Энергетические характеристики плазмотронов и источники питания - Электротехнологические плазменные установки

К энергетическим характеристикам плазмотрона относятся зависимости параметров дуги от условий работы - рода плазмообразующего газа, давления, геометрических размеров электродов, напряженности управляющего магнитного поля, материала электродов, их температуры и эмиссионной способности, скорости разрушения. Одновременный учет всех этих факторов в настоящее время не представляется возможным, поэтому для расчета ВАХ разряда и определения некоторых размеров электродов пользуются эмпирическими формулами, получаемыми в результате критериального обобщения многочисленных экспериментальных данных.

В настоящее время уравнения ВАХ и КПД составлены для плазмотронов определенных схем и справедливы в строгих границах геометрического подобия, диапазонах изменений токов и расходов газа, для однокомпонентных или стандартных плазмообразующих сред, а также внутрикамерных давлений, напряженностей магнитных полей.

Мощность плазмотронов определяется соотношением тока дуги и напряжением: Р = IU = IЕl, которое, в свою очередь, определяется длиной дуги l и напряженностью электрического поля Е. Мощность, выделяющаяся в электродах, как было показано, зависит от тока дуги и материала электрода. Так как электроды плазмотронов должны иметь длительный срок работы, а скорость их разрушения прямо пропорциональна току дуги, то при определении параметров разряда следует ориентироваться на минимальные токи и максимальные напряжения, обеспечивающие заданную температуру плазмы и необходимую мощность дуги при заданных габаритных размерах электродов.

Как было показано, напряженность электрического поля Е дуги зависит от рода газа, давления и скорости обдува. Для плазмотронов в этой зависимости появляется дополнительный фактор - температура окружающего газа. В плазмотронах с продольным обдувом напряженность поля дуги имеет максимальное значение вблизи зоны подачи газа и постепенно уменьшается в направлении истечения плазмы. Значение Е для дуги, обдуваемой осевым потоком аргона при токах 100-300 А и расходе его 0,25- 1,23 г/с, составляет 4,5-14 В, уменьшаясь при росте тока и снижении расхода газа. Отсюда следует, что для получения необходимой мощности выходной электрод должен иметь необходимые длину и диаметр канала для размещения в нем электрической дуги длиной l. Как правило, длину электрода выбирают несколько большей, чем длина дуги, для предотвраще - ния выхода ее на торец электрода в неуправляемую зону. При конструировании плазменных технологических аппаратов следует учитывать, что напряженность электрического поля дуги растет с увеличением рабочего давления. Выбор схемы источников питания плазмотронов основан на анализе устойчивости дуги, находящейся в интенсивном потоке газа при наличии внешних магнитных полей. Из теории "малого возмущения" условие устойчивости дуги имеет вид

DUИст/dI < dUД/dI,

Здесь (UИст- статическое напряжение источника питания; UД- статическое напряжение дуги.

Для устойчивой работы плазмотрона с падающей ВАХ необходимо иметь крутопадающую внешнюю характеристику источника питания. Это требование усиливается необходимостью строгого поддержания заданной мощности в технологическом процессе, что также требует жесткой стабилизации тока. Поэтому для питания плазмотронов используют следующие типы источников питания с крутопадающей внешней характеристикой: 1) источники на базе управляемого выпрямителя с автоматической стабилизацией тока; 2) установки с дросселями насыщения и магнитоуправляемыми трансформаторами; 3) параметрические источники тока, работающие на принципе резонанса напряжения в трехфазных электрических цепях.

Источник первого типа изготовляют индивидуально к каждой плазменной технологической установке, содержащей мощные высоковольтные плазмотроны; они включаются в общую схему автоматического управления технологическим процессом.

Источники второго и третьего типов стандартные и применяются для питания низковольтных плазмотронов, используемых в технологических процессах плазменного напыления, наплавки, резки, сварки, переплава металла и другие. Нелинейный характер ВАХ дуги приводит к возникновению высокочастотных колебаний, которые могут проникать в питающую сеть и отрицательно влиять на работу других потребителей. Поэтому для создания источников питания первого типа применяется схема со сглаживающим дросселем в цепи дуги (рис. 8.12). Сглаживающий дроссель в цепи дуги в значительной степени сужает частотный спектр возмущений, влияющих на электрическую систему в целом.

Зажигание дуги в плазмотронах производится путем пробоя межэлектродного промежутка осциллятором.

В плазмотронах с секционированным выходным электродом во время запуска анодную цепь питания подключают к первой, ближней к катоду секции, а затем по мере развития дуги последовательно переключают вниз по потоку плазмы и устанавливают на последнем аноде.

принципиальная схема вчи-установки, работающей на частоте 1,76 мгц

Рис. 5. Принципиальная схема ВЧИ-установки, работающей на частоте 1,76 МГц: 1 - анодный трансформатор; 2 - анодный выпрямитель

Высокочастотные плазменные установки питаются от ламповых преобразователей частоты. Принципиальная схема одного из них показана на рис. 5. Установка ВЧИ-63/1,76-ИГ-Л01 мощностью 103 кВт с частотой тока 1,76-2,5 МГц включает в себя анодный трансформатор с напряжением 0,38/1,4 кВ, анодный выпрямитель на тиратронах с напряжением 10,5 кВ и рассчитана на анодный ток 8 А и колебательную мощность 63 кВт. Колебательный контур, являющийся основной нагрузкой лампового генератора, образован эквивалентной индуктивностью плазмотрона L8И емкостью С7. Генераторная лампа является основным элементом источника питания, определяющим его КПД на уровне 0,6-0,7 и срок службы порядка 2000 ч.

Похожие статьи




Энергетические характеристики плазмотронов и источники питания - Электротехнологические плазменные установки

Предыдущая | Следующая