Сравнительный анализ энергетических возможностей роторов автотракторных генераторов с различными системами возбуждения

В варианте трансмиссии без демпфера наблюдаются 2 резонансные частоты, вызванные совпадением собственной частоты крутильных колебаний первичного вала со второй главной гармоникой двигателя при минимальных значениях частоты вращения коленчатого вала двигателя и собственной частоты крутильных колебаний вторичного вала со второй гармоникой двигателя при средних значениях частоты вращения коленчатого вала двигателя и с четвертой при минимальных. Введение демпфера в сцепление и маховик позволяет вывести собственную частоту первичного вала из совпадения с гармониками двигателя на рабочих оборотах коленчатого вала, так же собственная частота вторичного вала выводится из совпадения с четвертой гармоникой двигателя. Из негативных последствий данных изменений нужно отметить появление собственной частоты ведомой части составного маховика, которая совпадает со второй основной гармоникой двигателя при высоких значениях жесткости, а для случая введения демпфера крутильных колебаний в ведомый диск сцепления — появление дополнительной собственной частоты колебаний ступицы ведомого диска, совпадающей с четвертой гармоникой двигателя на максимальных оборотах двигателя.

Введение демпфера на остальных участках не позволяет вывести собственные частоты первичного и вторичного валов из совпадения с гармониками двигателя в диапазоне рабочих оборотов и вместе с тем вводит в него дополнительные собственные частоты колебаний.

Таким образом, демпфер крутильных колебаний целесообразно устанавливать в маховике двигателя, при этом жесткость демпфера должна быть невысокой.

Литература

1. Соломатин Н.С. Снижение уровня крутильных колебаний в трансмиссии автомобиля применением демпфера с нелинейной характеристикой // дисс. канд. техн. наук. -М. :МАМИ, 1987.- 180 с.

Сравнительный анализ энергетических возможностей роторов автотракторных генераторов с различными системами возбуждения

к.т.н. Сугробов А.М., к.т.н. Чернов А.Е.

МГТУ «МАМИ» (495) 365-54-98, alexzander_66@mail.ru

Аннотация. В статье приведены результаты сравнительного анализа энергетических возможностей роторов автотракторных генераторов с электромагнитным возбуждением и возбуждением от постоянных магнитов.

Ключевые слова: генераторы, электромагнитное возбуждение, возбуждение

от постоянных магнитов.

В настоящее время в электроэнергетических установках отечественных и зарубежных автомобилей в качестве источников электроэнергии используются преимущественно альтернативные генераторы, имеющие электромагнитное возбуждение.

Несмотря на очевидные преимущества перед генераторами с возбуждением от постоянных магнитов в способности глубокого регулирования потокосцепления обмоток якоря и обеспечения за счет этого постоянства напряжения в широком диапазоне изменения нагрузки и частот вращения приводного двигателя и вполне приемлемые эксплуатационные качества, в частности вполне приемлемый на данном этапе срок службы, эти генераторы, тем не менее, не имеют достаточных оснований для рассмотрения их в качестве безальтернативного варианта исполнения электромашинных генераторов для систем электроснабжения автомобилей и других транспортных средств. Основанием для такого заключения являются недостатки этих генераторов, обусловленные применением в их конструкции скользящих контактов и крайне ненадежное самовозбуждение при их одиночной работе (при отсутствии в системе электроснабжения аккумуляторной батареи). Последний недостаток особенно ощутим в случае изготовления магнитопровода из высококачественных магнитомягких материалов с высокой магнитной проницаемости и узкой петлей гистерезиса.

Генераторы с возбуждением от постоянных магнитов свободны от перечисленных недостатков. Они бесконтактны, а реализованный в них способ создания магнитного поля не требует затрат электроэнергии. Эти электрические машины более мобильны в отношении выхода их на режим. Регулирование напряжения магнитоэлектрических генераторов осуществляется различными способами. Опыт эксплуатации генераторов с возбуждением от постоянных магнитов для различного рода автономных электроэнергетических установок, в том числе и автотракторных, доказывает, что применение постоянных магнитов не является непреодолимым препятствием для получения электроэнергии высокого качества.

Приведенные качественные характеристики генераторов с электромагнитным возбуждением и возбуждением от постоянных магнитов играют существенную роль при выборе системы возбуждения генератора для конкретных условий применения. Однако каждая из них или их совокупность могут стать определяющими лишь после сопоставления массогаба-ритных и энергетических показателей самих генераторов или построенных на их основе систем генерирования электроэнергии, включающих в себя помимо генераторов устройства обеспечения качества электроэнергии (применительно к автотракторным системам - регулятора или стабилизатора напряжения).

