Электронно-импульсная технология

Применяют дуговой разряд

                   коронный разряд

                   искровой разряд

Искровой разряд представляет собой пучок светящихся тонких иногда, сложным образом переплетенных нитей называемых каналами соединения. Каналы представляют из себя плазму или ионизированный газ. Искра широко применяется благодаря своим физическим факторам.

1. Большая плотность тока;
2. Ударная волна;
3. Высокая температура

Энергия искры подводится к объекту в виде кратковременного импульса. Источник питания, как правило, маломощный, а мощность выделяемая в искре очень большая от десятков до млн. кВт.

 

 

ИП – источник питания;

АЭ – аккумулирующий элемент;

КЭ – коммутирующий элемент;

СУ – система управления;

РО – рабочий орган;

М – обработанный материал;

П – готовый продукт.

От источника питания накапливается энергия в АЭ причем за продолжительное время. В качестве АЭ используется конденсаторы (обычно) напряжение может быть от 8 до десятков кВ.

КЭ в это время заперт (используются тиристоры, динисторы, тиратроны, игнитроны …).

К рабочему органу поступает материал М. В это время с помощью СУ открывается КЭ и энергия конденсатора подается на обработанный материал. Время искры от 1 до 10 мксек, (дробление камней, электрообмолот …).

Генераторы импульсов и его характеристики (И.П.)

1. Методы генерирования импульсов

1.1 Непосредственные генераторы (электрические машинные, электрические магнитные;

1.2 Путем инвертирования силовых импульсов с образованием определенной формы кривой;

1.3 Суммирование импульсов.

1. Нагрузка может подключаться как последовательно, так и параллельно, и комбинировано.
2. По характеру влияние нагрузки:

3.1 Независимые от нагрузки;

3.2 Зависящие от нагрузки.

В независимом генераторе частота не зависит от величины нагрузки.

В зависимых нагрузка возрастает, частота уменьшается.

Релаксационные генераторы.

 

МЭП – меж электродный промежуток.

При замыкании SA начинает заряжаться С, сопротивление МЭП велико.

Время заряда С определяется постоянной времени заряда.

Когда идет пробой – С разряжается до напряженности недостаточной для пробоя → С снова заряжается.

R – ограничивающее сопротивление, чтобы не тек большой ток разрядки через ИП.

 - напряжение заряда конденсатора.

τ – время заряда конденсатора;

Т – постоянное времени заряда, Т=RC;

U_н – номинальное напряжение.

 - напряжение на рабочем органе (МЭП)

Т – постоянная времени, Т=R_p·C;

 

 - напряжение на конденсаторе при разряде.

Т_р – постоянная времени разряда.

q_c=C·U_c=c·U_p;

Применение генераторов импульсов

1. Электрическая изгородь. Применяется при загонной пастьбе. Для временного ограждения стоков сена, для защиты посевов, для ограждения опасных для животных мест.

Основана на диодном действии электрического тока, который проходя через тело животного вызывает раздражение нервов и мышц (удар).

Изгородь из мягкой стальной проволоки в 1-3 мм подвешенной на изоляционных стойках в 1-3 ряда. Расстояние между стойками 20-30 м.

В состав изгороди входят: генератор импульсов, один полюс которого заземляется у самой изгороди.

Преимущества:

а. Снижает затраты в 2-10 раз;

б. Меньше время сооружения изгороди;

в. Легко перемещается с места на место.

Убивать не должна. Напряжение 10-12 кВ, ток импульса до 100 мА, время импульса 1-10 мк сек.

На конденсаторе накапливается заряд и затем ключем соединяется с обмоткой трансформатора.

Коммутация производится:

1. Периодически;

2. В ждущем режиме.

ЭИ 200	Электрические изгороди
ЭИС-1-30
ЭИП-1-1
ГИ-1
ЭК-1-М
ЛСХА

 Применение электрической искры

1. Для борьбы с сорной растительностью.

Уничтожение сорняков.

1.1 Механическая обработка почвы (вспашка осенью), дискование, мелкая вспашка;

1.2 Химический способ ();

1.3 Биологический способ (микроорганизмы);

1.4 Огневой способ;

1.5 Электроискровая обработка.

