СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Сведения о современном состоянии вопроса

   1. Источники питания

   2. Электродуговые плазмотроны

   3. Постановка задачи исследования

2. Разработка математической модели устойчивости системы источник питания – плазмотрон

   1. Обобщение характеристик электрической дуги в разрядном канале плазмотрона

   2. Интегральные модели устойчивости электрической дуги

3. Исследование устойчивости системы источник питания – плазмотрон

   1. Система источник питания – плазмотрон

   2. Определение режимов устойчивой работы системы

   3. Требования предъявляемые к источникам питания

4. Охрана труда

4.1

Выводы

Список литературы

В В Е Д Е Н И Е

На современном этапе развития науки и техники во всех развитых странах с серьезным размахом проводится исследование по применению низкотемпературной плазмы в машиностроении, химии, металлургии, медицине и других отраслях промышленности. Плазменные процессы охватывают как широкомасштабное конвейерное производство, так и производство небольших количеств специальных веществ и материалов, применяемых в новейшей технике.

В основе современного представления о возможности широкого и эффективного использования электродуговых плазмотронов в промышленности лежат следующие достоинства: большой ресурс работы электродов, надежность и устойчивость электродуговой установки, большой диапазон используемых мощностей, возможность нагрева любых технологически необходимых газов.

1. Сведения о современном состоянии вопроса

1. Источники питания

Качество генерации электрической дуги плазмотронами во многом определяется источником питания (ИП), который должен обеспечивать устойчивое горение дуги в статическом и динамическом режимах, под­держание заданного среднего значения тока, управление средним зна­чением тока в диапазоне от начального до номинального, заданный уровень пульсаций, максимально возможный КПД, максимально возмож­ное значение коэффициента мощности (cosφ) и обладать минимальны­ми массогабаритными показателями.

Следует отметить, что ведущими странами в разработке ИП явля­ются Россия, Германия, Франция, США, Япония. При составлении патент­но-литературного обзора рассматривались лишь ИП плазмотронов посто­янного тока.

В настоящее время ИП плазмотронов постоянного тока в основном строят на основе управляемого выпрямителя (УВ), индуктивно-емкостного преобразователя (ИЕП) и тиристорно-конденсаторного преобра­зователя (ТКП).

Тиристорный УВ с автоматической стабилизацией тока и обрат­ной связью по току (рис.1.1) является наиболее распространенным безбалластным ИП плазмотронов постоянного тока. Такой источник может быть создан на любую мощность и обеспечивает высокий КПД, хорошую регулируемость в широком диапазоне, высокую степень ста­билизации заданного тока. Масса и габариты источника определяются массой и габаритами силового трансформатора и сглаживающего реак­тора L_d . К недостаткам ИП следует отнести уменьшение cosφ при регулировании напряжения вниз от номинального, искажения потребляе­мого из сети тока, необходимость значительной индуктивности L_d в цепи постоянного тока. Известные ИП на базе УВ различаются, как правило, исполнением трансформатора, выпрямителя и системы управ­ления /1-4/. Примером УВ может служить блок выпрямления и стабили­зации тока ТРПТ-3 мощностью до 250 кВт /5/. Определенный интерес представляют также разработки по модернизации выпускаемых се­рийно нереверсивных тиристорных преобразователей типа ТЕ-4 для пи­тания плазмотронов мощностью до 150 кВт/6/. Принцип действия источника питания с ИЕП (рис.1.2.) основыва­ется на свойстве резонансных LC -цепей сохранять неизменной ве­личину тока в цепи нагрузки, подключенной соответствующим образом /7,8/. Поэтому источники с ИЕП просты в исполнении и надежны при эксплуатации. Они обладают достаточно высокими энергетическими по­казателями, особенно коэффициентом мощности, близким к единице. Так, например, источник тока РИТМ-500_, разработанный Институтом электродинамики НАН Украины, при номинальной мощности 180 кВт име­ет КПД и cosφ порядка 0,9 (5). Однако большие габариты и масса применяемых конденсаторов и индуктивностей ограничивают верхний предел источников по мощности на уровне в 500 кВт, а трудность регулирования тока в сочетании с зависимостью выходного тока от падающего напряжения значительно сужает область их использования.

Наиболее перспективными являются ИП со звеном повышенной часто­ты, представляющим собой ТКП (рис. 1.3) или инвертор тока (ИТ) с вы­прямителем на выходе. В случае ИТ требуются дополнительные узлы за­щиты инвертора от режима холостого хода, что усложняет схему. В ис­точниках с ТКП формирование заданного уровня выходных параметров производится путем изменения частоты переключений тиристоров, а их стабилизация - введением обратной связи. Частотный способ регулиро­вания положительно влияет на массо-габаритные показатели источника, причем минимальная масса и габариты и максимальный КПД обеспечивает­ся при использовании высокочастотных тиристоров и конденсаторов на тактовой частоте 2-5 кГц(9). Рассмотренные ИП относятся к однопостовым источникам, предназ­наченным для питания плазмотронов с одной дугой.

Блок-схема источника питания с тиристорным УВ

Рисунок 1.1.

Блок-схема источника питания с ИЕП

Рисунок 1.2

Блок-схема источника питания с ТКП

Рисунок 1.3