WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 7 03;04 Предельный ток многоострийного коронного разряда © Б.А. Козлов, В.И. Соловьев Рязанская государственная радиотехническая академия, 390005 Рязань, Россия e-mail: kozlov.qe@post.rzn.ru (Поступило в Редакцию 21 ноября 2005 г.) Проведено исследование коронного разряда в системе с однорядным многоострийным электродом для выяснения условий достижения максимальных значений предельного тока, соответствующего переходу коронного рязряда в искровой.

PACS: 52.80.Hc Введение межэлектродного промежутка, геометрией электродов, величиной внешнего ограничительного сопротивления В целом ряде практических приложений необходимо при отрицательной и положительной полярностях короформировать скоростные газовые потоки в агрессивных нирующего электрода на атмосферном воздухе.

или высокотемпературных средах, а также в средах, не допускающих никаких органических загрязнений. Для 1. Методика эксперимента этих целей наиболее приемлемы электроразрядные способы формирования газовых потоков, основанные на исМногоострийная система моделировалась фрагменпользовании газодинамических эффектов, сопровождаютом, состоящим из пяти острий (макет № 1). В качестве щих протекание тока в униполярных коронных разрядах.

острий использовались стальные иглы диаметром 0.6, Образующийся в этих типах разрядов однонаправленный длиной конической части 3 и радиусом кривизны верпоток ионов в результате ион-молекулярных столкновешины острия не более 0.05 mm. Острия подбирались ний приводит к направленному движению нейтрального таким образом, чтобы их вольт-амперные характеригаза и образованию газового потока, получившего назвастики (ВАХ) совпадали. Отдельно измерялся ток с ние „электрический ветер“ [1,2].

центрального острия и суммарный ток трех основных Такой метод формирования газовых потоков имеет острий (центрального и двух соседних). Два крайних ряд преимуществ по сравнению с традиционными элекохранных острия обеспечивали идентичность поля у тромеханическими: отсутствие движущихся элементов, основных острий. Межэлектродное расстояние измеряпростота конструкции, минимальные размеры и вес, лось в пределах 3-25, шаг — в диапазоне 2.5-30 mm.

стоимость изготовления, практически неограниченный При шаге 2.5 mm число охранных острий увеличивалось ресурс и „вакуумная чистота“. Последнее свойство имедо 2-3 с каждой стороны.

ет решающее значение для достижения максимального При шаге менее 2.5 mm (вплоть до плотного распоресурса, надежности и стабильности параметров отпаянложения острий) исследования были проведены на мноных газоразрядных лазеров и химических реакторов.

гоострийной системе длиной 35 mm с охранными мноСкорость „электрического ветра“ пропорциональна гоострийными электродами протяженностью по 10 mm корню квадратному из величины тока коронного разря(макет № 2). Число острий здесь определялось величида [2]. Наличие такой зависимости показывает, что для ной шага.

достижения высоких скоростей „электрического ветра“ Некоронирующий плоский электрод представлял сонеобходимо обеспечить увеличение тока коронного разбой никелевую полосу шириной 10 cm. В контрольных ряда до его перехода в искровой, не пригодный для экспериментах использовался также электрод в виде формирования газовых потоков. Проблема увеличения полуцилиндра и, в случае одиночного острия, — полупредельного тока коронного разряда возникает и в ряде сферической формы.

других направлений его применения.

Максимальное напряжение регулируемого высокоШирокоапертурные газовые потоки, представляющие наибольший практический интерес, формируются обыч- вольтного источника составляло 35 kV. Величина ограно с помощью протяженных проволочных или мно- ничительного сопротивления изменялась в диапазоне гоострийных коронирующих электродов [3–6]. Приме- 1-100 M. При каждых значениях межэлектродного расстояния, шага расположения острий, величины огранение последних вместо более простых проволочных ничительного сопротивления снимались ВАХ коронного определяется в ряде случаев их большей надежностью и виброустойчивостью. В настоящей работе с целью разряда, начиная от минимального значения измерявыяснения условий достижения максимальной величины емого тока 2 µA до предельного, соответствующего общего тока исследуются его взаимосвязи с плотно- переходу коронного разряда в искровой. Возникновестью расположения коронирующих острий, величиной ние последнего сопровождалось резким снижением на1 2 Б.А. Козлов, В.И. Соловьев пряжения на разрядном промежутке и фиксировалось визуально.

При проведении измерений в системе с одиночным острием дополнительно наблюдались изменения тока и напряжения на промежутке с использованием запоминающего осциллографа с полосой пропускания 20 MHz.

Исследовалось также распределение тока по поверхности некоронирующего электрода. Плоский зонд диаметром 1 mm закреплялся в отверстии диаметром 1.2 mm в некоронирующем электроде на уровне его поверхности и перемещался вместе с электродом.

