Плазмотрона с продольной прокачкой.

Изучение физических основ работы

Выполнил: ст. гр. 2141107

Шаймарданов И.И.

Проверил: доцент

Габдрахманов А.Т.

Цель работы: изучить устройство, назначение, область применения, характеристики электродугового плазмотрона постоянного тока и условия устойчивого горения электрической дуги.

Оборудование: плазмотрон АЛПЛАЗ-04 в комплекте (блок питания с сетевым кабелем, плазменная горелка, подставка для горелки и инструкция по работе с установкой АЛПЛАЗ-04), специальные защитные очки или сварочная маска.

Теоретическая часть.

Одним из широко распространенных технических устройств применяемых для получения потоков плазмы являются электродуговые плазмотроны (ЭДП) постоянного тока. В них, через область электрической дуги прогоняют рабочий газ, который в результате, разогревается до плазменного состояния. Различают разряды свободные и пространственно стабилизированные. Стабилизируют разряды потоком плазмообразующего газа, охлаждаемыми стенками разрядной камеры, дополнительным магнитным полем соленоида. Особенно большое применение получили разряды, стабилизированные в канале с потоком газа. Таким генератором плазмы является портативный аппарат АЛПЛАЗ–04.

Назначение и область применения.

Портативный плазмотрон предназначен для резки любых материалов толщиной до 5 мм (в том числе и тугоплавких), для сварки или пайки черных и цветных металлов толщиной до 5 мм. Портативный плазмотрон незаменим в домашних условиях, и условиях небольших мастерских или лабораторий.

Важной электрической характеристикой дугового разряда является вольтамперная характеристика (ВАХ), т.е. зависимость напряжения горения дуги U_А от силы тока J. На вид ВАХ U_А = f(J) существенное влияние оказывают давление в разрядной трубке, расход и свойства плазмообразующего газа, форма и размеры дугового канала плазмотрона. Поэтому зависимость U_А = f(J) является не только характеристикой дуги, но и плазмотрона в целом.

Для однокамерных плазмотронов с вихревой подачей плазмообразующего газа зависимость U_А = f(J) приближенно записывается в виде:

,

где G – массовый расход плазмообразующего газа; d - диаметр разрядной камеры канала плазмотрона; р - давление газа в канале; k₁, ₁, ₂, ₃, ₄ – постоянные конкретных конструкций плазмотронов.

Закон Она для электрической цепи питания плазмотрона записывается в виде

, (1)

где и r - электродвижущая сила и внутреннее сопротивление источника; R_Б и R_Д – сопротивление балластного реостата и электрической дуги.

Уравнение (1) может быть представлено в более удобном для анализа виде:

. (2)

Здесь - напряжение источника тока U_ИП; JR_Б = U_Б - падение напряжения на балластном сопротивлении R_Б; JR_Д = U_Д - напряжение горения электрической дуги.

Условия устойчивости горения дуги.

Рис.3.

U_ИП = U_Д + U_Б. (8)

На рисунке 3 построены графики зависимости U_Б =(J), U_Д = f(J), U = f(J), U_ИП = f(J). Как видно из рисунка, условию (8) удовлетворяют точки А и В, соответствующие J_A и J_B.

Рассмотрим состояние, соответствующее точке А. В процессе горения дуги возможны значительные флуктуации тока, обусловленные эмиссией заряженных частиц на катоде. Так, при уменьшении силы тока менее J_A напряжение источника тока U_ИП становится меньше напряжения, необходимого для устойчивого горения дуги. Это приводит к дальнейшему снижению тока вплоть до полного прекращения дуги. И, наоборот, при случайном увеличении силы тока более J_А, требуемое для горения напряжение убывает, поэтому в цепи дуги создается избыток напряжения. За счет этого избыточного напряжения сила тока продолжает расти до значения J_B, соответствующего точке В. При дальнейшем увеличении тока напряжение U_ИП для поддержания этого роста станет недостаточным и ток уменьшится до значения J_B. В случае уменьшения тока возникает избыток напряжения и ток восстанавливается до значения J_B. Таким образом, непрерывное горение дуги реализуется при значении силы тока J_B, а состояние, соответствующее точке А, является неустойчивым.

Для питания плазмотронов конкретного технологического назначения (плазменная резка, сварка) преимущественное применение получили источники постоянного тока с круто падающими вольтамперными характеристиками. Они представляют собой выпрямители, собранные на тиристорах, с регулируемым углом открывания тиристоров относительно начала синусоиды напряжения.

Вывод: В данной работе я изучила устройство плазматрон, его назначение, область применения, вольтамперную характеристику, условия устойчивого горения дуги и принцип его действия.