При всех вариантах сравнительного анализа возникает необходимость в сопоставлении энергетических возможностей электрических машин, выполненных с различными по устройству элементами системы возбуждения (постоянными магнитами, катушки возбуждения), что в принципе невозможно осуществить без знания и сопоставления магнитных и энергетических характеристик индукторов генераторов. Для унификации содержания и хода расчетных исследований по определению электромагнитных параметров генераторов с различными системами возбуждения и получения на этой основе наглядных представлений об их достоинствах и недостатках целесообразно представить используемые при расчетах генераторов характеристики постоянных магнитов и электромагнитов в виде одинаковых по форме и содержанию аналитических или графических зависимостей.

Речь идет прежде всего о зависимостях магнитных потоков в расчетных сечениях элементов систем возбуждения (в нейтральном их сечении Фэм и Фм от МДС элементов системы возбуждения К,.м и Фм).

Наиболее просто эта задача решается приведением магнитных характеристик электромагнитов к такому же виду и с использованием тех же параметров и понятий, что и магнитные характеристики постоянных магнитов.

Представление в указанном виде рабочих характеристик электромагнитов Фэм (Рэ.м) удобно в том отношении, что позволяет оценить энергетические возможности конкретных преобразователей в случае, например, замены в них электромагнитов (если в преобразователе используется электромагнитное возбуждение) на постоянные магниты и, наоборот, в случае замены постоянных магнитов в преобразователях с магнитоэлектрическим возбуждением на электромагниты при сохранении объема индуктора. Это же обстоятельство позволяет решить и другую достаточно важную с теоретической и практической точки зрения задачу: определение кривой размагничивания сплава постоянного магнита, в случае замены которым обмотки возбуждения сохранилась бы та же характеристика Фэм (Рэ.м). Реализация этой процедуры позволяет в ходе выполнения расчетов магнитной цепи рассматривать электромагнит как некоторый выполненный из определенного сплава постоянный магнит. Благодаря этому обеспечивается возможность создания унифицированной методики расчета индукторов электрических машин.

Ниже излагается методика построения рабочей характеристики электромагнита и поиска кривой размагничивания сплава постоянного магнита, способного обеспечить такую же характеристику, т. е. по существу методика поиска постоянного магнита, эквивалентного по своим магнитным свойствам конкретному электромагниту.

При расчете генератора с возбуждением от постоянных магнитов используется пересчитанная с учетом размеров постоянных магнитов и построенная в координатах (Фм; ^м) спинка кривой размагничивания материала постоянного магнита (рисунок 1) уравнение пря-

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. мой магнитного возврата КС и зависимость магнитного потока рассеяния постоянного маг-

- хсрактериатка хо/юатюго хода <Ш!ъ) - характеристика короткого замыкания

- зависимость по.тока рассеяния от мдс на его концах В* - сдс якоря по продо/ъной оси В режиме кз

СК - прямая магнитного доздрата

Рисунок 1 - Диаграмма магнита

С учетом принятых обозначений магнитных величин эти зависимости имеют вид:

= ;

Ф1™ = ,

где: Гф - фиктивная МДС постоянного магнита (координата точки пересечения прямой магнитного возврата с осью Гм); Им - высота постоянного магнита;

Р' - угол наклона прямой магнитного возврата, построенная в координатах (Фм; /ч,) к оси Гм.

Р =  ^

£м - площадь нейтрального сечения постоянного магнита;

в - угол наклона прямой магнитного возврата, построенная в координатах (Вм; Нм) к оси

Нм (проницаемость сплава постоянного магнита); кт - высота постоянного магнита (длина силовой линии в нем).

Уравнения (1) - (3) совместно с уравнениями внешней магнитной цепи, составленными применительно к различным режимам работы разрабатываемых или исследуемых магнитоэлектрических машин (холостому ходу, короткому замыканию, номинальному режиму и др.), обеспечивают возможность решения всех вопросов, связанных с определением электромагнитных параметров, расчетами и построениями их рабочих характеристик.

