вращение дуги в магнитном поле

Обзор оборудования для для сварки вращающейся дугой

Введение

Целью данной курсовой работы является проведение информационного поиска с составлением отчета и презентации по теме «Российское и зарубежное оборудование для сварки вращающейся дугой».

Сварка вращающейся дугой получила широкое применение для сварки кольцевых стыков труб.

Сварка вращающейся дугой — сварка давлением с нагревом торцов деталей, имеющих замкнутый контур, до температуры оплавления тонкого слоя металла на поверхности кромок электрической дугой и последующим осевым сжатием. Дуга обычно возбуждается между торцами деталей и перемещается по их контуру, взаимодействуя с магнитным полем, создаваемым катушками, охватывающими эти детали. Вращающуюся дугу можно возбудить также между изделием и вспомогательным электродом.

Основной особенностью нагрева при сварке дугой, управляемой магнитным полем, является то, что скорость движения дуги значительно превышает скорость плавления металла, т. е. скорость сварки. [1]
2. Технология сварки дугой в магнитном поле

Сущность и техника сварки дугой, вращающейся в магнитном поле. Интересно применение дуги при перемещении ее специально создаваемым внешним магнитным полем. На рис. 1 а показана схема сварки кольцевых стыков труб. Дуга вращается по внутренней поверхности кольцевого медного охлаждаемого водой электрода и по внешней поверхности свариваемых кромок труб. Взаимодействие магнитного поля дуги, создаваемого радиально направленным током и аксиально направленным магнитным полем в зазоре между трубами и электродом, создаваемым внешним электромагнитом, вызывает перемещение дуги. После необходимого разогрева кромок труб происходит их осадка вдоль оси труб. Трубы с толщиной стенки до 1,5 мм собирают без зазора и сваривают без осадки.

При сварке по схеме, представленной на рис. 1 б, трубы собирают с определенным зазором. Дуга возбуждается в зазоре между кромками; направление тока дуги совпадает с осью труб. Катушки создают внешние магнитные потоки, направленные встречно, что приводит к созданию в зазоре между трубами радиальной составляющей магнитного поля. Взаимодействие радиальной составляющей с магнитным полем дуги приводит к перемещению дуги по кромкам труб. После их оплавления производят осадку труб вдоль их оси.
Трубы к трубной решетке (рис. 1, в) также приваривают дугой, перемещаемой под влиянием совместного взаимодействия продольного магнитного поля и магнитного поля дуги. Анодное пятно дуги находится на вольфрамовом электроде. Скорость перемещения дуги по кромке трубы достигает нескольких метров в секунду, и зрительно создается впечатление горения одной конусной дуги.
В рассмотренных случаях перемещения дуги в магнитном поле ее скорость зависит от величины сварочного тока, напряженности внешнего магнитного поля, металла изделия и ряда других условий сварки. Используя бегущее магнитное поле, такое же как в статорах электродвигателей переменного тока, можно управлять скоростью вращения дуги.

Эффект перемещения дуги в поперечном магнитном поле используется для ее вращения на конической или цилиндрической поверхности.

Рисунок. 2. Схема сварки вращающейся «конусной» дугой,[2]

Применяют также не стержневой, а фигурный неплавящийся электрод, соответствующий по форме конфигурации свариваемой кромки. Сдвиг электрода относительно кромок изделия должен обеспечить взаимодействие столба дуги с поперечным магнитным полем. Фигурным медным электродом удается сваривать детали произвольной формы, что весьма перспективно при массовом производстве таких изделий, как конденсаторы, герметизированные изделия автоматики и т.д.

Способ сварки кольцевых швов труб вращающейся «бегущей» дугой заключается в том, что на концы труб надеваются две катушки, включенные встречно (рис. 3). Благодаря этому в зазоре между трубами создается радиальное магнитное поле H.

Рисунок 3. Стыковая сварка труб вращающейся «бегущей» дугой, [2]

Если между торцами труб зажечь дугу, то на нее будет действовать тангенциальная сила. Движение бегущей дуги вначале ограничивается той скоростью, с которой может перемещаться по поверхности холодной трубы катодное пятно. По мере разогрева торцов скорость движения υ_св возрастает, достигая весьма больших значений. После выключения дуги осуществляется осадка.

