4. Вимоги до змісту звіту

а) Стислий опис роботи (номер та назва роботи, її мета та обсяг, короткі теоретичні відомості).

б) Ескізний розріз установки для визначення питомої електропровідності води та схема електрична принципова лабораторної установки.

в) Заповнений протокол вимірювань, розрахунків і графіки залежностей I=f(t), P=f(t), ρ=f(t), γ=f(t), ρ_t=f(t), γ_t=f(t).

г). Висновки до роботи.

5. Контрольні питання

1. Поясніть порядок проведення дослідів.

2. Назвіть мету вимірювання електропровідності води.

3. Які чинники впливають на питому електропровідність води?

4. У чому полягає метод визначення питомої електропровідності води?

5. Яким чином питома електропровідність води впливає на роботу електродних електронагрівальних установок?

6. Чому потужність стаціонарних електродних водонагрівальних установок в процесі нагріву зростає, а потужність проточних лишається незмінною?

7. Як зміниться питома електропровідність води при зміні міжелектродної відстані?

8. Порівняйте питому електропровідність води для різних зон країни (за табличними даними) з отриманою дослідним шляхом для нашого регіону і дайте аналіз.

Лабораторна робота №4 Дослідження високовольтних джерел живлення установок електронно-іонної технології

Мета: вивчення схем і характеристик високовольтних джерел живлення.

1. Обсяг роботи

1.1 Вивчити принцип дії та зняти характеристики працюючих від мережі високовольтних джерел живлення.

1.2 Вивчити схеми та вузли, зняти характеристики високовольтних джерел живлення, які працюють від гальванічних елементів або акумуляторів.

2. Короткі теоретичні відомості

Для роботи багатьох установок електронно-іонної та розрядно-імпульсної технологій, в тому числі сільськогосподарського призначення, необхідні високі значення постійної або імпульсної напруги. Це повязано з особливостями електротехнологічних процесів. Наприклад, утворення в повітрі заряджених частинок за допомогою коронного розряду можливе лише при напрузі більше 5…10 кВ,шо обумовлено наявністю порогової (критичної) - напруженості електричного поля «тихого» розряду. Імпульсні розряди утворюються при повному електричному пробої середовища, можливому лише при високій напрузі. Крім цього, імпульсні розряди, наприклад в електрогідравлічних установках, являються також «трансформаторами» потужності – розрядна потужність Р_р^// в тисячі і більше разів може перевищувати зарядну (наприклад від мережі) потужність Р_з , що виходить з співвідношення , так як час розряду накопиченої енергії в тисячі разів менший за час заряду .

Таким чином, високовольтні вузли і пристрої являються обов’язковими для багатьох електротехнологічних установок. Такі джерела живлення повинні мати мінімальні масо-габаритні показники, міцну конструкцію, бути зручними в експлуатації, надійними в роботі, мати необхідні елементи захисту, блокування від невірних дій та сигналізацію.

Для отримання високої напруги постійного струму в установках електронно-іонної технології найбільш широко застосовуються два типи джерел живлення: високовольтні випрямлячі і каскадні схеми (схеми множників напруги).

У високовольтних випрямлячах змінна напруга підвищується трансформатором до потрібного рівня, а потім випрямляється . В найпростішому випадку трансформації підлягає напруга мережі промислової частоти. Перспективним є живлення трансформатора підвищеною частотою. При цьому живлення первинної обмотки підвищувального трансформатора здійснюється не безпосередньо від мережі, а через перетворювач змінної напруги промислової частоти в змінну напругу підвищеної частоти (зазвичай тисячі Гц). Завдяки підвищенню частоти можна зменшити площу поперечного перерізу осердя і довжину проводів обмотки, тобто зменшити габарити та масу трансформатора. Для випрямлення однофазного струму найбільш розпоширені однонапівперіодна та двонапівперіодна (мостова) схеми.

Принцип дії каскадних схем (схем множення) заснований на тому, що на навантаження розряджаються послідовно з’єднані конденсатори, кожен з яких заряджається від випрямляча до порівняно низької напруги.

На рисунку 1 наведено спрощену принципіальну схему двох перших ступенів найпростішого каскадного випрямляча. До першої ланки відносяться конденсатори С1, С2 і діоди V1, V2, до другої - конденсатори С3, С4 і діоди V3, V4. В схемі не показано навантаження, яке зазвичай підключається паралельно до конденсаторів нижньої частини схеми (при наявності одного ступеня до точок 2 і 4, при наявності двох ступенів до точок 2 і 6 і т.д.).

Рис.1. Схема електрична принципова двох перших ступенів найпростішого каскадного випрямляча: Т – підвищувальний трансформатор.

