КОММЕРЦИЯЛЫҚ ЕМЕС АКЦИОНЕРЛІК ҚОҒАМЫ
АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ
«Өндірістік кәсіпорындарды электрмен жабдықтау» кафедрасы
ЖАЛПЫ ӨНДІРІСТІК ТҰТЫНУШЫЛАР ЖӘНЕ ӨНДІРІСТІК КӘСІПОРЫНДАРДЫҢ электр технолОгиялық құрылғыларЫ
Дәрістер жинағы
5В071800 – Электр энергетикасы мамандығының барлық оқу түрінің студенттері үшін
Алматы 2010
Құрастырғандар: К.А. Бакенов, О.П. Живаева. Жалпы өндірістік тұтынушылар және өндірістік кәсіпорындардың электр технологиялық құрылғылары. Дәрістер жинағы. 5В071800 – Электр энергетикасы мамандығының барлық оқу түрінің студенттері үшін. – Алматы: АЭжБУ, 2010. – 61 б.
Бұл курс бойынша келесі сұрақтар карастырылған: электр кедергілі пештері, индукциялық және диэлектрлік қыздыру қондырғылары; электрдоғалық термиялық пеш; контактілік пісіру қондырғылары; электронды-сәуле шығаруды қыздыру мақсаттары; плазмотрондар; оптикалық кванттық генераторлар; бірфазалық және 8шфазалы ток түзеткіштері; инверторлар, жарық көздерінің негізгі түрлері мен олардың сипаттамалары.
Без. - 34, әдеб. көрсеткіш - 16 атау.
Пікір беруші: техн. ғыл. канд., доцент Бугубаев С.А.
«Алматы энергетика және байланыс институтының» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2010 ж. баспа жоспары бойынша басылады.
© «Алматы энергетика және байланыс университеті», КЕАҚ 2010 ж.
Мазмұны
1 Дәріс. Электр кедергілі пештері |
4 |
2 Дәріс. Индукциялық қыздыру қондырғылары |
8 |
3 Дәріс. Диэлектрлік қыздырғыштың құрылысы |
13 |
4 Дәріс. Электрдоғалық термиялық пеш |
15 |
5 Дәріс. Контактілік пісіру қондырғылары |
19 |
6 Дәріс. Плазмотрондар |
22 |
7 Дәріс. Оптикалық кванттық генераторлар |
26 |
8 Дәріс. Бірфазалық ток түзеткіштері |
29 |
9 Дәріс. Үшфазалы ток түзеткіштері |
33 |
10 Дәріс. Инвертор жетегіндегі тораптар |
36 |
11 Дәріс. Автономды инвентор |
39 |
12 Дәріс. Тиристорлық кернеу реттегіштері |
43 |
13 Дәріс. Ток көздері |
46 |
14 Дәріс. Қыздыру шамдары |
51 |
15 Дәріс. Газразрядтаушы шамдар |
55 |
Әдебиеттер тізімі |
60 |
1 Дәріс. Электр кедергілі пештері
Дәрістің мазмұны:
- электрлік кедергілі пештерін оқып үйрену, кедергілі пештерін топтау.
Дәрістің мақсаты:
- кедергілі пештердің құралымымен танысу.
Электрлік кедергілі пештері (ЭКП) машина жасаудың технологиялық операцияларында, металлургияда, жеңіл және химиялық өнеркәсіпте, құрылыста, коммуналдық және ауыл шаруашылығында қолданылады. ЭКП-дегі әртүрлі материалдарды өңдеу және технологиялық үрдістердің түрлері көптеген ЭКП-нің әртүрлі құралымдарына, оларды шағын сериялы түрінде және жеке шығаруға алып келді.
ЭКП-дегі технологиялық үрдістерді өткізу кезіндегі жылу тек қана электр арқылы пайдаланылады. Қолайлы жағдайда жылуды вакуумда немесе қорғаныс газдарында пайдалануы мүмкін. Сондықтан да жалпы пеш қондырғыларының жасалуын құралымын бөлшектерінсіз, сонымен қатар электрмен жабдықтау сұлбаларын және автоматизация үрдістерін қарастырамыз.
Электрлік кедергілі пештерін екі жасалуда шығарады: жанама және тікелей әрекеттегі ЭКП. ЭКП-нің жанама әрекетінде электр энергиясы арнайы қыздырғыштарда жылуға айналдырылады, содан кейін жұмыс кеңістігіне жылу өткізгіштік көмегімен беріледі. ЭКП-нің тікелей әрекетінде қыздырылатын дене тікелей электр тізбегіне қосылады.
ЭКП температура деңгейіне жетуі бойынша келесідей тәртіпппен орналастыруға болады: төмен температуралы (900-1000 К), орташа температуралы (1000-1600 К) және жоғары температуралы (1600 К жоғары). Температура деңгейінің белгісі бойынша ЭКП-де қыздыру элементтерін, отқа төзімді және жылу оқшаулағыш материалдар жасау үшін әртүрлі материалдар қолданылады. Пештерде жасалынатын технологиялық үрдістер бойынша, ЭКП қыздырылатын және балқытылатын; жұмыс тәртібі бойынша перидтты және үздіксіз әрекетті деп бөлуге болады. Периодтты әрекеттегі пештер әртүрлі технологиялық үрдістерге қызмет етуі бойынша камералы, шахталы, қалпақты, камералы жылжымалы пеш түбі (под), элеваторлы болуы мүмкін. Үздіксіз әрекеттегі ЭКП ішіндегілерін конвейерлі, итеруші, әткеншекті (каруселді), барабанды, созылылмалы деп айыруға болады.
Периодтты әрекеттегі пештердегі қыздырылатын дене жұмыс камерасында роналасады және біртіндеп жылжымайтын күйінде болып, берілген температураға дейін қызады. Әдістемелік пештерде қыздырылатын бөлшектер пештің басынан соңына дейін жүктеліп, оның ұзындығы бойынша ауысады да берілген температураға дейін қызады және пештің келесі соңына беріледі. Мұндай пештерде әр нүктедегі температура әртүрлі. Температура пештердің жүктелуінің соңында түсірілетінінде өседі. Үздіксіз әрекеттегі пештер периодтты әрекеттегі пештерге қарағанда қиындау, себебі олар пеш камерасын жағалай ауысуын қамтамасыз етуі қажет, бірақ олар сол аумақты көлемде өндіруші ретінде болады және термиялық өңдеу режімі интенсивтілігін қамтамасыздандырады. Сол себепті үздіксіз әрекеттегі пештер әдетте массалы және ірі сериялы өнеркәсіпте қолданылады.
Қалпақты пеш – жылжымайтын стенді және көтерілетін қыздырылатын қалпағы бар астынан ашылатын периодтты әрекеттегі пеш (1 а, суретті қара). Қыздырылатын бөлшектері 5 көтеруші – машина қондырғы көмегімен стендке 1 орналастырылады. Олардың үстіне ең алдымен ыстыққа төзімді қалпақ-муфель 3 орналастырылады, ал содан кейін каркас металлдан жасалған отқа төзімді футерлеу негізгі қалпақ 2 орналастырылады. Қыздырылатын бөлшектері 4 қалпақтың қырында және қалау стендінде орналасқан. Қыздырылатын бөлшектердің қорегі иілмелі кәбілдер және штепсельді ажырату көмегімен іске асады. Жылудың аяқталуы кезінде қалпақтың электр қорегі өшеді және ол жылуға арналған жүктеме орнатылған көрші стендке өтеді. Бөлшектердің сууы ыстыққа төзімді муфел стендінде болады, ол қажетті суу жылдамдығын қамтамасыз етеді.
Қалпақты пештердің қуаты бірнеші жүздеген киловаттқа жетеді. Ол қалпақ пен муфелдің герметикалығында, бөлшектердің қызуын мен сууын қорғаныс атмосферада өткізуге болады.
Элеваторлы электр пеші – қыздырылатын камерасы 2 жылжымайтын және түсірілетін пеш түбі 6 бар астынан ашылатын периодтты әрекеттегі пеш. Ол өзін цех едені деңгейінен колонна биіктігінде 3-4 м орналасқан цилиндрлік немесе тікбұрышты камера екенін көрсетеді (1 б, суретті қара).
Пештердің түбі қыздырылатын камерада орналасқан гидравликалық немесе электрмеханикалық көтергіш көмегімен көтеріліп түсіріледі. Қыздырылатын бұйымдар – бөлшектерді 5 арбаға тиеп, содан кейін жүкарба көмегімен пештің түбіне қозғалтады және көтергішпен 7 көтеріп, камераға жылжытады. Технологиялық үрдістің аяқталуы барысында пеш түбі түсіріліп, бұйым алынады.
Камералы электр пеші (1 в, суретті қара) - бөлшектері жүктелетін және түсірілетін көлденең бағытта өндірілетін қызатын камерасы бар периодтты әрекеттегі пеш. Камералық пеш отқа төзімді футерлеуден және жылу оқшаулағыштан, күмбезі (свод) 8 жабылған және металлды қаптамаға салынған тікбұрышты камерадан 2 тұрады. Пеш алдыңғы бөліміндегі жабылатын есік саңылауымен жүктеліп түсіріледі.
Камералық пештің түбінде қыздырғыштарда орналасқан әдетте ыстыққа төзімді плита болады. 1000 К дейінгі пештерде жылуаламасу сәулененумен және еріксіз конвекциямен қамтамасыз етіледі, ол пеш атмосферасының тұйық церкуляциясын қамтамасыздандырады.
Шахталы пешті дөңгелек, төртбұрыш немесе тікбұрышты шахта түрінде жасайды. Шахталы пешті төбесін қақпақ жауып тұратындай етіп, төртбұрыш немесе тікбұрышты шахта түрінде жасайды. Әдетте қыздырылатын бөлшектері пештің қабырғасының бүйірінде орналасады. Мұндай пештердің принциптік сұлбасы 1 г суретте көрсетілген.
1 – стенд; 2 – пеш камерасы; 3 – ыстыққа төзімді муфель; 4 – қыздырылатын бөлшектер;
5 – қыздырылатын бұйымдар; 6 – түсірілетін пеш түбі; 7 – көтерілетін құрылғы; 8 – күмбез; 9 – күмбезді көтеретін механизм.
1 Сурет – Периодтты әрекеттегі кедергілі пештер
Үздіксіз әрекеттегі электрлік кедергілі пештері (әдістемелік пештер).
Орныққан технологиялық үрдіс кезінде термиялық өңдеуде өнімділікті арттыру үшін үздіксіз әрекеттегі пештер қолданылады. Мұндай пештерде технологиялық үрдістердегі талап бойынша тәуелділік берілген температурада қыздырылатын бұйымдарды ғана емес, сонымен қатар осы температурада шыдамдылықты және суытуды жүргізуге болады. Бұл кезде пештерді белгілі бір шарттарға байланысты технологиялық үрдістерді өткізуге болатын және бірнеше аймақтан тұратын етіп жасайды.
Конвейерлі пеш – бөлшектерді алмастырудағы көлденең конвейерлі үздіксіз әрекеттегі пеш (2 суретті қара).
1- жылулық оқшауланған қорап; 2 – жүктелетін терезе; 3 – қыздырылатын бұйым;
4 – қыздырылатын бөлшектер; 5 – конвейер.
2 Сурет
Бұл пештер арнайы қозғалтқыштармен қозғалысқа келетін, өзара екі білікпен тартылған конвейер – төсемді пеш екенін көрсетеді. Қыздырылатын бұйымдары конвейерге төселіп және пештің жұмыс кеңістігінде осы конвейер арқылы қозғалады. Конвейер түгелдей пеш камерасына орналастырылады және суымайды. Бірақ конвейердің білігі өте қиын жағдайда болады және сумен салқындатуды талап етеді. Сондықтан жиі конвейердің ұшын пеш шегінен шығарады. Конвейерлі қыздырылатын пештер негізінен 1200 К дейінгі температурада ұсақ бөлшектермен салыстырып қыздыру үшін қолданылады.
Жоғары температура үшін (1400 К жоғары) – бөлшектерді жұмыс кеңістігі жаңына итеріп ауыстыру үшін үздіксіз әрекеттегі итеруші пештері (3 суретті қара) қолданылады. Олар ұсақ, сонымен қатар ірі бөлшектерді қыздыру үшін пайдаланылады. Осындай пештердің түбіне отқа төзімді материалдан жасалған пісірілген немесе арнайы табандық құйылған қозғалмалы қыздырғыш бұйымдарына құбыр, рельс және шығыршық тәрізді бағыттаушылар орнатылады.
Итеруші пештер табандықсыз жасалған, дұрыс пішінді дайындамаларды қыздыруға арналған. Сонымен бірге, қыздырылатын бұйымдарды пешке тікелей тығыз бағыттаушыға орналастырады.
1 – жетек механизмі бар итергіш; 2 – қыздырылатын бұйымдар; 3 – жылулық оқшауланған қорап; 4 – қыздырылатын бөлшектер; 5 – пеш түбі; 6 – шынықтырушы астау.
3 Сурет
Тартып өңдейтін электрлік пеш – қыздырылатын камера арқылы сымдарды, орамдарды немесе таспаны қыздыруға арналған үздіксіз әрекеттегі пеш. Ол өзін қыздырылатын бұйымдар арқылы өтетін қыздырғыштары бар муфель ретінде көрсетеді (4 суретті қараңыз).
1 – жылулық оқшауланған қорап; 2 – қыздырғыш;3 – муфель; 4 – қыздырылатын бұйымдар.
4 Сурет
Жұмыс температурасы 1500 К болатын пештер металлды муфельмен, ал аса жоғары температурада – керамикалық муфелмен жабдықталған. 1600 К температурадағы пештердің үстіне молибенді қыздырғыш оралған көп арналы алундты муфелмен жабдықталады.
Тартып өңдейтін пештерде қыздырудың аралас әдісі қолданылады; тікелей – контактілі жетекті шығыршық және жанама – қыздырғыш көмегі арқылы. Тікелей қыздыру орындалмаған кезде, жанама қыздыру үрдістердің басы мен соңында термиялық өңдеуді қамтасыз етеді.
2 Дәріс. Индукциялық қыздыру қондырғылары
Дәрістің мазмұны:
- индукциялық қыздыру қондырғыларын оқып, үйрену.
Дәрістің мақсаты:
- индукциялық қыздыру қондырғыларымен танысу.
Денеде өтетін индукциялық қыздыру электрмагниттік энергияны жұтуға, құйын тоқтарын тудыруға, денені Джоул-Ленц заңы бойынша қыздыруға негізделген.
Индукциялық қалқымалы пештер құрылымының ерекшелігі бойынша екі түрге бөлінеді: арналы және тигельді (оқбақырлы). Осы пештердің құрылымы белгілі мөлшерде олардың электрлік параметрлерін, энергетикалық мінездемелерін және технологиялық мүмкіншіліктерін анықтайды.
Индукциялық арналы пештер.
Бұл пештердің арнасы металлмен балқытылған, қысқа тұйықталған орамы трансформатордың екіншілік орамасы болып табылады, онда пешке келетін электрлік энергияның 90-95% жұтылады. Арналы пештер электр технологиялық мінездемелері бойынша жүктеменің екіншілік орама ұзындығы күштік трансформатордың тарамдалған орамасына сәйкес. Индукциялық арналы пештердің (ИАП) принциптік сұлбасы 5 суретте көрсетілген. Негізгі магнит ағыны Ф1 өтетін магнитөткізгіштің М бір оқтаушасында ағынның ыдырауын азайту мақсатында бірінші ретті w1 және екінші ретті w2 орамаларын орналастырады.
5 Сурет – Индукциялық арналы пештің сұлбасы
Индукциялық арналы пештер күштік трансформаторларға қарағанда келесідей артықшылықтарға ие:
1) екінші ретті орамасы жүктемеге біріккен және бірігші ретті ораманың биіктігімен салыстырғанда аз білікке қатысты бір ғана орамы бар;
2) ыдырату ағынының Фs көп болуы пештердің футерлеу қажеттілігіне байланысты , ол төмен ие.
Бірінші ретті ораманың магнит ағыны Ф1 арна металлды кесіп өтеді, электр қозғалыс күшін Е2 туғызады.
Қысқа тұйықталған орамда туған (балқыған металдағы арна) ток I2 металлмен өтіп, Джоул-Ленц заңына байланысты жылу шығарады.
Арналы пештердің біркелкі химиялық құрылымы және сұйық металдардың бір температурасы металлдың интенсивті араласуын қамтамасыз етеді, ол арнада индуктордың магнит өрісінің тоқпен өзара әрекетін тудырады, олар пештерде магнитті гидродинамикалық құбылыстарды тудыруға алып келеді.
Индукциялық арналы пештердің ең маңызды артықшылығы олардың жоғары энергетикалық ПӘК-і, қайтабалқытылған металл мәнінің 60-95% жететін түріне тәуелді.
Сонымен қатар, индукциялық арналы пештердің металл бықсылығының аздығын атап өткен жөн, себебі бұл жерде металлдың көп қызуы және астау пештерінің төбесінде металлдың көп тотықсыздануы болмайды.
Арналы пештердің құралымының негізгі үш түр бар: шахталы, барабанды және екі камералы (6 суретті қара).
6 Сурет – Индукциялық арналы пештердің негізгі құрылымының түрлері
ИАП-дің шахталы түрінде балқымалы камерасы тік цилиндрлі пішінге ие, бөлшектеріне балқымалы бірліктер бекітілген (6,а суретті қара). Металлды құю барысында пешті гидравликалық қондырғы көмегімен еңкейтеді. Осы түрдегі пештер құралымының артықшылығы жасалуының оңайлылығы, астау пештерін футерлеуін ауыстыруында және жөндеуінде.
ИАП-дің барабанды түрінде балқымалы камерасы цилиндрде көлденең түрде орналасқан. Ол еңкейту механизм жетектерінің әртүрлі каткасында немесе шетмойында (цапфа) орнатылған. Пеште бірнеше индукциялық бірліктер болады, олар пештің төменгі бөлігінде орналасады (6,б суретті қара).
Екі камералы арналы пештер (6,в суретті қара) өзара еңкейтілетін немесе көлденең орналасқан екі астауды қосатын арнамен жасалған. Бұл кезде олардың біреуі балқыма ретінде, ал екіншісі тарату ретінде қолданылады.
