CC BY
25
УДК 004.681.2.08
А.Ю. ЗИМОГЛЯД, ДО. ЛЕВЧЕНКО
Нацюнальна Металургшна Академiя Укра1ни
АНАЛ1З СПЕКТР1В КОРОННОГО РОЗРЯДУ
Розглянуто стенд для до^дження коронного розряду, а також розглянуто спектр i осцилограми при позитивному i коронному розрядi, на даному стендi.
Ключовi слова: Коронний розряд, висока напруга
А.Ю. ЗИМОГЛЯД, ДА. ЛЕВЧЕНКО
Национальная Металлургическая Академия Украины
АНАЛИЗ СПЕКТРОВ КОРОННОГО РАЗРЯДА
Рассмотрен стенд для исследования коронного разряда, а также рассмотрен спектр и осциллограммы при положительном и коронном разряде, на данном стенде.
Ключевые слова: Коронный разряд, высокое напряжение
A.Y. ZIMOGLYAD, D.O. LEVCHENKO
National Metallurgical Academy of Ukraine
ANALYSIS OF CORONARY DISCHARGE SPECTRA
The stand for the investigation of the corona discharge is considered, the spectrum and oscillograms for a positive and corona discharge, at this stand too.
Key words: Corona discharge, high voltage
Постановка проблеми
Коронний розряд знайшов свое застосування в р1зних галузях науки i техшки. Коронний розряд застосовуеться для поверхневого легування металiв i нашвпровщнишв, для очищення ^iB ввд пилу в складi електростатичних фiльтрiв, для дiагностики станiв конструкцiй. Широке застосування коронного розряду в рiзних галузях, призводить до необхiдностi його моделювання.
Струм, що проходить через електроди анода i катода, при коронному розрядi мае iмпульсний характер, i цей характер проявляеться аж до юкрового пробою пром1жку. 1мпульсний струм, що виникае при позитивнш та негативнш коронi, суттево вiдрiзняеться.
Слад зауважити, що при позитивному коронному розряд^ проявляеться ефект так звано! спалахово! корони, а при негативному коронному розрядi проявляються iмпульси Трiчеля. Причиною рiзно! поведiнки iмпульсного струму в позитивно! та негативно! корош iмовiрно служать рiзнi iонiзацiйнi процеси, i так само рiзний розподш просторового заряду м1ж електродами.
Модел^ що використовуються для опису поведшки коронного розряду, мають або емшричнш характер, або використовують фiзичнi закони, але накладаються досить суворi обмеження на граничш умови [1, 3]. Таким чином, для реалiзацi! можливосп оперативного управлiння коронним розрядом, а також щентифжаци його параметрiв необхщно створення нових моделей. У той же час, синтез нових моделей потребуе виршення питання адекватностi, тобто необхвдно мати можливiсть отримати шформацш з реального фiзичного експерименту у заданих умовах. У випадку високовольтного розряду проведення експерименту ускладнюеться необхвдшстю уникати пошкодження лабораторного обладнання, водночас з отриманням достовiрних даних [5].
Мета дослщження
Виходячи з вищевикладеного, створення лабораторного обладнання для аналiзу адекватностi моделей коронного розряду, яке би дозволило отримати шформацш, необхвдну для такого аналiзу, е актуальною задачею. Також, для перевiрки працездатносл розробленого стенду потрiбно провести деяку к1льк1сть експериментiв, як1 б показали можливють отримання даних у вщомих режимах розряду.
Викладення основного матер1алу досл1дження
Безпосередне вимiрювання струму в умовах високовольтного розряду викликае певш труднощi, у першу чергу пов'язаш з можливiстю ушкодження обладнання. З шшого боку, для отримання частотних характеристик немае потреби безпосереднього контакту - дощльно використовувати електромагштний зв'язок з розрядом. Тому, у цьому експерименп поруч з коронним розрядом, на вщсташ 15 см встановлювалася антена, подключена до осцилографа. Антеною слугуе мiдний дрiт в гумовш iзоляцi! дiаметром 1 мм, довжиною 10 см (рис. 1). За допомогою цифрового осцилографа з можливютю запису
значень вщтюв на USB-носш зшмаються даш при позитивнш та негативнш корош. Далi отриманi данi обробляться на комп'ютерi . Осцилограф захоплюе дiапазон частот вiд 0 — 50 МГц, з частотою B^ipKH даних в 108 Sa/s (вщлЫв на секунду).
