CC BY
12
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКИЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА
им. С. М. КИРОВА
ИССЛЕДОВАНИЕ ИНИЦИИРОВАНИЯ МЕЖЭЛЕКТРОДНОГО ПРОМЕЖУТКА В ВОДЕ НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ОБМОТКИ УДАРНОГО ГЕНЕРАТОРА
К. А. ХОРЬКОВ, Б. А. ФРАНКОВСКИИ, Ю. Г. ШМИГИРИЛОВ
Представлена научным семинаром кафедр электрических машин и общей
электротехники
Устройства, применяемые для электрогадра©лического возбуждения сейсмических колебаний, имеют в качестве накопителей энергии конденсаторные батареи [1]. Основным недостатком конденсаторных батарей как источников импульсной анергии является малая энергоемкости конденсаторов на единицу объема, ограничивающая мощность автономных устройств. Последнее снижает эффективность электрогид-равличеакого метода.
Ударный генератор, являющийся инерционным накопителем энергии, способен запасать энергию на единицу объема в десятки раз большую, чем конденсаторная батарея [2]. Выполнение ударного генератора высоковольтные, с напряжением, достаточным для пробоя меж-элекцродного промежутка, и с малым собственным сопротивлением обмотки статора (сопротивление обмотки статора является основным фактором, ограничивающим амплитуду импульса тока) достигается при больших габаритах и весе ударного генератора. В условиях полевой эксплуатации объем и вес установки жестко ограничен грузоподъемностью автотранспорта.
В процессе возникновения и горения дуги сопротивление дугового канала уменьшается от тысяч ом до долей ома [3].
Следовательно, цри работе на горящую дугу целесообразно применять низковольтный ударный генератор, обмотка которого имеет значительно меньшее сопротивление по сравнению с высоковольтным ударным генератором, выполненно'м в тех же габаритах. Инициирование межэлектродно'го промежутка в воде может быть осуществлено напряжением -вспомогательной высоковольтной обмотки, уложенной в пазы статора однофазного ударного генератора, свободные от основной низковольтной обмотки. Принципиальная электрическая схема включения обмоток ударного генератора на электротидравлический излучатель ,(ЭГИ) .представлена на рис. 1. Принцип работы устройства следующий.
Том 200
1974
к!
Рис. 1. Принципиальная электрическая схема включения обмоток ударного генератора на ЭГИ
В исходном состоянии быстродействующие коммутирующие аппараты К-1 и К-2 разомкнуты. Генератор возбуждается, в обмотках генератора наводятся э. д. с. Шаг высоковольтной обмотки принят равным 1/3 полюсного деления для более полного использования третьей, пятой и более высоких гармоник поля. Мгновенное значение э. д. с. v-й гармони-ми определяется как
e,(t) = 4/WB/Co6vfv^Bmv • sin vwt, (1)
где / — длина активной части статора;
WB— число витков высоковольтной обмотки;
Коб*— обмоточный коэффициент v-й гармонической; /v — частота э.д. с. v-й гармонической; tv — полюсное деление v-й гармонической;
Вт v— амплитудное значение v-й гармонической индукции; со — угловая частота основной первой гармонической; v — порядок высшей гармонической; t—текущее время. Результирующая э. д. с. равна
eB(t) = 1 Mt). (2)
v -1
Амплитуда результирующей высоковольтной э. д. с. должна быть выше пробивного напряжения межэлектродного промежутка в воде. Для пробоя межэлектродных промежутков длиной 0,005—0,02 м пробивное напряжение не превышает 16 кв [3]. В расчетах принимаем амплитуду высоковольтной э. д. с. равной 20 кв.
При достижении э.д. с. на высоковольтной обмотке пробивного напряжения управляемый 'коммутирующий аппарат К-1 подключает ее к электродам электрогвдравлического излучателя. Под действием приложен,ного напряжения промежуток пробивается и высоковольтная обмотка начинает питать плазменный шнур канала.
П роцесс ин иди,и ров ани я водн ого м ежэлектро дн ого пр о м ежутка описывается нелинейным дифференциальным уравнением
EmB sin (0>' t + ф) = L-^- + riB + Rg(t)iB, (3)
где L, г—индуктивность и активное сопротивление цепи высоковольтной обмотки ударного генератора, равные соответствующим параметрам обмотки генератора, подводящего кабеля и разрядника (коммутирующего аппарата К-^1);
Rjx(t) — активное сопротивление межэлектродного водного промежутка;
¿в—ток в цепи ¡высоковольтной обмотки;
Етв—амплигуда результирующей э.д. с. высоковольтной обмотки; ф — угол включения э. д. с. ¡высоковольтной обмотки; о/ — эквивалентная круговая частота высоковольтной э. д. с. Зависимости для расчета активного сопротивления межэлектродаого водного промежутка Rn(t) в лидерной и дуговой стадии разряда даны в [4]. Решение уравнения (3) приведено численными методами на ЦВМ БЭСМ-4.
В качестве примера на рис* 2 приведены кривые изменения э. д. с. высоковольтной обмотки, напряжения на дуге, тока в цепи, активного сопротивления канала дуги и введенной в дугу энергии в функции времени для варианта /э—0,02 м, LB = 0,01 гн, гв=1 ом. Для других параметров схемы кривые имеют идентичный характер. Результаты расчетов 'на ЦВМ обработаны и представлены в табл. 1—4. В таблицах представлены следующие параметры:
I г —
I т.