Индукциялық тигельді пештер.
Индукциялық тигельді пештердің электротехникалық көрсеткіштері қыздырылатын электрөткізгіш денелер индуктормен жасалынатындар, екі жүйе индукивті контурлы токпен байланысқан айнымалы электр магнит өрісін тудыратындар болып табылады.
Индукциялық тигельді пештер (ИТП) (7 суретті қара) келесі негізгі бөлімдерден тұрады: айнымалы токқа қосылған индукор1, балқымалы металлдан 2, отқа төзімді тигель 3 ішінде орналасқан және сыртқы магнит өткізгіштен 4, үлкен сыйымдылықты пештерде энергия шығындарын төмендету және экрандау үшін пайдаланылады, сонымен қатар металлды құю кезінде пештерді еңкейту үшін токөткелдер және қондырғылар пайдаланылады.
7 Сурет – Индукциялық тигельді пештердің сұлбасы
Қыздыру және балқыту металлдық жүктелу индукцияланған электр магнит өрісі мен электр тогы арқасында болады, жүктелу кезінде Джоул-Ленц заңы бойынша жылу шығарылады.
ИТД –да металдың балқуы энергияның үлкен шеткі бөлігінің шығарып таратылуымен және оның интенсивтілігінің араласуымен сипатталады. Босату пешінің балқымалы және ұзақ мерзімді жай маркалы пешке өтудегі ИТП – ның ИКП дағы сипаттамалық ерекшелігі.
Индукциялық тигельді пештің басқа да келесідей оң жақтарын қарастыруға болады:
а) жылулық және электрондық жанасуынан металдың және балқыманың химиялық құрамын таза алудағы мүмкіндік;
б) балқыманы нейтралді ортада және вакумда тексеру жоғары сапалы металды алу мүмкіндігі;
в) пештің қызмет ету мерзімінің ұзақ болуы, футеровкада аса қыздырудың болмауынан.
Реактивті қуатты қарымталауда индуктивті тигельді пештер табиғи коэффициент қуатын соsjп=0,8¸0,3 және конденсатор батареясы қондырғысын қажет етеді.
Орташа сыйымдылықты казіргі заманғы тигельдік электр пештерінің құрылымын тигелден және индуктордан құралған жеке торапқа алмастыру уақыты қысқарады. Элементті конструкциялоудың бірдейлігі тигельдің сыйымдылығы ондаған тоннадан бірнеше килограмм балқытылған металдың 50 Гц тен 400 кГц ке дейін болуы балқымалы тигельдік пештің қоректендіру тоГының жиілігіне тәуелсіздігінен.
Индукциялық қыздырғыш қондырғы.
Индукциялық қыздырғыш қондырғы негізгі екі топқа бөлінеді: жеделдетіп және қарымталап қыздыру қондырғылары.
Индукциялық жеделдетіп қыздырғыш қондырғыларды соғып дефарматциялау пластикасын, штамповкалау, және т.б қыздырып дайындауда қолданады.
Индукциялық қондырғының қоректену көзі 50-10000 Гц бөлігінде орындалу, қыздырылған бөлшектің және металдардың геометриялық параметіріне байланысты. Желдетіп қыздыру қондырғысының жұмыс жиілігі былайша сипатталады: жоғары температурамен жеткілікті қабат қалыңдығының болмауынан, бөлшектер ағыны арасында температура бөлініп шығады. Осыған байланысты аса қыздырудың дайындамасы төмен болады да, қондырғының ПӘК-і жоғары болады.
Желдетіп қыздыру қондырғысы жұмыс жасау режімі бойынша периодты және үзіліссіз қозғалыс қондырғысы болып бөлінеді. Магниттік материалдардан жасалған дайындаманың қызуы кезінде пайдаланатын қуатында өріс болады, басында өседі содан кейін КЮРИ нүктесіне жеткенде бастапқы өскен қуатын 60-70% -ке төмендетеді. Түсті металдан жасалған дайындаманың қызуы кезінде электрлік кедергісіне байланысты оның қуаты қызу шегіне жеткен кезде бірнеше есе өседі.
Индукциялық қыздыру қондырғысының қоректендіру көзі.
Индукциялық балқыту немесе қыздыру құрылғысы қоректендіру көзінен, үлестіруші қондырғыдан (үлестіруші трансформатор, автотрансформаторлар); конденсатор батареясының реактивті қуаттылықты қарымталау қондырғысынан, қыздырғыш индуктр және балқыту құрылғысынан; қоректену көзі индуктрмен байланысқан тораптан реттеуді және автоматты басқару, қорғаныш аппаратынан, қыздыратан материалды түсіру және араластыру жүктеме механизмдерінен тұрады.
Индукциялық қыздыру қондырғысы токтың қолдану жиілігіне байланысты өндірістік, жоғары және жоғары жиілікті қондырғылар деп бөлінеді. Өндірісте 50 Гц-гі жиілікті жоғары және орташа қуатты, каналды қондырғылар және тигелдік пештің көп бөлігі қолданылады. Олар трансформатрларды және автотрансформатрларды арнайы, немесе 220, 380 және 660 В кернеудегі электрлік жабдықтауды тікелей тораппен қоректендіреді. Жоғары вольтті пешті қосалқы стансасынан жоғары қуатты қондырғы 6-10 кВ кернеумен тораптан қоректендіреді.
Каналды индукциондық пеш арнайы номиналды пайдалануды қажет етпейді, сұйық металдың температурасы белгіленген канал бойынша емес, қатарынан және электрлік параметрлі пештің көрсеткіштері белгіленбеген параметрлермен өзгереді. Пештің қыстырғышы кең көлемде кернеуді реттеу талап етіледі, екі бірдей пеште металдар мен балқымалар параметрлері арқылы орналасады. Бұл жағдайда арнайы секциоланған ораманы торапқа трансформатор және автотрансформатор арқылы қосады. Топтастырылған пештер сияқты өзінің жеке кемшіліктері мен артықшылықтары болады. Топтастырып қоректенудің кемшіліктеріне мыналар жатағы: әр пештің өзінің қатысу мүмкіндігінің орналастыру режімі және қатардан шыққан пештік трансформаторда, топтық пештің жұмысын жоспарлаушы желі болып тұрады. Бірақта топтың қоректенуі қондырғыларды және жай қызметінің ПӘК ін үлкейтеді.
Жоғары жиілікті индукциялық қондырғы арнайы агрегаттарды қоректендіреді, үш фазалық тоқтың үлкен жиілікті бір фазалы тоққа арналған. Бұндай құрылғыға машиналық генератор, статикалық көбейткіштер кіреді. Бұндай амалмен алынған үлкен жиілікті былайша түсіндіреді. Егер өзекшені темір жүрекшемен синусойдалы кернеумен қоректендіреді, магниттік ағынның үлкейуімен жүрекше формадағы токтың қатарынан толтыру әсерінен жарықшаланады және ток гармондарды шығарады. Осындай үш фазалы үш ораманы байланыстырғанда тез жиілік алуға болады егер ең маңызды толқын өшсе, әр фазадан гөрі гармондар 3 есе көп болады.
3 Дәріс. Диэлектрлік қыздырғыштың құрылысы
Дәрістің мазмұны:
- электрлік қыздырғыштың құрылғысымен танысу.
Дәрістің мазмұны.
- диэлектрлік қыздырғыш құрылысының конструкциясымен танысу.
Электрлік токты қолдану басқа қыздырғыштардың алдында өз артықшылықтары бар, олар диэлектрлер мен жартылай өткізгіштіктердің электрлік өрісі арқылы электрлік токтардың өтуі. Бұл тұрақтылық, жылдамдық және үлкен өндіргіштік. Бұл қыздыруды энергетикалық көз қараспен қарағанда эффективті өткелі бұл энергияны қыздыру материалына жіберді.
Техналогиялық сипатына қарай үлкен жиілікті диэлектрлік қыздырғыштар үш түрге бөлінеді.
Бірінші түрдегі қондырғылар үлкен өндіргіш заттардың қайта өңделу процесі заттардың қайта өңделу процесі үшін қажет, себебі олар үлкен қыздыруды талап етеді; мысалы мақта пен талшықтардың кептірілуі, фарфорлық және электроизоляционған дайындамаларды жандыруда осы процесспен жүзеге асырылады.
Екінші түрдегі қондырғылар үшін тегіс дайындамаларды, мысалы текстилдік талшықта талшықтардың кептіргіші матадағы суреттерді, қағаздарды фотопленкаларды, химиялық және фармоцевтикалық препараттарды тегістеу осы процеспен жүзеге асырылады.
Үшінші түрдегі қондырғылар тез және бір типті қыздыруды қажет етпейді мысалы: азық – түлікті мұздату, суыту және тез дайындалатын тағамдар, май мен саңырауқұлақтарды кептіру осы процесспен орындалады.
Жоғары сапалы қыздыруды қолдану азықтүліктің сапасын, технологиялық процестердің тез жүруі және үлкен кіріс әкеледі.
Өрістенудің бірнеше түрлері бар.
Электрондық полярлану атомды араласқан электронды бұлттардың атом ядросы және ең соңғы индуцияланған дипольді моменттің қатынасына тең (8,а суретті қара). Электрондардың өзіндік тербелісінің уақыты 10-14 -10-15 с құрайды және осы уақытта электрондық полеризатция орнатылады.
Иондық полярлану қатты диэлектриктердің иондық кристалдарды торларының араласқан иондар молекулалары мықты етеді. (қайнатпа тұзда иондар Na+ және Cl-). Электрондардың өзіндік тербелісі 10-12 -10-13с құрайды, және осы уақытта электронды поляризация орнатылады.
Бағдарлану полярлануы қатты дипольді көрсеткіштері бар ішкі электрлік өрісі диэлектриктерде молекулалар тәуелсіз орын алады. Жиі бұрылыстың және реттелген дипольдің ішкі электрлік өрісіне тәуелсіздігі полярлануды тудырады (8,б суретті қара). Полярлану молекулалары бір-біріне байланысқан, электрлік өрістің әсерінен аз ғана бұрышқа бұрылатын, араласқан таянышты полярлану, қатты және сұйық диэлектриктерде пайда болады.
8 Сурет – диэлектриктің электрлік полярлану түрі
Диэлектрлік қыздырғыш қондырғыларды екі топқа бөледі: өзіндік диэлектрлік қыздыру қондырғысына, үлкен жиілікте жұмыс жасайтын (ҮЖ-құрылғы жиілігі 66 кГц - 100 мГц) және үлкен жиіліктен тыс қондырғы (ҮЖТ-қыздырғыш- жиілігі 1000 мГц және одан үлкен). Диэлектриктерді қыздырып коэффиценттің жоғалуын азық-түлікті қыздыра отырып салыстырады.
Материалдардың жануынан физикалық жағдайына қарап қондырғының жұмыс жасау параметрлерін анықтайды.
Тораптың технологиялық құрлысы маңызды жанындағы және қыздыратын материалдардың түріне байланысты анықталады. Қыздырғыш диэлектрик қондырғының тораптың технологиялық сұлбасының айырмашылығы 9 суретте көрсетілген.
9 Сурет
Үлкен көлемдегі жасалған өнімдерді қыздыру, кептіру және ұнтақ тәріздес материалдардың технологиялық сұлбасы 9а,б суретте көрсетілген. Диэлектрик қыздыру кезінде қыздырып жатқан материалдың температурасы ылғалдылық кетірудегі температурадан үлкен.
9,а суретте понепластан жасалған өнімнің сұлбасы көрсетілген. Диэлектрлік қыздырудың бірнеше қондырғылары бар мысалы, прессматериалдарды қыздыру үшін, термориактивті жабыстырмамен жапсырмалау және резинкаларды қайта өндіру.
Үлкен жиілікті диэлектриктерді қыздыру үшін лампалы генераторлар (5,28-300 мГц) қолданылады. Олардың құрлысы индуктивті қыздыру генераторы сияқты, бір айырмашылығы оларда қыздыратын материал жұмыс генераторының ішінде орналасқан.
Жұмыс барысында сыйымдылық Сн мен активті кедергісі Rн өзгергесін, контурдың эквивалентті кедергісі мен генератордың жұмыс жасау жағдайы да өзгереді.
Барлық жұмыс жасау жағдайында жиіліктің диапазонын сақтау үшін эквивалентті кедергінің тұрақтылығын қалдыру керек.
4 Дәріс. Электрдоғалық термиялық пеш
Дәрістің мазмұны:
- электродғалық термиялық пешті зеріттеу.
Дәрістің мақсаты:
- доғалық пештердің түрлері мен құрылғылары туралы танысу.
Электрдоғалық пешті металургиялық, химиялық, машина жасау және де басқада өндіріс салаларында қолданады, олар былайша топтастырылады:
Доғалық пештің тікелей қосылу амалы. Басты сәуле шығаруды алуда электрлік доғамен материалдар арасындағы қыздырылған материалдарға орналастырған, электрдоғалық разрядтың электродтармен жанасу орны.
Доғалық пештің тікелей қосылу амалы. Бұл амалда электродтың аяғы және қыздырылған материалдар арасында электр доғасы жанады. Материалдарды қыздыруда энергияның бөлінуінен тіректерде доғаның дақтарын алу, балқымадан ток өткізуді, плазмалық доғадан сәулелену, конвекциялық және жылу ылмасу арқылы іске асырады.
Кедергілік доғалық пеш. Бұл жағдайда электр өткізгіш құбырдың қабатымен жанасады: доғалық разрядта жылу бөлінеді және орналастырылған материалдарға шахта арқылы ток жібереді. Пештің көлеміне жылу беру, сәуле шығару және аз бөлікті конвекция, жылу өткізгіштіктің есебінен жүреді. Доғалық пештің санынан вакумдық доғалық пешті бөліп алуға болады.
Жанама әдісті доғалық пеш.
Жанама әдісті доғалық пеш түсті металдарды балқытуға және ағызуға, сонымен қатар шойынның және никелдің басқа түрлерін балқытуға арналған. Артық болуының салдары – металдың аз иісінің болуы, электрдоғалық разряд металдың асқын балқымасымен тікелей жанаспайды. Жеке доғалық пештің жанамалық әдісі (10 суретті қара) көлбеу орналасқан ваннаны, іші футерленген от таянышын сипаттайды 1. Электродтар қырынан қарама-қарсы қабырғада орналасқан 2, беріліс механизімінің мүжіп араластыру түрі. Қайта балқытылған материал 3 ваннаның түсіне тесік арқылы корпустың үстінгі қыры арқылы жүктейді 5. Электродтағы кернеу беріледі, сосын олар тізбекте токтың пайда болуымен және жанасуға әкеледі де айырылады, бұл электр доғаның пайда болуына әкеледі 4. Бөлінген доғаның энергиясынан жылу және металлдың балқуы сіңірілудің салдарынан болады. Металлдың балқуынан кейін иілу механизмімен пеш иіледі және одан ерітінді құйылып алынады. Қуатты пешті реттеу доға тогының, және де электродтардың жақын немесе алыстаған қашықтығы әсерінен байланысты жасалады.
10 Сурет – Жанама әдісті доғалық пеш сұласы
Жанама әдісті доғалық пештің электр құрылғыштарына пештік трансформатор, басқару реакторы және электродты беретін механизмді электржетектер жатады.
Ток электроттарға пештік трансформаторлық стансаға иілгіш кәбіл арқылы келеді. Электржетектің көлемімен электродтар арасы, арнайы аралықты басқару және автоматты реттеу режімін реттеу жүргізіледі.
Жанама әдісті доғалық пештің сыйымдылығы 0,25 және 0,5. Оларға графиттенген электрод қолданады, олар қуаты 175-250 және 250-400 кВА жабдықталған трансформатр.
Тура әдісті доғалық пеш.
Тура әдісті доғалық пештің басты белгісі (11 суретті қара) - жалға беру цехында арнайы белгіленген болаттың ерітіндісін, сонымен қатар машина жасау зауытында фасонды құймалар ретінде металургиялық және химиялық шикі заттарды қолданады.
Доғалық болат еріткіш пеш цилиндірлік болат қаптамадан созылмалы немесе сатылы тәріздес формада болады 1. Қаптаманың ішінде өртке қарсы футеровка бар 2. Футеровкаланған қаптаманың үстінгі жағында пештің қақпағы бар 3 ол арқылы электродтар өткізілген 4. Доғаның жануы үшін алдымен тез ерігіш материал, содан кейін доғаны қыздыруға дейін аз мөлшерде көтереді 6. Электродтың көтеру механизмі көмегімен оның еру процесі жүреді 5. Әрбір пеш жұмыс терезесімен қамтылған.
11 Сурет
Химиялық қүрамның түзелуі мен балқыған металдың температуралары үшін үлкен сыйымдылықпен пештерде электрмагниттік құрылғылар орналастырылған.
Электродоғалық пештің құрылғысы металдың еруімен электродтардың орналасуымен жабдықталған. Олар электрохимиялық және гидровикалық жетек пен қамтылған.
Доғалық пештің құрылғысымен оның элементіне және электржабдықтау сұлбасына нақты шарттар қолданылады:
1) еру процесін тездету үшін максималдық қуат қажет. Металдың температура шкаласының қуатын басқада периодқа өзгертуге мүмкіндік керек;
2) қайта қалпына келтіру атмосфеарасының пеште сақталауы;
3) электрқұрылғының жылдамдатқыш реакциясы балқу периодында қысқа тұйықталу және доғаның үзілуінен электрлік режімінің қысқа уақыт ішінде сақтап қалуы. Қалыпты режімнің бұзылуы ереже бойынша фаза болады. Сол себепті әрбір пештің электроды автоматты түрде және механикалық жоғарумен реттелген.
Доғалық болат балқытқыш пештер үш фазалы өткізгіштік емес материалдан тұрады. Металы бар ванна осында пештерде үш фазалы тізбекте нөлдік нүктелік және нөлдік нүктелік емес фазалық жүйе пайда болады.
Доғалық пеш қондырғысының электрлік қондырғылары.
