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 16.02.2016

  • Зубцово-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 11.09.2014

  • Расчет 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 16.06.2017

  • Методика 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 20.12.2009

  • Определение 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 06.11.2022

  • Особенности 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 04.02.2010

  • Общая 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 19.05.2014

  • Последовательность 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 15.11.2010

  • Исследование 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 25.10.2022

  • Расчет 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 03.11.2022

  • Ознакомление 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 20.08.2014

  • Характеристика 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 12.06.2011

  • Конструкция 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 28.11.2011

  • Схема 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 06.08.2013

  • Этапы 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 26.04.2010

  • Разработка 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 26.01.2010

  • Задачи 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 28.11.2011

  • Схема 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 22.03.2015

  • Рассмотрение 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 09.10.2014

  • Особенности 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

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.