Аналогичные уравнения можно составить и применительно к электромагнитам, если привести их параметры и характеристики к параметрам и характеристикам постоянных магнитов, эквивалентных им с точки зрения результатов взаимодействия с внешней магнитной цепью. Значения коэффициентов приведения параметров электромагнитов к параметрам эквивалентных магнитов определяются из условий равенства магнитных потоков в их ней-

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. тральных сечениях (Фэм и Фм.э) и МДС на концах:

Фэ.м = Фм.э

^э.м ^м.э .

Представив Фэм и Фмэ в (5) через соответствующие им значения магнитных индукций

Фэ.м Вэ.м ^Э.м; Фм.э Вм.э См.э ,

а МДС К,.м и ^мэ через напряженность магнитного поля соответственно в сердечнике электромагнита и в "материале" эквивалентного ему по магнитным свойствам постоянного магнита

Рэ.м !о.в Жо .в Нэ.м Пэ.м;

^м.э Нм.э Пм.э ,

получим:

Вм.э = Кв Вэ.м ;

н — н

Яп см.э ^ э.м /1 1 \ м.э =-=- ,

п

м. э

где: Вмэ, Нмэ - магнитная индукция и напряженность магнитного поля в нейтральном сечении эквивалентного постоянного магнита; Нэм - напряженность магнитного поля в сердечнике электромагнита;

Пмэ - относительная высота эквивалентного магнита

- п

Пмэ = ;

п

эм

пм.э - средняя длина силовой линии магнитного поля в эквивалентном магните; Нс мэ - условная коэрцитивная сила эквивалентного магнита, равная:

I -Ж

Н = о.в " о.в .

^ см.э , 5

п

м. э

1ов - МДС обмотки возбуждения;

Кв - коэффициент приведения магнитной индукции в сердечнике электромагнита к значению индукции в нейтральном сечении эквивалентного магнита

с

К в = ,

м. э

где: Сэм - площадь сечения сердечника электромагнита (втулки);

Смэ - площадь сечения нейтрального сечения эквивалентного магнита. Для получения однозначного соответствия между параметрами электромагнитов и эквивалентных им по магнитным свойствам постоянных магнитов значения коэффициента приведения по индукции Кв и относительной длины пм.э следует определять, предполагая, что постоянные магниты располагаются в тех же областях индуктора, что и электромагниты, и имеют одинаковые с последним размеры. При таких условиях под эквивалентными магнитами когтеобразных индукторов, именно о них пойдет речь в дальнейшем, следует подразумевать постоянные магниты цилиндрической формы с осевой длиной, равной осевой длине катушки возбуждения, и наружным диаметром Пмэ н, равным наружному диаметру обмотки возбуждения (рисунок 2) и внутренними диаметрами Пм.э

-Ом.э н -Оо.в н

значения которых могут быть любыми не выходящими за пределы

А > Ам.э < А,вв.

С точки зрения проектирования генераторов наибольший интерес представляют эквивалентные магниты с внутренними диаметрами, равными диаметру вала Пв и внутреннему диаметру обмотки возбуждения Повв (наружному диаметру втулки - сердечника электромагнита).

Представляют интерес также магниты, имеющие форму и размеры втулки электромагнита. Применительно к ним Пэм = 1; Кв = 1 и согласно (10) Вмэ = Вэм .

Последний вариант выполнения эквивалентного магнита примечателен тем, что в случае реализации для достижения тех же магнитных свойств, что и у электромагнита, постоянный магнит по сравнению с магнитами с большими внутренними диаметрами имеет более высокие значения магнитной индукции Вмэ, включая остаточную его индукцию Вг мэ.

Вг мэ ВГ эм .

Рисунок 2 - Эскиз индуктора автомобильного генератора с когтеобразным индуктором

При внутреннем диаметре магнита равном диаметру вала

И м. э = И э. м

К в А,2в

о. в.

в -^о.в.н

Им.э м. э = И = э. м

)2 о.в.в

Рисунок 3 - Построение характеристики магнита, эквивалентного электромагниту

Решив (10) и (11) совместно с уравнением кривой намагничивания Вэ.м(#э.м) стали сердечника электромагнита (втулки), получим уравнение кривой Вмэ(Нмэ), которая определяет магнитные свойства электромагнита в той же степени, в которой уравнения кривых размагничивания магнитотвердых материалов определяют магнитные свойства изготовленных из

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. них постоянных магнитов. Это обстоятельство позволяет рассматривать кривые Вм.э = Вмэ(Нмэ) как кривые размагничивания материалов постоянных магнитов, эквивалентных по своим магнитным свойствам тем конкретным электромагнитам, применительно к которым каждая из этих кривых получена. Для получения графического изображения кривой размагничивания эквивалентного магнита достаточно переместить кривую намагничивания стали сердечника Вэм(Нэм) (рисунок 3) из первого квадранта во второй квадрант на расстояние, равное Нс э, и изменить масштаб по оси индукции в Кв раз.