Арнайы доғалық пеш қондырғысының (12 суретті қара) электрлік құрылғылары: доға жанатын және материалдарды қайта өңдеп шығаратын ваннасы және пеш электродтар; әдетте дросельмен бірге орналастырылатын арнайы әр пештерге төмендететін трансформаторлар; пеш электродтарын трансформатордағы екіншілік шығыспен байланыстыратын қысқа торап; коммутациялық, өлшеуіш және қорғаныш аппараттары.
1,6 – ажыратқыштар; 2 – жоғары кернеулі желі; 3 – айырғыш; 4 – жоғары кернеулі торап;
5 – реактор; 7 – пештік трансформаторлар; 8 – қысқа желі; 9 – электродтар;
10 – электрдоғалық пеш.
12 Сурет – Электр пештік қондырғының сұлбасы
Пештік қондырғыларда трансфарматрлар жане дросселді, арнайы аппараттар түрінде және дросселге қондырылған трансформаторлар түрінде қолданады.
Электрдоғалық пештерін басты және көмекші ток тізбектері деп аталады.
Басты тізбек тогы басты электр жабдықтарға және электрлік доғаның пешке қосады. Ал көмекші тізбек тогына тізбекті басқару, өлшеу және қорғау, автоматтар және т.б. жатқызылады.
Басты тізбекті алғашқы жане туынды деп бөліп қарастырады. Алғашқы тізбек жоғары кернеудегі тізбектей жалғанған аппараттар мен проводтардың пешті трансформаторлар орамасынан және дросселден тұрады.
Туынды тізбек тронсформатордың туынды орамасына тізбектей өткізгіш қысқа торап, электродты және электрлік доғалардан тұрады. Барлық тізбектің бөлігі пеште орналаспаған, торапқа жүргізілген бөлігінің барлық атауын алдық.
5 Дәріс. Контактілік пісіру қондырғылары
Дәрістің мазмұны:
- контактілік пісіру қондырғыларын оқып үйрену.
Дәрістің мақсаты:
- контактілік пісіру түрлерімен танысу.
Электр контактілік пісіру метал бөлшектерінен электр тогы өткенде оларды қыздыру, балқыту және қысу,соңынан пісіру аймағын пісірілетін бөлшектер денесінің жылу өткізгіштігі есебінен суыту нәтижесінде ажырамас бөлу үрдісі болып табылады.
Біріктіруді алу әдісі бойынша түйістіріп түктелік және тігістік түйіспелік пісіру болып бөлінеді (13 суретті қара). Пісіру трансформаторынан ток пісіру бөлшектеріне 2 сумен салқындатылатын электродпен 1 өткізіледі. Пісіру орнында 3 джоулдік жылу бөліну және қысылу есебінен бөлшектердің бірігуі жүреді. Электродтардың арасында бөлінетін энергияның жалпы көлемі Q(Дж), мұнда Rк – бөлшектер арасындағы түйіспелі кедергі, Ом; I – пісіру тогы, А; - токтың өту уақыты, с.
Түйістіріп пісіру қондырғылары үшін пісірмелер негізгі екі бөліктен тұрады: электрлік және механикалық. Электрлік бөлігі арнайы пісірмелі трансформатор құрылымынан, ток өткізгіш бөлімінен және пісіру тогын ажыратып қосу құрылғысынан тұрады. Пісіру бөліктерін импульстік қосатын құрылғы болып қондырғының механикалық бөлігі саналады.
13 Сурет
Түйістіріп пісіру.
Түйістіріп пісіру (13,а суретті қара) – бұл бөлшектердің бірігуі барлық жанасу аудандары бойынша жүргізілетін түйістіріп пісіру әдісі. Түйістіріп пісіруді кедергімен және балқытумен жүргізтін екі жолы бар.
Кернеумен дәнекерлегенде дәнекерленетін бөлшектерді 2 ток өткізгішке бекітеді 1 және күшпен қысады Fсж. Ол арқылы ток өткен кезде бөлшек қызады да температураға дейін тоғысады, металдың балқу температурасына жақындайды (0,8-0,9Tпл). Содан соң бірден қысу күшін жоғарылатады (бөлшек шөгеді), нәтижесінде қатты фазада дәнекерленген фаза пайда болады.
Ерітілген дәнекерді толассыз ерітілген және қыздырылып ерітілген деп бөлуге болады.
Қосылған трансформаторларда толассыз ерітілген дәнекерлер бөлшектер өзара жақындасады және қысу жолымен олардың байланысы іске асады. Осы кезде түйіскен токтың әсерінен қызады. Одан соң қысу күшін азайтып, осыған байланысты байланыс кедергісі жоғарылайды да, дәнекер тогы төмендейді. Қысым төмендегенде бөлшектердің шектесуі жазықтықпен басқа нүктедегі шектесумен ауысады, нәтижесінде осы нүктеде қызу көтеріліп және басқа участкалары ерітіледі. Металдардың осылайша шығу нәтижесінде басқа да участкалар тұтасып, дәнекер тогының өтуіне ықпал етеді.
Дәнекерленетін бөлшектердің ерітілуі олардың шеттерінде сұйық металдың қабатталуы пайда болғанша жалғаса береді. Содан соң жаппай металды қосу пайда болады.
Дәнекерлеген кезде қыздырылып ерітілген бөлшектер шеттерін уақытша тұйықтау әдісімен қыздырады, содан соң ерітеді.
Дәнекерлеу кезінде ерітіліп шөгілген бөлшектер ерітілмеген дәнекерлеумен салыстырғанда артықшылықтары: жалғасқан жерінің беріктігі мықтырақ болады; дәнекерлеуді құру қуаттылығы азырақ; электрэнергияны төмендетілген салыстырмалы шығыны болады; әр түрлі металдарды дәнекерлеу мүмкіндігі болады.
Ал кемшіліктері: аз ғана металл шығыны болады.
Шөгуге арналған машиналар дәнекерлеу мүмкіншілігіне байланысты, міндетіне байланысты, құрылыу тәсіліне байланысты.
Универсал машиналар индивидуалды құрылыстарда көп қолданылады, ал мамандандырылған машиналар – үлкен сериялы және салмақты құрылыстарда бір типті болшектерді дәнекерлеуде қолданылады.
Нүктелі пісіру.
Нүктелі дәнекерлеу кезінде дәнекерленетін бөлшектер екі электрод арасында орналасады, электрұстағышпен қыстырылған (13,б суретті қара). Салмақ салған механизмге байланысты электродтар мықтылап дәнекерленетін бөлшектерді қысады. Қысымнан кейін электродтарға кернеу беріліп, бөлшек арқылы өтетін ток белгілі температураға дейінгі дәнекер орнын қыздырады, жеткілікті етіп қысқаннан кейін бұл жерде бөлінбейтін дәнекерлік байланыс пайда болады. Нүктелі дәнекерлеу ортасының температурасы, дәнекерленетін метал балқуының температурасына қарағанда әлдеқайда жоғары болады, оның диаметрі электрод диаметріне жақын болады. Нүктелі дәнекерлеу машинасын тотығуды жеткізу тәсіліне байланысты бөлінеді: бір нүктелі екі жақты (қалыпты) дәнекер көп тараған. Нүктелі дәнекерлер үшін түрлі құрастырылған машиналар болады. Сонымен қатар дәнекерленген машинарлардың стационарлы универсалды, тасымалды универсалды, мамандандырылған стационарлы және рельефті дәнекерге арналған түрлері болады. Нүктелі қосылу немесе сөну моментіне байланысты. Әдетте машиналарда мынадай тізбектелген операциялар қолданылады: токты өткізбей бөлшектердің элекродтары арқылы қысылуы, токтың сөнуі, жоғарғы электродтардың дәнекерлердің машина бөлшектерінің қысылу механизмінің жұмысы токтың тұруы. Егер тізбектелген операцияларды бақыламасақ бөлшектердің жанып кетуі немесе дұрыс дәнекерленбеуі мүмкін.
Нүктелі машиналардың электродтары электрұстағыштарға орнатылады, нүктелі машиналарың тұмсығына бекітіледі. Электрұстағыштарды жезден дайындайды. Оларда суды салқындататын каналдары болады. Суытылған су ауысатын электродтар каналына кіре алады.
Жапсарланған пісіру.
Жапсарланған дәнекерлеу барысында екі дәнекерленетін бөлшектер айналатын роликтер көмегімен іске асады , яғни пісіру орнына электр тогын өткізу арқылы іске асады (13,в суретті қара). Жапсарланған дәнекерге арналған машиналарда екі ток өткізетін ролик болады, олардың біреуі қозғалтқыш, екіншісі қажалу күштеріне байланысты пісірілетін парақтар әсерінен айналады. Мақсатына байланысты жапсарланған дәнекер нүктелі дәнекерге ұқсас болады.
Жапсарланған дәнекер процесінің орындалуы үшін мынадай тәртіп орындалуға тиіс: токтың үздіксіз берілуі роликтің үздіксіз қозғалысы; токтың үзіліспен берілуі үздіксіз роликтің қозғалысы; токтың үзіліспен берілуі роликтің үзіліспен қозғалуы (қадамдық дәнекер).
Жапсарлы пісіруді жұқа қабатты ыдыстарды жасау үшін, металды трубалар мен сол сияқты заттарды жасауға тиімді.
Стационарлы нүктелі пісірілетін машиналардың құрылысы жапсарланған дәнекерлеуден айырмашылығы оның электродтар түріне байланысты (механикалық жетекті роликтер).
Жапсарланған дәнекерлердің монтаждау құрылысына байланысты стационарлы және жылжымалы, роликтердің орналасуына байланысты ұзыннан және көлденең болып бөлінеді, жетегі бойынша пружиналы және механикалық қысу жетегі бойынша, ролик санына байланысты , яғи оның бір немесе көп роликтігіне байланысты.
Контактілік пісірудің электр жабдық құрылғылары.
Контактілік пісіруге арналған машиналар жалпылама белгілеуге және жоғарға өнімділігі мамандандырылған машиналар болып бөлінеді, олар нақтылы бұйымдарды дәнекерлеуге дайындалған.
Жалпылама белгілеуге арналған машиналарда сенімді жоғарғы мақсатпен, өрілген жүрекше мен орамалардан, компаунмен құйылған, дәнекерленген трансформаторлар қолданылады, "Логика "элементімен басқарылатын аппаратура және интегралды сұлбалары қолданылады; тиристорды қолданып, үзілетін токтар.
Контактілік пісіруге арналған машиналар қоректенуіне, түрленуіне байланысты бөлінеді:
а) өнеркәсіптік немесе төмендетілген жиіліктегі бір фазалық айнымалы ток;
б) тұрақты токтағы (екінші контурдағы түзету тогымен);
в) үш фазалы токта, төменжиілікті тиристорлық түрлендірумен;
г) энергияны сақтаумен (конденсаторларда, электромагниттік жүйелерде, айналушы массаларда ).
Контактілі пісіру машинасының электрлік күштік бөлігі пісіруге қажетті қуатты қоректену көзінен 75-750 кВА, қоректену торабынан 380 немесе 220 В токты ала алады (2-10 кА). Контактілі пісіру құрылғылары электрэнергиясын бұқаралық тұтынушы болып табылады, соған байланысты осындай ұйымдарды толық жетілдіру электр энергиясын үнемдеу үшін маңызды бағыт болып табылады. Дұрыс нәтижелер алу үшін энергетиктер мен технологтардың бірге бас қосып жұмыс жасауы тиіс. Ең жақсы нәтижелер мынадай шараларды ұйымдастырады: пісіру технологиясын жетілдіру, қоректену козінде бос жүрістің шектелуі, дәнекерленген ток тізбегіндегі контакттік байланысты периодты тексеру, пісіру жұмыстарындағы электрэнергия шығынын құрады.
6 Дәріс. Плазмотрондар
Дәрістің мазмұны:
- плазматрондардың құрылысы, оларды қолдану аумағы және классификациясы
Дәрістің мақсаты:
- плазманы алу процессін және жұмыстық режимді қамтамасыз етуді оқыту
Плазмотрон – төмен температуралық плазманы алуға арналған газоразрядты құрылғы. Плазманы құратын заттар, газ немесе сұйық ретінде қолданылады, электр доғасымен әрекеттесіп, разрятты камерада қызады. Ең алдымен технологиялық мақсаттарда қолданылады: плазмохимия, плазмалық металлургия, беттік плазмалық өңделу, плазмалыз тормоз және басқалары.
14 суретте плазматрон көрсетілген. Кварцтік труба (3) индуктормен (4) қоршалған ұстаушыға қысылған (2). Газда бірнеше мегагерц жиілігімен индуктор арқылы ток өткенде; Дәреже ынталауынан кейін баяу балқитын электрод (1), қысқа уақытта индуктор аймағына жүретін, тұрақты плазмалық факел пайда болады, әдеттегі қысым жанында ортамассалық температура 10000 К. Плазматрондар белгілері бойынша: токка, доғаның түріне, доғаның орналасуына, катод, газ түріне, доғаның стабилизация тәсіліне, суыту тәсіліне байланысты бөлінеді.
1 Токка байланысты плазматрондардың топтасуы: тұрақты ток; өнеркәсіптік жиіліктің айнымалы тогы; қиыстырылған; жоғарғы және өте жоғарғы жиіліктегі айнымалы ток.
14 Сурет
2 Доға түріне байланысты топтасуы:
а) тура қозғалыстағы доға, ол электродтардың біреуі бұйымның өзі болған кездегі жағдайы, мысалы, металл кескенде кесілген металл, мұндай плазматрондарды қолдану ПӘК бойынша 70% электродқа түсетін плазмалық ағыннан энергия бөлінеді;
б) жанама плазматрондар, доға плазматрон ішінде жанғанда пайда болады, плазмалық ток тек ғана бұйымға әсер етеді. Ондай плазматрондарды қолданудағы ПӘК 40-50%, энергияның кейбір бөліктері плазматрон электродтарында жоғалады.
3 Электродтарға қатысты доғаның орналасуы және плазматронның конструктивті түрлерін екі үлкен топқа бөлуге болады:
а) сызықты плазматрондар. Бір камералық сызықты плазматрондардың негізгі элементтерінің көп тараған остік сұлбасы суытылған катод болып табылады, ал анод құйын тәрізді камера болып табылады. Электрлік доға газдағы ағынмен стабилизацияланады. Газ тығыздығы доға бағанасында (30-50 рет ) қызған газ бағанасынан аз екені белгілі;
б) каоксиальды плазматрондар. Каоксиальды плазматрондар – магнитті стабилизацияланған доғалы плазматрондар. Онда доғаның жағдайы орталық электродта геометриялық жағдаймен көрсетіледі, аэродинамикалық күштер және топологиялық магниттік өріс. Тұрақты магниттік өрісі доғалардың электродтарға ығысуына ықпал жасайды, токтың белгілі қатынасында және магнит ағыны оны ұзартады және ішкі электрод қасына бұрап қояды. Доғаның тез айналуы электродтардың маңызды бетіне орналасуына ықпал етеді.
4 Катод түріне байланысты плазматрондарды былайша бөлуге болады: шығындалушы катодпен, аз шығындалушы катодпен.
5 Плазматрондардың газға байланысты топталуы.
Плазматүзгіш ортаның құрамы технологиялық процесстермен анықталады. Өңделетін материалдарға химиялық әсермен және плазматрондарды былайша бөлуге болады: қалпына келетін ортамен (сутегі, аммиак, пропан, бутан т.б); тотығатын ортада (ауа, көмір қышқыл газ, су); салғырт ортамен (аргон).
6 Плазматрондағы стабилизацияланған доға тәсілдері.
Доғаның стабилизациялануы плазматрон жұмысының тұрақтануын және плазматрон ағынының параметрлерінің тұрақтануын қамтамасыз етеді. Стабилизация дәрежесінің тәсілімен плазматрондар стабилзацияланған доғалы қабырғылы, газды ағынмен және магнит өрісі болып бөлінеді. Газды ағынмен доғалы плазматрондар көп қолданылады, оны өз ішінде:
а) газды ағын аксиальды немесе тангенсияльды газ таратушы болып;
б) сумен араласқан стабилизация, яғни жұмыстық камераға тангенсияльды береді.
7 Плазматрондардың суытуға байланысты топтастырылуы.
Үлкен жылу ағындарымен байланысқан, элетродтардағы доғалық разрядтан келетін, плазматронның сууы жұмыс ресурсына қатты әсерін тигізеді, өз ішінде:
а) газды суыту;
б) суды суыту;
в) қиыстырылған суыту болып бөлінеді.
Газды ағынның стабилизациялануы және доғаның фиксациялануы үшін үш тәсілі болады:
а) кемерленген плазматрон. Шығатын электроды 2 берілген сұлбада кеңейту арқылы орындалған (15 суретті қара) электрод соңында. Шығыңқының диаметрі электрод диаметріне қарағанда екі рет үлкен;
б) плазматрон соленоиден. Соленоид доғаның пайда болған жерінде орнатылады, радиалды учаскеге әсер етеді, ұзындығын стабилизациялайды;
в) плазматрондар өзара электродтар арасында қоспалармен бір бірінен бөлек және металды суыту секциясының электродтарынан тұрады (16 суретті қара).
1,2 – электродтар; 3 – электрод арасындағы қондырғы; 4 – жұмыс газының берілу түйіні;
5 – қорғау газының берілу түйіні; 6 – соленоид.
15 Сурет
Шығыс электроды мұндай плазматрондарда секциядағы оқшауланған болып бөлінеді. Секциядан ең алшақ орналасқан катодты қоректену көзіне жалғайды. Қалған секцияларды қалыпты полюстегі қорек көзіне кедергі арқылы жалғайды. Бұл басында қысқаша доғаны жалғауға мүмкіндік береді.
Доғадағы жалпы кернеудің құлауынан, катодқа жақын кедергісі жоғары болу қажет, екінші секцияға қатысты кернеудің құлауынан жоғары болу қажет және оған байланысқан кедергі жоғарғы болу қажет, сол кезде соңғы секцияға жетпестен, доға екінше сексияға қосылып кетеді. Кей кезде доға қосылғанда кедергілер өшіреді. МЭВ Плазматрон жоғарғаэнтальпиялы және жоғарғыкернеулі болып келеді.