Обзор оборудования для для сварки вращающейся дугой

Источник

Электрическая дуга в магнитном поле

Электрическая дуга является газообразным про­водником тока. На этот проводник, так же как на метал­лический, действует магнитное поле, создавая силу, про­порциональную индукции поля и току в дуге. Магнитное поле, действуя на дугу, увеличивает ее длину и переме­щает элементы дуги в пространстве.

Поперечное перемещение элементов дуги создает ин­тенсивное охлаждение, что приводит к повышению гради­ента напряжения на столбе дуги.

При движении дуги в среде газа с большой скоро­стью возникает расслоение дуги на отдельные парал­лельные волокна. Чем длиннее дуга, тем сильнее проис­ходит расслоение дуги.

Дуга является чрезвычайно подвижным проводником. Известно, что на токоведущую часть действуют такие силы, которые стремятся увеличить электромагнит­ную энергию контура. Поскольку энергия пропорцио­нальна индуктивности, то дуга под действием своего собственного поля стремится образовывать витки, петли, так как при этом возрастает индуктивность цепи. Эта способность дуги тем сильнее, чем больше ее длина.

Движущаяся в воздухе дуга преодолевает аэродина­мическое сопротивление воздуха, которое зависит от ди­аметра дуги, расстояния между электродами, плотности газа и скорости движения. Опыт показывает, что во всех случаях в равномерном магнитном поле дуга движется с постоянной скоростью. Следовательно, электродинами­ческая сила уравновешивается силой аэродинамического сопротивления.

С целью создания эффективного охлаждения дуга с помощью магнитного поля втягивается в узкую (диаметр дуги больше ширины щели) щель между стен­ками из дугостойкого материала с высокой теплопровод­ностью. Из-за увеличения теплоотдачи стенкам щели гра­диент напряжения в столбе дуги при наличии узкой щели значительно выше, чем у дуги, свободно перемещающей­ся между электродами. Это дает возможность сократить необходимую для гашения длину и время гашения.

Способы воздействия на электрическую дугу в коммутационных аппаратах

Цель воздействия на столб возникающей в аппарате дуги состоит в увеличении её активного электрического сопротивления вплоть до бесконечности, когда коммутационный орган переходит в изоляционное состояние. Практически всегда это достигается путем интенсивного охлаждения столба дуги, уменьшения её температуры и теплосодержания, в результате чего снижается степень ионизации и количество носителей электричества и ионизированных частиц и повышается электрическое сопротивление плазмы.

Для успешного гашения электрической дуги в коммутационных низковольтных аппаратах необходимо выполнить следующие условия:

— увеличить длину дуги путем её растяжения или увели­чения числа разрывов на полюс выключателя;

— переместить дугу на металлические пластины дугогасительной (деионной) решётки, которые являются как радиаторами, поглощающими тепловую энергию столба дуги, так и разбивают её на ряд последовательно соединённых дуг;

— переместить столб дуги магнитным полем в щелевую камеру из дугостойкого изоляционного материала с большой теплопроводностью, где дуга интенсивно охлаж­дается, соприкасаясь со стенками;

— образовывать дугу в закрытой трубке из газогенерирующего материала – фибры; выделяемые под воздействием температуры газы создают высокое давление, что способствует гашению дуги;

— уменьшить концентрацию паров металлов в дуге, для чего на этапе проектирования аппаратов использовать соответствующие материалы;

— гасить дугу в вакууме; при очень низком давлении газа недо­статочно атомов газа, чтобы ионизировать их и поддержать проведение тока в дуге; электрическое сопротивление канала столба дуги стано­вится очень высоким и дуга гаснет;

— размыкать контакты синхронно перед переходом переменно­го тока через нуль, что существенно снижает выделение тепловой энергии в образовавшейся дуге, т.е. способствует гашению дуги;

— применять чисто активные сопротивления, шунтирующие дугу и облег­чающие условия её гашения;

— применять шунтирующие межконтактный промежуток полу­проводниковые элементы, переключающие на себя ток дуги, что практиче­ски исключает образование дуги на контактах.

