УСТАНОВКА ДЛЯ СОЗДАНИЯ МНОГОЭЛЕКТРОДНОГО ТРЕХФАЗНОГО РАЗРЯДА В ВИДЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ Российский патент 1998 года по МПК H05B7/22 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных технологических процессах, проводимых в поле электрического разряда, в частности при обработке порошков, газов, аэрозолей для целей плазмохимии, при сфероидизации и т.д.

Известен способ создания разряда на концах нескольких электродов, установленных в одной плоскости по замкнутому контуру. Для реализации способа электроды устанавливаются на равном расстоянии друг от друга и подключаются к многофазному источнику питания. При этом наблюдается генерация высоковольтного тлеющего разряда на концах электродов с последовательным нарастанием фазы между соседними электродами. Необходимость использования многофазного источника питания существенно усложняет конструкцию устройства, реализующего данный способ.

Известна установка для создания многоэлектродного трехфазного разряда в виде цилиндрической оболочки, содержащая по меньшей мере две параллельные группы расположенных по окружности на равных угловых расстояниях электродов, подключенных к выводам трехфазного источника питания с последовательным сдвигом фаз.

К недостаткам этой установки следует отнести высокую эрозию электродов, определяемую использованием сильноточного разряда, загрязненность потока и необходимость принудительного продувания разряда дополнительным потоком газа, что вызвано недостаточной стабильностью плазменного потока.

Технический результат, достигаемый данным изобретением, состоит в значительном увеличении стабильности плазменного потока и чистоты плазмы, а также повышении производительности установки за счет более эффективного взаимодействия обрабатываемого вещества с плазмой.

Согласно изобретению в известной установке для создания многоэлектродного трехфазного разряда в виде цилиндрической оболочки, содержащей по меньшей мере две параллельные группы расположенных по окружностям на равных угловых расстояниях электродов, подключенных к выводам трехфазного источника питания с относительным сдвигом фаз, количество электродов в группе выбрано кратным трем, электроды четных групп сдвинуты по окружности относительно электродов нечетных групп на половину межэлектродного промежутка с образованием между группами замкнутых контуров в виде равнобедренных треугольников, а к выводам источника питания соседние группы подсоединены параллельно с относительным сдвигом, обеспечивающим в смежных контурах обратное чередование фаз.

Данная совокупность существенных признаков позволяет повысить производительность установки, увеличить стабильность и чистоту плазменного потока.

На фиг. 1 дано схематичное изображение установки, содержащей четыре группы электродов; на фиг. 2 - схема подключения электродов к выводам источника питания,
Установка содержит электроды 1/1-1\IV, 2/1-2/IV, 3/1-3/IV, расположенные по окружностям на равных угловых расстояниях в параллельных плоскостях с образованием групп 4-7. Электроды четных групп сдвинуты по окружности относительно электродов нечетных групп на половину межэлектродного расстояния. Такое расположение электродов обеспечивает образование между группами замкнутых контуров 8 в виде равнобедренных треугольников. В качестве источника питания используется трехфазный трансформатор 9. Величина тока поддерживается балластными сопротивлениями 10, включенными последовательно с электродами.

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения установки. Установка содержит четыре группы электродов по шесть электродов в каждой. Электроды выполнены из медного прутка диаметром 10 мм. Группы электродов установлены в параллельных плоскостях на расстоянии 10 мм. В каждой группе электроды размещены по окружности диаметром 20 мм через угловые интервалы в 60^o. В качестве источника питания использован трехфазный трансформатор с U₀ = 10 кВ и I_фаз = 2,4 А. Величина тока поддерживалась посредством балластных сопротивлений 10, включенных параллельно по восемь сопротивлений в каждую фазу вторичной цепи трансформатора. Таким образом, к каждой фазе подключены восемь электродов по два электрода из каждой группы. При этом электроды в каждой группе подключены к источнику питания с последовательно чередующимся возрастанием фазы на 120^o. В этом случае к первой фазе источника питания подсоединены через балластные сопротивления два электрода четвертой группы 1/1, два электрода пятой группы 1/II, два электрода шестой группы 1/III и два электрода седьмой группы 1/IV. Соответственно ко второй фазе подключены два электрода 2/1 четвертой группы, два электрода 2/II пятой группы, два электрода 2/III шестой группы и два электрода 2/IV седьмой группы. А к третьей фазе подключены два электрода 3/1 четвертой группы, два электрода 3/II пятой группы, два электрода 3/III шестой группы и два электрода 3/IV седьмой группы.

Установка работает следующим образом. При включении источника питания на концах всех электродов зажигается электрический разряд с перетеканием тока как между электродами одной группы - по окружности, так и между электродами соседних групп с образованием замкнутых треугольных контуров /например, 1/IV - 2/IV - 3/III/. В итоге образующейся токовой сеткой формируется стабильный и устойчивый вертикально ориентированный плазменный столб с замкнутой в кольцо токовой областью и плазменным шатром, замыкающим ее. Внутрь этого шатра может вводиться любое обрабатываемое вещество - газ, аэрозоль, порошок, где происходит его взаимодействие с плазмой в соответствии с той или иной технологией. Обрабатываемое вещество может нагреваться, испаряться и возбуждаться при использовании установки для спектрального анализа, нагреваться, дробиться и оплавляться при сфероидизации, нагреваться, возбуждаться и вступать в химические реакции при использовании установки для целей плазмохимии и т.д.

Данная установка позволяет проводить обработку веществ в широком наборе технологий. При этом стабильность разряда достаточно высока и обеспечена, в первую очередь тем, что плазменный столб формируется взаимно перетекающими токами. В связи с этим установка может широко использоваться не только при слаботочных, как в приведенном примере, так и при сильноточных электрических разрядах. Имеющая место естественная конвекция, обусловленная размещением торцов электродов в горизонтальных плоскостях, создает устойчивую картину плазменного столба с шатровой областью пониженной температуры, в которую подают обрабатываемое вещество. Условия пребывания вещества внутри факела, обеспеченные естественной конвекцией делают процесс обработки его эффективным, а установку в целом высокопроизводительной.

Сущность изобретения: установка выполнена в виде нескольких идентичных групп электродов, собранных в этажерку. Электроды соседних групп расположены с равным шагом по окружности и сдвинуты относительно друг друга на половину межэлектродного расстояния с образованием между электродами групп равнобедренных треугольников. Группы подключены к трехфазному источнику питания параллельно с относительным сдвигом, обеспечивающим в смежных треугольниках обратное чередование фаз. При работе токовой сеткой, создаваемой между электродами внутри групп и между группами, формируется вертикально ориентированный плазменный столб с замкнутой в кольцо токовой областью и плазменным шатром, замыкающим ее. 2 ил.

Установка для создания многоэлектродного трехфазного разряда в виде цилиндрической оболочки, содержащая по меньшей мере две параллельные группы расположенных по окружности на равных угловых расстояниях электродов, подключенных к выводам трехфазного источника питания с относительным сдвигом фаз, отличающаяся тем, что количество электродов в группе выбрано кратным трем, электроды четных групп сдвинуты относительно электродов нечетных групп на половину межэлектродного промежутка с образованием между группами замкнутых контуров в виде равнобедренных треугольников, а к выводам источника питания соседние группы подключены параллельно с относительным сдвигом, обеспечивающим в смежных контурах обратное чередование фаз.