05.09.13 "Техніка сильних електричних та магнітних полів"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/18884
Переглянути
1 результатів
Результати пошуку
Документ Обґрунтування параметрів іскрового розрядника для високовольтного газорозрядного устаткування(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Варшамова, Ірина СергіївнаДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.13 "Техніка сильних електричних та магнітних полів" (14 – Електрична інженерія) – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", м. Харків, 2021 р. Дисертаційна робота присвячена обґрунтуванню параметрів іскрових розрядників для високовольтного електророзрядного устаткування на підставі виявлення впливу довжини розрядного проміжку та початкового тиску газу на газорозрядні процеси. Для досягнення зазначеної мети були поставлені задачі: – на підставі огляду літератури провести аналіз впливу параметрів іскрового розрядника на розвиток іскрового розряду, проаналізувати техніку дослідження іскрових розрядів у газах високого тиску з визначенням особливостей вимірювання падіння напруги на електродах та газорозрядному каналі в процесі розширення іскрового каналу; – провести чисельне дослідження впливу параметрів іскрового розрядника на розвиток іскрового розряду на підставі удосконаленої математичної моделі розширення іскрового каналу шляхом розширення області розрахунку до моменту зниження температурі газу у струмопровідному каналі до 8000 К та провести дослідження впливу початкового тиску газу у розрядному проміжку на процес газодинамічного розширення іскрового каналу та введення енергії у газорозрядний проміжок; – розробити техніку експериментально-розрахункового дослідження падіння напруги на електродах та газорозрядному каналі за результатами вимірювання струму та напруги на розрядному проміжку; – провести дослідження впливу місця підключення дільника напруги на розвиток перехідних електричних процесів у розрядному колі з навантаженням у вигляді іскрового проміжку; – провести експериментально-розрахункове дослідження впливу довжини розрядного проміжку та початкового тиску газу на введення енергії в розрядний канал. Об’єкт дослідження – газорозрядні процеси, що відбуваються у іскрових розрядниках високовольтного електророзрядного устаткування. Предмет дослідження – газові розрядники у високовольтному електророзрядному устаткуванні. Методи дослідження. Методи теорії електричних кіл, теорії електромагнітного поля, газодинаміки, плазмохімії, використано для чисельного моделювання. В експериментальних дослідженнях застосовано осцилографування для реєстрації струму, напруги та вимірювання тиску для дослідження впливу тиску та довжини розрядного проміжку на падіння напруги у іскровому розряді. Обробка експериментальних результатів здійснювалась методом найменших квадратів. В роботі отримані такі наукові результати. У дисертаційній роботі вирішено науково-практичну задачу з обґрунтування параметрів іскрових розрядників для високовольтного електророзрядного устаткування на підставі виявлення впливу довжини розрядного проміжку та початкового тиску газу на газорозрядні процеси. Проведено аналіз впливу початкового тиску газу та довжини іскрового проміжку у іскрових розрядниках на розвиток іскрового розряду. За результатами аналізу літературних джерел визначено, що зростання початкового тиску газу впливає на опір розрядного каналу, на процес введення енергії в іскровий канал, тощо. Також зростання довжини розрядного проміжку призводить до зростання енергії, що виділяється в іскровому розряді. Разом з тим, не виявлено залежностей, за якими можливо кількісно визначити вплив початкового тиску газу на розвиток іскрового розряду під час його газодинамічного розширення, що, в свою чергу, не дозволяє обґрунтувати параметри іскрових розрядників. Також такий вплив не досліджувався для умов, коли зростання розрядного проміжку супроводжується значним зменшення розрядного струму. На підставі аналізу існуючих методів вимірювання приелектродного падіння напруги в іскровому розряді визначено неможливість застосування зондових методів у зв'язку зі впливом зонда на розвиток іскрового розряду. Застосування методу наближення електродів ускладнено із-за необхідності співнакладання у часі результатів різних вимірювань. Тому існує потреба у розвитку техніки вимірювання приелектродного падіння напруги в іскровому розряді для визначення складової виділення енергії поблизу електродів. Такі дослідження дозволять визначити фактори, що впливають на електророзрядні процеси, і через вплив на ці фактори удосконалити іскрові розрядники. Розроблена чисельна модель розширення іскрового каналу дозволила дослідити початковий вплив тиску на формування іскри в азоті. Було встановлено, що початкове зростання тиску викликає обмеження у розширенні іскрового каналу. Це призводить до підвищення температури та електропровідності в електропровідному каналі та підвищення опору іскри, виділеної енергії, напруженості електричного поля. Але початкове зростання тиску прискорює падіння тиску у іскровому каналі і значно перерозподіляє енергетичний баланс енергії, що виділяється. Отже, ефективність введення енергії швидко зростає, коли початковий тиск зростає. Результати моделювання показали, що зміна ємності конденсатора не призводить до зміни тенденції впливу тиску. На основі чисельної моделі розширення іскрового каналу проведено порівняння еволюції іскрового розряду в азоті для випадків його ізотермічного і адіабатичного стиснень. З'ясовано, що при однаковому часі розряду збільшення початкового тиску призводить до зменшення стрибка тиску в ударній хвилі. Збільшення початкового тиску призводить до збільшення енергії, що виділяється в іскровому розряді. Крім того, більш висока кількість енергії, що виділяється, досягається в ізотермічно стиснутому газі. У разі ізотермічного стиснення кількість випромінюваної енергії збільшується швидше, і збільшення кінетичної енергії стає більш значним при збільшенні тиску. Для кількісної оцінки впливу початкового тиску на виділення енергії введено коефіцієнт кореляції. Запропоновано використовувати середнє значення коефіцієнта кореляції для імітації еквівалентного іскрового навантаження для будь-якого початкового тиску в іскровому розряді. Удосконалено техніку дослідження приелектродного падіння потенціалу в іскрі на стадії її газодинамічного розширення в газах високого тиску, що дозволяє спростити техніку проведення дослідження. Метод заснований на вимірюванні напруги на іскровому проміжку і розрахунковому визначенні напруженості електричного поля і нелінійної індуктивності іскрового каналу за експериментальною кривою розрядного струму. Дослідженнями по експериментально-розрахунковому методу визначення приелектродного падіння потенціалу в іскрі підтверджено підвищене падіння напруги в приелектродних областях в період зростання розрядного струму і встановлення напруги, близької до стаціонарної дуги в області низьких похідних розрядного струму. На підставі експериментально-розрахункових досліджень впливу довжини розрядного проміжку та початкового тиску газу на введення енергії в розрядний канал виявлено, що фактор довжини проміжку в більшій мірі впливає на введення енергії в розрядний канал, ніж фактор початкового тиску. Матеріали дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі НТУ "ХПІ" для студентів спеціальності "141 – електроенергетика, електротехніка та електромеханіка", курсових проектах, дипломному проектуванні та науково-дослідних роботах, що проводяться на кафедрі. Дисертаційна робота виконана на кафедрі загальної електротехніки в рамках науково-дослідної роботи Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут" К1502 "Сучасні проблеми та перспективи розвитку електротехнічних пристроїв та систем" (ДР №0119U002551), де здобувач була виконавцем окремих розділів.