Файл: Сисоян, Г. А. Электрическая дуга в электрической печи.pdf

Рис. 88. Зависимость пробивного натяжения воздуха при различных расстоя­ ниях между электродами (электроды симметричные):

а — от давления; б — от температуры {I — расстояние между электродами)

рит только до тех пор, пока существуют эти условия. После про­ хождения напряжения через максимум его значение падает; вместе с тем падает и напряженность поля. Когда она станет меньше про­ бивного градиента, дуговой разряд исчезнет. В зависимости от тепло­ вой инерции газового разряда и значения его пробивного градиента необходимое напряжение горения дуги будет различным. Итак, при периодическом изменении напряжения и напряженности разрядного промежутка дуга будет периодически возникать и исчезать. Воз­ можны следующие предельные случаи. После возникновения дуги внешние факторы быстро и интенсивно усиливают условия деэлек­ тризации газа (быстрая рекомбинация). Вследствие этого пробивной градиент дуги возрастает, становится больше напряженности поля, созданного внешним источником, и дуга гаснет. В этом случае на­ блюдается неустойчивая угасающая дуга.

При постоянном внешнем напряжении возможен случай, когда внешние факторы не меняют пробивного градиента дугового промежутка. При этом дуга будет гореть длительно и устой­ чиво.

При переменном внешнем напряжении газовая среда может обла­ дать достаточно малой инерцией пробивного градиента. Пробивной градиент тоже будет меняться периодически. Дуга возникает и исче­ зает в течение каждого полупериода и горит прерывисто, но устой­ чиво.

Наконец, при определенных условиях, инерция газового слоя и его пробивного градиента может быть настолько велика, что про­ бивной градиент будет оставаться постоянным и достаточно низким. В этом случае дуга переменного тока может гореть устойчиво и непрерывно.

Рассмотрим, как зависит устойчивость горения дуги от пара­ метров внешней части дугового контура.

119

Когда дуга горит устойчиво и контур находится в установив­ шемся режиме, индуктивного падения напряжения в контуре не будет и приложенное напряжение будет уравновешиваться паде­ ниями напряжений на активном сопротивлении гк и дуге:

Uо = ыд + irK. (IV-17а)

Первая составляющая определяется вольтамперной характери­ стикой, а вторая — прямой Ьс. Как видно из рис. 89, уравнение (IV-17) может быть удовлетворено только в двух точках пересече­ ния этих кривых — 1 и 2. Обе точки соответствуют установившемуся горению дуги.

Рассмотрим теперь случай, когда по какой-либо причине в кон­ туре произойдет возмущение и ток в цепи получит приращение А/, которому будет соответствовать дополнительное падение напряжения:

12Q

Из этого уравнения видно, что величина приращения тока зави­

то экспонента стремится к нулю, и вместе с ней стремится к нулю приращение тока Ai. Таким образом, по прошествии некоторого времени возмущение ликвидируется и ток придет к первоначальному установившемуся значению. В общем виде условие (IV-24) назы­ вается критерием Кауфмана и соответствует устойчивому протека­ нию процесса, в данном случае — горению дуги при появлении возмущений.

Если

121

Рис. 91. Семейство кривых результирующего сопротивления

приведена кривая дифференциального сопротивления. На падающей ветви вольтамперной характеристики гдиф имеет отрицательное значение, так как на ней увеличению тока соответствует уменьшение напряжения; в точке минимума характеристики гдиф равно нулю, а на восходящей части характеристики оно приобретает положитель­ ное значение.

Так как в начальной части характеристика падает резко, то значение гдиф на этом участке велико. Восходящая же часть в боль­ шинстве случаев прямолинейна, поэтому гдиф для нее остается почти постоянным.

На рис. 91 построена кривая дифференциального сопротивления и семейство кривых результирующего сопротивления гк + гдиф для нескольких значений сопротивления внешней части дугового кон­ тура.

Точки пересечения этих кривых показывают критические значе­

в течение каждого периода дважды проходит через нулевое значе­ ние и, следовательно, дважды за период напряжение на электродах разрядного промежутка может оказаться меньше напряжения воз­ никновения дуги. Вообще говоря, в течение каждого полупериода возникает и исчезает дуга. Вопрос стоит только о длительности паузы тока между исчезновением и повторным возникновением дуги. При непрерывном горении дуги длительность паузы равна нулю — ток дуги так же плавно проходит через нулевое значение, как и на­ пряжение источника. При прерывистом, но устойчивом горении дуги эта пауза имеет конечное значение. Наконец, при неустойчивом горении после исчезновения дуга снова не возникает, происходит гашение дуги, пауза тока становится равной бесконечности.

122

Если контур с дугою содержит большую индуктивность и незна­ чительное активное сопротивление, то ток в контуре будет сдвинут на значительный угол по отношению к напряжению. Поэтому в мо­ мент прохождения тока через нуль на электродах создается напряже­ ние, достаточное для возникновения дуги. В таких контурах дуга легко появляется повторно, и горение ее становится устойчивым.

При больших активных сопротивлениях и малых индуктивностях контура в момент прохождения тока через нуль напряжение на раз­ рядном промежутке уменьшается и вследствие этого затрудняется повторное возникновение дуги.

Рассмотрим устойчивость горения дуги для этих двух предель­

Мощность источника примем настолько большой, что искажения тока, обусловленные наличием дуги, не повлияют на форму напря­ жения и.

Форма кривой напряжения дуги зависит от внешних условий среды, в которой будет гореть дуга. При устойчивом горении дуги кривая напряжения дуги будет периодической несинусоидальной функцией времени и в общем виде ее можно выразить рядом Фурье:

Зная параметры контура и коэффициенты ряда, можно решить задачу в общем виде, т. е. найти силу тока и соответствующие значе­ ния напряжения. Но решение задачи в общем виде затруднительно. К этому мы вернемся позже. Сейчас рассмотрим частный случай, когда напряжение дуги имеет прямоугольную форму (рис. 93.)

123