Влияние электрического резонанса на работу генератора озона
Исследование и анализ явления резонанса в электрических цепях. Ознакомление со схемой замещения озонатора. Определение падения напряжения на емкости диэлектрических барьеров и воздушного промежутка. Рассмотрение формулы для расчета резонансной частоты.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 15.05.2017 |
Размер файла | 79,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Кубанский государственный аграрный университет
Влияние электрического резонанса на работу генератора озона
Шевченко Андрей Андреевич, доцент
Кожокарь Александр Геннадьевич, студент
Федоров Игорь Игоревич, студент
Краснодар
Аннотация
В статье рассмотрены представленные вопросы теоретического исследования процессов электрического резонанса генератора озона и определено их влияние на производительность и КПД электроозонатора.
Ключевые слова: генератор озона, коэффициент полезного действия, электрический резонанс.
Явление резонанса в электрических цепях весьма широко используется в современной электротехнике и, особенно в технике высокой частоты.
Генераторы высокой частоты, применяемые в радиотехнике, содержат в себе в качестве основного элемента колебательный контур, колебания тока и напряжения в котором происходят с резонансной частотой или с частотой, весьма близкой к резонансной. Антенны передающих и приемных радиостанций вместе с включенными в их цепь катушками или конденсаторами также представляют собой колебательные контуры [2].
Электрический резонанс можно так же использовать и в электроозонаторах, например, прибегая к эффекту резонансной частоты.
Подбор резонансной частоты позволит вводить в резонанс электроозонаторы любых размеров и, как следствие, повышать их коэффициент полезного действия и производительность [4]. Эта проблема актуальна, так как коэффициент полезного действия генераторов озона очень мал (до 10%) [1]. Рассмотрим теоретические положения электрического резонанса для электрического контура. Резонанс в контуре наступает при совпадении входного тока и напряжения по фазе, при этом емкостная и индуктивная составляющая равны между собой. Это говорит о том, что резонанса можно достичь, подобрав емкость или индуктивность [5]. Но емкость и индуктивность, как известно, зависят от геометрических размеров, однако конструкция озонирующего блока не всегда позволяет варьировать размером диэлектрических пластин и воздушного зазора. Подбор емкости усложняется также и тем, что озонатор работает на напряжениях от 7 до 10 кВ. Трансформатор с небольшим изменением индуктивности при таких напряжениях значительно увеличивается в размерах, что нежелательно, так как снижается мобильность установки [6].
Одним из выходов из этого положения, как было сказано выше, является подбор частоты, при которой ток и напряжение совпали бы по фазе. Это позволит добиваться эффекта резонанса без существенного изменения конструкции устройства. Современная радиоэлектроника позволяет собрать генератор частоты небольшого размера, который без труда можно установить в блок управления генератора озона [3]. Подбор частоты в зависимости от размеров разрядного устройства и трансформатора позволит без проведения специальных электрических измерений рассчитывать частоту резонанса. Частоту резонанса можно будет рассчитать, зная размеры диэлектрических барьеров, воздушного промежутка и паспортных данных трансформатора.
Этот расчет позволит уменьшить затраты энергии обыкновенного пользователя. Это является актуальным вопросом, так как электроозонаторы в последнее время находят применение в быту и сельском хозяйстве.
Для того, что бы исследовать явление резонанса в озонаторе, необходимо рассмотреть электрическую схему устройства [1]. Составим схему замещения электроозонатора (рисунок 1):
Рисунок 1 - Схема замещения электроозонатора: R1 - активное сопротивление рассеяния первичной обмотки трансформатора; R/2 - приведенное активное сопротивление рассеяния вторичной обмотки трансформатора; Rm - активная сопротивление рассеяния контура намагничивания; L1 - индуктивность рассеяния первичной обмотки трансформатора; L/2 - приведенная индуктивность рассеяния вторичной обмотки трансформатора; L3 - индуктивность рассеяния контура намагничивания; Сб - емкость барьеров пластинчатого озонатора; Сг - емкость газового промежутка электроозонатора; Rг - активная составляющая газового промежутка электроозонатора; u(t) - напряжение питающей сети.