Определение, назначение, принцип работы и устройство контактора

Постоянного тока

Контакторы постоянного тока предназначены для ком­мутации цепей постоянного тока и, как правило, приводятся в действие электромагнитом постоянного тока.

Общие технические требования к контакторам и усло­вия их работы регламентированы ГОСТ 11206—77. Ниже описываются категории применения современных контак­торов и приводятся параметры коммутируемых ими цепей в зависимости от характера нагрузки.

Контакторы постоянного тока:

ДС-1 — активная или малоиндуктивная нагрузка.

ДС-2—пуск электродвигателей постоянного тока с парал­лельным возбуждением и их отключение при но­минальной частоте вращения.

ДС-3—пуск электродвигателей с параллельным возбуж­дением и их отключение при неподвижном состо­янии или медленном вращении ротора.

ДС-4—пуск электродвигателей с последовательным воз­буждением и их отключение при номинальной час­тоте вращения.

ДС-5—пуск электродвигателей с последовательным воз­буждением, отключение неподвижных или мед­ленно вращающихся двигателей, торможение про­тивотоком.

Общие требования к контакторам:

1.Высокая включающая и отключающая способность – не ниже 10I_ном, а в отдельных случаях до 20I_ном ;

2. Длительная работа при большой частоте отключений;

3. Высокая коммутационная износостойкость – до 3 млн. циклов с учетом отключений пусковых токов;

4. Высокая механическая износостойкость;

5. Технологичность конструкции, малая масса и габариты;

6. Высокая надёжность в эксплуатации.

Для контакторов существует еще режим редких комму­таций, характеризуемый более тяжелыми условиями, чем при нормальных коммутациях. Такие режимы возникают довольно редко (на­пример, при КЗ).

Основными техническими данными кон­такторов являются номинальный ток главных контак­тов, предельный отключаемый ток, номинальное напря­жение коммутируемой цепи, механическая и коммутацион­ная износостойкость, допустимое число включений в час, собственное время включения и отключения. Способность контактора, как и любого коммутационного аппарата, обе­спечить работу при большом числе операций характеризу­ется износостойкостью.

Различают механическую и комму­тационную износостойкость. Механическая износостойкость определяется числом циклов включение-отключение кон­тактора без ремонта и замены его узлов и деталей. Ток в цепи при этом равен нулю. Механическая износостойкость современных контакторов составляет (10—20)10 6 опера­ций.

Коммутационная износостойкость определяется таким числом включений и отключений цепи с током, после кото­рого требуется замена контактов. Современные контакторы должны иметь коммутационную износостойкость порядка (2—3)10 6 операций (некоторые выпускаемые в настоящее время контакторы имеют коммутационную износостойкость 10 6 операций и менее).

Собственное время включения состоит из времени нарастания потока в электромагните контактора до значения потока трогания и времени движения якоря. Большая часть этого времени тратится на нарастание магнитного потока. Для контакторов постоянного тока с номинальным током 100 А собственное время включения составляет 0,14с, для контакторов с током 630 А оно увеличивается до 0,37с.

Номинальный ток контактора I_ном представляет собой ток, который можно пропускать по замкнутым главным контактам в течение 8 часов без коммутаций, причем превышение температуры различных частей контактора не должно быть больше допустимого (прерывисто-продолжительный режим работы).

Номинальным напряжением называется наибольшее напряжение коммутируемой цепи, для работы при котором предназначен контактор. Коммутационная износостойкость главных контактов для категорий ДС-2, ДС-4 в ре­жиме нормальных коммутаций должна быть не менее 0,1, а для категорий ДС-3 не менее 0,02 механической износостойкости. Вспомогательные контакты должны ком­мутировать цепи электромагнитов переменного тока, у ко­торых пусковой ток может во много раз превышать устано­вившийся.

Контактор имеет следующие основные узлы: контакт­ную систему, дугогасительное устройство, электромагнит и систему вспомогательных контактов. При подаче напря­жения на обмотку электромагнита контактора его якорь притягивается. Подвижный контакт, связанный с якорем электромагнита, замыкает или размыкает главную цепь. Дугогасительное устройство обеспечивает быстрое гашение дуги, благодаря чему достигается малый износ контактов. Система вспомогательных слаботочных контактов служит для согласования работы контактора с другими устройст­вами.

