3 Определение характеристик плазмотрона
3.1 Вольт-амперные характеристики
Вольт-амперная характеристика дуги (ВАХ) – это зависимость напряжения от силы тока при постоянстве геометрических размеров электродуговой камеры, расхода газа, его давлении в характерном сечении и других определяющих параметров. Для плазмотронов с длиной дуги, меньшей длины самоустанавливающейся, ВАХ имеет как участок падающей зависимости напряжения от силы тока (при низких токах, когда длина дуги становится равной длине самоустанавливающейся), так и восходящий участок (когда рабочая длина дуги становится меньше длины самоустанавливающейся). Рабочим участком является восходящая ветвь ВАХ.
Восходящий участок описывается уравнением (2.3). ВАХ данного плазмотрона представлена на рис. 3.1:
Рисунок 3.1 – Вольт-амперные характеристики плазмотрона
Данные кривые построены для трёх расходов рабочего газа в диапазоне изменения тока от 266 до 494 А.
3.2 Тепловые характеристики
Кривая, показывающая зависимость теплового КПД от силы тока при остальных неизменных параметрах, описывается выражением (2.4).
Зависимость КПД от силы тока дуги имеет падающий вид. Это обусловлено тем, что при увеличении силы тока возрастают тепловые потоки в анод и катод, следовательно, КПД падает.
График зависимости теплового коэффициента полезного действия от тока при изменении силы тока от 266 до 494 А для трёх расходов газа представлен на рис. 3.2:
Рисунок 3.2 – Зависимость теплового КПД от силы тока
Зависимость теплового потока в анод от силы тока для трёх расходов газа показана на рис. 3.3. Тепловой поток в анод с ростом тока будет возрастать. Исследования показали, что в начальном сечении разрядного канала теплопотери происходят в основном за счет излучения дуги, а на конечном - за счет конвективной теплопередачи.
Зависимость теплового потока в катод от силы тока приведена на рис. 3.4.
Исследования показывают, что тепловой поток в катод не зависит от расхода газа и определяется лишь силой тока дуги. График построен для диапазона изменения тока от 266 до 494 А.
4 Выбор источника питания плазмотрона
Качество генерации электрической дуги плазмотронами во многом определяется источником питания (ИП), который должен обеспечивать устойчивое горение дуги, поддержание заданного среднего значения тока, управление средним значением тока в диапазоне от начального до номинального, максимально возможный КПД, заданный уровень пульсаций, максимально возможное значение коэффициента мощности, обладать минимальными массогабаритными показателями и ценой.
Для данного плазмотрона необходимо использовать следующий источник питания: тиристорный управляемый выпрямитель с автоматической стабилизацией тока и обратной связью по току.
Напряжение холостого хода источника питания должно быть больше напряжения на дуге, но не менее
В качестве такого источника выбран ИП типа ВУЦ - 630/1У4-1, у которого номинальная сила тока составляет 630 А, номинальное напряжение 1кВ и мощность 630 кВт. Данный источник состоит из силового блока, блока фазового управления (БФУ) и блока автоматической стабилизации тока (АСТ). Силовой блок выполнен по мостовой схеме выпрямителя. Выпрямитель снабжен обратной связью по току, сигнал которого снимается с трансформаторов тока и поступает в АСТ, где он выпрямляется. Сигнал рассогласования между заданием и обратной связью по току поступает в БФУ, в результате чего происходит увеличение или уменьшение угла открывания тиристоров , т.е. регулирование тока нагрузки в заданном диапазоне. Наличие обратной связи по току позволяет сформировать падающие внешние вольт-амперные характеристики выпрямителя.