Диссертация (Транзисторное устройство защиты авиационных систем распределения электроэнергии от аварийных электрических разрядов), страница 11

Схема макета для исследования условий гашения дуги приимпульсно-периодической нагрузке.Если же скважность импульсов произвольна, то граничное значениекоэффициента заполнения импульсов КЗ.ГР., больше которого сохраняетсядуга, определяется следующим соотношением:K З. ГР  1  TДД * f ;где ТДД – время деионизации дуги, f – частота следования импульсов.Дополнительные исследования характера пульсаций тока дуги ивыявление влияния внешних факторов на размах пульсаций были проведенывсхемахкоммутациинагрузокконтактамирелеэлектромагнитного стенда с нормированными зазорами.иэлектродами72Сформулируем выводы, обобщающие результаты ранее описанных идополнительно проведённых экспериментов.Пульсации напряжения дуги, вызванные флуктуациями сопротивленияплазменного столба, могут быть охарактеризованы как действие некоторогоэквивалентного генератора хаотичного переменного напряжения.

На рис 3.35приведены осциллограммы пульсаций тока и напряжения дуги в цепи срезистивной нагрузкой при среднем токе нагрузки 3 А и напряженииисточника питания 40 В. Осциллограммы получены на стенде рис. 3.14.Информация о токе снимается с резистивного датчика сопротивлением 0,1Ом и после выделения переменной составляющей усиливается в 10 раз.Информация о напряжении снимается с дугового промежутка, ослабляетсярезистивным делителем в 100 раз, проходит через фильтр, затем усиливаетсяв 10 раз.

В итоге милливольты напряжения на экране осциллографа в каналетока количественно совпадают с миллиамперами пульсаций тока в цепи, апоказания пульсаций напряжения меньше реальных пульсаций дуги в 10 раз.Сопоставление осциллограмм напряжения и тока обнаруживает, что онизеркальны, поскольку изменения тока в цепи с резистивной нагрузкойзадаются изменениями напряжения.Рис. 3.35. Пульсации тока дуги (вверху) и напряжения на дуге (внизу) вцепи с резистивной нагрузкой.73Максимальный размах пульсаций тока составляет 300 мА, или 10 % отсреднего тока нагрузки. Максимальный размах пульсаций напряжениясоставляет 3 В или 20 % от среднего напряжения на дуге.На рис 3.36 приведены осциллограммы тока и напряжения дуги в цепис RL нагрузкой (ток нагрузки – 3 А, напряжение питания – 40 В).

Размахпульсаций напряжения сохранился. Относительный размах пульсаций токауменьшился до 5 %. Кроме того фильтрующее действие RL нагрузкиослабило высокочастотные составляющие в токе, но в напряжении онисохранились.Рис. 3.36. Пульсации тока и напряжения дуги в цепи с RL нагрузкой.На рис. 3.37 приведены осциллограммы тока и напряжения дуги в цепис RС нагрузкой (ток нагрузки – 3 А, напряжение питания – 40 В).

Размахпульсаций напряжения уменьшился до 10 %. Относительный размахпульсаций тока увеличился до 15 %.Рис. 3.37. Пульсации тока и напряжения дуги в цепи с RС нагрузкой.74Таким образом, при равных средних токах нагрузок размах пульсацийтока минимален в цепях с индуктивными, а максимален в цепях семкостными нагрузками. Спектр «индуктивных» токов сдвинут влево, а«емкостных» – вправо относительно спектра «резистивных» токов2.

Размах пульсаций тока и напряжения дуги не остаётся постоянным входе развития дугового разряда. Это подтверждается осциллограммой на рис.3.38, полученной при разрыве цепи с непрерывным ограничителем токаконтактами реле при напряжении 40 В и исходном токе 4 А. Наибольшимразмах пульсаций оказывается в начале процесса. Далее по мере разогреваплазмыпульсацииуменьшаются.Отсюдарекомендациинекоторыхисследователей проектировать устройства индикации в расчёте на начальныевременные фазы дуги.Рис.

3.38. Уменьшение размаха пульсаций напряжения на дуге в ходе еёразвития.3. Размах пульсаций тока дуги непропорционален её среднему току.Для цепи с резистивной нагрузкой при токах 3…6 А размах пульсаций токадуги в середине выбранного диапазона оказывается меньшим, чем на егокраях (рис. 3.39…3.41). Данная особенность затрудняет масштабированиеопорных уровней схем защиты, основанных на индикации размахапульсаций, при необходимости перестроить их на другой номинал тока.75Рис. 3.39. Пульсации токаустойчивой дуги между стальнымиэлектродами в схеме с резистивнойнагрузкой при среднем токе 3 А(Uп=50 В, зазор 0,2 мм).Рис.