Контактная система. Контакты аппарата подвержены наиболее сильному электрическому и меха­ническому износу ввиду большого числа операций в час и тяжелым условиям работы. С целью уменьшения изно­са преимущественное распространение получили линей­ные перекатывающиеся контакты.

Для предотвращения вибраций контактов контактная пружина создает предварительное нажатие, равное при­мерно половине конечной силы нажатия. Большое влия­ние на вибрацию оказывает жесткость крепления непод­вижного контакта и стойкость к вибрациям всего кон­тактора в целом. В этом отношении очень удачна конструкция контактора серии КПВ-600 (рис.1). Не­подвижный контакт 1 жестко прикреплен к скобе 2. Один конец дугогасительной катушки 3 присоединен к этой же скобе. Второй конец катушки вместе с выводом 4 надеж­но скреплен с изоляционным основанием из пластмассы 5. Последнее крепится к прочной стальной скобе 6, кото­рая является основанием аппарата. Подвижный контакт 7 выполнен в виде толстой пластины. Нижний конец пла­стины имеет возможность поворачиваться относительно точки опоры 8. Благодаря этому пластина может перека­тываться по сухарю неподвижного контакта 1. Вывод 9 соединяется с подвижным контактом 7 с помощью гиб­кого проводника (связи) 10. Контактное нажатие созда­ется пружиной 12.

При износе контактов сухарь 1 заменяется новым, а пластина подвижного контакта поворачивается на 180° и неповрежденная сторона ее используется в работе.

Для уменьшения оплавления основных контактов ду­гой при токах более 50 А контактор имеет дугогасительные контакты — рога 2, 11. Под действием магнитного поля дугогасительного устройства опорные точки дуги быстро перемещаются на скобу 2, соединенную с непод­вижным контактом 1, и на защитный рог подвижного контакта 11. Возврат якоря в начальное положение (пос­ле отключения магнита) производится пружиной 13.

Основным параметром контактора является номи­нальный ток, который определяет размеры контактора.

Рис.1. Контактор постоянного тока серии КПВ-600.

Характерной особенностью контакторов КПВ-600 и многих других типов является электрическое соединение вывода подвижного контакта с корпусом контактора. Во включенном положении контактора магнитопровод нахо­дится под напряжением. Даже в отключенном положении напряжение может оставаться на магнитопроводе и других деталях. Соприкосновение с магнитопроводом по­этому опасно для жизни.

Номинальным током контактора называется ток пре­рывисто-продолжительного режима работы. При этом режиме работы контактор находится во включенном со­стоянии не более 8 ч. По истечении этого промежутка ап­парат должен быть несколько раз включен и отключен (для зачистки контактов от окиси меди). После этого аппарат снова включается.

Если контактор располагается в шкафу, то номи­нальный ток понижается примерно на 10% из-за ухуд­шающихся условий охлаждения.

В продолжительном режиме работы, когда длитель­ность непрерывного включения превышает 8 ч, допусти­мый ток контактора снижается примерно на 20%. В та­ком режиме из-за окисления медных контактов растет переходное сопротивление, что может привести к повы­шению температуры выше допустимой величины. Если контактор имеет небольшое число включений или вообще предназначен для длительного включения, то на рабочую поверхность контактов напаивается серебряная пластина. Серебряная облицовка позволяет сохранить допустимый ток контактора, равный номинальному току, и в режиме продолжительного включения. Если контактор наряду с режимом продолжительного включения исполь­зуется в режиме повторно-кратковременного включения, применение серебряных накладок становится нецелесо­образным, так как из-за малой механической прочности серебра происходит быстрый износ контактов.

Согласно рекомендациям завода допустимый ток повторно-кратковременного ре­жима для контактора КПВ-600 определяется по формуле:

,

где п – число включений в час.

Необходимо отметить, что если при отключении в повторно-кратковременном режиме длительно горит ду­га (отключается большая индуктивная нагрузка), то температура контактов может резко увеличиться за счет нагрева контактов дугой. В этом случае нагрев контак­тов в продолжительном режиме работы может быть мень­ше, чем в повторно-кратковре­менном режиме. Как правило, контактная система имеет один полюс.

