Лабы по плазменной электронике / ЛР5 Исследование коронного разряда

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ЭПУ

отчет

по лабораторной работе №5

по дисциплине «Вакуумная и плазменная электроника»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ КОРОННОГО РАЗРЯДА

Студенты гр.
Преподаватель		Карзин В.В.

Санкт-Петербург

202X

Цель работы

Ознакомление с основными свойствами коронного разряда.

Схема лабораторной установки

Рис. 1. Блок-схема лабораторной установки

Основные расчетные формулы

Формулы характеристики коронного разряды для следующих случаев:

– провод – плоскость

,

где h – расстояние от провода до плоскости; r₀ – радиус коронирующего провода; k – подвижность заряженных частиц (положительная k ⁺=1.8·10^–4 м²/B·сек, отрицательная k^– =1.6·10^–4 м²/B сек); U₀ – напряжение возникновения короны;

– проводов радиуса r₀, расположенных на равном расстоянии от плоскостей и на расстоянии d один от другого

.

Константа А рассчитывается отдельно для каждого значения h и d.

Для любой конфигурации электродов ток коронного разряда можно представить следующим выражением

.

Экспериментальные данные

Таблица 1. ВАХ отрицательного коронного разряда с острий

Игла 1		Игла 2			Игла 3		Ряд игл 1			Ряд игл 2
U, кВ	I, мкА		U, кВ	I, мкА	U, кВ	I, мкА		U, кВ	I, мкА		U, кВ	I, мкА
5,25	5		5,2	5	5,1	3		5,1	5		4,4	5
5,6	10		5,8	10	5,8	5		5,5	10		4,8	10
6,2	20		6,3	20	6,0	7		5,7	15		5,0	15
6,5	30		6,6	30	6,5	10		6,1	20		5,2	20
6,8	40		6,7	40	7,0	15		6,5	30		5,4	25
7,0	50		6,9	50				7,0	40		5,6	35
											5,9	40
											6,0	50

Таблица 2. ВАХ положительного коронного разряда с иглы 1

U, кВ	5,5	6,1	6,4	6,7	7,0
I, мкА	1	2	3	4	5

Обработка экспериментальных результатов

На Рис. 2 представлены ВАХ отрицательного коронного разряда:

– промежутка игла – плоскость для трех фиксированных расстояний между электродами: H₁ = 5,5 мм; H₂ = 6,5 мм; H₃ = 8 мм;

– промежутка ряд игл – плоскость для двух значений расстояния между иглами в ряду b = 7,5 мм и b = 2,5 мм.

В обоих случаях расстояние между электродами Н = 6,5 мм.

Рис. 2. ВАХ отрицательного коронного разряда для игл и рядов игл

ВАХ отрицательного и положительного коронного разряда для иглы 1 см. на Рис. 3.

Рис. 3. ВАХ отрицательного и положительного коронного разряда на игле 1

Для полученных ВАХ коронного разряда промежутка острие – плоскость рассчитаем теоретические зависимости и сравним их с экспериментальными данными. Значения коэффициента А определим из экспериментальных ВАХ по формуле

.

Далее усредним A, полученные для всех точек ВАХ конкретного образца. Будем использовать для построения теоретического графика ВАХ.

Пример расчета для иглы 1:

Графики ВАХ представлены на Рис. 4-9, значения – в табл. 3.

Таблица 3. Значения коэффициентов для графиков,×10⁸

Рис. №	4	5	6	7	8	9
	2,51	2,16	0,74	2,31	3,09	0,28

Рис. 4. ВАХ отрицательного коронного разряда на игле 1

Рис. 5. ВАХ отрицательного коронного разряда на игле 2

Рис. 6. ВАХ отрицательного коронного разряда на игле 3

Рис. 7. ВАХ отрицательного коронного разряда на серии игл 1

Рис. 8. ВАХ отрицательного коронного разряда на серии игл 2

Рис. 9. ВАХ положительного коронного разряда на игле 1

Выводы

В лабораторной работе исследовались отрицательный и положительный коронный разряды, получаемые между остриями и плоскостью.

При отрицательном коронном разряде острие является катодом, испускающим электроны в разрядный промежуток. Ток в разрядном промежутке создают положительные ионы. Мы наблюдали свечение ионизованных газов в активной области разряда. Наблюдаемое свечение коронного разряда концентрируется в сине-зеленой и ультрафиолетовой областях спектра, имеет фиолетовый оттенок. Цвет спектра объясняется тем, что складывается преимущественно из молекулярных полос испускания азота и кислорода.

При положительном разряде острие представляет собой анод, собирающим электроны из промежутка. Разряд происходит через стримеры, возникновение которых сопровождается потрескиванием, ионизацией газов в разрядном промежутке и выделением О₃.

Для возникновения коронного разряда подавалось напряжение в кВ, чтобы обеспечивалась большая напряженность поля у электрода, которая должна превосходить электрическую прочность воздуха. На общем графике ВАХ газовых разрядов коронный разряд будет находиться на пике напряжения между аномальным разрядом и переходной областью к дуговому разряду.

В работе были получены ВАХ отрицательного коронного разряда с трех игл, причем, как видно на сравнении на Рис. 2, при уменьшении длины иглы график смещается вправо. Это можно объяснить увеличением разрядного промежутка, для прохождения через который разряд должен возникать при большей напряженности поля на острие (большем U).

ВАХ первого ряда игл может схожа с ВАХ отдельной иглы, а второго характеризуется самым малым напряжением возникновения коронного разряда. Этот график располагается левее остальных.

Для любой конфигурации электродов при отрицательном коронном разряде используется формула , с помощью которой мы построили теоретические ВАХ. Коэффициент A был рассчитан для каждого образца как средний по экспериментальным точкам ВАХ.

Порядок величины A – 10^-8 – 10^-9 А·с/(м²·В).

Как показали эксперимент и расчет, отрицательный и положительный коронный разряд имеют параболическую ВАХ, оба аппроксимируются заданной формулой.