Плазмалық технологиялық процестерді былайша бөлуге болады:
а) плазмалық сорғалаудың жылуберуші құрамын пайдаланады;
б) плазмалық сорғалаудың жоғарғы температурасын пайдаланады.
16 Сурет
Плазмалық сорғалаудың жылуберуші құрамының өзін екіге бөлуге болады:
1) плазмалық сорғалау материалға әсер етеді:
а) плазмалық кесу;
б) плазмалық пісіру;
в) механикалық өңдеуге арналған плазмалық металдың қызуы;
г) плазмалық шынылардың өңделуі;
д) жаңа конструкциялардың, материал және бұйымдардың температуралық байқалуы,
2) өңделетін материалдар плазмалық сорғалауға енгізіледі:
а) плазмалық шаңдану;
б) дисперстік материалдардың алынуы;
в) Вернейл методы бойынша монокристалдардың плазмалық ұзаруы.
Плазмалық сорғалаудың жоғарғы температурасын қолдануының өзі екіге бөлінеді:
1) қайта қалпына келтіретін процестер, жоғарғы температурадағы тепе-теңдік химиялық реакцияны керек материалды қажет ететін жаққа қарай жылжытады;
2) жоғарғы температурадағы тамшылау жылдамдығы жоғарылайтын процестер. Оларға мыналар жатады:
а) металлургиялық процестер;
б) неорганикалық химиялы плазмохимиялық процестер;
в) органикалық химиялы плазмохимиялық процестер.
7 Дәріс. Оптикалық кванттық генераторлар
Дәрістің мазмұны:
- оптикалық кванттық генераторларды оқып білу.
Дәрістің мақсаты:
- оптикалық кванттық генераторлардың түрлермен танысу.
Оптикалық кванттық генераторлардың негізгі жұмысы оптикалық ауқымдағы еріксіз сәулеленудің монохроматтық тербелістерді түрлендіру болып табылады.
Кез келген ОКГ құрылымдық орындалуынан тәуелсіз келесі элементтерден тұрады:
1) орналасу инверсиясы пайда болуы мүмкін атомдар мен молекулалар ансамблінен тұратын жұмыс денесі;
2) инверсияны туғыза алатын жүйеден;
3) оптикалық резонатор;
4) резонатордан энергияны шығаратын құрылғы;
5) кеңістікті орынмен алынған жарық шоғырын және энергияның шоғырлануын басқару жүйесі;
6) ОКГ-ды нақты қолданумен байланысты, әртүрлі арнайы жүйелер.
Орналасу (населенность) инверсиясы үшін ОКГ – да толтырудың (накачка) келесі түрлері қолданылады:
а) оптикалық – заттың қуатты жарық ағынының сәуленелуі арқылы.
б) электрлік – заттан электр тогы өткен кезде пайда болады.
в) химиялық – инверсия химиялық реакциялардың нәтижесінде пайда болады.
ОКГ- дың жұмыс істеу принципіне байланысты үздіксіз және импульсті – периодтық режімде жұмыс істейтін құрылғыларға ажыратылады. Еріксіз сәулеленуді алуға пайдаланатын лазерлерді материалының түріне байланысты негізгі төрт түрге бөледі: қатты денелі оптикалық, қоздырумен, жартылай өткізгіштік, сұйық және газды.
Оптикалык толтыруы (накачка) бар қатты денелі лазерлер. (17 суретті қара). Мұндай лазерлерде сәулелендіргіш – активті элемент – қатты дене болып табылады. Мұндай ОКГ-да генерация процесіне тікелей қатысты диэлектриктің негізгі массасы еріксіз сәулеленуді қабылдамайды. Сәулелендіруді ынталандыруды және генерация матрицадағы болып жатқан активатор атомдарының ауысуына байланысты.
Матрицаның материалы ретінде синтетикалық лағыл, молибдат немесе фольфраматтың, фторидтің сілтілік – жерлік кристалдар, иттрилік – алюминдік жарылғыштар, әртүрлі құрылымды шишиларды қолданылады.
Қатты денелі ОКГ-дың құрылымдық сұлбасы 17,а суретте көрсетілген. Жұмыстық заттектен жасалған оқшаулама 2 екі айнаның 1,3 ортасына орналасқан. Айна 1 оған түскен сәулені толығымен шағылыстырыды, ал айна 3 жартылай мөлдір. Энергияны толтыру үшін газразрядты жарқыл–лампасы 6 қолданылады, ол кристал шағылысуының эффекттілігі үшін шағылыстырғыш қаптаманың 4 ішіне көлденең қимамен эллипс формасында орналасқан. Жарқыл – лампасының қоректенуі импульстік жоғары корнеулі көзден жүзеге асады.
17 Сурет – Қатты денелі лазерлердің құрылымдық сұлбасы
Қатты денелі ОКГ – дың импульсінің ұзақтығы 0,1 – 10 мс аралығында тербелетін және конденсаторлық батарей тізбегіне қосылатын индуктивтілікпен анықталады. Қайталану импульсінің жиілігі импульстік лампаның сипаттамасымен салқындытылу шартына тәуелді. Қазіргі заманғы ОКГ-да түрленетін сәулелену энергиясы жүздеген бөлшектен жүздеген джоулге дейінгі аралықта өзгереді. Қатты денелі лазерлердің ПӘК-і айтарлықтай жоғары емес, себебі лампаға келетін энергияның көлемді бөлігі жылуға айналып кетеді.
Өңделетін бөлшек бетіндегі лазерлік сәулелену сфералық немесе цилиндрлік оптиканың көмегімен фокусталады. Бірінші жағдайда сәуле нүктеге фокусталады, екіншіде – сызыққа, яғни ұзындығы генератор сәулесінің көлденең қимасымен анықталатын болады.
Егер фокустайтын объект ретінде сфералық, цилиндрлік және т.б. арнайы оптикалық құрылғыларды қолданса, лазердің сәулелену импульстарын нүктеге, сызыққа, шеңберге фокустауға болады.
Қатты денелі жартылай өткізгіштік лазеолер.
Бұл типті лазерлердің лағылдан айырмашылығы жарық сәулелендіретін заттектің жартылай өткізгіштің кішігірім бөлігі қолданылады. Инжекция кезіндегі р-n ауысуы арқылы заряд тасушылардың қоздырылуын жүзеге асыратын жартылай өткізгіштік лазерлер инжекциялық деп аталады. Мұндай лазерлерге мысал ретінде арсенида галлиінде р-n ауысуындағы жартылай өткізгіштік кванттық генераторлар қызмет етеді. Арсенида галлиіндегі акцепторлық қоспа цинк, кадмии, индий және т.б., донорлық қоспалар – теллур, селен және т.б.
Жартылай өткізгіштік инжекциялық лазерлер электр энергиясын когеренттік сәулеленуге өте жоғары түрлендірумен сипатталады. Сұйық азот температурасында жұмыс істейтін жартылай өткізгіштік ОКГ-ң қуаты 100 Вт жетеді, ал сұйық гелий температурасында 10 Вт дейін. Олар бөлме температурасында үздіксіз режімде жұмыс істей алады.
Жартылай өткізгіштік лазерлердің кемшіліктеріне олардың кіші көлемімен сәулеленудің жоғары емес бағыттылығы, сонымен қатар жоғары монохроматтылықты алу қиындығы.
Сұйықтықты лазерлер.
Олардың негізгі артықшылықтары – импульссіз, үзіліссіз режімде сәулелену қуатын және үлкен энергияны алуға мүмкіндік беретін салқындату мақсатындағы сұйықтықтың айналу (циркуляция) мүмкіндігі. Бейорганикалық сұйықтықтан сирек – жерлік ерітіндісі негізіндегі лазерлер және белсенді орта ретінде органикалық ерітінділермен қолданатын импульсті және үзіліссіз әсерлі лазерлер жасалған.
Газ лазерлері.
Бұл типті лазерлердің принциптік құрылысы жоғарыда қарастырылғандардан айтарлықтай жеңіл. Шишалы түтік арнайы газ қоспасымен толтырылады. Оның жанына екі электрод дәнекерлеп, оған қорек көзінен кернеу қосады. (18 суретті қара).
18 Сурет – Газ газерлерінің сұлбасы
Түтікте газ разряды қоздырылады. Газ лазерлері үшін арнайы белсенді қоспалар таңдалып алынады. Қатты дене және сұйықтықпен салыстырғанда газдың тығыздығы аз және біркелкілігі жоғары, яғни жарық сәулеленуінің бұрмалануы, оның шашырауы және энергияның шығынын шақырмайды. Соның нәтижесінде газдағы лазерлік сәулеленудің бағыттылығы тез арада жоғарлап, дифракцияның шартты мәніне дейін жетеді. ОКГ-да белсенді газ ретінде аргон, неон, криптон, ксенон, гелий қоспасы бар көмірқышқыл газын қолданады.
Газды ОКГ үш топқа бөлінеді: атомдық, иондық және молекулалық ауысулы.
Когоренттік жарықтың сәулеленуінің технологиялық генераторлары бірнеше жүздеген киловатт үздіксіз сәулелену қуатына және бірнеше жүздеген джоуль импульстан энергияға ие. Олардың үлкен габариті және көлемі болғанымен жасалуы және эксплуатациясы қиын, көп қуат тұтынады. Бірақ оларды пайдалану бірнеше артықшылықты береді:
1) кез-келген оптиканың мөлдір ортаға энергияны жарық сәулесі түрінде жеткізу мүмкіндігі;
2) энергия көзімен өңделетін бұйым арасында механикалық және электрлік контактілердің жоқ болуы;
3) қыздыру дағында энергияның жоғарғы концентрациясының болуы;
4) сәуленің фокусталуының өзгеруімен қыздыру дағындағы сәуле ағынының тығыздығын балқымалы реттеу мүмкіндігі.
Қуатты лазерлер әртүрлі матиериалдарды өңдеудің технологиялық процесінде қолданылады. Олардың көмегімен жарық толқындарының бірнеше ұзындығы өте үлкен дәлдікпен механикалық кернеусіз әртүрлі материалдарды дәнекерлеу, шынықтыру, кесу, бұрғылау жүзеге асады. Лазерлермен лағылдарды, алмазды, кез келген қаттылықтағы материалдарды өңдейді.
8 Дәріс. Бірфазалық ток түзеткіштері
Дәрістің мазмұны:
- бір фазалы түзеткіштердің түрлері.
Дәрістің мақсаты:
- түзеткіштердің жұмыс жасау принциптері және жобалаудың үйрену.
Олар үш түрге бөліне алады: бір жарты периодты бірфазалық сұлба, екі жарты периодты бірфазалық сұлба, бірфазалық көпірлік сұлба.
Бір жарты периодты бірфазалық сұлба. Бұл сұлбада (19,а суретті қара) трансформатор екіншілік орама мен синусоида заңы бойынша өзгеретін кернеуден тұрады. В1 вентиль аноды жалғанған екіншілік ораманың а нүктесі в нүктесіне қатысты оң потенциалды болса, жүктеме тізбегіндегі ток оң жарты периодта ғана өтеді. Теріс жарты периодта (19,в суретті қара) В1 вентиліне кері кернеу қосылады және ол жабық болады.
19 Сурет – Бірфазалық түзеткіш
Түзетілген трансформатордың екіншілік орамының оң жарты толқынның кернеуін сипаттайды. Жүктемедегі периодтың орташа мәні түзетілген кернеу деп аталады. Жүктемедегі ток бір бағытта өтеді, бірақ пульстейтін сипаты бар және түзетілген ток ретінде болады.
Түзетілген кернеу мен ток тұрақты (пайдалы) құраушылармен қатар айнымалы құраушылардан тұрады. Түзеткіштің жұмысының сапалы жағы пульстік кернеу және токпен пайдалы құраушылардың арасындағы қатынаспен бағаланады. Идеалды вентильмен трансформатордың түзетілген кернеуінің орташа мәні
.
Периодтың жартысын өткізбейтін вентильге қосылған кернеуі арқылы кернеудің максимум мәнін табамыз
.
Мұндағы U2 – трансформатордың екіншілік орам кернеуінің әсер етуші мәні.
Вентиль және жүктеме арқылы өтетін токтың орташа мәні
.
Жүктемеге берілетін орташа қуат
.
Трансформатордың габаритін анықтайтын есептік қуаты Rd жүктемедегі қуаттан 3,09 есе артық
.
Осылайша түзеткішке жұмыс істейтін есептік қуат жүктемедегі қуаттан үлкен себебі, екіншілік орамадан тұрақты және айнымалы құраушылары бар синусоидалы емес ток өтеді, ал біріншілік орамадан негізгі жиілік тогынан басқа жоғарғы гармоника тогы өтеді.
Қорек желісіне байланысты бұл токтар реактивті болып, пайдалы қуатты туғызбай, тек түзеткіш тогының орамын қыздырады.
Трансформатордың екіншілік орамының әсер етуші тогының мәні .
Екіншілік орам кернеуінің әсер ету мәні:
,
есерілген біріншілік орам тогының әсер ету мәні
.
Бұл түзету сұлбасының кемшіліктері: трансформаторды нашар қолдану, кері кернеудің үлкендігі, түзетілген кернеудің пульстік коэффициентінің үлкендігі.
Түзеткіштің артықшылығы келесідей: сұлбаның қарапайымдылығы, тек бір вентиль немесе тізбектей жалғанған вентильдердің тобы қолданылады. Түзеткіш тек айнымалы токты тұрақты токка айналдырып қана қоймай, трансформаторлардың параметрлерінен жүктемедегі кернеудің орташа шамасын анықтайды.
Екіжарты периодты бірфазалы сұлба. Сұлба бір біріншілік және екі тізбектей жалғанған екіншілік орамдары бар трансформатордан тұрады.
Трансформатордың нөлдік шығысымен түзеткіштің оң полюсі болатын вентиль катодтың арасында жүктеме қосылады. Бұл сұлбада вентильдер анодтық кернеудің оң мәнінде жүктемеге ток жіберіп трансформатордың екіншілік орамы сияқты кезектес жұмыс істейді.
Бірфазалық көпірлік сұлба көпір сұлбасы бойынша жалғанған В1, В2, В3, В4 вентильдерінен және екі орамасы бар Тр трансформаторынын тұрады. Көпірдің бір диоганаліне екіншілік орама жалғанған, екіншісіне жүктеме қосылады. Вентиль В1 және В2 катодтың жалпы нүктесі түзеткіштің оң полюсі, ал теріс полюсі В3 және В4 вентильдіңанодына байланысты.
20 Сурет – Бірфазалық көпірлік сұлба
Бұл сұлбадағы вентильдер жұппен кезектесе жұмыс істейді.Оң жарты периодта кернеу В1 және В2 вентиль тоғын өткізеді, ал В2, В4 вентильдерге кері кернеу қосылады да олар жабық болады. Теріс жарты периодта кернеу В2, В4 вентильдерінің тогын өткізеді, ал В1, В3 кері кернеуді ұстап тұрады.
Жүктемедегі ток үнемі бір бағытта өтеді – В1 және В2 вентиль катодынан В3 және В4 вентилінің атомына дейін.
Трансформатордың екіншілік орамына ток әр жарты период сайын бағытын өзгертеді және синусоидалы болады.
Екіжарты периодты бірфазалы түзеткіштің артықшылығы:
Бірфазалық нөлдік сұлба:
1) Бірфазалық көпірлікке қарағанда вентиль саны екі есе кіші.
2) Түзеткіштегі қуат шығыны кіші болады, себебі нолдік сұлбада ток бір вентиль арқылы өтеді, ал көпірлік – тізбектей.
Бірфазалық мосттық сұлба:
1) Вентильдегі кері кернеу екі есе кіші, нолдік сұлбадан.
2) бірдей мәнінде екіншілік ораманың кернеуі екі есе кіші.
3) Трансформатор қарапайым орындаулы.
4) Нөлдік сұлбадан трансформатордың есептік қуаты 25% кем, сондықтанда мыс пен темір аз шығындалып, көлемі мен массасы кіші болады.
5) Түзеткіштің бұл сұлбасы трансформаторсыз жұмыс істей алады.
Ескерту. Басқарылатын түзеткіштер үшін α=0, cos α=1 және Ud=Ud0. Барлық сұлбалар үшін U2 - фазалық кернеу және xa = 0.
9 Дәріс. Үшфазалы ток түзеткіштері
Дәрістің мазмұны:
- үш фазалы түзеткіштердің сұлбалары.
Дәрістің мақсаты:
- үш фазалы түзеткіштерді жобалаудың үйрету.
Үшфазалы түзеткіштер келесідей сұлбаларға ие: нөлдік нүктесі бар үшфазалы сұлба, үшфазалы көпірлік сұлба, теңестіргіш реакторы бар үшфазалы сұлба.
Нөлдік нүктесі бар үшфазалы сұлба. Үшфазалы ток желісіне үш біріншілік орамдары жұлдызша және үшбұрышша жалғана алатын, екіншілік орама тек жұлдызша жалғанатын Тр трансформатор қосылған (21,а суретті қара).
|
|
а – сұлба; б-г – бөлшектердегі (элементтердегі) токтар мен кернеулердің диаграммалары. 21 Сурет – Нөлдік нүктесі бар үшфазалы түзеткіш |
Токтың бір вентильден басқасына өтуі (коммутациялық ток) қисық фазалы кернеу кезінде болады. (21,б суреттегі а,б,в және г нүктелері). Түзетілген ток id үздіксіз Rd жүктемесі арқылы өтеді. Түзеткіштің шығысындағы кернеу ud кез келген моментте екінші реттік орамадағы кернеудің лездік мәніне тең, ол жерде вентиль ашық және түзетілген кернеу фазалық кернеудің бос синусоидасының айналуын көрсетеді. 21, г суретте а ток фазасы, в ток фазасына және қисық бір-біріне аралығында жылжытылған. Берілген әр вентиль сұлба бойынша бір периодта бір рет аралығында жұмыс істейді. Демек токтың орташа мәні вентиль арқылы үш есе кіші жүктеме тогынан өтетін бір бағыттағы ток трансформаторының екіншілік орамы арқылы бір бағытта ток өтеді, сондықтан бірінші орамдағы токты толығымен компенсациялайды. Өлшенген мән жиілік арқылы өзгереді, соған байланысты анодтық токтың пульсациясы және ауа арқылы тұйықталады. Бірфазалы ағын бар немесе амалсыз магниттелуі жүрекшеде магниттелудің ток трансформаторының үлкеюіне әкеледі, сонымен қатар жүрекшенің қимасының үлкеюіне байланысты оның қанығуына қолайсыз.