Под воздействием ВН на растение и прохождении по нему тока оно гибнет.

Действующие факторы:

1. Нагрев от прохождения электрического тока;

2. Ударная волна от искры

У растений клеток частота колебаний собственная составляют 0,1-10³ Гц.

Нужен резонанс!

 

Первая обработка – до того, как взойдет культура, а сорняки уже взошли. Вторая обработка – если сорняки выше культуры.

Сушка растений.

Импульсный подвод энергии выгоден накапливался долго, выделяется быстро – большой мощностью.

Сушат перед уборкой.

Способы сушки:

1. Солнцем (естественный способ);
2. Активное вентилирование, (траву укладывают на стеллажах и сушат горячим воздухом).
3. Применение носилок – плющилок, (траву – по транспортеру между двумя вальцами и плющат траву, затем досушивают).
4. Обработка электрической искрой. Энергия тратится мало, эффект как от плющилки.

Результаты обработки.

Продолжительность сушки сокращается в 2,2 раза, в 1,4 раза по сравнению с плющением.

Потери снижаются на 12 %, потери протеина снижается в 2,2 раза.

Источник – генератор транспортера – хватает.

Схема установки.

 

 

 

Разрядник – ряд стержневых электродов, расположенных по ширине транспортерной ленты в шахматном порядке в 2 раза.

Параметры U_обраб.=25 кВ;

С=9000 мкФ, электролитическая;

R=26,9 Ом.

Толщина слоя травы – 3 с;

ширина транспортерной ленты – 0,38 м;

скорость – 0,04 м/с;

интенсивность 67 импульсов на 1 кг травы;

длительность импульса – 10^-4 сек.;

расход электрической энергии - 2,56 кВт·ч на 1 тонну;

расход энергии – 0,8 кВт·ч на плющение.

Достаточно девяти импульсов.

Обработка корзин подсолнухов для выравнивания сушки семян.

 

6-7 искр – перебивается сокопоступление в корзину – идет высыхание.

Табак: делают также, по обрабатывают у самой земли – табак сохнет.

Обработка плодов, для увеличения выхода сока – электроглазмолиз. Ток через ткань плодов. Соку больше на 12 %.

Электрогидравлические установки.

В этих установках используются электрогидравлический эффект (ЭГЭ). ЭГЭ – это способ непосредственного преобразования электрической энергии в механическую, при котором в меж электродном промежутке, заполненном не индуктивностью кратковременно выделяется значительная мощность вследствие искрового разряда.

ЗУ – зарядное устройство;

НЭ – накопительный элемент;

Р – разрядник;

ТБ – технологический блок;

К – канал разряда.

Накопленная энергия в батарее конденсаторов большой емкости высокого напряжения через разрядник Р поступает на электроды. Накапливать энергию можно длительно малым током.

Разрядник Р может быть управляемым или неуправляемым. Технологический блок ТБ обязателен для установок, предназначен для обработки материалов или деталей малых размеров.

ТБ применяется при металлообработке, в машиностроении, в горнорудной промышленности (сырье) обработка строительных материалов.

В установках для бурения, разрушения негабаритных пусков горных пород, для эхолокации водоемов, технологический блок отсутствует. Вместо него используется перемещаемая электродная система и погружаемая в водоем или в шнур (отверстие) заполненный водой.

Принцип действия ЭГ установки основан на электрическом пробое жидкости. В момент пробоя в жидкости образуется токопроводящий канал и ток достигает сотен и тысяч ампер. Образуется канал с температурой до 10000⁰.

Так как жидкость плохо сжимается, то разогрев плазмы приводит к повышению давления до сотен и тысяч МПа. Это давление передается во все стороны равномерно.

Электрический пробой зависит от многих факторов.

1. От проводимости жидкости;
2. От температуры.

Поэтому есть несколько подходов к расчету установок. Расчет производят методом последовательных приближений.

При расчете ЭГ установок находят межэлектродное расстояние, мощность разрядной цепи, мощность, потребляемую из сети, емкость накопительного конденсатора, напряжение на конденсаторе, мощность в разрядном промежутке, давление на объем воздействия (которое задают).

