих камерах и напряжения на них без удлинения фронта импульсов следует увеличить зарядные напряжения емкостных накопителей от зарядных устройств CH1 и CH2, увеличив при этом соответствующим образом зазоры в разрядниках ГИНПО.
шили ТПТПп 1 11 V ÜJP* йЯб
Рис. 8. Осциллограмма фронтовой части импульса напряжения на нагрузке ГИНПО в виде трех рабочих камер, включенных в параллель между собой и с нагрузочным резистором ТВО-10; цена деления по оси времени 2,5 нс/дел, по оси процесса - 6 кВ/дел
Показанная экспериментально (см. рис. 8) возможность получения на нескольких рабочих камерах, включенных параллельно, напряжений, а, следовательно, и напряженностей импульсного электрического поля с рекордно коротким фронтом (примерно 1 нс) открывает перспективу уменьшения удельных энергозатрат на микробиологически обеззараживающую обработку водосодержащих пищевых продуктов, увеличения сроков их хранения без ухудшения потребительской ценности. А, следовательно, и перспективу промышленного применения ГИНПО. Выводы.
1. Предложен метод укорочения фронта импульсов в рабочих камерах для инактивирующей микроорганизмы обработки пищевых продуктов за счет использования генераторов импульсных напряжений по схеме Аркадьева - Маркса в режиме покаскадного обострения фронта импульсов.
2. Экспериментально получена длительность фронта нс импульсов на нагрузке ГИНПО в виде трех параллельно включенных рабочих камер с водой, активное сопротивление каждой из которых менее 50 Ом. Такая короткая длительность фронта импульсов подтверждает, что генераторы - ГИНПО перспективны для микробиологически обеззараживающей обработки водосодержащих пищевых продуктов (инактивации микроорганизмов в продуктах).
3. Отлажен стабильный 9-10 канальный режим срабатывания выходного разрядника пятикаскадного генератора - ГИНПО.
4. Импульсы на нагрузке измерены при помощи низкоомного резистивного делителя напряжения, в качестве передающей линии использован широкополосный коаксиальный кабель, подключенный к регистрирующему устройству - осциллографу С7-19 с полосой пропускания 5 ГГц.
5. Использованы рабочие камеры, выполненные в виде кольцеобразного корпуса из фторопласта и металлических электродов, образующих дно и крышку
камеры, имеющих плоские накладки из пищевой нержавеющей стали для контакта с пищевым продуктом внутри рабочего объема. Камеры заполнялись водой.
6. Высоковольтные импульсы на нагрузке ГИНПО примерно 50 Ом и менее имеют трапециевидную форму с длительностью по основанию не более 80 нс, экспериментально полученные амплитуды импульсов на нагрузке - до 18 кВ. При уменьшении сопротивления нагрузки амплитуда импульсов уменьшается, а длительность фронта и импульсов в целом укорачивается. Укорочение фронта происходит вследствие того, что пологая (медленная) часть фронта импульсов, имеющая место вследствие отражений электромагнитных волн, вызванных срабатыванием разрядников, от различных неоднородностей в энергопроводе ГИНПО и в системе запуска, убирается частично или полностью ускоренным разрядом емкостных накопителей каскадов на нагрузку с уменьшенным сопротивлением.
СПИСОК ШТЕРАТУРЫ
1. Месяц Г. А. Импульсная энергетика и электроника. - М.: Наука, 2004. - 704 с.
2. Бойко Н.И. Генератор по схеме Аркадьева-Маркса в режиме с покаскадным обострением фронта импульсов // Техшчна електродинамжа. Тематичний випуск «Проблеми сучасно! електротехнжи». - 2000. - Частина 6. - С. 94-97.
3. Barbosa-Canovas G.V., Gongora-Nieto M.M., Pothakamury U.R., Swansson B.G. Preservation of Foods with Pulsed Electric Fields. - Washington, San Diego, Academic Press Publ., 1999. - 200 p. doi: 10.1016/b978-0-12-078149-2.x5000-4.
4. Jasim Ahmed, Hosahalli S. Ramaswamy, Stefan Kasapis, Joyce I Boye. Novel Food Processing: Effects on Rheological and Functional Properties. - CRC Press Publ., 2016. - 510 p. Chapter 11. Pulsed Electric Fields for Food Processing Technology by Maged E.A. Mohamed and Ayman H. Amer Eissa. -2012. - pp. 275-306. doi: 10.5772/48678.
5. Пат. 113592 Укра!на, МПК (2016.01) C02F 1/48(2006.01). Споиб обробки рщин i текучих продубив / М.1. Бойко, А.В. Макогон. - Опубл. 10.02.2017, бюл. № 3.