Для реверса асинхронных двигателей при большой часто­те включений в час (до 1200) применяется сдвоенная кон­тактная система. В этих кон­такторах типа КТПВ-500, име­ющих электромагнит постоян­ного тока, подвижные контак­ты изолированы от корпуса, что делает более безопасным обслуживание аппарата. На рис.2 показана схема вклю­чения контакторов для ревер­са асинхронных двигателей. По сравнению со схемой, име­ющей однополюсные контакто­ры, схема рис.2 имеет большое преимущество. При неполадках и отказе одного контактора подается напря­жение только на один зажим двигателя. В схеме с од­нополюсными контакторами отказ одного контактора ведет к возникновению тяжелого режима двухфазного питания двигателя.

Рис.2. Схема включения главных контактов контактора КТПВ-500

для реверса асинхронного двигателя.

Контакторы с двухполюсной контактной системой очень удобно использовать для закорачивания сопротив­лений в цепи ротора асинхронного двигателя.

В контакторах типа КМВ-521 применяется также двухполюсная система. Эти контакторы предназначены для включения и отключения мощных электромагнитов приводов постоянного тока масляных выключателей. На­личие двухполюсной контактной системы, включенной в оба провода сети постоянного тока, обеспечивает на­дежное отключение индуктивной нагрузки.

Источник

« Новейшие экологические и энергетические технологии 21 века »

Вращение электрической дуги

Статья посвящена описанию и исследованию открытых автором статьи экспериментально в 2005 году новых физических явлений выдувания и вращения электрической дуги, в постоянном магнитном поле кольцевого постоянного магнита. Проделана серия опытов с различными электрическими дугами на постоянном, переменном и однополярном импульсном токах, помещенных в магнитное поле кольцевых и дисковых постоянных магнитов. с осевой намагниченностью. Рассматриваются результаты этих экспериментов, и на их основе делается попытка физического объяснения обнаруженных явлений. Предложены различные полезные устройства на основе использования данных физических явлений.

Вращение электрической дуги

ЯВЛЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ И ВЫТАЛКИВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ ПОСТОЯННОГО МАГНИТА

Введение

Но все ли мы знаем о электрической дуге? Каково, например, силовое взаимодействие электрической дуги с магнитным полем постоянных магнитов? Тут еще много неясного и таинственного. Мною открыты в опытах новые явления перемещения электродуги в магнитном поле постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью. В частности, конусное вращение электрической дуги. Об этих экспериментальных открытиях и новых знаниях об электрической дуге и повествует вкратце данная статья.

Влияние магнитного поля кольцевого и дискового постоянного магнита на электрическую дугу

Это влияние, как показали опыты, весьма разнообразное и отражается в целом в виде перемещений электрической дуги по отношению к положению магнита, в зависимости от взаимного расположения дуги и магнита, причем перемещается она по-разному и совершенно различными способами, вплоть до ее вращения внутри кольцевого магнита.

Явление выталкивания (выдувание) электрической дуги магнитным полем кольцевого постоянного магнита

Электрическая дуга переменного тока выдувается постоянным магнитным полем кольцевого ПМ поочередно в обе стороны, дважды за период. Причем в процессе этого выдувания дуги она расщепляется и образуется веер вторичных электрических дуг и возникает эффект ее звукового характерного гудения. Отметим, что в зависимости от параметров дуги и ПМ выдувание дуги может сопровождаться и ее гашением.

Рис.1 Выдувание (выдавливание) электродуги постоянным магнитным полем ПМ

1.Дуговой ПМ;
2,3 – электроды;
4- электрическая дуга;
5 Кольцевой ПМ с осевой намагниченностью – вариант опыта В;
А — дуга постоянного тока;
Б — дуга переменного тока;
В — импульсная эл дуга;

Явление вращения импульсной электрической дуги в постоянном магнитном поле постоянного магнита с осевой намагниченностью

Первая в мире электрическая машина была изобретена знаменитым ученым М.Фарадеем в 1831 году, на основе его известного опытного открытия — вращения ртути, в магнитном поле, через которую пропускался электрический ток, в плоскости перпендикулярной магнитным силовым линиям постоянного магнита.

