28789

طراحي و مدلسازي ترانسفورماتور پالسي جهت ميكروب زدايي آب و ساخت يك نمونه

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي برق- الكترونيك قدرت و ماشين‌هاي الكتريكي

1395

1402/2/30

ابوالفضل واحدي

مهندسي برق

امروزه تأمين آب آشاميدني سالم يكي از مشكلات فراروي بشر است و به همين منظور محققان در صدد اين برآمده اند تا راهي مناسب و كارآمد براي حل اين مشكل پيدا كنند. تصفيه آب به روش هاي مختلفي صورت مي گيرد. روش هاي شيميايي علي رغم كاربرد بالا، عوارض جانبي زيادي دارند. روش نوين تصفيه آب توسط سيستم توان پالسي به دليل بازدهي بالا و نداشتن عوارض جانبي، امروزه بسيار مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش، ابتدا مشكلات عدم دسترسي به آب سالم بررسي شده و سپس به ذكر روش هاي مختلف تصفيه و گندزدايي آب اعم از روش هاي شيميايي، الكتريكي و پالسي و مقايسه آن ها پرداخته شده است. پس از آن، منابع مختلف ايجاد پالس معرفي شده اند كه يك نوع از آن ها ساختاري است كه از ترانسفورماتور پالسي براي افزايش ولتاژ بهره مي گيرد. در ادامه، مدل استاندارد ترانسفورماتور پالسي با جزئيات كامل بررسي مي شود و با استفاده از آن، پارامترهاي مختلف پالس مانند زمان صعود و بالازدگي پالس كه در فرايند تصفيه تأثيرگذار مي باشند، تعيين مي شوند. اجزاي پارازيتي ترانسفورماتور پالسي در مقدار اين پارامترها مؤثر مي باشند كه از اين رو در ادامه به مدلسازي اجزاي پارازيتي ترانسفورماتور پرداخته مي شود. پس از آن، يك نمونه طراحي ترانسفورماتور پالسي با هسته توروئيدي ارائه و شكل موج پالس خروجي آن بررسي مي شود. قسمت ديگر سيستم تصفيه آب توان پالسي راكتور تصفيه است كه نقش بسيار مهمي در فرايند تصفيه آب دارد. براي طراحي اين راكتور نياز به مدلسازي الكتريكي و ارائه يك رابطه كاملا تحليلي مي باشد تا بتوان از آن به راحتي در فرايند بهينه سازي استفاده كرد. رابطه-اي كه براي ميدان الكتريكي ارائه مي شود اين امكان را مي دهد تا بتوان با استفاده از ميدان الكتريكي مورد نياز براي ايجاد ولتاژ شكست مطلوب و پس از آن انجام تصفيه، بهترين مواد و ابعاد راكتور و دي الكتريك ها انتخاب شوند. در پايان، يك نمونه سيستم تصفيه آب طراحي و پياده سازي شده و آزمون زدودن رنگ از آب و همچنين كاهش غلظت فنول موجود در آب براي آن انجام شده است. نتايج آزمايش ها عملكرد خوب سيستم تصفيه طراحي شده را نشان مي دهد.

1402/07/12

Design and modeling of pulse transformer for water treatment and implementing a prototype

5/19/2024 12:00:00 AM

Today, providing safe drinking water is one of the problems facing humanity, and for this reason, researchers are trying to find a suitable and efficient way to solve this problem. There are several ways to purify water. Chemical methods, despite their wide range of uses, have many side effects. Water treatment method by pulse power system has received a lot of attention today due to its high efficiency and lack of side effects. In this thesis, first, the problems of lack of access to safe water are examinedand, then different methods of water treatment are mentioned and compared. After that, various sources of pulse generation are introduced, one of which is a structure which uses pulse transformer to increase the voltage. In the following, the standard model of pulse transformer is examined in detail and using it, different pulse parameters that are effective in the treatment process, such as rise time, fall time and pulse overshoot are determined. The parasitic elements of the pulse transformer are effective in the amount of these parameters. Therefore, the parasitic elements of the pulse transformer are modeled in different ways based on the stored energy and Maxwell equations. An example of a transformer pulse design with a toroidal core is presented and the output pulse waveform is studied. Since the water treatment reactor has a very important role in the water treatment process, the electrical modeling of dielectric barrier reactors is studied in the following. To design and optimize this reactor, a fully analytical relationship is needed so that it can be easily used in the optimization process. The relation provided for the electric field makes it possible to use the electric field required to create the desired breakdown voltage and then to select the best materials and dimension of the reactor and dielectrics. Finally, a sample of water treatment system is made and a test for removing the dye from the water as well as reducing the concentration of phenols in the water is performed. The test results show the good performance of the designed treatment system.

تصفيه آب , سيستم توان پالسي , ترانسفورماتور پالسي , راكتور تصفيه آب , ميدان الكتريكي

water treatment , Pulse Power System , Pulse transformer , Water treatment Reactor , electric field

Masoome Amirbande

Abolfazl Vahedi