На рисунке 4 в качестве примера показаны кривые размагничивания постоянных магнитов, эквивалентных электромагнитам автомобильных генераторов Г-502 (кривая 1), 37.3701 (кривая 2), 94.3701 (кривая 3), 65.3701 (кривая 4) при изготовлении втулки из ста-ли10 и внутреннем диаметре эквивалентного магнита, равном Пв. Все кривые получены при максимальных значениях тока в обмотках возбуждения генераторов, а поэтому характеризуют предельные магнитные свойства соответствующих эквивалентных магнитов. Исходные данные для определения координат базовых точек кривых размагничивания и результаты их расчетов приведены в таблице 1.

Рисунок 4 - Кривые сплавов постоянных магнитов и эквивалентных магнитов автомобильных генераторов: 1 - Г-502, 2 - 373701, 3 - 973701, 4 - 653701

Сопоставляя кривые 1, 2, 3 и 4 с аналогичными кривыми сплавов постоянных магнитов, можно сделать вывод, что магнитные свойства магнитов, эквивалентных электромагнитам автомобильных генераторов, находятся на уровне магнитных свойств сплавов с направленной кристаллизацией типа ЮНДК. Наиболее энергоемким является материал эквивалентного магнита в генераторе 94.3701. Максимальное значение удельной магнитной энергии этого "материала", оцениваемое произведением Вэ.м(Нэ.м)тах, равно 58 кДж/м3. Ближайшие к нему по магнитным свойствам сплавы ЮН13ДК23 и ЮНДК 31Т3БФ имеют (В Н)тах от 56 до 64 кДж/м3, а один из лучших из этой классификационной группы сплавов постоянных магнитов ЮНДК 35Т5БА имеет Вэ.м(Нэ.м)тах = 72 кДж/м3.

Принципиальное отличие эквивалентных постоянных магнитов, являющихся, по сути, расчетными образцами электромагнитов, от их физических аналогов состоит в том, что они полностью восстанавливают свои магнитные свойства после снятия любого по силе размагничивающего воздействия на них со стороны внешней магнитной цепи.

При этом магнитная индукция и напряженность магнитного поля в материале эквивалентных магнитов как при их размагничивании, так и при восстановлении ими магнитных

А ей

Тл

кА/м

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. свойств происходит в соответствии с одной и той же кривой Вм.э= Вмэ(Нмэ).

Отсутствие в семействе магнитных характеристик эквивалентных магнитов частных циклов перемагничивания в виде петель или заменяющих их при расчетах прямых магнитного возврата существенно упрощает их расчет и расчеты, сопряженные с ними магнитных цепей, по сравнению с аналогичными расчетами, выполняемыми применительно к постоянным магнитам и магнитным цепям магнитоэлектрических генераторов. Это проявляется, в частности, в том, что в ходе выполнения расчетов магнитные характеристики эквивалентных магнитов присутствуют в виде двух уравнений

ф =ф

^м.э ^М.э \А м.э / 1 У**1-/

ф ом.э = ' ^ ом ,

а магнитные характеристики их физических аналогов - в виде трех уравнений. Помимо этого, при расчетах эквивалентных магнитов по той же причине отпадает необходимость в достаточно объемных и в значительной степени приближенных вычислениях, связанных с определением положения рабочих точек на кривой Вм.э = Вмэ(Нмэ) или на производной от нее кривой Фмэ = Фмэ ^мэ) соответствующих режимам наибольшего размагничивания элементов системы возбуждения (режимам размагничивания в свободном состоянии, при ударном коротком замыкании и другим).

Для сравнительной оценки магнитных свойств индукторов генераторов с электромагнитным возбуждением необходимо определить в начале координаты Вг м э и Нс м э базовых точек предельной кривой размагничивания постоянных магнитов, эквивалентных по магнитным свойствам каждому из сопоставляемых магнитов. За расчетное значение тока в обмотке возбуждения следует принять при этом максимальное его значение - /ов тах. После этого в координатах (Вмэ; Нмэ) строятся кривые размагничивания эквивалентных магнитов (кривые 1, 2, 3, 4 на рисунке 4). Для их построения может быть использован изложенный выше графический метод, предусматривающий получение этих кривых путем перемещения в четвертый квадрант из первого квадранта (см. рисунок 3) кривой намагничивания стали сердечника электромагнита (втулки индуктора).