Эта первая электрическая машина являлась по существу простейшей униполярной электрической машиной, в которой магнит приводил во вращение проводник с током, причем функцию проводника — ротора выполняла сама ртуть. Возникает закономерный вопрос об аналогии.

Об этом ниже в данной статье. Импульсная электрическая дуга до сих пор практически не исследована.

До недавнего времени явление вращения импульсной электродуги, образованной от однополярных высоковольтных импульсов в постоянном магнитном поле постоянного кольцевого магнита ПМ с осевой намагниченностью и в воздухе — было неизвестно.

Впервые этот эффект вращения такой импульсной электрической дуги открыт мною в опытах в 2003 г. После этого первого моего опыта с вращением электрической дуги, в частности в виде конуса, образованной высоковольтными импульсами напряжения с определенной частотой и скважностью в кольцевом ПМ, данные опыты повторяли и некоторые мои соратники, в частности, Писковатсков А.И.

С 2003 г. у меня накопился уже достаточно солидный экспериментальный материал по изучению этих явлений и в данной статье я привожу наиболее интересные его результаты. Ниже приведены фото разных экспериментов по опытному изучению этого явления. Так в чем же суть физики этого явления вращения этой дуги в поле ПМ и что такое вращающаяся дуга. Попробуем вместе разобраться в причинах этого необычного явления вращательном движении импульсной электрической дуги в поле кольцевого магнита ПМ.

Ниже на рис. 2,3. приведены поясняющие иллюстрации к опытной установке и проведенным на ней опытам с перемещением вращением электрической дуги и по объяснению физики вращения электрической дуги в поле постоянного магнита.

На рис. 4 приведена в упрощенном виде реальная конструкция простейшей опытной установки для изучения явления вращения дуги в магнитном поле ПМ.

На рис.5 приведена типовая принципиальная электронная схема автогенератора электрических импульсов 10 кВ 6 кГц.

На рис. 6-9 приведены фото опытов с вращением электрической дуги в магнитном поле круглых постоянных магнитов с осевой намагниченностью.

На рис. 10, 11 приведена конструкция магнитной свечи зажигания с вращением эл искры.

Рис.2 К объяснению явления вращения импульсной эл дуги в поле кольцевого ПМ

Постоянный кольцевой магнит 1 (показан в разрезе); Металлическое – например — медное кольцо – второй электрод 2; Центральный электрод – 3; Источник постоянного напряжения 4 (=30 кв ); Эл дуга 5; Стрелкой обозначено направление вращения Эл.дуги постоянного тока; А, Б – реверс направления вращения Эл дуги при перевороте кольцевого постоянного магнита на 180 градусов. Реверс направления вращения Эл дуги наступает также при смене полярности постоянного напряжения на электродах 2,3 от источника 4. Скорость вращения Эл дуги при прочих неизменных параметрах конструкции и эл части зависит от напряженности магнитного поля ПМ и она тем больше чем выше напряженность магнитного поля. Скорость вращения Эл дуги также зависит и от величины напряжения источника питания и она тем выше, чем больше это напряжение по величине.

Физическая сущность явления вытеснения и вращения электрической дуги в магнитном поле кольцевого постоянного магнита

Электрическую дугу, размещенную в магнитом поле ПМ, вероятно, движет и вращает именно поперечная электромагнитная сила Ампера. Скорее всего, и в импульсной электрической дуге происходит именно это силовое взаимодействие дуги с магнитным полем. Вполне правильно считать, что магнитное поле ПМ просто отклоняет электроны и ионы электрической дуги в поперечную сторону — электродинамической силой Ампера в поперечном направлении по отношению к направлению тока и силовых магнитных линий ПМ — что и заставляет эл дугу перемещаться (вращаться)

Варианты траектории и направления перемещения электрической дуги в магнитном поле ПМ

В зависимости от взаимного расположения дуги и ПМ возможны разные варианты этого перемещения дуги в поле кольцевого постоянного ПМ с осевой намагниченностью.