Если напряженность электрического поля в промежутке не превышает критического. Е_кр=3,6 МВ/м для воды с j=10^-2 см/м – проводимость.

Если напряженность не достигает заклинание воды. Такой пробой называется тепловым.

При тепловом пробое … с однородным полем и постоянным во времени напряжении можно определить время пробоя.

 - время пробоя.

l – длина межэлектродного пром-ка;

С_в, ρ_в – теплоемкость воды и плотность воды;

σ₀ – удельная проводимость воды при t=0 ⁰C;

α – температурный коэффициент проводимости;

Т₁ – начальная температура;

Т₂ – температура начала преобразования.

Напряжение теплового пробоя.

τ=3·10^-5 сек – постоянная времени.

Наибольшее распространение между электродами, при котором возможен тепловой пробой.

С – емкость конденсатора;

S – площадь электродов, контактирующая с водой;

Е_кр – критическая напряженность поля, все выше для однородных полей.

В ЭГ установках обычно используются неоднородное поле. Время пробоя при этом меньше, а max расстояние между электродами определяется.

 

С – емкость накопительного конденсатора, Ф;

а – const, a=3,6·10⁵, В²·с/м;

в – коэффициент зависящий от напряжения, в=2·10^-4 U₁;

γ – удельная проводимость жидкости, См/м, тоже, что и σ₀;

U₁ – начальное напряжение на конденсаторе;

S – площадь электродов, контактных с ус-тью;

U₀ – критическое напряжение пробоя.

Критическое напряжение пробоя U₀ для электродов в форме гиперболоида.

U_г – гиперболоидная плоскость, ;

r – радиус закругления конца гиперболоида.

Е=3,6·10⁶ В/м, для γ=2,5·10^-2 См/м;

l – расстояние между электродами.

Так как конденсатор разряжается во время пробоя, то напряжение на нем к концу разряда U₂ можно определить из степени заряда, α_з.

Периодичность разряда конденсатора возможна при условии:

R – сопротивление всей разрядной цепи;

L – индуктивность цепи, 0,4-10·10^-6 Гн;

С – емкость цепи (конденсатора).

Сопротивление канала разряда R_к.

для слуги

Max мощность.

 - закон Джоулю-Ленца

Оптимальное расстояние l – при котором развивается max мощность.

Для случая …

Давление на фронте волны на расстоянии х≤2,5 l.

w – энергия, запасения в конденсаторе

Электрогидравлические установки.

Конструктивные решения.

Электрогидравлиескийэффект можно использовать:

1. Для обеззараживания питьевой воды;
2. Для обеззараживания сточной воды;
3. Для дробления горных пород;
4. Дробление минеральных удобрений;
5. Дробление зерна, соломы;
6. Пластическая деформация материалов;
7. Улучшение плодородия почвы;
8. Получение эмульсий.

Обеззараживание питьевой воды.

Ударная волна от ЭГЭ вызывает гибель микроорганизмов. Поэтому на обеззараживание 1 м³ воды расходуется от 0,1-0,2 кВт электроэнергии, что сравнимо с бактерицидной (УФ) установкой.

Получают азот и пропускают его через воду – все там дохнут.

Для обеззараживания сточных вод тратится до 1 кВт∙ч на 1 м³. Дробление валунов, разрушения, измельчения материалов.

Установки: Вулкан, Эгурм.

Вкл-т: генератор с ДВС, генератор импульсов, пневмокомпрессор для изготовления шнура (отверстие в канале), электроды.

Напряжение импульса 6 кВ, энергия 150 кДж, мощность электрической части 10 кВА. Опыт показал, что при дроблении гранит 50-100 мм до растворов до 4 мм, производится 600 кг/ч.

Расход энергии 6-7 кВт∙ч на 1 тонну материала.

При дроблении горных пород многие содержащиеся в них вещества переходят и входят в воду в виде растворов. Это дает возможность обогащать почву, разными удобрениями.

Дробят зерно, минеральные удобрения.

Очистка и мойка шерсти.

Производительность в 2-2,5 раза выше, чем руками, расход моющих средств в 3 раза меньше.

Искра между электродами.

Напряжение ≈50 кВ, емкость 4000 мкФ, энергия ≈4 МДм, производительность 250 кг·ч.