Үшфазалық көпірлік жүйе (Лариновтың сұлбасы) берілген сұлбада түзеткіш, трансформатордан тұрады, бірінші және екінші орамда жұлдызша және үшбұрышша қосылады (22,а суретті қара). Олар екі топқа бөлінеді:
1) катодты немесе ток (B1, B3, B5 вентильдер) яғни электрлік байланысты катодты вентиль және жалпы қорытындысы оң полюсті ішкі тізбек үшін, ал анодтар трансформатордың екіншілік шығысына қосылады;
2) анодты және жұп (В2, В4, В6 вентильдері) яғни вентильді анодтар өзара байланыста, ал катод анодтық бірінші топқа қосылады.
а – бөлшектердің жалғануы; в-е – ток және кернеу диаграммасы№
22 Сурет – түзеткіштің үшфазалық көпірлік сұлбасы
Жалпы нүкте анодпен байланысы теріс полюс болып табылады. Ішкі тізбек үшін вентильдегі катодты топ жұмыстық режімді қайталайды, үшфазалық нөлдік сұлбада. Бұл топтағы вентиль әр үш период сайын вентиль жұмыс жасайды ең жоғарғы потенциял анодта. Анодтық топта берілген периодтың бір бөлігінде сол вентиль жұмыс істейді. Катод теріс потенциялға ие, жалпы анодтық нүктеге байланысты.
Катодтық топтағы вентиль синусоидалы оң бөлігінде қиылысқан моментте ашылады. Анодтық топтардағы вентиль синусоидалы теріс бөліктің қиылысу моменті (нүкте к, л, м және н). Әр вентильдер үштік периодтың біріншісінде жұмыс істейді.
Үшфазалық көпірлік сұлбада токтың лездік коммутациясында уақыттың кез келген мәнінде екі вентильде ток өткізеді, біреуі катодты, екіншісі анодты топты, және біртоптық кез келген вентилі басқа топтың вентильдерімен кезектесе жұмыс істейді (22,г суретті қара).
Жұмыс интервалы аралығында магниттік жүйенің стерженінде орналасқан екіншілік орамада бір мезетте ток өтеді, сонымен қатар сол стерженьде орналасқан екі біріншілік орамдарында ток өтеді. Әрбір стерженьдегі токтарды магниттейтін күштер бұл жағдайда теңестіріледі және бірбағытталған Фағыны пайда болмайды.
Теңестірілген реакторлы үшфазалы түзеткіш. Берілген сұлбадағы күштік трансформаторлар әрбір стерженінде екі жұлдызшаға –тура-в-с және х-y-z (23,а суретті қара) жалғанатын екі бірдей екіншілік орамаға ие.
Бір жұлдызшаның екіншілік орамасының бос ұшына В1, В3, В5 вентильдерінің тақ тобының анодтары жалғанады, ал басқа жұлдызшаның орамының соңына В2, В4, В6 вентильдерінің жұп тобының аноды қосылады.
Rd жүктеме түзеткіштің оң полюсі болып келетін, вентиль катодтарының жалпы нүктесімен және жұлдызшаның О1 және О2 нөлдік нүктелерімен байланыстыратын теңестіргіш реактордың ТР орта нүктелердің ортасына қосылады.
Бұл сұлбаны екі үш фазалық түзеткіш нөлдік нүктесінен параллельді байланысқан u2a— u2b — u2c и u2x— u2y — u2z деп қарастырамыз, фазалық кернеу коректенеді, (23,б суретті қара) бұл кернеу пункталған желісінде көрсетіледі. Фаза бойынша бір - бірінен 600 қа алға озады.
Теңестірілген реактор кернеудің екі екіншілік орамадағы кішкентай мәнінде тегістейді және теңестіргіш реактор орындау барысында жабық болаттан жасалған жүрекшенің магниттелу тогы IdU=Ed крит 1% дан аспайды номиналды ток жүктемесінен IdU. Кез келген уакытта екі екіншілік орамада жұлдызша бір уакытта карама – қарсы бағыты токтар жүреді, трансформатордың жүрекшесі магниттеледі, үш фазалы нөлдік сұлбаның түзетілуі сипатталады.
Екілік үшфазалы сұлба теңестірілетін реактормен аз жүктеме тогында Id алты фазалы сұлба нөлдік шығысымен, теңестіргіш реактор бұл жағдайда қосымша кернеу тудырмайды және оның жарты орамасы анодтық индуктивтілік ролін ойнайды.
а – сұлба; б-д – ток және кернеудиаграммасы.
23 Сурет
Дәріс 10. Инвертор жетегіндегі тораптар
Дәрістің мазмұны:
- тораптан келетін инвенторлар, жұмыс принциптері.
Дәрістің мақсаты:
- тораптан келетін инвенторларды қарастыру.
Инвертор жетегіндегі торап деп – шығысындағы жиілік тораптағы жиілікке тең, айнымалы ток торабына өз энергиясын беретін тәуелділік.
Инвертор жетегіндегі торап басқарылатын база түзеткішінің орташа нүктесі трансформатордың екінші реттік орамасымен орындалуы мүмкін.
Энергия ағының бағытының өзгеруі дамытылған түзеткіш қуатының белгісінің өзгеруін талап етеді, ол тоқ немесе кернеу бағытының өзгеру жолымен қол жеткізіледі. Бірақ түзеткіштегі қысудың әсерінен тиристордың өткізгіштігі бір бағытта өткендіктен, түзетілген ток өз бағытын өзгерте алмайды, сол себепті қуаттың белгісінің өзгеруін тек қана түзетілген кернеудің орташа мәні арқылы жүзеге асыруға болады, ол басқарылатын түзеткіште басқару бұрышының өсуімен α > 90° жүзеге асады.
Түзетілген режімнен инверторлық режімге өтуін қарастырамыз. Мысалға басқарылатын түрлендіргіш, сұр база жарты периодты жиналған, жүктеме ретінде қосылады. Аккумуляторлық батарея кернеулікпен Еа, кедергі Rd және катодты дросcель Ld=∞. Анодтық индуктивтілік Lа әсерінен трансформатордың орамасын елемейміз.
Егер α1<90° ауыстырып косқыш жоғарыда орналасса, кернеудің орташа мәніU0 түрлендіргіш түзеткішпен батарейде жұмыс істейді. Бұл жерде кернеу ЭҚК Еа қарсы жұмыс істеу ролін ойнайды, сондықтан 24-суретте абсцисса өсінен төменде көрсеткен түзетілген ток тағы басқа торапта беріліс түрі айнымалы токтан тұрақтың түйінінде басталады, U2›0 тиристор ашылады. α1=60 болғанда, кернеу шамадан асады, ЭҚК Еа қарама-қарсы болады. Егер индуктивтілік Ld=∞.онда ток ίd =Idтізбек бойынша жүреді және келесі уакыт интервалында, ЭҚК есебінде өздік индукция еL индуктивтілікте пайда болады Ld (момент π –t2Т1 үшін және т.б.)
Аккумулятор батарея түзетілген токпен зарядталады, орташа мәнін мына формула бойынша анықтаймыз:
Егер бұрыш ақырындап өсетін болса онда кернеу төмендейді, UdB және Id ток болғанда түзетілген кернеудің орташа мәні =0 (24,г суретті қара) түрлендіргіш ток тораптан реактивті қуатты тұтынады, тұрақты түзетілген құрастырушы ток 0-ге тең болады.
Инвенторлы режімге өту үшін кернеудің өрісін өзгерту керек Еа,ал батарей (ауыстырып қосқыш 24 сурет орнынан төмен түсіріледі) және бір уақытта басқару бұрышын үлкейтеді α мәніне дейін 900-тан асатын болса.
Осыдан тиристорлар Т1 және Т2 ашылады және кері кернеу U2 кезінде ток өтеді және U22 турақты кернеудің әсерінен Еа, батареяден берілген жүктеме арқылы және трансформатордың екінші орамасы тиристордың анодында болады.
Егер α3>90 түрлендіргіштің орташа кернеуі кері болады UdИ =Ud0cos α3 <0, егер ол ЭҚК кіші болса Еа, жүктеме арқылы өткенде ток бұрынғы бағытта жүреді, орташа мәнін келесі формула арқылы анықтаймыз:
Аккумуляторлық батарей генератормен жұмыс істейді. Торапта айнымалы токта түрлендіру кернеуі кездескен ЭҚК-нің рөлін ойнайды. Орташа мәні қарсы кернеудің UdU өте көп болады, ұзындығы үлкен болған сайын бұрыш α 1800-қа қарай бағытталады. Инвенторлы режімде басқару бұрышы тиристрлік түрлендіргіштің күнделікті атауы басқару бұрышының озуы, вентильдің табиғи жабылу моментінен бастап санайды. (ωt=π) β әріпімен белгілейді,бұрыш сандарының ғосындысы α және βπ(180°) тең, онда β = π –α.
Инвентордың орташа кернеуі β бұрышының шағылуы:
Ud0 – инвертор кернеуі, β=0, болғанда түзеткіштің кернеуіне тең α=0 болады.
а – сұлбасы; б-д – әртүрлі γ бұрыштағы қисық сызыкты кернеуі.
24 Сурет – басқарылатын түзетілген түрлендіргіш және инвенторлық режимде жұмыс істеуі
Айтып кету керек, егер түзетілген режімде тиристрлік түрлендіргіш (TT) жұмыс істейді. Мүмкін бұрышпен αmin =0, инвенторлық режімде бұрыш βmin әрқашан о-ден жоғары болу керек. Тиристорды өшіргеннен кейін қажет болады, бекітілген қасиеттердің қалпына келуіне белгілі бір уақыт берілуі керек. Осы уакыт ішінде δ, 1/100 –ін құрайды, периодтың ұзақтылығы егер δ ≈ (2-4°), тиристордың анодтық кернеуі қарсы болуы керек.
Қайта келетін кернеу жабық тиристорда екі көрші фазаның кернеудің айырымына тең. Қисық сурет бойынша 24 сурет, в–д орнатуға болады, бұрыштың өсуімен α>90 кернеу қосылған тиристорда азаяды. Тиристор үшін Т1 кернеу Uа-к,кернеудің ординатасының айырымына тең. u21–u22 жабылғаннан кейін Т1 моментінде ωt2 түрлендіргіш жұмыс кезінде боста α2=90° қарсы ардинатаға тең. uба α3= 120° бұрышта ординатаға тең – uГВ . Егер бұрыштың теңдеуі α = 180° (немесе β = 0) бұл кернеу нөлге тең болады және ары қарай қалпына келеді, жіберілмейтін болып табылады.
Егер жабылатын тиристор βмин, уақытында өзінің басқаратын қасиетін қалпына келтірмейді. Бұл моментте ол жұмысына ωt=π қайтып кіріседі және кернеумен u21 және Еa қосындысының әсерінен ток өтеді. Бұл құбылыс сұлбада қысқа тұйықталу немесе инвентордың лақтырылуы, сол кезде T1 және T2 тиристорлары бір уакытта жұмыс істейтін болады.
Егер анодтық тізбекте тиристорлар индуктивтілігі бар болса La , онда токтың коммутациялық процесін ескеру керек. Бұл кезде бұрыштың мөлшері озады, β басым болуы керек коммутациялық бұрыштан γ бұрыштың мөлшерінен δ аз болмау керек, бұл бізде жабық күйіндегі тиристордың толық қалпына келуіне әсер етеді. Демек инвенторда тиристорлік түрлендіру қалыпты жұмыс істеуі үшін мына шарт орындалуы керек Β мин ≥ γ + δ.
Дәріс 11. Автономды инвентор
Дәрістің мазмұны:
- автономды инвентор, жұмыс принципі.
Дәрістің мақсаты:
- автономды инвенторды қарастыру.
Автономды инвентор – автономды жүктемеге жұмыс істейтін және тұрақты тоқты айнымалыға түрлендіретін вентильдік түрлендіргіштер. Автономды инвенторларда тиристорлар тогы арнайы коммутаторлық құрылғымен коммутацияланады, ал инверттелген ток жиілігі импульсті басқару жиілігімен анықталады. Шығыс кернеуінің фаза санына байланысты автономды инвенторларды бір фазалық және үш фазалыққа бөледі және орта нүктемен, көпірлік, жартылай көпірлік сұлбамен орындайды. Автономды инвенторларды электрмагниттік процестердің сипатына байланысты үш түрге бөлінеді: ток инвенторлары, резонансты инвентор және кернеу инвенторы.
Белгілі бір индуктивтілікке ие резонанстық инвентордың жүктемесі инвентордың реактивті элементтерімен бірге кернеу резонансы бақыланатын тербелмелі контур түзетеді. Тиристорлардың жабылуы (запирание) шығыс жиілігінің әр бір жарты периодында тиристордың анодтық тогының нөлге дейін жай құлауының арқасында жүзеге асады. Резонанстағы инвентордағы контурдың өзіндік жиілігі инвентордың жиілігіне тең немесе үлкен болуы керек. Резонансты инвенторды қоректендіретін қорек көзі ток генераторы немесе кернеу генераторы режімінде жұмыс істей алады. Кернеу генераторымен қоректенетін инвенторларды ашық кірісті инвенторлар деп атайды, ал ток генераторымен – жабық кірісті. Резонансты инвенторлар паралельді – тізбекті, тізбекті – паралельді бола алады.
Кернеу инвенторларында қорек көзі кернеу генераторы режімінде жұмыс істеуді, яғни кернеу генераторы кіші ішкі кедергілі болып келген. Жоғары ішкі кедергілі көзден қоректенгенде инвентор кірісіне жоғары шыдамдылықты конденсатор орнатылады.
Кернеу және ток генераторларын қолданатын негізгі аймақтар: шығыс параметрлері бойынша тұрақталған жиілік түрлендіргіштер, айнымалы токты екіншілік қорек көздері, жиілікті – реттелетін электр желісінің құрылғылары.
Резонансты инвенторларды 1-2 кГц жоғары шығыс жиіліктерінде қолданады. (электротермиялық және ультрадыбыстық құрылғылар, жоғары жылдамдықты электр қозғалқыштарының қорек көзі). Бұл тиристор арқылы токтың жай өсуі мен жай түсуінің нәтижесінде тиристорлардағы кішкентай коммутациялық шығындармен шартталған.
25,а суретте бірфазалы паралельді көпірлік ток инвенторының құрылымдық сұлбасы келтірілген. Тиристорлар 1800 тең фазалық бұрылуға қатысты жұппен (В1 және В2, В3 және В4) ашылады. Кіріс тізбекке индуктивтілігі жоғары (Ld=∞ аралықта) Ld дросселі қосылған, соның арқасында кіріс тогы Ld жақсы тегістелген, ал тиристорлардан өтетін ток үшбұрышты формаға ие. (29,б суретті қара)
В1 және В2 тиристорлары ашылғанда (приотпирании) Ld тогы (яғни шығыс жиілігінің жарты периодындағы Lшығ токка тең) екі тармаққа ажыратылады: ток Iн жүктеме арқылы ағады, ал ток Іс суретте жақшасыз көрсетілген, өрістікпен оны қыздырады. Конденсатор С арқылы өтеді. Шығыс жиіліктің жарты периоды арқылы В3, В4 тиристоры ашылады және конденсатор С барлық тиристорлармен қысқартылған болады. Сонымен қатар конденсаторлық разряд тогы В1, В2 тиристорлардың жұмыс тогына қарсы ағып, оны лезде 0-ге дейін төмендетеді, өйткені тиристор арқылы конденсатор разрядының контурындағы кедергі аз, ал трансформатордың орамасының шашырау индуктивтілігі бұл контурда болмайды. Тиристордағы токтың тез өсуі тиристордың жұмыстан шығуына әкеліп соғады, рұқсат етілген шамадан dia/dt асып кету нәтижесінде. Сондықтан тиристорлардың анодтық тізбегіне машықтануда (в практике) дроссель қосады. В1, В2 тиристорларының анодтық тоғының 0-ге дейін төмендегеннен кейін оларға коммутаторлайтын конденсатордағы кернеумен анықталатын кері кернеу қосылады.
В1, В2 тиристорлары жабылғанда С конденсаторы қарамақарсы өрістікке ие бола отырып, В3,В4 тиристоры арқылы қорек көзінен зарядталады. Келесі тиристордың жұптары конденсатор разрядымен бір мезгілде ашылған кезде ашық тиристорлар контурында жүктемеге де разряды болады. Бұл жағдайда конденсатор энергияның жартысы контурдың индуктивтілік энергиясына өтеді де қалған жартысы оның активті кедергісіне шашырайды.
В1, В2 тиристорлардың ашылуында процесс қайталанады. Уақыттың кез келген моментінде инвентордың токтарының қосындысы Ld =∞ ,болғанда Ішығын = IH+IC =ID=const, бірақ оның бағыты әрбір жарты период сайын қарамақарсы өзгеріп отырады (25,б суретті қара).
tвыкл уақыт аралығында конденсатордағы кернеу (Uc, Uн) алдыңғымен бағыты бойынша сәйкес келеді, жүктеме тогын ίж жүктеме конденсатор разрядының нәтижесінде бұрынғы бағытын сақтап калады, ал конденсатордың коммутаторлайтын тогы іс коммутацияның нәтижесінен, бағытын карама – қарсы өзгертеді. Осылайша, конденсатор тогы іс коммутациядан кейін максималды мәнге ие болады да, оның разрядталуына байланысты кішірейеді, ал жүктеме тогы ίж жайлап 0-ге дейін түседі де іс тогының бағытымен сәйкестеледі.
