2. Задачи исследования.

Освоение методики изучения вольт-амперных характеристик электрического дугового разряда в газовых средах и установление зависимости этих характеристик от геометрии разрядной системы (расстояния между электродами) и материала электродов. Опытное определение напряжения зажигания дуги при различной геометрии системы

3. Методика исследования.

3.1 Описание экспериментальной установки.

Экспериментальная установка для изучения вольт-амперных характеристик электрического разряда представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 Экспериментальная установка для изучения вольт-амперных характеристик электрического разряда.

Катод 1 зажат контактным кольцом 2 к которому подсоединены отрицательный полюс трансформатора – выпрямителя 11 (ВД-306) и механизм перемещения электрода в вертикальной плоскости 3. Механизм перемещения электрода закрепляется на лабораторном штативе 5. На этом же штативе закреплена шкала для замера расстояния между концом катода и поверхностью анода 7, который забит в стальной кожух 6. Анод вместе с кожухом прикреплен к положительному полюсу ВД-306. Для исключения разряда между катодом и корпусом стенки корпуса обмазаны огнеупорной глиной, которая представляет собой своего рода футеровку 8. Вторичное напряжение трансформатора измеряется последовательно подключенным вольтметром 9. Сила тока в цепи – амперметром 12. Включение, отключение, а также регулировка напряжения осуществляется с помощью пульта дистанционного управления 10.

3.2 Порядок выполнения работы.

1. Измерить диаметр катода. Собрать электрическую схему экспериментальной установки. Включить трансформатор, пультом управления установить начальное вторичное напряжение.

2. Медленно опускать катод до тех пор, пока не загорится электрическая дуга. Зафиксируйте расстояние. Это расстояние называется расстоянием поджигания дуги L_п. Прогрейте анод до красного каления. Медленно поднимать катод до тех пор, пока дуга не погаснет. Зафиксируйте расстояние. Это расстояние называется максимальным расстоянием горения дуги L_max.

3. При максимальном расстоянии горения дуги добейтесь устойчивого (в течение 10-15 секунд) горения и с помощь пульта управления начинайте увеличивать вторичное напряжение и через каждые 5 вольт записывайте значение силы тока. Поскольку она не будет постоянной, а подвержена колебаниям, то записывать средние значения. Увеличивайте напряжение до тех пор, пока не достигнете тока насыщения. Погасите дугу и дождитесь, пока установка остынет.

4. Установите новое начальное значение вторичного напряжения и повторите опыт по пунктам 2 и 3.

5. По заданию преподавателя поместите на поверхность анода какой-либо материал – металл, шлак и так далее в количестве, обеспечивающем покрытие поверхности катода после расплавления. Повторить опыт по пунктам 2-4. Все данные записывать в таблицу 1.

4. Обработка экспериментальных данных, содержание отчета

1. Построить график графики зависимости силы тока дуги от напряжения (вольт-амперные характеристики). По графикам определить при каждой длине дуги напряжение, при котором будет, достигнут ток насыщения, и определить для каждого случая значение силы тока насыщения. Все данные свести в таблицу 2.

2. Рассчитать сопротивление дуги R как тангенс угла наклона прямолинейной части вольт-амперной характеристики.

3. Рассчитать условное удельное сопротивление плазмы по формулам:

 = F * L_max / R, (1)

где: F – площадь сечения потока плазмы (принимаем как 10% от площади сечения катода, см²

L_max – длина дуги, см²

R – сопротивление дуги, Ом

4. На основании полученных результатов, с помощью математического пакета корреляционно-регрессионного анализа установить многофакторную зависимость вида: Сила тока насыщения – I_насыщ = f (вторичное напряжение, обеспечивающее ток насыщения U_насыщ ; длина дуги)

5. Сделать выводы по работе об оптимальном значении вторичного напряжения.

Таблица 1. Результаты определения вольт-амперных характеристик электрических разрядов в воздухе.

Исходное напряжение, В
Расстояние Lп, см
Расстояние Lmax, см
Сила тока, А
Напряжение, В
Сопротивление дуги, Ом
Удельное сопротивление плазмы, Ом*см
Материал, помещенный на анод

Таблица 2. Силы тока насыщения и соответствующие ей напряжения и длины дуги

Ток насыщения Iнасыщ,
Напряжение тока насыщения Uнасыщ, В
Расстояние Lmax, см

Контрольные вопросы:

1. Что такое электрическая дуга ? Чем отличается дуга постоянного тока от дуги переменного ?

2. Что такое электрический разряд в газах ?

3. Какие существуют виды разрядов ?

4. Чем отличается вольт-амперная характеристика тихого разряда от дугового разряда ? Какой разряд преобладает в электродуговой печи?

5. Какие требования предъявляются к электрическому разряду в печи ? Поясните.

6. Что может повлиять на вольт-амперные характеристики в условиях печи ?

7. Как примерно измерить удельное электрическое сопротивление плазмы ?

8. Какие были сделаны выводы и изучены закономерности в ходе работы ?