Линейное перемещение импульсной электродуги (выдувание ее из ПМ) зафиксировано в опытах при расположении электродов и траектории электродуги за пределами постоянных кольцевых магнитов.

Вращение электрической дуги.. В случае совмещения центра вращения кольцевого ПМ и центрального электрода, или если один из электродов размещен коаксиальной с осью вращения кольцевого магнита, а второй – кольцевой, то возникает вращение электродуги с определенным направлением ее вращения.

Направление перемещения и вращения импульсной эл дуги в магнитном поле кольцевого ПМ с осевой намагниченностью. Силовое взаимодействие тока дуги с магнитным полем ПМ и перемещение электрической дуги обусловлено силой Ампера и осуществляется по известному в электромеханике «правилу левой руки» и чем-то напоминает перемещение проводника в магнитном поле.

Как показывают опыты, на перемещение дуги в частности, на направления вращения дуги указывает большой палец левой руки при условии что сама ладонь остальными пальцами показывает направление протекания эл тока от плюса к минусу, а силовые магнитные линии от ПМ входят в эту ладонь с открытой ее стороны.

Вероятно, суммарная энергия вращающейся эл дуги с учетом ее кинетической энергии вращения при ее вращении в магнитном постоянном поле — даже возрастает по сравнению с обычной электродугой за счет этой прибавки кинетической энергии от магнитного поля.

Скорость вращения дуги зависит не только от частоты импульсов и величины тока в дуге, и величины магнитной индукции ПМ в рабочем зазоре между электродами, но и от баланса движущей силы Ампера и силы аэродинамического сопротивления воздуха действующих на дуговой столб. С разряжением воздуха в рабочей зоне дуги скорость вращения эл дуги возрастает при прочих неизменных параметрах установки.

Отметим, что размеры кольцевого постоянного магнита для возникновения данного эффекта вращения эл дуги не имеют преобладающего значения. Для начала ее вращения важно лишь условие совпадения оси вращения магнита и центрального электрода и обеспечения величины рабочего зазора между центральным электродом и вторым кольцевым электродом и параметров источника электрических импульсов, достаточных для возникновения и протекания электрической дуги между ними.

Рис.3 Конусное вращение электрической дуги над дисковым постоянным магнитом

Рис.4 Конструкция простейшей опытной установки для изучения явления вращения дуги в поле ПМ

Рис.5 Электронная схема автогенератора электрических импульсов 10 кВ 6 кГц

Рис.6 Фото вращение электрической дуги в плоскости кольцевого постоянного магнита при подаче модулированной пачки высоковольтных импульсов напряжения на электроды

1. Кольцевой постоянным магнит;
2. центральный электрод;
3. вращение дуги; Магнит ферритовый. Импульсы напряжения – на электроды на частоте 6 кГц, амплитуда импульсов 10 кВ, скважность — 120 угловых градусов.

На фото рис.6 отчетливо видны отдельные эл дуги, образованные в зазоре меду электродами, от каждого электрического импульса и виден сектор бегущей плазмы дуги в ПМ, обусловленный модуляцией пачки импульсов в 120 градусов, и занимающий примерно одну треть поверхности внутри кольцевого ПМ Т.е. по существу таким образом можно получать вращение плазмы и вращающееся электромагнитное поле.

Рис.7 Фото вращения электрической дуги при непрерывной подаче эл. импульсов

Две электрические дуги с противоположным направлением вращения в кольцевом и дисковом ПМ

Ранее мною была также проведенная серия опытов с вращением электрической дуги переменного тока с различной частотой в кольцевом и дисковом магнитах ПМ Зафиксирован эффект «гребенки» — обнаружено в опытах возникновения и вращения в противоположные стороны сразу двух электрических дуг — от прямой и обратной полуволн тока за период переменного питающего напряжения с образованием более плотной суммарной холодной плазмы вращения двух дуг внутри кольцевого ПМ или в конусе вращения вокруг дискового неодимового ПМ (рис. 9)

Анализ некоторых результатов опытов по изучению явления вращения эл. дуги в поле ПМ

Опыты показывают, что скорость вращения дуги зависит не только от частоты импульсов и величины тока в дуге, и величины магнитной индукции ПМ в рабочем зазоре между электродами, но и от баланса движущей силы Ампера и силы аэродинамического сопротивления воздуха действующих на дуговой столб.