Для реалiзацiï можливосл керувати умовами експерименту був зiбраний розрядний термiнал (рис. 2). Матерiалом для збiрки в основному був текстолгг i фторопласт, так як щ два матерiали е яшсними дiелектриками. На пiдставцi з фторопласту кршляться клеми для подачi високо1 напруги, там же крiпиться один електрод у формi цилiндра 25 мм зi сталi, i стшка шд регульований електрод. Даний розрядний термшал дозволяе регулювати вiдстань м1ж електродами. Також iснуе можливiсть закршлювати рiзнi електроди.
Рис. 1. Структурна схема проведення дослвду
Можливiсть закрiплювати електроди рiзного дiаметру знадобиться в подальших дослiдах, оск1льки площа електродiв безпосередньо впливае на коронний розряд.
Рис. 2. Розрядний термшал
Отримаш осцилограми сигналiв, що наводилися на антену при позитивнiй та негативнiй корош показан на рис. 3, 4. Осцилограма наведення на антену при негативнш корош, дуже близька за формою до вщомоГ форми iмпульсiв Трiчеля. При цьому проявляеться Гх регулярний характер, який пояснюються тим, що при зростаннi лавин ввд вiстря катода близько самого вютря розташовуеться позитивний просторовий заряд, а трохи ввддалж - негативний. Якщо це електрони, то вони притягуються до анода. Щiльнiсть негативного заряду вютря дуже низька, через це екрануюча дiя на поле вютря не ввдбуваеться. Просторовий
заряд негативних юшв слабшае, поле вютря, розмноження лавин i струм загасае, далi зовшшне поле вцщовлюегься, i створюються умови для нового шпульсу.
-0,0052 -0.0051 -0,005 - 0.0W9 -0.00-18 -0.0047 -0.0СН6 -0,0015
Рис. 3. Осцилограма наведень на антену при позитивн1й корон1
-0.0053 - 0.0052 -0.0051 -0.005 -0.0049 -0.004Б -0.0047 -0.0046 - 0.0045
Time
Рис. 4. Осцилограма наведень на антену при негативнш корош
Осцилограма наведення на антену при позитивнш корош виглядае куди б№ш складно, але в нш теж помiтна деяка перюдичшсть. Для визначення цiеï перюдичносп, а так само видiлення обласп частот в яких лежить сигнал, на основi даних замiряних осцилографом були побудованi спектри для позитивно! та негативно! корони (рис. 5, 6). Як видно з отриманих спекав, як у негативнiй, так i у позитивнш корош е певний перюдичний сигнал в обласл 17 кГц, причому в негативнш корош вш мае бiльше значення за амплiтудою. Так само з отриманого спектра позитивно! корони можна явно побачити велику к1льк1сть гармошк, як1 розташованi на частотах до 10 кГц, з кроком в 0.23 кГц.
0.8 0,7 0,6 0.5
J 0.4
о >
0.3
Anode -
Jjf jfeia^jL^aiiM,
иххю
20000 30000
40000
50000
Рис. 5. Спектр наведення на антену при позитивнш корош
Нг
Рис. 6. Спектр наведення на антену при негативнш корот
Попередне вимiрювання показало деякий перюдичний сигнал в областi 17 кГц, який бiльш виражений при негативнш корош, так само в спектр позитивно! корони можна явно побачити гармошки, яш розташованi на частотах до 10 кГц, з кроком в 0.23 кГц. Ц отримаш даш вказують на можливiсть подальших вимiрювань i вивчення цих гармошк.
Висновки
Створене лабораторне обладнання дозволило отримати iнформацiю, необхiдну для подальших дослвджень. Якi в свою чергу можуть бути використанi, для аналiзу адекватностi моделей коронного розряду. Була зроблена перевiрка працездатностi розробленого стенду на низш експериментiв, як1 показали можливють отримання даних у ввдомих режимах розряду.
Також, пiсля проведеного попереднього дослвдження, а так само спостереження на форму сигналу наведення i И спектр, можна сказати про явну вiдмiну м1ж позитивною i негативною короною. Що, в свою чергу, дозволяе зайнятися подальшими вимiрами в данiй областi.
Список використаноТ лiтератури
1. Райзер Ю.П. Физика газового разряда / Ю.П Райзер - М.: Наука, 1992. - 434 с.
2. Хоровиц П. Искусство схемотехники. Часть 2 / П. Хоровиц, У. Хилл. - М.: Мир,1995. - 590 с.
3. Фейнман Р.П. Фейнмановские лекции по физике / Р.П. Фейнман, Р.Б. Лейтон. - Ч.5 - М.: Мир, 1977. -300 с.
4. Новиков О.Я. Устойчивость горения электрической дуги / О.Я. Новиков, В.Н. Ярыгин. - М.: Наука, 1992. - 197 с.
5. Кузнецов Э.И. Методы диагностики высокотемпературной плазмы / Э.И. Кузнецов, Д.А. Щеглов -М.: Москва, 1980. - 198 с.