Таблица 1

Технические характеристики Г 502 37.3701 94.3701 65.3701

Диаметр расточки, мм 74,0 88,6 95,5 112,0

Активная длина якоря, мм 20 25 27 35

Максимальное значение тока возбуждения, А 1,94 5,40 5,40 3,46

Число витков в обмотке возбуждения 680 420 400 830

Диаметр голого провода, мм 1,56 0,80 0,80 0,71

(1о.в -^.в)шах, А 1320 2270 2160 2870

Напряжение, В 14 14 14 28

Диаметр вала, мм 17 20 20 30

Диаметр втулки, мм 38 43 49 58

Наружный диаметр обмотки возбуждения, мм 56,0 69,5 66,5 87,0

Длина втулки, мм 33,0 28,0 29,0 41,5

Площадь сечения электромагнита, Бэм, см 9,07 11,37 15,70 19,33

2 Площадь вала, Бв, см 2,260 3,140 3,140 7,065

Площадь эквивалентного магнита, Бмэ, см 22,35 34,77 31,57 52,33

Условная коэрцитивная сила, кА/м 40,0 81,1 74,0 70,0

Условная остаточная индукция в сердечнике, Вгэ, м 2,07 2,06 2,05 2,04

Коэффициент приведения, Кв= 8эм/8мэ 0,41 0,33 0,50 0,37

Остаточная индукция эквивалентного магнита 0,820 0,680 1,025 0,760

(Вм.эНм.э)тах, кДж/м3 22,4 42,0 58,5 39,7

Уровень магнитных свойств постоянных магнитов при работе их на кривой размагничивания и магнитных свойств, выполненных на их основе индукторов, оценивается по мак-

Раздел 1. Наземные транспортные средства, энергетические установки и двигатели. симальному значению произведения координат точек кривых размагничивания сплавов постоянных магнитов (Вм Нм)шах. Такой подход правомерен и к оценке магнитных свойств электромагнитов и построенных из них индукторов с той лишь разницей, что произведение (В Н)тах необходимо определять в этом случае по кривой размагничивания Вмэ(Нмэ) условного (эквивалентного магнита). В таблице 1 приведены значения (Вмэ-Нмэ)тах для четырех типоразмеров автомобильных генераторов. Сопоставляя их, можно заключить, что с точки зрения использования объема индуктора, занятого электромагнитом, наиболее удачно спроектирован индуктор автомобильного генератора 94.3701. Неудачно спроектированным выглядит на общем фоне индуктор Г-502.

Значение (Вмэ Нмэ)тах для него в 2,6 раза меньше, чем для генератора 94.3701.

Значения параметров эквивалентных постоянных магнитов в таблице 1 приведены для случая посадки их на вал.

В таблице 2 приведены дополнительные данные, относящиеся к магнитам с внутренним диаметром, равным диаметру втулки. Данные таблицы 1 и 2 свидетельствуют о том, что уровень магнитных свойств эквивалентных постоянных магнитов, а следовательно, и их физических аналогов, способных в деталях повторить характеристику Вэ.м(Рэ.м) электромагнитов, существенно зависит от их внутреннего диаметра. Наиболее просто эта характеристика реализуется при внутреннем диаметре магнитов, равном диаметру вала. При увеличении внутреннего диаметра магнитов (уменьшения площади их поперечного сечения) реализация той же характеристики возможна лишь при применении магнитов с более высокими магнитными свойствами (с большей магнитной энергией).

Таблица 2

Технические характеристики Г 502 37.3701 94.3701 65.3701

^м.э 13,30 23,40 15,86 33,00

Кв ^э.м^м.э 0,68 0,49 0,99 0,59

Вг м.э 1,4 1,0 2,0 1,2

Предельные внутренние диаметры постоянных магнитов, при которых еще возможна эквивалентная с точки зрения магнитных свойств замена электромагнитов в индукторах генераторов постоянными магнитами, ограничены предельными параметрами кривых размагничивания сплавов постоянных магнитов. Так, например, для сплавов ЮНДК верхний предел остаточной индукции не превышает 1,1 Тл, поэтому из четырех рассматриваемых типоразмеров автомобильных генераторов заменить электромагнит генератора 94.3701 постоянным магнитом с идентичными магнитными характеристиками при внутреннем диаметре магнита, равном диаметру втулки, не представляется возможным, т.к. сплавов с остаточной индукцией 2,0 Тл не существует.