а – сұлба; б – ток және кернеулердің уақыттық диаграммасы. 25 Сурет – Бірфазалық көпірлік паралельді ток инвенторы |
Ld дроселі кернеудің жоғарғы гармоникалық құраушыларының фильтрінің функциясының орындайды, себебі оған кез келген уакыт моментінде қорек көзінің өзгертілмейтін кернеуімен инвентордың кірісіндегі пульсация-лайтын кернеу аралығындағы айырма-шылық койылады. Инвентордың шығыс кернеуі конденсатордағы кернеу формасы бойынша қайталанды және әр жарты период сайын 2 құраушының жиынтығы болып келеді, ол тұрақты, корек көзінің кернеуіне тең және айнымалы конденсатордың реактивті қуатының арқасында пайда болады. Шығыс жиіліктің жарты периодтағы реактивті қуаты 0-ге тең болғандықтан, S1және S2 штрихталған аудандары (25,б суретті қара) бір-біріне тең. Жарты периодтағы шығыс кернеуінің орташа мәні корек көзінің кернеуіне Ud тең. B1 тиристорындағы кернеуі B2 (25,б суретті қара UB1,2) коммутациядан кейін теріс мәннен оң мәнге өзгереді. tвыкл>tвосст, онда оң анодтың кернеудің қалпына кернеуімен B1, B2 тиристор-лары (25,б суретті қара) келесі ашатын импульс келгенше жабық калады. Егер осы уакыт жеткіліксіз болса, онда көрсетілген тиристорлар қайта ашылады, және инверттелудің үзіліс болады. Коммутаторлайтын конденсатор трансформатордың 1-лік 2-лік орамына параллель косылуы мүмкін. |
С коммутациялық конденсаторды және ZH резисторды параллель жалғанған жалпы жүктеме ретінде қарастырсақ, шығыстағы iвых инвертор тогы uH кернеуді озған кезде инвертор тогы тек жалпы сыйымдылық жүктемеге жұмыс істей алатынын байқаймыз. Бұл жағдайда коммутацияға дейін ток өткізген тиристорға кері кернеу беріледі. Тиристордағы кері кернеудің әсер ету уақыты оның жабылу қасиеттерінің қалпына келуі үшін жеткілікті болу керек, яғни tвыкл³tвосст немесе β≥δ, мұндағы β=ωtвыкл, tвосст., ω – инвертордың бұрыштық шығыс жиілігі. Келтірілген шарт жүктеме мен конденсатордың iвых тұтыну тогының β озу бұрышының (жабылу), және uH кернеудің болуына байланысты орындалады. β бұрышы коммутациялық конденсатор тогының ic әсерінен пайда болады.
Қорек көзінен тиристордың әрбір коммутациясында дроссельдің магнит өрісінде Ld және коммутациялық конденсатордың электр өрісінде С жиналатын конденсатордың қайта зарядталуына кететін қосымша энергия тұтынылады. Дроссель Ld мен конденсатор С арасында үздіксіз энергия алмасуы болғандықтан, конденсатордағы кернеу амплитудасы, сонымен қатар тиристорларда үнемі жоғарлайды, ол тиристордың тесілуіне және инверттелуінің үзілуіне алып келеді.
Ba өсуі, яғни ZH төмендеуі кезінде жүктемеге конденсатордың разрядталу уақыты азаяды, жүктемедегі кернеу төмендейді және озу бұрышы азаяды.
Бұдан, параллель ток инверторы тек қана жүктеме коэффициентінің белгілі диапазонында қалыпты жұмыс істейді: Ba төмен мәнінде асқын кернеудің пайда болу қаупі бар, Ba жоғарғы мәнінде озу бұрышы жеткіліксіз болып инверттелуінің үзілуі болады.
Жүктеменің қуат коэффициентінің төмендеуінен және бір уақытта коммутациялық конденсатор сыйымдылығының жоғарламауынан инверттелуінің үзілуі болуы мүмкін, өйткені жүктеменің индуктивтілігі коммутациялық конденсатордың реактивті тогын компенсациялайды солайша жабылу уақыты tВЫКЛ азаяды.
Қалпына келу уақытымен анықталатын тиристордың қосылу уақытынан басқа сұлбалық уақыт деп аталатын тиристордың сөну уақыты қосылады:
tт=tсх+ tвосст.
Осыған байланысты тиристорларда жұмыс жасайтын инверторлар жиілігі 10 кГц аспайтын айнымалы ток бере алады.
Жоғары қуаттың тұтынушылары төмен кедергіге ие, сондықтан конденсатордың С зарядталуына дейінгі кернеудің түсуі тиристордың жабылуына жеткіліксіз. Осыған байланысты қуатты электрқабылдағыштар үшін тізбекті инверторлар қолданылады, яғни коммутациялық конденсатор жүктемеге тізбектей жалғанады. Мұндай сұлбаларда ток өтуінің уақыты мен шамасы жүктеме кедергісінің конденсатор сыйымдылығының С мөлшеріне қатынасымен анықталады, өйткені ток конденсатор С желілік кернеуге дейін зарядталғанша Uс = Е ғана жүреді.
12 Дәріс. Тиристорлық кернеу реттегіштері
Дәрістің мазмұны:
- кернеуді тиристорлық реттегіштер, кернеуді реттеудің принциптері және сұлбалары.
Дәрістің мақсаты:
- тиристорлық реттегіштердегі кернеуді реттеудің негізімен танысу.
ТКР 2 топқа бөлінеді: тиристорлық айнымалы ток реттегіштері және тиристорлық тұрақты ток реттегіштері.
Тиристорлық айнымалы ток реттегіштері бір және үшфазалы болады.
Реттеудің 3 тәсілі бар:
1) кернеудің фаза бойынша ығысуының жиынтығы арқылы кернеуді реттеу;
2) ендік реттеу;
3) фазалық реттеу.
а – сұлба; б –векторлық диаграмма.
26 Сурет – Екі инвертордың (И1 және И2) фаза бойынша ығысуының жиынтығы арқылы шығыс кернеуді реттеу
Кернеудің фаза бойынша ығысуының жиынтығы арқылы кернеуді реттеу Т1 трансформаторының екі біріншілік орамаларына қосылған екі бірдей инверторды И1 және И2 пайдаланумен іске асырылады.
27 Сурет – Ендік реттеу
Трансформатордың екіншілік орамалары тізбектей жалғанады, ал шығыс кернеулері U21 және U22 бірдей әсерлік мәндерімен бір біріне қатысты фаза бойынша ығысады және қосылады. 26 суретте көрсетілгендей U2 қорытынды кернеуі екі инвертордың шығыс кернеулерінің арасындағы фазалық ығысу бұрышына y тәуелді.
Бірақ кернеу инверторларында бұл әдісті қолдану шығыс кернеуі төмендеген кезде гармониктердің көбеюіне алып келеді.
Ендік реттеуді ЭТҚ-лардың тобын қоректендіруде жиі қолданады, мұнда әрбір қондырғының графигін бір-бірінің кідірістерін жабатындай етіп өзара ығыстыруға болады (27 суретті қара).
Ендік реттеуде кернеудің өзгеруі реттеу периодының тұрақты мәнінде Тр = const (кідірістік реттеу) қондырғының қосылу уақытының ұзақтығының өзгеруіне байланысты.
Реттеуді сипаттау үшін саңылаулық g деген түсінік енгізіледі, яғни салыстырмалы қосылу ұзақтығы, ол мынаған тең
мұндағы m – период саны.
Онда жүктемедегі кернеу Uс анықталады. tв tп өзгерте отырып γ өзгертуге болады.
Айнымалы токтың фазалық реттеуінің жұмыс принципі екі тиристордың бір фазаға қарама-қарсы параллель схемасы бойынша қосылуына негізделген (28 суретті қара). Оң жартытолқыны жүрген кезде V2 тиристоры, ал теріс жартытолқыны жүрген кезде V1 тиристоры жұмыс жасайды.
28 Сурет – Айнымалы токты фазалық реттеудің жұмыс жасау принципі |
Егер бұл тиристорларды ток нөлден өткен моментте қосса, яғни ά=0, онда Rн жүктеме арқылы желінің айнымалы тогы өтеді. Егер әр тиристорды α-ның басқа мәнінде ашса онда жүктемеде реттелген кернеу пайда болады. Бірақ бұл сұлбаның негізгі кемшілігі синусоидалды емес кернеу, яғни Rн жүктемедегі кернеудің құлауы. Бұл кемшілікті жоятын әртүрлі сұлбалар бар. |
Бір бағыттағы приборлардан басқа әртүрлі полярлықтағы кернеу әсер еткенде екі жақты қосып өше алатын көп қабатты электрон-кемтіктік құрылымына негізделген жартылай өткізгіштік приборлар да бар. Әр бағытта олар екі орнықты күйде болады: жабық (жоғары ішкі кедергімен) және ашық (төмен ішкі кедергімен). Мұндай приборлар симисторлар (симметриялық тиристорлар) деп аталады және айнымалы токта фазалық реттеу сұлбаларында қолданылады. Симисторларды пайдалану көп жағдайда түрлендіргіштердің сұлбаларын жеңілдетеді.
Тұрақты тоқтың тиристорлық реттегіштері.
Сондай-ақ реттеудің үш түрі бар:
1) тізбектей түзеткішпен айнымалы токтағы кернеуді реттеу;
2) басқарылатын түзеткіш көмегімен кернеуді реттеу;
3) кілт көмегімен реттеу.
Басқарылатын түзеткіш көмегімен кернеуді реттеу түзеткіштер бөлімінде айтылған.
Кілт көмегімен реттеу екі тәсілмен іске асырылады:
- жиілікті-импульсті реттеу (ЖИР).
- ендік-импульсті реттеу (ЕИР).
29 Сурет – Кілт көмегімен реттеу
30 Сурет – импульстар мен жиіліктердің басу периодтарының өзгеруі
Реттеу кілті ретінде тиристор қолданылуы мүмкін (29 суретті қара).
ЖИР кезінде импульс ұзақтығы тұрақты (tИ=const), ал кідірістікі ауыспалы (tП=var), сондықтан иимпульстің ілесу периоды және жиілігі f=1/tП ауысады (30 суретті қара).
Тұрақты токтағы ЕИР айнымалы токтағы ЕИР сияқты саңылаулықпен (скважность) q= tИ / tП сипатталады. Саңылаулық шамасын біле отырып реттелетін кернеудің мәнін U1,2,3 = qUmах табуға болады (30 суретті қара).
Тұрақты токта реттеу кезінде токтың кідірісі болмас үшін жүктемеге демодулятор жалғанады, ол L индуктивтілік Rн жүктемеге тізбектей қосылған және VD диоды жүктемеге параллель қосылған (29 суретті қара).
«К» қосулы күйде импульс тогы L индуктивтілік және Rн жүктеме арқылы өтеді. Импульстің қосылу моментінде tH К кілті қосылады, бірақ L индуктивтілікте жиналған энергия Rн жүктемесін VD арқылы тұйықтап, одан ток жүруін қамтамасыз етеді. Бұл үрдістің барысында кідіріс периодында жұмыстық ток түседі, бірақ нөлге дейін емес (29 суретті қара). Осылайша демодуляторды пайдалану жүктемеге пульсациялық болса да, үздіксіз ток берілуін қамтамасыз етеді.
13 Лекция. Ток көздері
Дәрістің мазмұны:
- ток көздерінің сипаттамалары және сұлбаларының ерекшеліктері.
Дәрістің мақсаты:
- ток көздерінің жұмыс принциптері және жобалау негіздерімен танысу.
Желідегі кернеудің вольтамперлік сипаттамасы (ВАС) түзу сызық болады абцисса осіне параллель дерлік сондықтан оны кернеу көзі деп есептеуге болады. Тұтынушылардың көп бөлігінің ВАС-ы сызықтық үдеуші, сондықтан кернеу көзімен орнықты жұмыс жасайды. Доғалық қондырғылардың вольтамперлік сипаттамалары негізінен сызықты емес кемуші болады (31 суретті қара) және желімен орнықты емес жұмыс жасайды. Сондықтан доғалық қондырғылардың қорек көзіне (ҚК) ерекше талап қойылады, мұндай қондырғыларды қоректендіру үшін ВАС-ы түзу сызықты ордината осіне параллель болатын немесе шығыс сипаттамасында тік құлайтын бөлігі болатын ток көздері пайдаланылу керек, яғни жұмыстық параметр облысында ток көзі болу керек. Ол жеткілікті қуатты болу керек және реттегіші қарастырылу керек. Қорек көзі доғаның орнықты жағуын және кернеу тербелісі мен доғадағы флуктуация кезінде оның орнықты жануын қамтамасыз ету керек.
Кемуші ВАС-ы бар, доғалық қондырғының ҚК келесідей бөлінеді:
1) ҚК балластық кедергімен;
2) ҚК арнайы трансформаторларымен;
3) параметрлік ҚК;
4) кері байланысы бар ҚК;
5) доғаға энергияны мөлшерлеп беретін ҚК.
ҚК балластық кедергімен.
Кернеу көзін ток көзіне (ВАС-ы кемуші көз) жақын көзге түрлендірудің ең жеңіл әдісі доға мен балластық кедергіні тізбектей қосу болып табылады. Онда доғаға келтірілген кернеу Uк дуге желідегі кернеу мен кедергіде түскен кернеудің айырмасына (Uк дуге = Uсети - I*Zб) тең болады, желідегі кернеу тұрақты, ал кедергідегі кернеу үдемелі болғандықтан Uкдуге кернеуі кемімелі болады (31 суретті қара). Балластық кедергі ретінде активті, сыйымдылық және индуктивті кедергілерді пайдалануға болады.
Активті, сыйымдылық және индуктивті сызықты балласты кедергілері бар қорек көздері.
Активті, сыйымдылық балластық кедергілердің және өзекшесіз катушка индуктивтілігінің ВАС-ы үдемелі өспелі сызық болғандықтан жаңа көздің (Uк дуге) ВАС-ы кемімелі түзу сызықты, ординат осіндегі желі кернеуіне (Uсети) тең кернеу нүктесінде басталады, оның көлбеулігі балластық кедергінің мәніне тәуелді. Жаңа көздің ВАС-ы Uк дуге = (Uсети - I*Zб) доғаның вольт-амперлік сипаттамасымен А және В нүктелерінде қиылысатын түзу сызық. Бұл нүктелерге IА және IВ токтары сәйкес келеді.
31 Сурет – Сызықты кедергімен ҚК ВАС-ы
Бұл нүктелерді орнықтылыққа зерттей отырып, А нүктесінің орнықты емес, ал В нүктесінің ҚК жұмыс режімдерінің орнықты күйіне – доғаға сәйкес келетінін көреміз. А нүктесінің оң жағында, мысалы В’ нүктесінде, доғаның вольт-амперлік сипаттамасы мен қоректік желінің сыртқы сипаттамасының арасында доға тогының өсуіне әсер ететін толықтырушы ЭҚК (Ldiд/dt) бар. В нүктесінде толықтырушы ЭҚК нөлге тең, өйткені доға мен көздің кернеулері бірдей. В нүктесінің оң жағында, В΄΄ нүктесінде доғаның жануы мүмкін емес, себебі оның электродтарындағы кернеу осы токтағы желінің беретін кернеуінен үлкен болу керек, яғни толықтырушы ЭҚК (Ldiд/dt) теріс сипаттамаға ие. А нүктесінде токтың кездейсоқ өсуіне ЭҚК оң мәні сәйкес келеді, ол токты IВ мәніне дейін өсіруге ұмтылады. Токтың кездейсоқ IА мәнінен төмендеуі кезінде осы токта доғаның жануына қажет кернеу желінің беретін кернеуінен көп болу керек сондықтан доға сөнеді.
Осылайша қарастырылып отырған сипаттаманы үш аймаққа бөлуге болады. А нүктесінің сол жағында доғаның орнықты сөну аймағы, А мен В нүктесінің арасында жану аймағы, В нүктесінің сол жағында токтың шектеу аймағы. Доға тек токтың IВ мәнінде ғана орнықты жанады, А нүктесі доғаның орнықсыз жануына сәйкес келеді.
Доғада бөлінетін қуат ток күшімен және кернеумен анықталады. Қорек көзінен тұтынатын энергия доғада бөлінетін және доға тізбегіндегі балластық кедергіде жоғалатын энергияға кетеді.
Айнымалы токта да, тұрақты токта да ең қарапайым және көп қолданылатыны активті балластпен қорек көзі. Бірақ мұндай көзде балластық кедергіде қондырғының жалпы тұтынатын қуатының 40% жоғалады (шашырайды).
Сыйымдылық балластық кедергімен қорек көздері экономды, өйткені сыйымдылықта активті шығындар жоқтың қасында және мұндай қондырғының қуат коэффициенті (сов φ) индуктивті кедергілі қондырғыдан көп. Оларды пайдалану конденсаторлардың қымбаттылығымен және қуатты тек баспалдақты реттеу мүмкіндігімен шектеледі.
Индуктивті сызықсыз балластық кедергімен қорек көздері.
Егер балластық кедергі ретінде қарапайым индуктивті катушканы пайдалансақ, онда бұндай қорек көзі активті Rб және сыйымдылық Сб балластық кедергімен ҚК сияқты жұмыс жасайды, бірақ қуат коэффициенті (сов φ) төмен. Егер индуктивті катушканың орнына дроссель қолдансақ (яғни темір өзекшесі бар индуктивті катушка), онда катушканың индуктивтілігі ғана өзгермейді сондай ақ дроссельдің ВАС-ы да сызықсыз күйде болады. Бұл кезде дроссельдің ВАС-ы бастапқыда көлбеу (32 суретті қара) болады, ал содан кейін бірден өзекшенің толығу моментіне дейін өседі. Өзекшенің толық толығуында дроссельдің ВАС-ы қарапайым индуктивті катушкаға ұқсас болады (яғни өзекшенің магниттік толығуы оның жоқтығымен бірдей).
32 Сурет – сызықсыз кедергімен ҚК ВАС-ы
Дроссель ВАС-ының сызықсыз сипаттамасы балластық индуктивтік Lб кедергімен ҚК ВАС-ының активті Rб және сыйымдылық Сб балластық кедергімен ВАС-тарымен салыстырғанда тіке құлама болуына алып келеді. Сондықтан, егер орнықты жұмыс режімі В нүктесінде байқалса (31 және 32 суретті қара) және DI токтың флуктуациясы болса, онда доғаның активті Rб және сыйымдылықты Сб балласты көзіндегі В нүктесіне сәйкес келетін режімінде қайта оралуы сызықсыз индуктивті кедергімен Lб ҚК қарағанда жай болады, өйткені индуктивті кедергімен Lб жүйені бастапқы нүктеге қайтару кернеуі (EL ЭҚК толықтыратын) сызықты балластық кедергімен жүйені бастапқы нүктеге қайтаратын кернеуден (ER ЭҚК толықтыратын) әлдеқайда көп (32 суретті қара).