Представленная схема содержит трансформатор, емкостные составляющие газоразрядного промежутка и диэлектрических барьеров. Активное сопротивление газоразрядного промежутка изображено пунктирной линией (рисунок 1), потому что оно появляется в момент зажигания разряда.
Для проведения расчетов схема замещения электроозонатора преобразуется в эквивалентную электрическую схему (рисунок 2) [6]:
Рисунок 2 - Эквивалентная схема замещения генератора озона: где - комплекс полного сопротивления первичной обмотки трансформатора; - комплекс полного сопротивления вторичной обмотки трансформатора; - комплекс полного сопротивления контура намагничивания; , - эквивалентные сопротивления газового промежутка и диэлектрических барьеров озонирующего блока генератора озона; - комплексные токи в электрических ветвях эквивалентной схемы замещения; 3, б, г - падение напряжения на вторичной обмотке трансформатора, на барьерах электроозонотора и в газовом промежутке; - напряжение питающей сети в комплексном выражении.
Генератор озона питается сетевым напряжением, следовательно, питающее напряжение в формульном выражении имеет вид:
, (1)
где Um - амплитудное значение питающего напряжения.
Напряжение , и ток, протекающий через озонирующий блок, определяются по формулам:
, (2)
, (3)
, (4)
Исходя из метода узловых потенциалов, напряжение
, (5)
Подставив в выражение (5) значения эквивалентных сопротивлений и питающего напряжения, получим зависимость
, (6)
Таким образом, зная значение напряжения U3, определяется ток, проходящий через озонирующий блок озоногенератора
, (7)
Подставив в уравнение (4) значения комплексных сопротивлений, получим
, (8)
Следовательно, падение напряжения на емкости диэлектрических барьеров и воздушного промежутка
, (9)
, (10)
Для упрощения расчетов введем коэффициенты А и В, равные
А=, (11)
В=, (12)
Таким образом, знаменатель уравнения (9), (10) примет вид
, (13)
Подставив полученное выражение в уравнения (9) и (10), получим выражение для в комплексной форме
, (14)
, (15)
Введем в расчет величину ц1, имеющую значение:
, (16)
Перейдя к мгновенным значениям напряжения, получим:
, (17)
, (18)
Таким образом, используя уравнения (8), (17) и 18), можно определить токи и напряжения озонирующего блока генератора озона. Следовательно, можно рассчитать величину электрических параметров, при которых озонатор войдет в режим резонанса до зажигания разряда.
Электрический резонанс в озонаторе можно получить, если будет соблюдаться условие XL=XC, при этом резонансная частота будет равна:
, (19)
где щрез. - частота резонанса; L - индуктивность контура; C - полная емкость контура.
Как известно, до зажигания разряда озонирующий блок можно описать следующими уравнениями:
, (20)
, (21)
где U3 - действующее значение напряжения на озонаторе; Uб - мгновенное значение напряжения на барьере; Uг - мгновенное значение напряжения в газовом промежутке; Соб - общая емкость озонирующего блока; Сб - емкость диэлектрического барьера; Сг - емкость газового промежутка.
Приравняв правые части уравнений (20) и (21), можно определить емкость Соб:
, (22)
Поскольку величина конденсатора зависит от геометрических размеров, емкость его можно определять по формуле
, (23)
где е0 - электрическая постоянная, 8,85*10-12 Ф/м; е - диэлектрическая проницаемость; S - площадь диэлектрика; d - расстояние между диэлектриками.
С учетом (23) резонансная частота озонатора до зажигания разряда, если озонирующий блок состоит из двух пластин, будет равна
, (24)
В случае, когда озонирующий блок состоит более чем из двух диэлектрических пластин, формула приобретает вид:
, (25)
где n - количество диэлектрических барьеров.
Приведенное значение L/2 вторичной обмотки трансформатора может быть рассчитано по следующей формуле:
, (26)
где м0 - магнитная проницаемость сердечника трансформатора; w - число витков обмотки трансформатора; d - диметр проволоки обмотки трансформатора; D - диметр витка обмотки трансформатора.