Рис.9 Фото магнитного эффекта конусного вращения электрической дуги 3 конусом на электропроводящий дисковый постоянный магнит при несовпадении плоскости кольцевого постоянного магнита 1 с центральным электродом 2

Полезные применения открытых явлений вращения электрической дуги в магнитном поле постоянного круглого магнита

Открытые новые электромеханические явления различных перемещений электрической дуги в магнитном поле круглых ПМ с осевой намагниченностью, и устройства для их осуществления, особенно эффект вращения электрической дуги могут быть с успехом применены в различных сферах. Например, в сфере образования и в сфере техники.

МАГНИТНАЯ СВЕЧА ЗАЖИГАНИЯ С ВРАЩЕНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ

Ниже на простом примере покажем применение открытого явления вращения электрической импульсной дуги в новой магнитной свече зажигания. Приведем упрощенную конструкцию магнитной свечи зажигания для тепловых моторов. На рис.10, показаны упрощенная конструкция магнитной свечи зажигания для ДВС с внешним постоянным магнитом и на рис.11 — приведена ее упрощенная изометрия.

Обозначения к рис. 10,11:

Выводы

1. Экспериментально обнаружено явление выдавливания(выдувание ) электрической дуги магнитным полем постоянного магнита (ПМ) с осевой намагниченностью. Этот эффект протекает несколько различно в зависимости от параметров электрической дуги и ПМ.

2. Экспериментально обнаружено явление вращения электрической дуги в магнитном поле постоянного магнита (ПМ) с осевой намагниченностью. Этот эффект протекает несколько различно в зависимости от параметров электрической дуги и вида ПМи сопровождается акустическим и электромагнитным шумом, зависящем от параметров дуги и параметров круговых постоянных магнитов.

4. Скорость вращения электрической дуги в поле круглого постоянного магнита пропорциональна величине тока и напряженности магнитного поля ПМ.

5. Электрическая дуга переменного тока образует в круглом постоянном магните с осевой намагниченностью сразу два вращающихся сектора плазмы, причем в разные стороны.

6. Выдувание электрической дуги постоянного тока в поле ПМ происходит в одну сторону, электрической дуги переменного тока — в две противоположны стороны. Это магнитное выдувание электрической дуги происходит с образованием меандров (расслоения ) дуги и с возникновением характерного шума — акустического звучания дуги.

7. С повышении напряженности магнитного поля круглого магнита эффект выдувания электрической дуги переходит в новый эффект ее импульсного электромагнитного гашения. Это явление может быть с успехом использовано в электросварочных технологиях.

8. В поведение вращающейся электрической дуги в поле постоянного круглого магнита, имеются существенные парадоксальные особенности и закономерности, в зависимости от степени разреженности атмосферы воздуха, не укладывающиеся в привычные представлении о аэродинамическом торможении дуги и взаимодействии ее с атмосферой.

9. Открытые эффекты движения эл дуги наблюдаются и в электромагнитном постоянном поле, образованном соленоидами, причем тем сильнее, чем выше их магнитная индукция.

10. Наиболее широкое применение, по-видимому, найдет явление вращения электрической дуги в магнитном поле. Например, в магнитных свечах зажигания для электроискровых ДВС автотранспорта., а также, в теплоэнергетике, например в магнитных горелках нового поколения, в магнитных плазматронах и прочее.

11. Открытые физические явления имеют большое значение для гносеологии, науки и техники, а также для различных прикладных наук, в частности, для электротехнологий.

Заключение

Проведенные экспериментальные исследования поведения электрической дуги в постоянном магнитном поле круглых постоянных магнитов привели к обнаружению нескольких новых явлений открытий и появлению пионерских изобретений на их основе.

Открытые физические явления имеют большое значение для гносеологии, науки и техники, а также для различных прикладных наук, в частности, для электротехнологий. Без сомнения, в скором времени, данные экспериментальные открытия будут широко применены в различных новых технологиях, в частности, в электротехнологиях, моторостроении, и в теплоэнергетике.

Литература

Источник