Pestisit damlacıklarının elektrostatik yüklenmesi ve laboratuvar kullanımları için düşük maliyetli yüksek voltaj jeneratörü

Yıl 2023, Cilt: 9 Sayı: 3, 422 - 434, 01.01.2024

Kemal Amaya

Öz

Çalışma, laboratuvar kullanımları için düşük maliyetli bir yüksek voltaj devresi geliştirmeyi ve sprey damlacıklarının elektrostatik yüklenmesinde performansını ticari bir devre ile karşılaştırmayı amaçlamaktadır. Cockcroft-Walton voltaj çarpanı en basit ve ucuz olarak kabul edildiğinden, bu devreyi tasarlamak için kullanılmıştır. Devrenin geliştirilmesinde iki adet d.c-a.c evirici (yüksek ve düşük frekanslar) ve iki kapasiteli kapasitörler kullanılmıştır. Kondansatör kapasitesinin ve voltaj frekansı değerinin devrenin çıkış voltajı, çıkış voltajı dalgalanması ve tepki süresi üzerindeki etkisini incelemek için devreye farklı elektrik akımı değerleri yüklenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, düşük frekanslı ac invertör ve düşük kapasiteli kondansatörler ile geliştirilen devrenin mikroamper dahil akımla yüklenmesi çıkış gerilimini ve gerilim dalgalanmasını ciddi şekilde etkilemiştir. Bununla birlikte, 20 kHz yüksek frekanslı invertör ve 470 nF kapasitörler, farklı yük akımlarında çıkış ve dalgalanma voltajını önemli ölçüde iyileştirmiştir. Ayrıca tepki süresini 15 saniyeden 40 milisaniyeye düşürmiştir. Geliştirilen yüksek gerilim devresi, su damlacıkları yüklemesinde ticari devre ile aynı verimi sağlayabilmektedir. Üstelik, geliştirilen bu devre 15 kV'a kadar yüksek voltaj değeri sağlayacak şekilde geliştirilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Cockcroft-Walton voltaj çarpanı, Yüksek voltaj jeneratörleri, Tarımsal elektrostatik püskürtme.

Destekleyen Kurum

YOK

Low-cost high voltage generator for electrostatic charging of pesticide droplets, and laboratory uses.

Öz

The study aimed to develop a low-cost high voltage circuit for laboratory uses and compare its performance with a commercial one in the electrostatic charging of spray droplets. Because the Cockcroft-Walton voltage multiplier is considered the simplest and cheapest, it was used to design this circuit. Two d.c-a.c inverters (high and low frequencies) and capacitors with two capacities were used in the development of the circuit. The circuit was loaded with different electric current values to study the effect of the capacitor capacity and frequency value on the circuit's output voltage, output voltage ripple, and response time. According to the results, loading the circuit developed with a low-frequency inverter and low-capacity capacitors by current, even including the microampere, seriously affected the output voltage and the voltage ripple. However, a 20 kHz high-frequency inverter and 470 nF capacitors significantly improve output and ripple voltage at different load currents. Also, they reduced the response time from 15 sec to 40 msec. The developed high-voltage circuit can provide the same efficiency in water droplet charging compared with the commercial one. Moreover, this developed circuit was enhanced to provide a high voltage value until 15 kV.

Anahtar Kelimeler

Cockcroft-Walton voltage multiplier, High voltage generators, Agricultural electrostatic spraying.