3.40. Пульсации токаустойчивой дуги между стальнымиэлектродами в схеме с резистивнойнагрузкой при среднем токе 4,5 А(Uп=50 В, зазор 0,2 мм).Рис. 3.41. Пульсации тока устойчивой дуги между стальными электродами всхеме с резистивной нагрузкой при среднем токе 6 А (Uп=50 В, зазор 0,2 мм).4. Размах пульсаций тока и напряжения дуги зависит от материалаэлектродов (рис. 3.42…3.45). Установлено, что при одинаковых внешнихусловиях размахи пульсаций тока при разных материалах соотносятся междусобой как напряжения на их вольтамперных характеристиках. Максимальныепульсациисоответствуюталюминиевымминимальные – латунным и стальным.имеднымэлектродам,76Рис. 3.42.

Пульсации токаустойчивой дуги между латуннымиэлектродами в цепи с резистивнойнагрузкой. Uп=50 В, зазор 0,2 мм.Рис. 3.43. Пульсации токаустойчивой дуги междуалюминиевыми электродами в цепи срезистивной нагрузкой. Uп=50 В,зазор 0,2 ммРис. 3.45. Пульсации токаРис. 3.44. Пульсации токаустойчивой дуги между стальнымиустойчивой дуги между меднымиэлектродами в цепи с резистивнойэлектродами в цепи с резистивнойнагрузкой. Uп=50 В, зазор 0,2 мм.нагрузкой. Uп=50 В, зазор 0,2 мм.5. Размах пульсаций возрастает с увеличением зазора, поскольку приэтом увеличиваются длина плазменного столба и мощность дуги.Выводы по главе 3.1.Исследованыпроцессывозникновенияиразвитияпоследовательной дуги между расходящимися контактами.

Установлено, чтонапряжение на дуге в начальной фазе процесса не зависит от номинальногозначения тока, напряжения сети и конечного зазора, являясь характернойконстантой, позволяющей оценить минимальное изменение тока в фидерепри возникновении дуги.772.Установлено, что вероятность возникновения дуги междурасходящимися контактами максимальна в цепях с нагрузками индуктивногохарактера и минимальна в цепях с нагрузками емкостного характера, а такжес коллекторными электродвигателями постоянного тока.3.Разработаны портативные стенды для исследования прерывистойхаотической и регулярной последовательной дуги. Показано, что характеризменения тока в дуге зависит от материала контактов, напряжения сети ивеличины зазора, но общим свойством является пульсация тока междуисходнымзначениеминекоторымпромежуточнымуровнем,соответствующим фазе горения дуги, что может послужить критерием еёиндикации.4.Исследованы статические ВАХ устойчивой дуги в режимерегулируемого тока через дугу при короткозамкнутой нагрузке.

Установлено,что напряжение на дуге при одинаковых токах зависит от материалаконтактов и величины зазора. Обнаружено, что при малых зазорахнапряжение на дуге может иметь экстремум (минимум) в функции тока, чтообъясняется, по-видимому, возрастающей долей омического сопротивлениядугового столба при малой его длине. Установлено, что при номинальномнапряжении сети 27 В степень уменьшения напряжения на нагрузке и тока вцепи за счёт потерь напряжения на возникшей дуге может составить50…70 %, что достаточно заметно на фоне нормированных отклонений токатиповых нагрузок и может быть использовано для создания схем индикации,контролирующих изменения токов в фидерах нагрузок.5.Исследованы пульсации тока устойчивой дуги.

Установлено, чторазмах пульсаций тока максимален в начальной стадии процесса развитиядугового разряда, непропорционален среднему значению тока и растёт сувеличением зазора. Показано, что размах пульсаций тока зависит отматериала контактов и коррелируется с параметрами статических ВАХ.Показано, что в цепях с резистивными нагрузками пульсации тока дуги инапряжения на дуге качественно зеркальны. Реактивные нагрузки действуют78как фильтры, ослабляя пульсации тока (RL нагрузки), либо напряжения (RСнагрузки).6.Зависимость размаха пульсаций тока дуги от многих факторовсущественно осложняет её индикацию по критерию сравнения текущегоуровняпульсацийтокавконтролируемомнормированных пульсаций в авиационной сети.фидересвеличиной79ГЛАВА 4Индикация дуги последовательного типа по её характерным свойствам.В главе приводятся результаты исследований и разработки методовиндикациипоследовательнойдуги,основанныхна обнаруженииеёхарактерных признаков в текущих процессах тока нагрузки.Основным достоинством таких методов при условии их достоверностиявляется универсальность по отношению к роду тока, уровню напряжениясети и типу нагрузок.