6. М. Бейер, В. Бёк, К. Мёллер, В. Цаенгль. Техника высоких напряжений: теоретические и практические основы применения / Пер. с нем. И.П. Кужекина / Под ред. В.П. Ларионова. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 555 с.
REFERENCES
1. Mesiats G.A. Impul'snaia energetika i elektronika [Pulsed power and electronics]. Moscow, Nauka Publ., 2004. 704 p. (Rus).
2. Boyko N.I. Generator on Arcadyev-Marx scheme in the mode with peaking of the pulse front in its cascades for food disinfecting. Tekhnichna elektrodynamika. Tem. vypusk «Problemy suchasnoyi elektrotekhniky», 2000, part 6, pp. 94-97. (Rus).
3. Barbosa-Canovas G.V., Gongora-Nieto M.M., Pothakamury U.R., Swansson B.G. Preservation of Foods with Pulsed Electric Fields. - Washington, San Diego, Academic Press Publ., 1999. - 200 p. doi: 10.1016/b978-0-12-078149-2.x5000-4.
4. Jasim Ahmed, Hosahalli S. Ramaswamy, Stefan Kasapis, Joyce I Boye. Novel Food Processing: Effects on Rheological and Functional Properties. CRC Press Publ., 2016. 510 p. Chapter 11. Pulsed Electric Fields for Food Processing Technology by Maged E.A. Mohamed and Ayman H. Amer Eissa. 2012. pp. 275-306. doi: 10.5772/48678.
5. Boyko N.I., Makogon A.V. Sposib obrobky ridyn i teku-chykh produktiv [The method of treatment liquids and fluid products]. Patent UA, no. 113592, 2017. (Ukr).
6. Beier M., Bek V., Meller K., Tsaengl V. Tekhnika vysokikh napriazhenii: teoreticheskie i prakticheskie osnovy primeneniia [Technics of high voltages. Theoretical and practical application bases]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1989. 555 p. (Rus).
Поступила (received) 08.06.2017
Бойко Николай Иванович1, д.т.н., проф.,
Макогон Артём Витальевич1,
1 Национальный технический университет
«Харьковский политехнический институт»,
61002, Харьков, ул. Кирпичева, 2,
тел/phone +380 57 7076245, e-mail: [email protected]
M.I. Boyko1, A.V. Makogon1
1 National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», 2, Kyrpychova Str., Kharkiv, 61002, Ukraine. Generator on Arcadyev-Marx scheme with peaking of the pulse front in its cascades for food disinfecting. Purpose. To obtain experimentally that the duration of the highvoltage pulse front is less than 1.5 nanoseconds on the load of a pulse voltage generator of less than 50 ohms in the form of more than two working chambers with a water-containing product. That increases the efficiency of disinfection of treated products. Methodology. To obtain high-voltage pulses in working chambers - the generator load - the pulse generation method was used according to the Arkadyev-Marx scheme. The pulses on the load were measured with a low-ohm resistive voltage divider, transmitted over a broadband coaxial cable, and recorded using a C7-19 oscilloscope with a 5 GHz bandwidth. The working chambers were filled with water and consisted of an annular body made of PTFE 4 and metal electrodes forming the bottom and the chamber cover having flat linings offood stainless steel for contact with the food product inside the chamber. Results. The high-voltage pulses on the generator load of about 50 Ohm or less have a trapezoidal shape with a rounded apex and a base duration of no more than 80 ns. The experimentally obtained pulse amplitudes on the generator load are up to 18 kV. As the load resistance decreases, the amplitude of the pulses decreases, and the duration of the front and pulse duration in general are shortened because of the accelerated discharge of cascade capacitive storages. Originality. For the first time we have obtained experimentally on the load of the generator in the form of three parallel working chambers with water, the active resistance of each of which is less than 50 Ohm, the pulse front duration tp1 ns. In addition, we have obtained experimentally a stable 9-10 channel triggering mode of the trigatron type spark gap in a five-cascade pulse voltage generator with a step-by-step peaking (exacerbation) of the pulse front in its cascades (GPVCP). Practical value. We have obtained experimentally the nanosecond pulse front duration on the GPVCP load and that opens the prospect of industrial application of such generators for microbiologically disinfecting treatment (inactivation of microorganisms in food) water-containing food products. References 6, figures 8.
Key words: generator of pulsed voltages, peaking of the pulse front in cascades of generator, working chamber, spark gap or switch, inactivation of microorganisms in food products.