2. Результаты эксперимента 2.1. Одиночное острие Вольт-амперные характеристики отрицательной короны при различных расстояниях между электродами представлены на рис. 1. Максимальные значения токов здесь соответствуют искровому перекрытию промежутка. Ре- Рис. 2. ВАХ положительной короны при различных межэлектродных расстояниях d при первом подъеме напряжения зультаты в общих чертах согласуются с известными (ограничительное сопротивление 100 M ). Пунктирная кривая данными [7,8]. На начальных участках характеристик при d = 25 mm — установившийся вид характеристики после ток в основном протекал в виде треугольных импульсов проведения многократных измерений.

(импульсов Тричели) амплитудой 100-150 µA. Их длительность по уровню 0.5 составляла около 0.5, длительность переднего фронта не превышала 0.01 µs. Падение напряжения на промежутке при протекании импульса, щая. При среднем токе более 40-80 µA наблюдалось измеренное при величине ограничительного сопротивскачкообразное исчезновение импульсов (при снижении ления 14.3M, составляет около 10 V и обусловлено напряжения они появлялись при меньшем значении тонезначительным разрядом паразитной емкости (при амка), далее вплоть до искрового перекрытия промежутка плитуде импульса 100-150 µA падение напряжения на ток оставался непрерывным. Значение максимальных таком сопротивлении составило бы не менее 1 kV).

токов, определяющих довольно резкую границу сущеС увеличением напряжения частота импульсов возствования коронного разряда, хорошо воспроизводилось растала пропорционально среднему току примерно с от измерения к измерению (разброс не превышал 10%) до 800 kHz при его увеличении с 2 до 40 µA. Амплитуда и практически не зависел от величины ограничительного импульсов несколько уменьшалась — со 150 до 100 µA.

сопротивления в диапазоне от 1 до 100 M.

Одновременно увеличивалась постоянная составляюПри исследовании положительной короны было обнаружено, что картина протекания тока и вид ВАХ существенно изменяются от измерения к измерению, что может быть связано с осаждением на вершине острия отрицательно заряженных частиц пыли. В отрицательной короне на поверхности положительного некоронирующего электрода также наблюдалось появление легко удаляемого налета темного цвета. В связи с этим для получения воспроизводимых результатов перед снятием каждой ВАХ производилась очистка поверхности кончика острия (и всех острий макета № 1).

ВАХ положительной короны при первом подъеме напряжения представлены на рис. 2. При расстояниях более 5 mm они имеют два четко выраженных участка.

На первом ток, в отличие от отрицательной короны, непрерывный, затем при токе 40-50 µA режим короны резко изменялся: появлялись импульсы тока длительностью порядка долей микросекунды. Их усредненные частота и амплитуда возрастали примерно пропорциональРис. 1. ВАХ отрицательной короны при различных расстоя- но среднему току. При его величине 80 µA, например, ниях между острием и плоскостью. они составляли 25 kHz и 5 mA.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. Предельный ток многоострийного коронного разряда Изменение величины сопротивления на два порядка (1-100 M ) не влияло на условия возникновения импульсов. Падение напряжения на промежутке во время импульсов, измеренное при величине ограничительного сопротивления 14.3 M, составляло несколько сотен вольт, и было обусловлено частичным разрядом паразитных емкостей. При полном разряде падение напряжения на ограничительном сопротивлении при токах порядка миллиампер должно превышать 10 kV.

Возникновение импульсов обусловлено зарождением предпробойных положительных стримеров и последующим их затуханием при распространении к некоронирующему электроду в сторону уменьшения напряженности поля.

Изменение режима коронного разряда, связанного с появлением стримеров, сопровождалось звуковыми эффектами типа потрескивания, шипения и визуально наблюдаемыми изменениями в характере свечения коро- Рис. 3. Профили плотности тока у поверхности некоронирующего электрода при различных межэлектродных расстояниях:

нирующей области: наблюдалось возникновение узкого пунктирная кривая — стримерный режим положительной светящегося канала, сужающегося в направлении от короны.

коронирующего электрода. Протяженность стримерных каналов увеличивалась по мере увеличения напряжения.

Это приводило сначала к проскакиванию редких искр, полностью перекрывающих промежуток, а затем к их (пунктирная кривая на рис. 3). Их ширина по уровню 0.регулярному возникновению с частотой, определяемой не превышала 1-2 mm независимо от межэлектродного величинами ограничительного сопротивления и паразитрасстояния.