Kaynakça

• [1] E. Kuffel, W. S. Zaengl, and J. Kuffel, High Voltage Engineering Fundamentals: Generation of high voltages, Second Edition, UK: Newnes, 2000, pp. 8–76. doi:10.1016/B978-075063634-6/50003-4
• [2] J. D. Cockcroft and E. T. S. Walton, “Experiments with high velocity positive ions.―(I) Further developments in the method of obtaining high velocity positive ions,” in Proc. of the royal society of London: Series A, containing papers of a mathematical and physical character, vol. 136, no. 830, pp. 619–630, 1932.
• [3] H. Greinacher, “Erzeugung einer Gleichspannung vom vielfachen Betrage einer Wechselspannung ohne Transformator,” Bull Schweiz Elektrotechn Vereins, vol. 7, pp. 59–63, 1920.
• [4] M. Niu, Advanced Electronic Circuits-Principles, Architectures and Applications on Emerging Technologies High: Voltage Energy Harvesters, UK: IntechOpen, 2018, pp. 141–158.
• [5] C. K. Dwivedi and M. B. Daigvane, “Multi-purpose low cost DC high voltage generator (60kV output), using Cockcroft-Walton voltage multiplier circuit,” International Journal of Science and Technology Education Research, vol. 2, no. 7, pp. 109–119, 2011. doi:10.1109/ICETET.2010.150
• [6] N. M. Waghamare and R. P. Argelwar, “High voltage generation by using Cockcroft-Walton multiplier,” International Journal of Science, Engineering and Technology Research (IJSETR), vol. 4, no. 2, pp. 256–259, 2015.
• [7] D. H. Al-Mamoori, O. M. Neda, Z. H. Al-Tameemi, A. A. Alobaidi, and M. Aljanabi, “Generating High Voltage DC with Cockcroft-Walton Voltage Multiplier for Testing Locally Assemble Electric Field Sensor,” Proc. of the IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 518, no. 4, 2019.
• [8] N. A. K. Z. Abidin, N. M. Nayan, M. M. Azizan, and A. Ali, “Analysis of voltage multiplier circuit simulation for rain energy harvesting using circular piezoelectric,” Mechanical Systems and Signal Processing, vol. 101, pp. 211–218, 2018. doi:10.1016/j.ymssp.2017.08.019
• [9] D. F. Spencer, R. Aryaeinejad, and E. L. Reber, “Using the Cockroft-Walton voltage multiplier design in handheld devices,” The IEEE Symposium on Nuclear Science and Medical Imaging Conference (NSS/MIC): 2001 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record (Cat. No. 01CH37310), 4-10 Nov. 2001, vol. 2, pp. 746–749. Available: https://ieeexplore.ieee.org/document/1009666. [Accessed: 23 Dec. 2023].
• [10] D. Malviya and A. K. Bhardwaj, “Analysis and Comparison of Capacitor Diode Voltage Multiplier Fed with a High Frequency and a Low Frequency Voltage Source,” International Journal of Advance Research in Computer and Communication Engineering, vol. 5, no. 6, pp. 234–237, 2016. doi:10.17148/IJARCCE.2016.5650
• [11] M. S. Naidu and V. Kamaraju, High-Voltage Engineering: Generation of High Voltages and Currents, NEW DELHI: Mc Graw Hill India, 2010, pp. 142–205.
• [12] M. Ruzbehani, “A Comparative Study of Symmetrical Cockcroft-Walton Voltage Multipliers,” Journal of Electrical and Computer Engineering, vol. 2017, Article ID 4805268, 10 pages, 2017. doi:10.1155/2017/4805268
• [13] K. Amaya and A. Bayat, “Determining Effects Of Induction Electrode Geometry On Charging Efficiency Of Droplets In Pesticide Electrostatic Spraying Applications,” Smart Agricultural Technology, vol. 4C, no. 100190, pp. 1–7, 2023. doi:10.1016/j.atech.2023.100190
• [14] S. E. Law and H. D. Bowen, “Charging liquid spray by electrostatic induction,” transactions of the ASAE, vol. 9, no. 4, pp. 501–506, 1966. doi:10.13031/2013.40016
• [15] K. Amaya and A. Bayat, “External factors affectıng the electrostatıc deposıtıon of charged droplets on plant leaves,” Proc. of the 1st Int. Conf. on Applied Sciences, April 1-3 2023 Paris, France [Online]. Available: https://www.iksadparis.org/_files/ugd/614b1f_93268ee8360643e0bcdbc717ea08843f.pdf. [Accessed: 23 Dec. 2023].