В усталеному режимі сумарна напруга на виході схеми (між точками 2 і 6) . В загальному випадку вихідна напруга каскадної схеми , де - число ступенів схеми, - амплітудне значення напруги на вторинній обмотці трансформатора.

Перевага каскадних схем (схем множення) полягає в тому, що вони дозволяють отримати на виході достатньо високу напругу при використанні діодів з відносно низькою припустимою зворотною напругою і трансформатора з малими (за рахунок зменшення коефіцієнта трансформації) габаритами та масою. Основним недоліком таких схем, який збільшується зі збільшенням числа ступенів, - значне зниження випрямленої напруги при збільшенні сили струму навантаження.

Переносні високовольтні пристрої, які працюють в польових умовах - електричні загорожі, імпульсні джерела світла, сигналізатори радіації та ін., - отримують живлення від акумуляторів або гальванічних елементів напругою В. Як правило, ці пристрої з метою зменшення витрат енергії і відповідно збільшення часу роботи акумуляторів або гальванічних елементів працюють в періодичному режимі «ввімкнено - вимкнено» з частотою Гц або в режимі очікування. Для перетворення постійної напруги в високочастотну змінну застосовують мультивібратори і блокінг-генератори, а потім цю високочастотну напругу (100…200 В) підвищують до 5…10 кВ за допомогою множників напруги, як було описано вище, або за допомогою ударного коливального контуру.

На рис. 2 наведено електричну принципову схему високовольтного високочастотного джерела живлення, яке складається з двох вузлів: лівий - блокінг - генератор (до точок А-В на вертикальній лінії) і правий - ударний коливальний контур (зправа від точок А-В на лінії). Аналогічні схеми використовуються в джерелах живлення люмінесцентних ламп, в електрозапальничках, в «шокерах», при створенні пристроїв з трансформаторами Тесла та ін..

Рис. 2. Схема джерела живлення з блокінг-генератором і ударним коливальним контуром.

Перший (лівий) вузол - перетворює низьку напругу в високочастотну змінну напругу порядку В. Фактично це зворотноходовий підвищувальний перетворювач: на першому етапі при лінійному зростанні струму накопичується магнітна енергія в автотрансформаторі Т1 при закритому діоді D1; при виході транзистора Q зі стану насичення змінюється полярність ЕРС, яка індукується в обмотках 1,2 і 3 автотрансформатора Т1, діод D1 відкривається і на другому етапі енергія «перекачується» в правий вузол - заряджає конденсатор С і підвищує напругу на ньому. Некерований діод D3 - дінистор типу КН102, починає пропускати струм (відкривається) лише при напрузі на конденсаторі близько 100 В, тоді в коливальному контурі збуджується затухаюче коливання; зустрічно ввімкнений діод D2 забезпечує протікання в контурі струму при оберненій полярності напруги на конденсаторі С - після його перезарядки. Підбором ємності конденсатора С і індуктивності первинної обмотки підвищуючого трансформатора Т2 досягають того , щоб частота згасаючих коливань в коливальному контурі була в 3…5 раз більшою за робочу частоту блокінг-генератора. З вторинної обмотки 2 підвищуючого трансформатора Т2 знімається висока напруга затухаючих коливань підвищеної частоти, яку можна випрямляти, наприклад, множниками напруги, або безпосередньо використовувати для живлення імпульсних джерел світла.

Щоб|аби| запобігти можливому ураженню|поразці| персоналу струмом|током| при експлуатації установок ЕІТ, усе високовольтне устаткування|обладнання| має бути захищене|обгороджувати| або підняте на безпечну висоту. Корпус установки має бути заземлений. Установка повинна мати наступну|таку| захисну апаратуру:

1. Обмежувальний резистор, що включається послідовно в ланцюг високовольтних електродів установки для зниження до безпечного значення сили струму у високовольтному ланцюзі в разі дотику людини до електродів, а також при короткому замиканні. Як обмежувальний використовують один або декілька послідовно сполучених високовольтних резисторів, наприклад типа КЕВ. Опір обмежувального резистора знаходять з умови

де U — висока випрямлена напруга джерела живлення; - опір тіла (приймається, рівним 1000 Ом). Значення можна брати рівним мА.

2. Автоматичний (тобто, що спрацьовує без участі людини) розрядник для зняття залишкового заряду з електродів після|потім| відключення установки. Крім того, в установках корисно передбачати наявність ручної ізолюючої штанги для накладення заземлення.

В установці мають бути|наявний| дверне блокування, що не дозволяє включати високу напругу при відкритих|відчиняти| дверцях корпусу, а також сигналізація про подачу високої напруги на електроди.