Математическая модель сжатой электрической дуги в канале плазматрона

причём для второго устройства форма этого тока значительно искажена, а это «заражает» сеть высокочастотными помехами.

Предлагается новый вариант устройства, свободный от всех перечисленных недостатков. Силовая часть устройства представляет собой преобразователь частоты, состоящий из трёхфазного управляемого выпрямителя напряжения и однофазного инвертора напряжения. Тот и другой преобразователи выполнены на основе ЮВТ - транзисторов. Выпрямитель потребляет из сети практически синусоидальные токи с коэффициентом мощности, равным единице. Инвертор создаёт в установившемся режиме практически синусоидальный испытательный ток. Частота этого тока устанавливается в соответствии с номинальным значением испытываемого аппарата: 50, 60 или 400 Гц.

Предполагается снабдить устройство блоком для диагностики цепи испытательного тока: определения её сопротивления и коэффициента мощности. Это позволит устанавливать испытательное напряжение с таким значением и с такой начальной фазой, которые обеспечат исключение свободной составляющей испытательного тока. Другими словами, испытательный ток установится сразу, без переходного процесса.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент ГШ 2093847. Устройство для испытания токовой защиты / Г.Е. Кувшинов, Б.А. Морозов. Бюл. 1997, № 29.

2. Патент 1Ш 2240622. Устройство для проверки токовой защиты / Г.Е. Кувшинов, Б.А. Морозов. Бюл. 2004, № 6.

Герасимов В.А., Достовалов В.А.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СЖАТОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ

В КАНАЛЕ ПЛАЗМАТРОНА

Перспективным направлением, повышающим экономические показатели систем локальной теплоэнергетики, является использование в качестве топлива отработанного масла. По ряду причин, в основном организационного и технологического характера, для сжигания такого топлива предпочтительными являются горел очные устройства малой мощности (70... 200) кВт, оборудованные устройствами плазменного розжига. Применение плазменной струи для розжига топливного факела обеспечивает надежное воспламенение и стабилизацию горения топлива.

Одной из главных задач, которые возникают при создании системы генерирования плазменной струи, является разработка комплекса из специального маломощного плазматрона и источника питания плазматрона. При этом на конструкцию плазматрона накладывается ряд ограничений, связанных с условиями его использования в горелочных устройствах малой мощности. Это и требование малых габаритов, и необходимость использования в качестве плазмообразующего газа воздуха от штатного вентилятора без применения каких-либо дополнительных воздуходувок или компрессоров, достаточно высокий ресурс работы, простая замене расходных элементов и т.п. От источника питания, в свою очередь, требуется технологическая и схемотехническая совместимость с системой автоматики горелочного устройства, поджиг и стабилизацию плазменной струи, а также обеспечение работы плазменной струи на малых токах (4...6) А., что является главной особенностью разрабатываемого источника питания. Кроме этого источник питания должен обеспечивать надежное зажигание электрической дуги и ее стабилизацию в канале плазмотрона.

Следует заметить, что применение указанного комплекса не ограничивается задачей розжига топлива, а может быть значительно шире. Экспериментальные работы авторов показывают, что его применение возможно, например, для поверхностной обработки металлов с многочисленными вариациями конструкций плазматронов и алгоритмов работы. По этой причине в докладе не приводиться анализ известных технических решений для розжига тяжелых углеводородных топлив, а создание плазменной установки с перечисленными параметрами признано самостоятельной актуальной задачей.

Анализ возможных вариантов построения источника питания показывает, что для эффективной стабилизации плазменной струи при указанных ограничениях источник должен включать в свой состав быстродействующую систему автоматического регулирования, причем эта система должна быть выполнена с обратной связью по регулируемой переменной - току электрической дуги в канале плазматрона.

Из теории автоматического регулирования известно, что построение подобных систем начинается с определения характеристик объекта регулирования, которым в рассматриваемом случае является электрическая цепь нагрузки источника. Эта цепь состоит из сглаживающего реактора, балластного резистора, обратного диода и дугового промежутка, в котором генерируется плазменная струя.

Нестационарным и к настоящему времени малоисследованным элементом указанного объекта регулирования является сжатая электрическая дуга в режиме малых токов, подверженная переменным газодинамическим возмущениям.

В общем случае математическая модель дуги обычно принимается в виде некоторого активного нелинейного сопротивления. Однако, если модель сжатой дуги предназначена для решения конкретной задачи - синтеза системы автоматического регулирования и ее параметрической оптимизации, то более удобным является иной подход.

В работе предложена структура математической модели сжатой электрической дуги в канале в канале маломощного плазматрона. В этой модели реализованы газодинамические возмущения, изменяющие точку привязки дуги, ее электрические параметры (напряжение, ток) и, соответственно, ее стабильность. Структура модели представлена в виде последовательно включенных двух источников противоЭДС и резистора. Один из источников моделирует вольтамперную характеристику сжатой дуги в рассматриваемом диапазоне рабочих токов, второй - переменные газодинамические возмущения, а резистор моделирует внутреннее динамическое сопротивление дуги.

Проведенный авторами комплекс экспериментальных исследований на свободно горящей дуге при различных токах и расстояниях между электродами, а также измерение параметров сжатой дуги в канале реального плазматрона позволили установить количественные соотношения для математической модели дуги.

Полученные результаты были использованы при составлении полной математической комплекса, состоящего из модели регулятора тока дуги и модели объекта регулирования. Полная модель реализована в программе имитационного моделирования «Electronics Workbench». Сопоставление параметров процессов в реальной установке плазменного розжига и в ее математической модели привели к выводу о практически полной адекватности модели и реальной системы в принятом диапазоне работы. Высокая функциональность модели и ее топологическая эквивалентность реальной системе представили возможность провести ряд измерений, которые помогли уточнить суть явлений и процессов в системе, а также позволили оптимизировать настройки регулятора тока дуги. При этом критерием оптимизации являлось быстродействие системы, высокое значение которого способствует эффективной отработке влияния газодинамических возмущений и, как следствие этого, стабилизации режима работы плазменной струи.

ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ КАЧКИ СУДНА, РАСПОЛОЖЕННОГО ЛАГОМ

КВОЛНЕНИЮ

Расчётным воздействием на систему управления глубиной погружения буксируемого подводного объекта является вертикальная качка судна-носителя, расположенного лагом к направлению распространения нерегулярных волн. (Большие возмущения имеют место при попутном волнении, но этот режим при буксировке подводного объекта стремятся избегать.) Этот случайный процесс можно моделировать, если известны спектральная плотность волнения и передаточная функция, связывающая изображения по Лапласу волновых ординат и перемещений точки подвеса троса. Если эта точка расположена в продольной вертикальной плоскости судна, проходящей через его центр масс, то на буксируемый объект бортовая качка практически не влияет, и возмущающее воздействие оказывает только вертикальная качка судна.

Для расчёта этой качки в теории корабля используется частотная функция, являющаяся отношением изображений в виде комплексных чисел волновых ординат и вертикальных перемещений центра масс судна. Амплитудная частотная характеристика этой функции, равная отношению амплитуды качки £ к амплитуде волны г, имеет вид [1, 2]:

Кувшинов Г.Е., Чепурин П.И.