РАЗДЕЛ 2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
Для исследования процессов, происходящих в разрядной камере ЭДН, а также проверки конструктивных элементов электродугового нагревателя газа на их работоспособность и эффективность нами создана экспериментальная установка. Как видно из структурной схемы (рис. 2.1), экспериментальная установка состоит из источников питания ЭДН водой, газами, электроэнергии и соответствующих блоков контрольно-измерительного и диагностического оборудования. Ниже излагается их описание.
2.1. Система питания установки электроэнергией
На рис. 2.2 приведена принципиальная схема электропитания экспериментальной установки, где в качестве базового источника питания принят тиристорный преобразователь (ТП-1) серии ТЕ-8 или ТЕ-4, выпускаемые заводом "Электровыпрямитель" (Россия, г. Саранск). Основным критерием при выборе источника и его модернизации являлась устойчивость системы ИП-ЭДН. Для обеспечения безбалластной работы ЭДН необходимо было сформировать у источника питания круто падающие внешние характеристики. Источник питания имеет следующие основные технические данные:
напряжение холостого хода, В 520
пределы регулирования тока, А 70-500
коэффициент полезного действия 0,86
коэффициент мощности 0,96.
Кроме того, система электропитания включает демпфирующий дроссель (ДР.1), выполненный в виде двух однослойных катушек, намотанных многожильным изолированным проводом на изоляционные каркасы, и соединенных последовательно между собой. В нашем случае индуктивность дросселя составляла 0,197 мГн.
Для снятия вольт-амперных характеристик в схеме предусмотрен жид-
Рис 2.1. Структурная схема экспериментальной установки: 1-источник электропитания; 2-блок контрольно-измерительной аппаратуры; 3-система газоснабжения; 4-система водоснабжения (охлаждения); 5-блок диагностического оборудования; 6-медная водо-охлаждаемая секция; 7-ЭДН
Рис 2.2. Принципиальная схема электропитания экспериментальной установки
костный реостат (ЖР) с изменением активного сопротивления в пределах 0,2 - 0,6 Ом и резисторы типа НФ-1АУЗ с суммарным сопротивлением 0,73 Ом. Резисторы разделены на три секции, шунтирование которых осуществляется с помощью контактов 1У-3У контакторов типа КП-604, управляемых командо-аппаратом (КА).
Применение электродуговых нагревателей газа в различных производственных процессах предусматривает стабильность их работы для обеспечения приближенного постоянства требуемых параметров технологических процессов. Для этого дугу в разрядном канале необходимо каким-нибудь способом фиксировать по длине и обеспечить её горение по оси канала. Поперечные колебания дуги снижают за счет вихревой подачи газа или жидкости, а продольное шунтирование-применением специальной геометрии канала, т.е. стабилизацию дуги осуществляют либо аэродинамическими силами, либо электродинамическими силами, либо в их совокупности с применением секционирования и профилирования разрядного канала. Кроме того, непрерывность работы ЭДН при произвольном изменении параметров тока, напряжения и рабочего газа обеспечивается условиями устойчивости системы "дуга-источник питания", связанными с выбором оптимальной характеристики источника питания и с КПД дугового нагревателя [9].
Для системы "источник питания с постоянным напряжением - открытая дуга" устойчивость определяется током и параметрами цепи-U, Rб, L, С. Это наиболее распространенная схема питания электродугового нагревателя, содержащая источник питания, омическое сосредоточенное (балластное) сопротивление, индуктивность, емкость. При установившемся режиме
Uuy=Uy+RбIу (2.1)
(Uu -напряжение источника питания; индекс у-величина соответствует установившемуся режиму) .
Установившийся режим осуществляется при G=const, d=const, p=const, при этом уравнение (2.1) имеет два решения [9], определяющие области устойчивого и неустойчивого горения дуги. Граница, отделяющая участки статической вольт-амперной характеристики дуги с устойчивым и неустойчивым ее горением определяется в предельном случае, когда оба решения сливаются в одно [9, 39].
На рис. 2.3 изображены внешняя характеристика источника питания Uu=f(Iu) и зависимость напряжения U?=U+RбI от тока. Тангенс угла наклона ? касательной к кривой U? представляет собой величину Rб+R*, a tg? -есть тангенс угла наклона касательной к внешней характеристике источника. При каких-либо малых возмущениях установившийся режим нарушается, величина тока изменяется, становится равной I=Io+?I. Если с течением времени изменение тока ?I?0, значит, горение дуги возвращается к начальному состоянию и режим устойчив. Конечно, при изменении величины тока в дуге изменяются и Iu, Uu, U? .
В излагаемой работе напряжение источника питания постоянно, и условием устойчивости горения дуги является выполнение неравенств [9]
Rб+R*>0, L+CRбR*>0. (2.2)
В точке В (рис. 2.3) угол ? положительный, а угол ? -отрицательный (угол отсчитывается от оси I в сторону положительного направления касательной). При этом выполняется условие (2.2) и дуга устойчива: если Iu увеличивается, то Uu становится меньше потребного горения дуги и источник оказывается не в состоянии поддерживать возросшую силу тока и ток возвращается к прежней величине; если же сила тока уменьшается, то возникает избыточное напряжение Uu>U? и сила тока возрастает до прежней величины, т.е. дуга в режиме В устойчива при любых малых отклонениях. В точке А условие устойчивости (2.2) не выполняется, и при любых отклонениях силы тока дуга в начальное состояние (режим А) не возвращается, т.е. является неустойчивой. При увеличении Rб точки А и В, перемещаясь по кривой Uu=f(Iu), сближаются вплоть до совпадения-предельный случай. Если внешняя характеристика источника питания крутопадающая (т.е. R*>tg?), то дуга самоустанавливающейся длины может гореть устойчиво и б
- Київ+380960830922