В предыдущем разделе была указана причина ограничения рабочих режимов плазмотрона при уменьшении расхода газа и увеличении силы тока, а именно нарушение протягивания дуг в смесительную камеру, т. е. их замыкание на конфузоры. Выясним теперь, что является огра­ничивающим фактором при увеличении расхода и давления и уменьшении

Рис. 5.8. Зависимости напряжения на /у

дуге от расхода воздуха:

о - d - 20 мм, </л = 20 мм; • - d «

кр 0 кр 2

14 мм; <Г - 20 мм: А — d >20 мм;

0 кр

= 25 мм ^

О

силы тока. Оказалось, как и следовало ожидать, что увеличение <?(и р) при d = const и уменьшение / вызывают рост напряжения на дуге

U до значения, при котором горение дуг в плазмотроне становится неустойчивым. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

На рис. 5.8 показаны зависимости напряжения на дуге от расхода газа. Ниже представлены значения напряжения, при котором проис­ходит погасание дуг (напряжение срыва горения [/ ). Поскольку срыв

горения дуг при увеличении расхода носит вероятностный характер, то определение точных значений U и соответствующих Gm не пред­ставляется возможным. Поэтому ниже даны диапазоны значений U и С, внутри которых находятся U и G. Нижнее значение G соответствует

нормальному режиму работы, верхнее - режиму, когда после поджига сразу происходил срыв горения дуг.

Максимальное напряжение срыва ~ 2,8 кВ. Интерпретация этого фактора состоит в следующем.

Из линейной теории дуги переменного тока следует, что непре­рывное (без пауз) горение дуги в однофазной цепи с последовательно включенной индуктивностью может осуществляться лишь в том случае,
если эффективное значение напряжения на дуге U составляет не более 0,71 от ЭДС источника питания, т. е. U < 0,71 Е (подробнее см. разд. 7.2). В симметричной трехфазной цепи это напряжение воз­растает до * 0,84 Е. В рассматриваемом случае Е = 3,5 кВ и условие беспаузного горения принимает вид U < 2,9 кВ, т. е. справа стоит значение, близкое к максимальному напряжению срыва горения. Сле­довательно, физически явление погасания дуг при U > объясня­ется, по-видимому, тем, что в течение возникающих пауз протекания тока происходят быстрая деионизация разрядного промежутка и на­растание его электрической прочности, так что после перехода значений тока (и напряжения) через нуль повторное зажигание от­сутствует.

Различие в значениях I/ , соответствующих разным значениям,

можно интерпретировать как влияние скорости газа в конфузоре на электрическую прочность дугового промежутка в период паузы тока. Действительно, при уменьшении скорость газа в конфузоре

уменьшается, плазма из него выносится медленнее и значение U

т

должно возрастать. Такая тенденция видна из приведенных выше данных. При весьма малой скорости возможен, по-видимому, режим горения с паузами, т. е. при U/E > 0,84. Однако во время пауз тока мощность в дуге не выделяется, так что увеличение U бу­дет приблизительно компенсироваться уменьшением времени горения дуги, поэтому ожидать заметного энергетического выигрыша не при­ходится.

Следует также отметить, что условие 1/^/£ < 0,84 справед­ливо лишь для дуг без значительных пиков зажигания, т. е. для сильноточных дуг. Увеличение пика зажигания снижает значе­ние U. т

Таким образом, зная напряжение питающей сети, можно ориенти­ровочно определить максимально возможное напряжение на дуге. Это дает возможность рассчитывать предельные режимы плазмотрона "Звезда”.

Рассмотрим кратко вопрос о максимальном коэффициенте мощности плазмотрона, равном отношению мощности, выделяемой в дуговых раз­рядах Р, к кажущейся мощности источника питания 5. Если принять, что напряжение на дуге имеет прямоугольную форму, а ток - сину­соидальную форму, то средняя за полупериод мощность дуги Р =

= (2 $ГШ1, где I - эффективное значение силы тока. Если U =

= 0,84 Е, то Р = 0,76 £7 = 0,765. Отсюда видно, что макси - шах

мальный коэффициент мощности плазмотрона k - 0,76. Экспери-

ртах

ментально было получено максимальное значение k^, равное прибли­зительно 0,7.