ных емкостей. Из-за значительной флуктуации среднего 2.2. Многоострийный электрод тока, обусловленной нерегулярностью повторения имТипичный зависимости тока центрального острия (мапульсов, возникновения отдельных искр, граница, опрекет № 1) от напряжения при различном шаге расположеделяющая его предельное значение, является в опредения острий для отрицательной и положительной короны ленной степени условной и, в отличие от отрицательной представлены на рис. 4, 5. Максимальные токи на рис. короны, имеет существенный разброс от измерения к соответствуют искровому перекрытию промежутка, на измерению, отмеченный на рис. 2.

рис. 5 — появлению стримеров (при шаге менее 10 mm По мере увеличения продолжительности горения разих появление практически сразу приводило к полному ряда (особенно в режиме искрового перекрытия промеискровому перекрытию промежутка).

жутка) величина тока, соответствующая появлению и При шаге более 5 mm для всех межэлектродных исчезновению импульсов, постепенно уменьшалась до расстояний суммарный ток трех основных острий ровно значений примерно 4-10 µA в связи с изменением сов три раза превышал ток центрального острия: это ознастояния поверхности острия. Заметного перескока с одчало, что все острия работали в одинаковых условиях.

ного участка характеристики на другой не наблюдалось, При шаге менее 5 mm появилось заметное различие в и ВАХ принимала вид пунктирной кривой, представлензначениях токов соседних острий. При шаге 2.5 mm оно ной на рис. 2 в качестве примера для расстояния 25 mm.

достигало уже около 30%, хотя контрольные измерения После очистки кончика острия вышеописанная картина при отдельном включении каждого из трех острий поповторялась.

казывали одинаковые значения токов. Увеличение числа Результаты измерений распределения тока по поверхохранных острий до 2-3 с каждой стороны не изменяло ности некоронирующего электрода (рис. 3) показали, ситуацию. В случае положительной короны при этом что профили плотности тока практически не зависят шаге можно было отчетливо наблюдать периодическое от его величины и полярности напряжения (в отсутчередование от острия к острию яркости и протяженствие стримеров). Ширина профилей на уровне 0.ности стримерных каналов или формирование одного примерно равняется расстоянию между электродами, канала для двух соседних острий.

на уровне 0.1 — удвоенному. Максимальная плотность тока на оси пропорциональна величине тока (при рас- При шаге менее 2.5 mm (макет № 2) в случае отрицательной короны разряд зажигался уже не на стоянии 5 mm и токе отрицательной короны 200 µA, всех остриях. Даже при максимальных напряжениях например, составляла 5 A/m2), а при одном и том же его значении уменьшается пропорционально квадрату и токах, близких к предельным, горел не более чем расстояния. на 13-14 остриях независимо от их общего числа, При возникновении стримерного режима положитель- которое, например, в случае плотного расположения ной короны профили плотности тока резко сужались острий (шаг 0.6 mm) равнялось 60. При длине ряда 1 Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 4 Б.А. Козлов, В.И. Соловьев тока уменьшалось). Можно лишь отметить, что явной зависимости тока положительной короны от числа острий при шаге менее 2.5 mm не проявлялось.

3. Обсуждение результатов Общий ток разряда в системе с однорядным многоострийным электродом единичной протяженности I = NI1 =(1/p)I0, (1) где N — число острий на единице длины, определяемое шагом их расположения p; I0 и I1 — ток в случае одиночного острия и ток, приходящийся на одно острие многоострийной системы, при одинаковом напряжении на промежутке; — коэффициент, определяющий степень уменьшения тока I1 по сравнению с I0, обусловленную взаимной экранировкой острий.

Рис. 4. ВАХ отрицательной короны с острия при различном С уменьшением шага увеличивается число острий, шаге расположения острий для межэлектродных расстояний одновременно, как следует из рис. 4, 5, уменьшается и 13 mm.

ток I1. Результаты обработки измерений показали, что при шаге более 2.5-5 mm, когда токи соседних острий одинаковы, величина коэффициента практически однозначно определяется отношением шага к расстоянию p/d (рис. 6). В пределах разброса полученных значений 10-15% зависимости отдельно от напряжения или тока не установлено.

Уменьшение тока I1 по мере увеличения плотности расположения острий обусловлено следующими причинами.

Во-первых, с уменьшением шага в результате взаимной электростатической экранировки снижается напряженность поля на вершине острий. Поэтому для зажигания разряда и для обеспечения определенной величины тока требуется более высокое напряжение.

Во-вторых, из-за сужения профилей плотности тока в направлении расположения острий возрастает плотность Рис. 5. ВАХ положительной короны с острия при различном шаге расположения острий: межэлектродное расстояние 20 mm; ограничительное сопротивление 5.1 M.

острий 35 mm это соответствовало среднему шагу между активными остриями примерно 2.5-2.7 mm. Общий предельный ток макета уменьшался с увеличением числа острий и сокращением межэлектродного расстояния, особенно значительно (почти вдвое) при расстояниях меньше 7 mm и плотном расположении острий.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.