Для того чтобы обеспечить стойкость электродов, а следова­тельно, большой ресурс непрерывной работы и минимальное загряз­нение нагреваемого газа, приэлектродные участки дуги должны пере­мещаться (обычно по окружности) по поверхности электродов с до­статочно большими скоростями. В большинстве мошных плазмотронов применяются два способа вращения приэлектродных участков дуги: а) потоком нагреваемого газа, имеющим тангенциальную составляющую скорости (вращение газовым вихрем); б) наложением соответственно направленного магнитного поля (магнитное вращение). Основным преимуществом магнитного вращения является то, что путем увели­чения магнитного поля можно получить очень большие скорости пе­ремещения приэлектродного участка дуги.

Вращение приэлектродных участков дуги переменного тока можно осуществить с помощью как постоянного, так и переменного магнитных полей. При применении постоянного магнитного поля электромагнитная сила будет менять направление два раза за период и приэлектродный участок будет вращаться в разные стороны в разные полупериоды то­ка. Для плазмотронов с магнитной стабилизацией дуги это обстоя­тельство не имеет значения (если только напряженность магнитного поля выбрана достаточно большой, чтобы за один полупериод дуга делала не менее одного оборота).

Однако для плазмотронов переменного тока с вихревой стабили­зацией дуги применение постоянного магнитного поля нецелесообразно по следующей причине. Если в какой-нибудь полупериод приэлект­родный участок, или “ножка” дуги, вращается в ту же сторону, что и вихрь, то в следующий полупериод направление вращения изменится на противоположное. Это приведет к уменьшению скорости вращения ножки дуги или даже к ее остановке на какое-то время, что, естественно, ухудшит стойкость электродов.

Применение переменного магнитного поля для вращения дуги пе­ременного тока или ее ножки имеет ряд принципиальных особенностей. Рассмотрим элемент плазмотрона с вихревой стабилизацией дуги, состоящий из электрода с магнитной катушкой, питаемой переменным током (рис. 6.1).

Переменное магнитное поле, создаваемое катушкой, индуцирует в электроде ток, магнитное поле которого направлено противоположно полю катушки. Поэтому, во-первых, магнитное поле внутри электрода меньше магнитного поля катушки, во-вторых, оно сдвинуто по фазе относительно поля катушки.

В количественном отношении ослабление поля и фазовый сдвиг за­висят от материала электрода, диаметра и толщины его стенки. В стенке электрода происходит поглощение части энергии электромаг­нитного поля, при этом она нагревается. Ослабление поля внутри электрода снижает скорость вращения ножки дуги, однако этот эффект можно легко устранить, увеличивая число витков катушки и силу тока (т. е. число ампервитков). Сложнее обстоит дело с фазовым сдвигом. Он приводит к тому, что в некоторые промежутки времени ножка дуги будет двигаться в сторону, противоположную основному направлению вращения, т. е. возникает тот же эффект, что и при применении по­стоянного магнитного поля. Сказанное поясняет рис. 6.2, на котором показаны синусоиды тока дуги и напряженности магнитного поля //, сдвинутые на фазовый угол </>, а также кривая электромагнитной силы F ~ Ш. Видно, что эта сила меняет знак два раза за период, причем при достаточно большом нулевые значения силы почти совпадают по времени с амплитудными значениями силы тока, что, естественно, усугубляет проблему стойкости электрода.

Таким образом, наличие значительного фазового сдвига недо­пустимо с точки зрения обеспечения нормальной работы электрода, поэтому система магнитного вращения должна включать в себя уст­ройство коррекции фазового сдвига. В принципе могут существовать

две системы такой коррекции: внешняя и автономная. При исполь­зовании внешней системы катушки должны питаться от электрических источников, снабженных фазосдвигающими устройствами. Эта система регулирования фазового сдвига имеет крупный недостаток, заклю­чающийся в следующем. При изменении режима работы плазмотрона из­меняется сопротивление дуги и, естественно, меняется фаза тока по отношению к фазе напряжения источника питания. В соответствии с этим меняется и фаза магнитного поля, т. е. должна существовать система автоматического регулирования, обеспечивающая согласование фазы тока с фазой магнитного поля.

В автономной системе магнитные катушки включаются последова­тельно с дуговыми разрядами, поэтому величина сдвига фаз не зави­сит от режима работы плазмотрона, что является главным преиму­ществом такой системы.