Подставив значение индуктивности в выражение (26), получим формулу для определения резонансной частоты электроозонатора до момента зажигания разряда: электрический резонанс озонатор
, (27)
При горящем разряде в озонирующем блоке появляется активная составляющая представленная на схеме замещения (рисунок 2) в виде сопротивления. В связи, с появлением активной составляющей, изменятся электрические параметры, необходимые для расчета частоты резонанса при горящем разряде в озонаторе, поэтому сопротивление газоразрядного промежутка zг примет следующий вид:
, (28)
Что приведет к изменению формулы для определения резонансной частоты:
, (29)
Расчет данного выражения позволит определить величину частоты питающего сигнала электроозонатора, при которой данное устройство будет входить в режим электрического резонанса.
Литература
1. Андрейчук В.К. Озонатор / В.К. Андрейчук, Д.А. Нормов, С.В. Вербицкая, Д.А. Овсянников, В.В. Лисицин, А.А. Шевченко, Т.А. Нормова/ патент на изобретение RUS 2198134 30.10.2001.
2. Григораш О.В. Особенности расчета КПД и массогабаритных показателей статических преобразователей /О.В. Григораш, А.А. Шевченко, А.Е. Усков, В.В. Энговатова/ Труды Кубанского государственного аграрного университета. -Краснодар: КубГАУ, 2011. Т. 1. № 30. С. 248-252.
3. Нормов Д.А. Расчет резонансной частоты электроразрядного промежутка озонатора /Д.А. Нормов, А.А. Шевченко, Р.С. Шхалахов, А.В. Квитко/ Механизация и электрификация сельского хозяйства. - М.: 2007. - №8, С. 23-24.
4. Степура Ю.П. Расчет показателей надежности электротехнических устройств /Ю.П. Степура, А.А. Шевченко, А.В. Квитко, Д.В. Солодкий/ Труды Кубанского государственного аграрного университета. - Краснодар: КубГАУ, 2011. Т. 1. № 31. С. 246-249.
5. Шевченко А.А. Влияние диэлектрических барьеров на электрические параметры электроозонатора / А.А. Шевченко, А.В. Квитко / Труды Кубанского государственного аграрного университета. - Краснодар: КубГАУ, 2008. - № 1, С. 92-94.
6. Шевченко А.А. Параметры электроозонирования для предпосевной обработки семян кукурузы /А.А. Шевченко/ автореферат на соискание ученой степени кандидат технических наук. - Краснодар: КубГАУ, 2005
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Явление ядерного магнитного резонанса, использование для спектрометрии. Преимущества и недостатки метода. Разработка оптического метода регистрации ЯМР для точного определения спектральных свойств кристаллов. Блок-схема импульсного спектрометра.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 16.02.2016Зубцово-пазовая геометрия статора. Вспомогательные данные для расчета магнитной цепи, активного и индуктивного сопротивления. Падения напряжения в обмотке статора в номинальном режиме. Определение вспомогательных величин для расчета рабочих характеристик.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 11.09.2014Расчет линейных электрических цепей с несинусоидальным источником электродвижущей силы. Определение переходных процессов в линейных электрических цепях. Исследование разветвленной магнитной цепи постоянного тока методом последовательных приближений.
контрольная работа [1,7 M], добавлен 16.06.2017Методика расчета магнитной цепи синхронного генератора, выбор его размеров и конфигурации, построение характеристики намагничивания машины. Определение параметров обмотки, выполнение теплового и вентиляционного расчетов, сборного чертежа генератора.
курсовая работа [541,5 K], добавлен 20.12.2009Определение и характеристика резонансной частоты, частот, соответствующих границам полосы пропускания, характеристического сопротивления и добротности последовательного резонансного контура. Исследование исходного значения сопротивления резистора.
лабораторная работа [1,0 M], добавлен 06.11.2022Особенности и технология проектирования малогабаритного частотомера. Расчет надежности и резонансной частоты печатной платы и частот собственных колебаний пластины. Анализ нормативно-технической документации изделия и методы расчета теплового режима.