ҚК параметрлік екі түрге бөлуге болады:
1) резонанстық;
2) транзисторлық.
Резонанстық және индуктивтісыйымдылықты түрлендіргіштер (ИСТ).
Резонансты контуры бар құрылғылардың жүктеме өзгерген кезде токты тұрақтандыру қасиетін алғаш рет француз ғалымы Поль Бушеро байқаған.
Осындай көздің бір фазалы орындалуда принципиалды сұлбасы 33 суретте берілген.
33 Сурет
Егер иіндерде реакивті кедергіні модуль бойынша бірдей, ал таңбасы бойынша қарама-қарсы деп алсақ
яғни контурды кіріс кернеу жиілігімен резонанс күйіне келтірсек, онда мұндай төртполюстік ток стабилизаторы болады.
Токты шектеу сыйымдылықтың ток тізбегінің индуктивті өткізгіштігіне компенсациялық әсерінен болады.
Бушеро сұлбасы идеалды күйде қолданыс таппады. Т –тәрізді сұлбада кіріс кедергі активті жүктеме кезінде де индуктивті сипатқа ие, сондықтан олар (сұлбалар) төмен қуат коэффициентіне ие. Бушеро сұлбаларының пайдалы әсер коэффициенті де төмен. Сұлбалардың нақты элементтері активті кедергінің шеткі шамасына ие, сондықтан мұндай сұлбалардың қуат бойынша беріліс коэффициенті бірден төмен, оның шамасы жүктеме кедергісінен тәуелді. Жүктеме шамасы мен сұлба элементтерінің кедергілерінің арасында белгілі қатынаста қуат бойынша беріліс коэффициенті максимал болады.
Жоғарыда айтылған кейбір кемшіліктер үш фазалы токтағы резонанстық сұлбаларды пайдалану кезінде жойылады. 34 суретте индуктивті-сыйымдылық түрлендіргіштері негізіндегі үш фазалы қорек көзінің принципиалды сұлбасы көрсетілген. Осындай типті көздерде резонансқа L индуктивтілігі және С сыйымдылығы реттеледі.
Сұлбаға келесі элементтерді енгізген кезде ҚК көрсеткіштері жақсарады: келісу трансформаторын Тр, индуктивті кедергінің иініне L активті кедергі R, индуктивті кедергілер арасына өзара байланыс М.
Келісу трансформаторының шығысына қосылған жүктеме кедергісі оның шығысында N2 рет көбейеді (N – біріншілік және екіншілік орамдарының санының кедергілері).
а) |
б)
|
34 Сурет
Трансформация коэффициентін дұрыс таңдай отырып жүктеме (доға) кедергісін құрылғының қуат бойынша беріліс коэффициенті максимал мәндерінің диапозонында жоғарлатуға болады.
Келісу трансформаторы құрылғының бос жүріс кернеуін төмендетуге рұқсат етеді, өйткені бос жүріс режімінде ол магниттелу қисығының толығу аймағында жұмыс жасайды.
Активті кедергілерді үйлесімді таңдасақ және индуктивті кедергілердің арасына өзара байланыс орнатсақ құрылғының жиіліктік сипаттамаларын жақсартуға болады. Индуктивтіліктердің арасына байланыс орнату дроссельдердің (индуктивті кедергілердің Z) және сыйымдылықтардың С габариттерін азайтуға мүмкіндік береді.
Құрылымдық жағынан дроссельдер ортақ магнитөткізгіштігі бар екі бірдей катушка түрінде жасалады. Кең диапазонда дроссель сипаттамаларының сызықтығын қамтамасыз ету үшін және күйге келтіруінің қолайлығы үшін магнитөзекшені ауа саңылауымен жасайды.
Әртүрлі жұмыс токтарында Iд1, Iд2, Iд3, сәйкесінше кіріс кернеулеріне пропорционал uвх1, uвх2, uвх3, құрылғының сыртқы сипаттамасы 38 суретте келтірілген (uх. х – бос жүріс кернеуі, r – пропорционалдық коэффициенті).
Резонанстық сұлба 3 фазалы тізбектер үшін практикалық қолданысты «Киев 4» типті плазмалық металл кескіштердің көзінде тапты.
Транзисторлық ҚК идеалды ток көзіне жақын сипаттамаларға ие.
Көздің жұмысы тұрақтандыру және қуатты блоктық транзисторлардың Т көмегімен доға тогын реттеуге негізделген. Олар тізбекке өзара параллель және тізбектей жалғанған түзеткіш В пен доғадан Д тұрады. Жоғарыда айтылғаннан басқа суретте келесі белгілеулер енгізілген: ББ – басқару блогы; ИГ – импульстар генераторы; ҚБ – қоздырғыш блок. Транзистордың тұрақтандырғыш қасиеттері оның шығыс сипаттамасында айқын көрсетілген, ол коллектор тогының Iк база тогының Iб тұрақты мәнінде транзисторға берілген кернеуден ик тәуелділігі. Транзистордағы кернеу и өзгерген кезде (егер ол белгілі шектік кернеуден ик0 төмен болмаса) Iк тогы өзгермейді. Ол тек Iб тогынан тәуелді.
Iк = β Iб
мұндағы β – ток бойынша транзистордың күшейткіш коэффициенті.
Осылайша, өзгермейтін тұрақтанған кернеу көзінің тізбегіне тізбектей қосылған транзисторлар блогы оны параметрлік ток көзіне түрлендіреді. Бұл жағдайда доғадағы кернеу өзгерісінде пісіру тогының шамасы Iд, Iк тең болатын, өзгеріссіз сақталады.
Шамасы жағынан аз токты Iб өзгерте отырып, доғадағы токты бір қалыпты реттеуге болады. Егер аз қуатты импульс генераторын басқару блогына енгізсек, мысалы жартылай өткізгішті мультивибратор, онда доғадағы ток та импульсті болады.
14 Дәріс. Қыздыру шамдары
Дәрістің мазмұны:
- қыздыру шамдары құрылысы, галогенді қыздыру шамдары.
Дәрістің мақсаты:
- қыздыру шамдарымен танысу және олардың негізгі параметрлері.
Қыздыру шамдары құрылысы. Негізгі бөлігі қыздыру денесі болып табылады. Ол жіп, спираль, биспираль, триспираль, әртүрлі көлемде және формаларда болуы мүмкін. Қыздыру денесі вольфрамды сымнан жасалады, оның балқу температурасы жоғары (3650±50 К) және булану жылдамдығы 3000 К кезінде 9.9-10-3 г/(м2с), ол жоғары жұмыс температурасында көлемін сақтайды және механикалық жүктемеге төзімді; ыстық кезінде майысуға бейім, осының арқасында калибрацияланған тесіктер арқылы оны созып өте кіші диаметрдегі жіптер алуға болады; жіңішке сымдар жақсы спиральданады.
Қыздыру денесі кеңістікте тоқ кірмелері мен ұстағыштардың ішкі үзбелері арқылы бекітеді . Шамдардың түрлеріне байланысты кірмелер бір-, екі- және үш үзбелі болуы мүмкін. Үш үзбелі кірмелер ішкі үзбеден, олар никел, ферроникель, мыс және платиниттен – шамның түріне байланысты, орта үзбе, шыныға дәнекерленген (көп бөлігі платиниттен) және сыртқы үзбеден (шықпалар), әдетте мыстан немесе платинадан тұрады.
Кірмелер және ұстағыштар аяқшалардың негізгі бөлігі болып табылады. Бұл шамдардың конструктивті шыны түйіні болып табылады, онда кірмелер мен ұстағыштардан басқа, толы және бос денелі штабик линзасы бар, шыны бос денелі штенгельден және шыны трубка-тарелка, төменгі жағында жайылған, күрекшелер аумағында шыны элементтермен бір конструкциямен қосылып дәнекерленіп штампталған. Аяқшалар шамның қыздыру денесін ұстап тұруға арналған және колбамен бірге шамды герметизациялайды.
Қалыпты жұмыс жасау үшін аяқшалар қыздыру денесімен бірге шыны колбаға салынады; колбаның тұмсығы тарелка жайылғышымен саңылаусыз (герметично) дәнекерленеді; штенгель және ауа сорғыш саңылау арқылы колбаның ішіндегі кеңістіктен, ауаны сорып шығарады (газ толтырылған шам болған жағдайда инертті газ ендіреді); соңына штенгель дәнекерленеді, ол шамның ішкі кеңістігін қоршаған ортадан оқшауламаның толық саңылаусыздыған қамтамасыз етеді.
Қолданғанда оңай болуы үшін шамның тұмсығына цоколь көпіршелері арқылы цоколь бекітеді, корпусқа және контактілі пластинаға электродтар кірмелерін дәнекерлейді немесе пісіріп жапсырады.
ҚШ классификациясы көбінесе екі белгі бойынша жасалады: тағайындалуы және құрылысына байланысты (дайындау әдісі). Барлық ҚШ әдетте жалпыға тағайындалған және арнайы тағайындалған шамдар деп бөледі. Классификация негізінде құрылысы бойынша шамдарды топтастыру қағидасы жатыр, оларды бір типті технологиялық қондырғылармен жасауға болады. Бұл алдымен колбаның формасы мен көлеміне байланысты анықталады, аяқшалардың құрылысы мен көлемі, қыздыру денесі, кірмелер, цоколь түрі соған тәуелді, сондықтан да технологиялық қондырғылар сипаттамасы сәйкес келеді.
Қыздыру шамдары басқа да белгілермен классификацияланады, мысалы кернеумен, қуатпен, қыздыру денесін қоршаған ортаның сипаттамасымен (вакуумдық, газ толтырылған, яғни аргондық, криптондық, құрамында әртүрлі азоты бар ксенондық, галогендік – толтырғыш газға белгілі бір галогеннің бөлігі қосылған).
ҚШ спектральді және түстік параметрлері. ҚШ бірқалыпты (үздіксіз) сәулелендіру спектріне ие. шамамен жоғары емес Жұмыстық дененің қыздыру температурасы (2400 - 2600 К, сонымен бірге Тцв » 2500¸2700 К) ЛШ көрінген сәулелендіруде қызғылт-сары – қызыл сәуле басымырақ. Сондықтан да, осындай шамдармен жарықтандырғанда «жылы» түстік түрлер күшейеді және «суық» түстер әлсірейді, ол жарық берудің жоғары сапа беруіне кедергі жасайды.
Геометриялық және конструктивті параметрлер – бұл габаритті өлшемдер (шамның толық ұзындығы 1, колбаның диаметрі dK); таңдалған цоколь мен потрондармен анықталатын қосылу өлшемдері, жарық орталығының биіктігі h; қыздыру денесінің формасы мен орналасуы; аяқшалардың құрылысы, колбаның формасы, цоколь түрі.
Галогенді қыздыру шамдары.
ГҚШ жұмыс жасау принципі колбаның қабырғасындағы ұшқыш қосылымдар – вольфрамның галогендері, қабырғадан буланып, қыздыру денесіне жайылады және оған буланған вольфрамның атомдарын қайтаруына негізделген.
Галогенді қыздыру шамдары қарапайым шамдарға қарағанда уақыт бойынша тұрақты жарық ағынына, және жоғары қызмет көрсету мерзіміне, сонымен қатар көлемі кіші, кварцты колбаны қолданғандықтан жоғары термо төзімділікке және механикалық беріктікке ие. Кіші көлемі және қабыршығының беріктігі шамды қымбат тұратын ксенонмен жоғары қысымға дейін толтыруға мүмкіндік береді және осы негізде бұдан да жоғары жарықтықты және жоғарылатылған жарық беруді (немесе созылған физикалық қызмет ету мерзімі) алуға болады.
Қыздыру денесі вольфрамды ЛШ-ғы галогенді қоспа тұйықталған химиялық циклді тудырады. Йодты-вольфрамды циклге келесі талаптар қойылады:
а) Колбаның ішкі қабырғасындағы температура барлық жерде 250 және 1200 °С жоғары болмауы керек ;ең дұрыс температура 500 - 600 °С, сондықтан да колбаны кварцтан жасап оған температура жақсы таралуы үшін қажет форманы жасайды.
б) Ққыздыру денесінің минималды температурасы 1600 °С жоғары болуы қажет.
в) йод, шамның қабырғасында WI2 басқа ешқандай химиялық қоспалар қалдырмауы қажет, сондықтан да галогенді шамдарда йодпен активті түрде өзара әсер ететін никель және молибденді, алюминий, цирконий және фосфорлы газ жұтқыштар қолдану болмауы керек.
г) йод шамасы дозаланған; йод буы әсіресе 500-520 нм аумағында көрінетін сәулелендіруді жұтатындықтан, шығынды компенсациялау үшін йодтың артық болуы мүмкін болмауы керек.
Йодты-вольфрамды цикл вольфрамның колба түбінде қалуына кедергі жасайды, бірақ қыздыру денесіндегі ақаулы бөліктерге оның бөліктерін жеткізуді қамтамасыз етпейді. Сондықтан да йрдты шамдардағы қыздыру денесінің күйіп кетуі, қарапайым ЛШ сияқты болып қалады. Йодты ГЛШ қолдану оның кейбір кемшіліктерін анықтады: металлды бөлшектерге деген агрессивтігі, дозалаудың қиындығы, сары-жасыл аумақтағы сәулелендірудің біршама жұтылуы. Басқа галогендер (бром, хлор, фтор), одан да агрессивті болғандықтан, таза күйінде оларды алмастыра алмайды. Қазіргі уақытта ГЛШ-дың басым бөлігінде галогендердің химиялық қоспасы қолданылады.
ГҚШ құрылысы. Шамның колбасы - жіңішке ұзын кварцты түтік; қыздыру денесі – колбаның осіндегі ұзын сызықты вольфрамды спираль, вольфрады ұстағыштармен бекітілген. Түтіктің екі жағында орналасқан вольфрамды кірмелер шықпалармен байланысқан кварцқа молибден фольгасымен түйістірілген. Штенгельдің ажыратылған орны колбаның жанындағы қабырғада орналасқан. Колба-түтіктің диаметрі және қыздыру денесінің орналасуы ГҚШ жанғанда қабырғадағы температура 500-600°С тең болуы қажет, 250 және 1000°С жоғары емес болып таңдалуы қажет.
ГҚШ қыздыру денесі арнайы маркалы вольфрамды сымдардан, көбінесе спираль түрінде жасалады, шамда электрод және ұстағыштар арқылы қажет форма беріледі.
ГҚШ негізгі түрлері. Галогенді шамдар жалпы жарықтандыру шырақтарында және прожекторларда; инфрақызыл сәулелендіруде; кинофототүсірілімде және телевизиялық жарықтандыруда; автомобиль фарларында; аэродром оттарында; арнайы қолданылатын оптикалық аспаптарда қолданылады. ГҚШ конструктивті қасиетіне қатысты екі топқа бөлінеді: қыздыру денесі ұзын спиральді ГҚШ ұзындығының диаметрге қатынасы 10 – сызықты немесе түтікті шам; қыздыру денесі ықшамдалған ГҚШ ұзындығының диаметрге қатынасы 8- бұл ГҚШ күштік және аз көлемді болып бөлінеді, оның электроды әдетте бір жағында орналасады.
Шырақтар мен прожекторлар көбінесе 220 В қуаты 1-ден 20 кВт-қа дейін шығарылады; жарық беруі 22÷26 лм/Вт; қызмет ету мерзімі 2000 с; шамдар түтікті; жану жағдайы көлденең.
Инфрақызыл сәулелендірудің шамдары 127÷380 В кернеуге 0,5÷5 кВт қуатқа арналып шығарылады; қызмет ету мерзімі жоғарылаған (2500÷5000 ч), өйткені бұл шамдардың қыздыру денесі төмен температурада жұмыс жасайды 2400÷2700 К; шамдар түтікті; жану жағдайы көлденең.
Әртүрлі қолданысқа арналған аз көлемді шамдардың кернеуі 30 В қуаты 15÷650 Вт арналып шығарылған, шамның қыздыру денесі ықшамдалған формаға ие. Бұл шамдардың көбіне қойылатын талап жоғары жарықтық, олардың қыздыру денесінің температурасы 3000÷3200 К арнап шығарылған және қызмет ету мерзімі бірнеше ондаған және жүздеген сағат; жану жағдайы кез-келген.
15 Дәріс. Газразрядтаушы шамдар
Дәрістің мазмұны:
- люминесцентті шамдар, ДРЛ шамының және сынапты-вольфрамды шамдардың түрі, металлды галогенді шамдар, натрийлі шамдар.
Дәрістің мақсаты:
- ГШ негізгі жұмыс жасау қағидаларымен танысу, олардың қасиеттері мен параметрлері.
Газразрядтаушы шамдар (ГШ) деп оптикалық сәулелендіру газдың, будың және олардың қоспасының электр разрядының әсерінен пайда болатын шамды атаймыз.
ГШ ерекшелігі және қолдану аумағы ГШ жарық беруі өте жоғары және қызмет ету мерзімі ЛШ қарағанда ұзақтығымен анықталады, сонымен қатар әртүрлі сәулелендіру спектріне ие және қуатының шамасы кең диапазонда, жарықтығы және басқа параметрлері болады. Сондықтан да жаңа ГШ жарықтандыруда кеңінен қолданыла бастап, ЛШ ығыстырып жатыр. Қазіргі таңда әлемнің алдыңғы қатарлы елдерінде ГШ жарық ағынының жартысынан көбін жасауда, мысалы АҚШ заңды тұрғада электр энергиясын тұтынушыларды үйді жарықтандыру үшін ГШ ауысуға міндеттелген.
