Высокочастотные разряды в электротермии - Дашкевич И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Коронный разряд можно рассматривать как тлеющий разряд в сильно неоднородном электрическом иоле. Такое поле создается вблизи заряженных проводников, имеющих вид острия или тонкой проволоки. Он получил свое название от разряда в форме короны, наблюдавшегося впервые в воздухе па остриях и проволоках, находящихся под высоким потенциалом относительно окружающей среды. Корона наблюдается при различных давлениях, но более отчетливо она выражена при высоких дав* лениях. Ниже рассмотрим коронный разряд при атмосферном давлении.
В коронном разряде электрическая энергия преобразуется главным образом в тепловую энергию газа вследствие соударений заряженных частиц с молекулами [22]. Процессы ионизации сосредоточены в большом числе миниатюрных каналов единичных разрядов. Коронный разряд, используемый для технологических целей, обычно возбуждается в узкой газовой по* лости между двумя электродами.
Для ограничения плотности тока и равномерного распределения разряда вдоль электродов в рабочую зону разряда вводится диэлектрик, играю- Рис. 22. Схема устрой-
щий роль своеобразного электриче- ства для получения ко*
ского барьера. Поэтому этот вид ко- ройного разряда
ронного разряда называют еще барьерным разрядом. При наложении достаточно высокой разности потенциалов на разрядный промежуток напряженность электрического поля в газовой полости достигает значения, при котором возникает самостоятельный разряд.
Рассмотрим процессы, которые происходят в коронном раз* ряде при наличии диэлектрического барьера. Теоретический анализ приведен в [13]. Здесь мы ограничимся только основными выводами. При рассмотрении сделаны следующие допущения:
1) единичный разряд возникает при напряжении на газовом зазор и2, равном пробивному напряжению ипр в слое газа такой же толщины, но между металлическими электродами;
2) непосредственно после погасания разряда на газовом зазоре остается разность потенциалов иг = иПог;
3) время развития единичного разряда мало и при расчете не учитывается;
4) единичный разряд охватывает целиком весь газовый зазор.
На рис. 22 схематически изображено устройство для получения коронного разряда. К электродам приложено напряжение от внешнего источника, меняющееся по закону и = Um cos соt. Me-жду плоскими электродами находятся диэлектрический барьер, проницаемость которого eoSi, толщина hi, и газовый зазор с проницаемостью W2 и толщиной hi. Емкость слоя диэлектрика в
37
расчете на единицу площади электрода определится как Сi = = eoei//ii. Соответственно емкость слоя газового зазора С2 = = е0 ег/Лг-
График напряжений коронного разряда показан на рис. 23. Кривая / — приложенное напряжение Vm cos cof; кривая 2 — напряжение на газовом зазоре при отсутствии разряда и2 = = Um cos o>/Ci/(Ci -{- С2) и кривая 5 — напряжение на газовом зазоре в результате разрядов. Точками на кривой 1 (и = = ит cos ы() обозначены интервалы напряжения Ли, через которые происходят единичные разряды.
Рис. 23. График напряжений коронного разряда при наличии диэлектрического барьера:
1 — приложенное напряжение; 2— напряжение на газовом зазоре при отсутствии разряда; 5—-напряжение на газовом зазоре при наличии разряда
[13]
Можно показать, что напряжение на газовом зазоре будет
U2
С[ Um cos соt + 92
С | + с2
с,+с2’
(24)
где <72 — плотность зарядов на поверхности диэлектрического барьера.
По мере увеличения приложенного напряжения и растет и напряжение на газовом зазоре. Когда последнее достигнет величины == «пр, в зазоре произойдет единичным разряд и напря* жение «2 скачком изменится до величины «2 = «пог. Затем, так как приложенное напряжение продолжает возрастать, напряжение «2 на зазоре постепенно изменяется от иаor до ипр и в результате подготавливается следующий разряд.
Таким образом, при разряде напряжение и2 меняется скачком от и„р до «лог за счет изменения qz в правой части выражения (24), а в период между разрядами и2 плавно возрастает от ипог
38
до Млр за счет изменения приложенного напряжения на некоторую величину Ды, которая определяется выражением
Ди = («пр ^пог) (^1 Ч" (25)
После перехода приложенного напряжения через максимум
напряжение и2 в соответствии с (24) уменьшается и меняет
знак. Можно показать, что после перехода приложенного напряжения через максимум первый разряд происходит через интервал приложенного напряжения, определяемый мыражением
= (%р + ипог) (С, + Са)/С|. (26)
Итак, коронные разряды при наличии диэлектрического барьера происходят в следующей последовательности (рис. 23). При изменениях приложенного напряжения в интервалах 0 ^ соt < jt; л: ^ Ы ^ 2я и т. д. единичные разряды следуют через интервалы напряжения
Ди = («пр wnor) (^1 Ч" ^2)1С\,
После перехода приложенного напряжения через максимум Um первый разряд происходит через интервал напряжения, определяемый выражением (26), относительно напряжения щ ^ Utn, при котором произошел последний разряд предыдущей последовательности разрядов.
Число единичных разрядов I за половину периода приложенного напряжения можно определить из выражения
/ ^ 2 ^ ^ «nor^/(wnp Wnor)* (27)