курсовая работа [337,7 K], добавлен 04.02.2010Общая характеристика асинхронных микродвигателей с короткозамкнутым ротором, анализ преимуществ: низкая стоимость производства, малая шумность, надежность в эксплуатации. Рассмотрение тапы расчета размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора.
контрольная работа [462,1 K], добавлен 19.05.2014Последовательность расчета аппарата воздушного охлаждения, работающего в составе установки для ректификации уксусной кислоты. Рассмотрение области применения и устройства аппарата, описание схемы производства, технологический и конструкторский расчет.
курсовая работа [1023,9 K], добавлен 15.11.2010Исследование и характеристика электроприёмников, анализ и выбор категории электроснабжения. Расчет электрических нагрузок цеха. Ознакомление с процессом выбора низковольтных аппаратов защиты. Рассмотрение особенностей проверки провода на селективность.
курсовая работа [209,8 K], добавлен 25.10.2022Расчет требуемого момента двигателя при подъеме и спуске груза с установившейся скоростью. Ознакомление с кинематической схемой грузоподъемной лебедки. Определение и анализ величины тормозного момента двигателя, необходимого для остановки станка.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 03.11.2022Ознакомление со схемой разрыхлительно-очистительного агрегата. Рассмотрение устройства и назначения автоматического кипоразрыхлителя, дозирующего бункера, наклонных очистителей и трепальной машины. Расчет производительности педального регулятора.
реферат [965,6 K], добавлен 20.08.2014Характеристика технологии изготовления конденсаторов переменной емкости. Описание обязанностей контролера качества конденсаторов, который принимает участие в изучении причин возникновения производственных дефектов готовой продукции. Техника безопасности.
курсовая работа [370,5 K], добавлен 12.06.2011Конструкция трехфазного синхронного реактивного двигателя, исследование его рабочих свойств. Опыт холостого хода и непосредственной нагрузки двигателя. Анализ рабочих характеристик двигателя при номинальных значениях частоты и напряжения питания.
лабораторная работа [962,8 K], добавлен 28.11.2011Схема движения воздуха и газа в регенераторе, определение гидродинамического сопротивления. Расчет элементов на прочность. Определение толщины стенки эллиптического днища. Влияние степени регенерации на основные параметры теплообменного аппарата.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 06.08.2013Этапы проектирования электрического освещения коровника: выбор размещения светильников, расчет мощности осветительной установки в помещении электрощитовой (точечным методом), венткамеры, сечения проводов с учетом количества фаз и потерь напряжения.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 26.04.2010Разработка электрического освещения кормоцеха: выбор источника, нормируемой освещенности и коэффициента запаса, типа и размещения (равномерное, локализованное) светильника в помещениях, напряжения, установки и компоновки сети, прокладки проводов.
курсовая работа [711,5 K], добавлен 26.01.2010Задачи вентиляционного расчета электрической машины. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Связь электромагнитного, теплового и вентиляционного расчетов. Основные типы систем охлаждения электрических машин. Обзор методов теплового расчета.
реферат [1,6 M], добавлен 28.11.2011Схема установки, описание ее отдельных узлов. Расчет мощности на привод конвейера при различных углах его наклона с использованием упрощенной и точной формулы расчета. Построение графика зависимости мощности на привод конвейера от производительности.
лабораторная работа [636,3 K], добавлен 22.03.2015Рассмотрение принципа действия вентилятора. Определение частоты вращения рабочего колеса и его диаметра, мощности электродвигателя. Характеристика сети трубопроводов; вычисление частоты вращения рабочих колес насосов, отклонения фактического напора.
курсовая работа [451,7 K], добавлен 09.10.2014Особенности освоения методики конструкционных расчётов устройств СВЧ. Методы расчета фильтра низкой частоты исследуемого устройства. Анализ, разработка конструкции микросборки. Изготовление схем способом химического и электролитического осаждения металла.
курсовая работа [413,5 K], добавлен 28.02.2010