ГШ ауыл шаруашылығының көп саласында, медицинада, жаңа техникада және т.б. қолдану, электр разрядын әртүрлі аралас параметрлер арқылы сәулелендіру көздерін жасайтын ерекшелігімен түсіндіріледі. Қажетті толықтырулар мен разрядтар шартын ала отырып, тек қана көрінетін емес, сонымен қатар УФ және ИҚ спектрлердің кез-келген бөлігінде жоғары эффективті сәулелендіру көзін жасауға болады. Сонымен бірге, бір сызықты, көп сызықты және үздіксіз болатын сәулелендіру спектрін алуға болады. Бұл ГШ артықшылығы тек қана жарықтандыруда ғана емес, сонымен қатар басқа да көптеген мақсаттарда қолдану мүмкіндігін ашты.
Люминесцентті шамдар.
Люминесцентті шамдар (ЛШ) УК сәулелендірудегі сынапты разряд люминоформен ұзын толқынды сәулеленуге түрленетін, төменгі қысымдағы жарық көзін разрядтаушы. ЛШ негізгі артықшылығы:
а) жоғары жарық беруі және қызмет ету мерзімі көп;
ә) бағасы арзан, жоғары дәрежедегі механизациясына байланысты, құрылысы қарапайым және материалы мен шикізатын қол жетерлік;
б) түс берудің жоғары сапасын қамтамасыз ететін қолайлы сәулелендіру спектрі;
в) төмен жарықтық және шамның температурасы.
Сонымен қатар ЛШ бірқатар кемшіліктері бар – сыртқы жарықтандыруға және үлкен ғимараттарды жарықтандыруға керегі аз, өйткені оның қуаты аз (4Вт 150Вт дейінгі аралықта), ЛШ көлемі үлкен, кеңістіктегі жарық ағынының концентрациясы мен қайта таратылуының қиындығы, және де қоршаған ортаның температурасы төмендегенде жұмысының берік еместігі.
ЛШ классификациясы разряд сипаттамасы бойынша ЛШ доғалы разрядтың ыстық катоды және суық катодты бықсыған разрядты шамдар деп бөлуге мүмкіндік береді. Стандартты жүйелі кернеуден тұтанатын, алдын-ала катоды қыздырылған доғалы разряд шамдары үнемді, қолдануы бойынша қарапайым және жарықтандыру техникасында кеңінен қолданылады. ЛШ тұтату әдісі бойынша стартерлі, тез және лезде тұтанатын болады. Бықсыған разрядты шамдар лезде жанады және сигналдарда және жарық жарнамаларында қолданылады. Доғалы разрядты ЛШ жалпы жене арнайы арналған деп бөлуге болады. Жалпыға арналған шамдар – бұл жүйедегі кернеуі 127 және 220В тік колбадағы және электр қуаты 0,05Вт/см2, стартерлі жану ЛШ. Арнайы қолданыстағы шамдар ерекше қолдану қасиетіне ие, конструкциясының ерекшелігімен шартталған: аз көлемді ЛШ, фигуралы колбалы ЛШ, амальгамды, тез тұтанатын, жоғары интенсивті, рефлекторлы (шамдар), панельді, түрлі-түсті және спектрі арнайы сәулелендірілген (фотосинтездеу үшін, ультракүлгін сәулелендіру үшін, эритемді). Инертті газдағы разряды бар ЛШ бар – сынапсыз ЛШ, олардың маңызды ерекшеліктері бар: олар уыттылығы жоқ және төмен температурада жұмыс жасай алады. Бірақ олардың жарық беруі біршама төмен және қызмет ету мерзімі аз. Бұл параметрлер неонды қызыл ЛШ басқаларына қарағанда қанағаттанарлық. Перспективті болып сирек кездесетін элементтер негізіндегі люминофорлар табылады, олар жіңішке спектральді жолақтарда люминесценция береді, галофосфатты люминофорларға қарағанда жарық берудің жоғарылығын қамтамасыз етеді.
Түсті ЛШ декоративті жарықтандыруда және жарнамалар жарығында, бөлме ішінде қолдануға арналған. Көлемі бойынша оларды стандартты шамдармен алмастыруға болады, бірақ сұлба бойынша тез қосылу жұмысына арналған.
Бықсыған разрядты сигналды аз көлемді ЛШ жұмыстық тоғы 3 мА автоматика және радиоэлектроника жүйелеріне арналған, әртүрлі люминофорлармен шығарылады, олар шамның жарықтығын анықтайды: , жасыл, көгілдір және сары. Оның түсі шамның түріндегі соңғы әріппен белгіленеді.
Жарық жарнамасында қолданылатын газ жарықты шамдар (түтіктер), бықсыған разряд шамын бейнелейді, оларда оң столбтың сәулелендірілуі және түтікке келтірілген және разрядтың сәулеленуімен қоздырылатын люминофорлардың жарықтануы қолданылады.
ЛШ айнымалы тоқтан қоректенген кездегі жарық ағынының пульсациясы столб разрядындағы ультракүлгін сәулеленудің пульсациясымен жасалған және люминофорлардың жарықтануынан кейін біршама түзеледі. ЛШ жарықтанудың пульсациясын түзету үшін, олардың тоғы фаза бойынша бір-біріне қарай жылжитындай етіп қосады, соның арқасында пульсация коэффициенті нормаға жетеді. Әсіресе жарықтанудың пульсациясы ЛШ соңында қатты байқалады, өйткені пульсация жиілігі – ЛШ ортасында 100Гц болудың орнына 50Гц төмен, ал пульсация коэффициенті жоғары. Сондықтан ЛШ соңын экрандау қажет. Пульсацияны төмендетудің бір әдісі жоғары жиілікті қоректендіруге өту болып табылады. ЛШ барлық түрдегі және қуаттағы радио кедергілері 0,15-тен 1,5 МГц диапазонына дейін генерацияланады, яғни ұзын жәнеқысқа толқын диапазондарында. Радио кедергілер ЛШ жанған кездегіге қарағанда, тұтанған кезде жиірек. Радио кедергілерді төмендету үшін шамның электрлік сұлбасының элементі болып табылатын фильтрлер қызмет етеді. Фильтрлі ЛШ қолдану кезінде радио кедергілер нормадан аспайды.
Қызметін жасап біткен ЛШ пайдаға асыру кезінде ЛШ толтырылымында болатын сынаптың улылығын ескеру қажет.
ДРЛ шамының және сынапты-вольфрамды шамдардың түрі.
Д - доғалы, Р - ртутьтті, Л – люминесцентті, әріптен кейінгі сандар: шамның қуаты ватта, ары қарай жақшада- «қызыл қатынас», %, сызықшадан кейін, сан – шығарудың номері немесе вольфрамды спиральмен.
ДРЛ жұмыс жасау қағидасы және құрылғылары ГЛВД ртуттьті разрядын УК люмионфор көмегімен, спектрдің қызыл бөлігіне жетіспейтін сәулелендіруге, барлық сәулелендірудің» 40 % құрайтын, түрлендіруге негізделген. ДРЛ түс беруінің сапасын түзету «қызыл сәулелендіруге» қатысты мазмұнымен анықталады – спектрдің қызыл бөлігіндегі жарық ағынының шамының («қызыл қатынас») жалпы жарық ағынына қатынасы. ДРЛ-ды люминофорсыз жарықтандырған кезде заттың түсінің қатты бұзылуы байқалады, әсіресе адам терісінің, ол спектрдің қызғылт сары-қызыл бөлігіндегі сәулелендірудің жоқ болуымен түсіндіріледі. Қазіргі замандағы ДРЛ түтік түріндегі кварцты шыныдан жасалған, тығыз еритін шыныдан жасалған колбаға бекітілген сынапты оттықты түрде берілген. Ішкі колбадағы ішкі бет ұнтақ түріндегі люминофордың жіңішке қабатымен жабылған және резьбалы цокольмен жабдықталған. Көптеген ДРЛ екі негізгі электродтан басқа тағы да бір немесе екі разрядтаудың тұтануын жеңілдететін және жүйеге дроссель арқылы қосылуға арналған тұтандырғыш электродтары бар оттықпен жасалады. Екі электродты ДРЛ қосылу сұлбасы дроссельден басқа арнайы тұтандыратын бөлігі болады. Жану жағдайы кез-келген болуы мүмкін. Бірақ көлденең тұрған жағдайда оттықтағы доға конвекциялы ағынның әсерінен жай ғана жоғары майысады, ол қуаттың және жарық берудің кішкене төмендеуіне алып келеді. Кварцтық шынының қызуынан оттықтың жоғары жағындағы бөлігінде қызмет ету мерзімі төмендейді. Ішкі колбаның орта бөлігіндегі жұмыстық температура 220 ден 280 °С. Цоколдегі температура шамнаың қуатына байланысты ортадағыдан 110°С - 150 °С аспауы қажет. Оттықтың температурасы 700 - 750 °С жетеді. қоршаған ортаның температурасы тұтану кернеуіне Uз әсер етеді. Минустық температурада сынып буларының пары азайғандығы соншалық, разрядтың тұтануы таза аргонда болады және сынап пары болғандағыдан жоғары кернеу қажет. Жүйедегі кернеу Uс шамның жұмыс режимін анықтайды. Uс ақырын өзгергенде ± (10-15) % аралығында жарық ағынының өзгеруі DФu/Фu @ 2.5DUс/Uс қатынасынан есептеледі, қуаты DРл/Pл @ 2DUс/Uс. Жарық ағынының пульсациясы жүйенің екі еселенген жиілігімен болады. 50Гц жиіліктегі жүйеде ДРЛ бөлек жұмысының стандартты дроссельдегі сұлбасында пульсация коэффициенті 63 - 74 % құрайды. Осы жиілікте (100Гц) пульсация көзге байқалмайды, бірақ машинаның айналмалы бөліктері болған кезде олар қауіпті стробоскопиялық эффект шақыруы мүмкін. Суммалы ағынның пульсациясы шамды жүйенің әртүрлі үш фазасына қосқанда азаюы мүмкін. Қызмет ету мерзімі стендтік тексеру кезінде 12-15 мың сағат және қосылу саны көбейген кезде жоғарылайды. ДРЛ жұмысының процесі кезінде жарық ағынының және қызыл қатынастың дәрежелік төмендеуі болады. Аз қуатты және қуатты ДРЛ құлауының жылдамдығы, орта қуаттағы шамдікінен жоғары. Негізгі қолдану аумағы: НО, түс беру сапасының жоғары болуын талап етпейтін, төбесі 3-5м биік өндіріс кәсіпорындарын жарықтандыруда.
Металлды галогенді шамдар.
Оларды пайдаланудың перспективасы жоғары ПӘК-мен жоғары меншікті қуатта біртектіден үздіксізге дейінгі сәулелендіруді таратудың спектральді түрлендірудің ерекше кең мүмкіндіктерімен анықталады. МГШ құрылысы мен жұмыс жасау қағидасы көптеген металлдардың галогенидтері, металлға тқарағанда тез жоғалады, және де кварцты шыныны бүлдірмейтініне негізделген. Сондықтан да МГШ ращрядты колбаның іші сынап (ртуть) пен аргоннен басқа, сынаптық ЛВД-дағы сияқты қосымша галоидтер түріндегі әртүрлі химиялық элементтер енгізіледі. Разряд жанған соң, колбаның жұмыстық температурасы шегіне жеткен кезде, металлдардың галогенидтері біртіндеп бу күйіне ауысады. Бірнеше мың Кельвин температурамен разрядталудың орталық зонасына түсіп, галогенидтер молекуласы галоген және металлға диссоциаланады. Металлдың атомы қызып, соған сәйкес спектр шашылады. Олар разрядтану каналының шегінен шығады да колба қабырғасына жақын төмен температурадағы зонаға түсіп, галогенидтерге қосылып қайтадан буланады. Бұл тұйықталған цикл екі принципиалды ерекшелікті қамтамасыз етеді:
а) разрядта металл атомадарының қажетті сәулелендіру спектрін беретін жеткілікті концентрациясы пайда болады, өйткені кварцтық колбаның жұмыстық температурасы 800-9000С болғанда, көптеген металл галогенидтердің бу қысымы металлдардың өздерінікіне қарағанда, мысалға талий, скандий, диспрозий және т.б. жоғары;
б) разрядқа сілті (натрий, литий, цезий) және басқа агрессивті металлдар (мысалы, кадмий, цинк) енгізудің мүмкіндігі пайда болады, олар таза күйінде 300-4000С жоғары температурада кварцтық шынының тез сынуына алып келеді, ал галогенидтер түрінде мұндай сынуға алып кемлмейді.
Галогенидтерді пайдалану сәулелендіруді генерациялау үшін қажет химиялық элементтердің санын күрт көбейтіп, әртүрлі спектрлі МГШ шығаруға мүмкіндік береді, әсіресе галогенидтер қоспасын пайдалану кезінде сынапты бу буфердің ролін ойнайды, разрядтағы жоғары температураны потенциалдың жоғары градиентін, аз жылу шығынын және т.б. қамтамасыз етеді.
МГШ қолданылуына байланысты классификацияланады:
а) жалпыға арналған МГШ.
б) түс беру мысалы, түсті телебағдарлама және кинотүсірілім сапасы жақсартылған түтікті және шар тәріздес МГШ.
в) көптеген арнайы қолданысқа арналған МГШ, негізінде технологиялық.
Натрийлі шамдар.
Натрийлі шамдар көрінетін сәулелендіру көзінің ең бір эффективті тобының бірі болып табылады: олар барлық белгілі ГШ (ГЛ) ішіндегі ең жоғары жарық беру және ұзақ қызмет ету мерзімінде жарық ағынының байқаусыз төмендеуінің қасиетіне ие. Сондықтан да, натрийлі шамдар бірінші кезекте жоғары қысымдағы, жарықтандыруды үнемдеуде, әсіресе сыртқы жарықтандыруда кеңінен қолданылып жүр. Бұл шамдардың кемшілігі жарық беру сапасының төмендігінде. Натрийлі шамдардың жұмыс жасау қағидасы Д-натрий қатарының резонанстық сәулеленуін пайдалануға негізделген. Натрийдің жұмыстық қысымына байланысты натрийлі шамдар екі түрге бөлінеді – төмен қысымды НЛНД және жоғары қысымды НЛВД. Натрийлі разрядтың жарық беру сәулеленуінің натрий буының қысымына тәуелділігінің қисықтығы екі максимумға ие. Бірінші максимум аумағы 0,2 Па жақын қысымға сәйкес және сұйық фазаның температурасы 270-3000С жетеді; жарық берудің екінші максимум шегі НЛВД-да 10 кПа жақын қысымда жетеді. Бұл қысым жарық өткізетін жоғары температуралы материалдан жасалған разрядты түтіктің температурасы 650-7500С болғанда натрийдің қанған буына ие болады.
Қолдану аумағы. НЛНД-автостраданы, туннельді, жол қиылыстарын, қоймалар мен жүк станцияларын, өндірістік обьектілерді жарықтандыру; архитектуралық және декоративтік жарықтандыру. НЛНД өзінің сары монохроматикалық жарығының арқасында, тұман болғанда төменгі жарық дәрежесінің жақсы көруін қамтамасыз етеді, сигнал беру қондырғыларында қолданысқа ие. Түс берудің жақсы сапасын және көрудің ұнамды сәттерін, жарықтандыру қондырғыларында НЛВД-ны басқа әффективті көздермен араластыру арқылы алуға болады, олар спектрдің көк-жасыл бөлігінде басым сәулелендіруді береді. Мысалы РЛВД бірге. НЛВД бағасы РЛВД типтегі ОРЛ және МГШ типіндегі ДРИ шамдарына қарағанда 7-10 рет алып тұрса да, оларды пайдалану жаңа жобадағы қондырғыларды жарықтандыруда және құрылысты жөндеу жұмыстарында қолдану капиталды және қолдану шығындарын үнемдейді.
Әдебиеттер тізімі
1 Плазменные электротехнологические установки: учебник /В.С. Чередниченко, А. С. Аньшаков, М. Г. Кузьмин. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008.
2 Электротехнологические установки. Электродуговые печи: Учеб. пособие / Т. Ф. Малахова; М-во образования Рос. Федерации. Гос. учреждение Кузбас. гос. техн. ун-т Кемерово, 2002.
3 Мукажанов В.Н.. Плазменно-дуговые технологические установки.Учебное пособие. - Алматы: АИЭС, 2000.
4 Мукажанов В. Н., Коньшин С. В., Силовая преобразовательная техника и источники питания электротехнологических установок. Учебное пособие. - Алматы: АИЭС, 1999.
5 Электротехнологические
установки:
[Учеб. для вузов по спец. "Электроснабжение пром. предприятий"] /А.В.
Болотов, Г.А. Шепель
- М.: Высш. шк., 1988.
6 Болотов А.В., Шепель Г.А. Электротехнологические установки. - Алма-Ата: Мектеп, 1983.
7 Электротехнологические промышленные установки. Учебник для вузов / И.П.Евтюкова, Л.С.Кацевич, И.М.Некрасова, А.Д.Свенчанский; под редакцией А.Д.Свенчанского. - М.: Энергоиздат, 1982.
8 Руденко В.С., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. - М.: Высшая школа, 1980.
9 Электротехнологические процессы и установки : [Сб. науч. тр.] / Новосиб. гос.техн.ун-т; Под ред. В.С.Чередниченко. - Новосибирск: НГТУ, 1995.
10 Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга – 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1995.
11 Электротермические и электротехнологические установки: Учеб. пособие / А.Н. Макаров. - Тверь: ТвеПИ, 1993.
12 Электротехнологические промышленные установки
: Учеб. пособие / А. М. Викторенко, А. И. Гаврилин; Том. политехн. ин-т им.
С.М. Кирова
- Томск: ТПИ, 1991.
13 А.Б. Кувалдин. Учебное пособие по курсу "Электротехнологические установки и системы". Технологические процессы с применением индукционного нагрева /Ред. А.Ю. Макаров. - М.: Изд-во МЭИ, 1990.
14 Электрическое освещение: Учеб. пособие/ Махнева О.П. - Свердловск: Свердлов. инж.-пед. ин-т, 1990.
15 Забродин Ю.С. Промышленная электроника. - М.: Высшая школа, 1982.
16 Свенчанский А.Д. и др. Электрические промышленные печи, “Дуговые печи и установки специального нагрева”. - М.: Энергоиздат, 1981.