/?Л т!п
ТВ
Г(Тв) (¿вкл)
¿вкл
полная индуктивность и активное сопротивление цепи вы с о ково л ьти I о й об м отки; ам1пл.итуд"а импулыса тока; минимальное сопротивление дугового канала; длительность горения дуги; полная энергия, введенная в дуговой канал; сопротивление дугового канала в предполагаемый момент включения низковольтной обмотки; предполагаемый момент включения низковольтной обмотки коммутирующим аппаратом К-2 на инициированный межэлектродный промежуток.
и, к б УшкЫ ЩОм
16-.
Ц ~0£- 2 -
8 ¿ -¿¿г3 сем
Рис. 2. Кривые изменения э. д. с. высоковольтной обмотки ударного генератора ев, напряжения на дуге ид, активного сопротивления канала дуги И и энергии, введенной в дугу \У(тв)
Таблица 1
Межэлектродный промежуток Ь=0,005 м
Ьв гн
0,01
0,02
0,03
0,04
Примечание
гв ом 1 1,5 1,75 2 Етв—-20 кв
\У(тв) дж 762 402 279 213 -ф = 48°
1ш ка 5,2 2,8 1,9 1,5 Ко=2 ком
тв • 10~3 сек . 7,93 8,2 8,4 8,5 1 = 71 гц
НдпНп ОМ 0,005 0,008 0,012 0,015 1э = 0,005 м
Ид(1вкл): ОМ 0,016 0,033 0,05 0,063 1вк Л = 1 .5* 1
Ид ср ОМ 0,024 0,046 0,074 0,069
Таблица 2
Межэлектродный промежуток 1э = 0,01 м
1-в гн 0,01 0,02 0,03 0,04 Примечание
Г в ом 1 1,5 1,75 2 Етв=20 кв
XV (тв) дж 1468 783 547 419 г|>-48°
1ш ка 5,2 2,8 1,9 1,5 Н0=2 ком
ть • Ю-3 сек 7,8 8,25 8,35 8,5 \ = 77 гц
Идти* ОМ 0,009 0,017 0,024 0,03 1э~ 0,01 м
Нд(и„л) ОМ 0,055 0,065 0,09 0,125 1ВКл = 1,5-10-3 сек
Ид ср ОМ 0,055 0,082 0,100 0,154
Таблица. 3
Межэлектродный промежуток I,=0,015 м
1-в гн 0,01 0,02 0,03 0,04 | Примечание
Г в ОМ 1 1,5 1,75 2 Ещв = 20 кв
XV(Тв) дж 2168 1163 813 625
1т ка 5,16 2,80 1,92 1,47 Ио = 2 ком
Тв - сек 7,9 8,0 8,1 8,55 1э = 0,015 м
К д т \ и ОМ 0,014 0,025 0,036 0,047 икл = 1,5-10-3 сек
Нд(*вкл) ом 0,05 0,1 0,13 0,17" 1 = 77 гц
Ид ср ОМ 0,259 0,128 0,159 0,168
Таблица 4
Межэлектродный промежуток 1^ = 0,02 м
I— т> гн
0,01
0,02
0,03
0,04
Примечание
Гц ОМ 1 1,5 1,75 2 Ещв — 20 кв
\VCtb) дж 2863 1539 1077 828 -ф = 48°
1т ка 5,147 2,749 1,914 1,467 И0 = 2000 ом
тв • Ю-3 сек 7,9 8,15 8,45 8,55 1:1 = 0,02 м
Кдппп ОМ 0,018 0,034 0,048 0,062 1вкл = 1,5-10
Ид(икл) ом 0,07 0,125 0,185 0,24 ¡ = 77 гц
Ид ср ОМ 0,1055 0,143 0,169 0,181
Обращают внимание близкие значения амплитуды тока в дуге при различных длинах межзлектродного промежутка для одних и тех же вариантов параметров цепи (Ь и г). Постоянство \т определяется боль-ш и м эн а-чением со бс тв ен н ого сопротивл ен и я в ыс окаво л ьтн ой о бмотки по сравнению с сопротивлением дугового канала.
Варьирование параметрами цепи высоковольтной обмотки при постоянном межэлектродном промежутке показывает, что амплитуда тока и энергия, вводимая в дуговой канал, возрастают при уменьшении активного и индуктивного сопротивления цепи 'высоковольтной обмотки. В соответствии с этим, при меньших гв получаем меньшие значения активного сопротивления канала дуги. Следует отметить длительное горение дуги (исчисляемое миллисекундами), что способствует уверенному перехвату дуги рабочей низковольтной обмоткой ударного генератора.
Длительное поддержание горения душ в межэлектродном промежутке высоковольтной обмоткой является большим преимуществом рассматриваемого способа инициирования дуги.
ЛИТЕРАТУРА
1. М. В. Мазов, В. М. Веревкин, В. В. Алексеев. Возбуждение упругих волн в грунте с помощью электрических разрядов в жидкой среде. Вопросы разведочной геофизики. Вып. 4, «Недра», 1964.
2. Г. А. Сипайлов, К. А. Хорьков. Удельная энергия ударного генератора. Известия ТПИ, т. 132, изд. ТГУ, Томск, 1965.
3. К. А. Наугольных, Н. А. Рой. Электрические разряды в воде. М., «Наука», 1971.
4. Б. А. Франковский, К. А. Хорьков, Ю. Г. Шмигирилов. Исследование инициирования дуги в межэлектродном промежутке в воде разрядом высоковольтной конденсаторной батареи при питании дуги низковольтным ударным генератором. Известия ТПИ. Настоящий сборник.