Приведенные в таблице 1 значения остаточной индукции Бгм.э магнитов, эквивалентных по магнитным свойствам электромагнитам генераторов Г 502, 37.3701 и 65.3701, могут быть обеспечены не только за счет применения сплавов ЮНДК. Не меньший уровень ее может быть достигнут заменой обмотки возбуждения сплавами постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов (самария, неодима и других) [1, 2]. Эти сплавы характеризуются высокими значениями коэрцитивной силы Нс и практически линейной зависимостью Вм от Нм. Коэрцитивная сила самарий - кобальтового сплава КС - 37, например, в 4 раза больше коэрцитивной силы сплава ЮНДК 35Т5 (см. рисунок 4) и более чем в 12 раз превышает условную коэрцитивную силу эквивалентного постоянного магнита генератора Г-502. Еще большую коэрцитивную силу имеют сплавы Ке-Бе-Б, одним из основных компонентов которых является неодим. Для выпускаемых отечественной промышленностью сплавов Ке-Бе-Б она достигает 750 кА/м и более.

Достоинством Ке-Бе-Б является и достаточно высокие значения остаточной индукции. У сплавов, изготовляемых для применения в электротехнических изделиях, в том числе и в электрических машинах, значения Бг равны 1 ^ 1,05 Тл, а у лучших образцов этих сплавов они достигают 1,2 Тл. Для сравнения отметим, что у самарий-кобальтового сплава КС-37 Бг = 0,77 Тл, а у серийно выпускаемого феррит-стронциевого сплава Бг - около 0,4 Тл.

Что касается широко используемых в автотракторном электрооборудовании постоянных магнитов - ферритов, изготовляемых методом порошковой металлургии из смеси измельченных окислов железа (Бе20з) и стронция (БгО), то они вследствие относительно низкого уровня магнитной энергии ((ВН)тах кДж/м3) и низких значений остаточной индукции не в состоянии обеспечить такой же уровень магнитных свойств индукторов, которым обладают индукторы генераторов с электромагнитным возбуждением, а следовательно, их применение в автотракторных генераторах следует считать нецелесообразным.

Более конкретные данные относительно целесообразности применения постоянных магнитов в автотракторных генераторах можно получить в результате совместного рассмотрения магнитных характеристик их индукторов и характеристик внешних к ним индукторов магнитной цепи.

Литература

1. Грузков С. А., Останин С.Ю., Сугробов А.М., Сульдин А.В., Тыричев П. А. Магнитные материалы, монтажные и бортовые провода. - М.: Издательство МЭИ, 2005.

2. Балагуров В. А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. - М.: Энергоатомиздат, 1977.

Модель электродугового разряда для плазмотронов малой мощности

д.ф-м.н. Владыко В.Б., к.т.н. Назаров А.В., к.т.н. доц. Еремин Б.Г., к.т.н. доц. Мартынов С.В.,

к.т.н. доц. Андрух О.Н. МОУ "ИИФ", МГТУ "МАМИ"

В настоящей статье рассмотрено развитие известной ранее модели на случай дугового разряда в потоке газа. Рассматривается традиционная геометрия дуговых плазмотронов, в которых стабилизация дуги осуществляется уступом.

Ключевые слова: плазма, электродуговой разряд, плазмомотрон, математическая модель

Научно-исследовательская работа проводится в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы.

Эффективность дуговых плазменных генераторов малой мощности основывается на практически мгновенном нагреве плазмообразующего газа. Параметры газа полностью определяются геометрическими размерами разрядной области, током разряда и расходом плазмо-образующего газа. В настоящее время имеются математические модели [1,2], позволяющие рассчитать температуру и вольтамперную характеристику столба дуги высокого давления, а в случае плазмотрона получены [3] эмпирические зависимости напряжения дуги от геометрических параметров, силы тока и расхода.

Далее приведено развитие модели [1] на случай дугового разряда в потоке газа. Рассматривается традиционная геометрия дуговых плазмотронов (рисунок 1), в которых стабилизация дуги осуществляется уступом.

Рисунок 1 - Осевой плазмотрон с тангенциальным вводом плазмообразующего газа и

ступенчатым анодом