RU2106770C1

RU2106770C1 - Device for generation of multiple-electrode three-phase cylinder-shaped discharge

Info

Publication number: RU2106770C1
Authority: RU
Inventors: В.С. Энгельшт; Л.Т. Ларькина; Н.У. Мусин; П.П. Кулик; В.В. Иванов
Original assignee: Инженерный центр "Плазмодинамика"
Priority date: 1992-07-08
Filing date: 1992-07-08
Publication date: 1998-03-10

Abstract

FIELD: electric engineering. SUBSTANCE: device is designed as several identical groups of electrodes which are arranged in stack. Electrodes of adjacent groups are spaced by equal step, arranged in circle and are shifted with respect to one another by half of inter-electrode gap to provide groups of equilateral triangles between electrodes of groups. Groups are connected to three-phase power supply in parallel with respective shift which provides reverse phase alternation in adjacent triangles. During operation current grid, which is shaped by electrodes in groups and between groups, generates vertical plasma column which has ring current region and plasma tabernacle. EFFECT: increased functional capabilities. 2 dwg

Description

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. The invention relates to electrical engineering and can be used in various technological processes carried out in the field of an electric discharge, in particular during the processing of powders, gases, aerosols for plasma chemistry, during spheroidization, etc.

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. A known method of creating a discharge at the ends of several electrodes installed in the same plane in a closed loop. To implement the method, the electrodes are installed at an equal distance from each other and connected to a multiphase power source. In this case, generation of a high-voltage glow discharge is observed at the ends of the electrodes with a sequential increase in the phase between adjacent electrodes. The need to use a multiphase power supply significantly complicates the design of the device that implements this method.

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. A known installation for creating a multi-electrode three-phase discharge in the form of a cylindrical shell, containing at least two parallel groups located around a circle at equal angular distances of the electrodes connected to the terminals of a three-phase power source with a sequential phase shift.

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. The disadvantages of this installation include the high erosion of the electrodes, determined by the use of a high-current discharge, the contamination of the stream and the need to forcefully blow the discharge with an additional gas stream, which is caused by the insufficient stability of the plasma stream.

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. The technical result achieved by this invention is to significantly increase the stability of the plasma stream and the purity of the plasma, as well as increasing the productivity of the installation due to more efficient interaction of the processed substance with the plasma.

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. According to the invention, in a known installation for creating a multi-electrode three-phase discharge in the form of a cylindrical shell, containing at least two parallel groups of electrodes located on circles at equal angular distances, connected to the terminals of a three-phase power source with a relative phase shift, the number of electrodes in the group is selected as a multiple of three, the electrodes of the even groups are circumferentially shifted relative to the electrodes of the odd groups by half the interelectrode gap with the formation between the groups E loops in the form of isosceles triangles, and to terminals adjacent groups power source connected in parallel with the relative shift in adjacent loops providing reverse phase sequence.

Данная совокупность существенных признаков позволяет повысить производительность установки, увеличить стабильность и чистоту плазменного потока. This set of essential features allows you to increase the performance of the installation, to increase the stability and purity of the plasma stream.

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.In FIG. 1 is a schematic illustration of an apparatus containing four groups of electrodes; in FIG. 2 - connection diagram of the electrodes to the terminals of the power source,
The installation contains electrodes 1 / 1-1 \ IV, 2 / 1-2 / IV, 3 / 1-3 / IV, located on circles at equal angular distances in parallel planes with the formation of groups 4-7. The electrodes of even groups are circumferentially shifted relative to the electrodes of odd groups by half the interelectrode distance. This arrangement of the electrodes provides the formation between the groups of closed loops 8 in the form of isosceles triangles. A three-phase transformer 9 is used as a power source. The current value is supported by ballast resistances 10 connected in series with the electrodes.

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.In FIG. Figure 1 shows an example of a specific installation. The installation contains four groups of electrodes of six electrodes each. The electrodes are made of a copper rod with a diameter of 10 mm. Groups of electrodes are mounted in parallel planes at a distance of 10 mm. In each group, the electrodes are placed on a circle with a diameter of 20 mm through angular intervals of 60 ^o . A three-phase transformer with U ₀ = 10 kV and I _phases = 2.4 A was used as a power source. The current value was maintained by means of ballast resistances 10 connected in parallel with eight resistances in each phase of the secondary circuit of the transformer. Thus, eight electrodes, two electrodes from each group, are connected to each phase. In this case, the electrodes in each group are connected to a power source with a successively alternating phase increase of 120 ^o . In this case, two electrodes of the fourth group 1/1, two electrodes of the fifth group 1 / II, two electrodes of the sixth group 1 / III and two electrodes of the seventh group 1 / IV are connected to the first phase of the power source through ballast resistances. Accordingly, two electrodes 2/1 of the fourth group, two electrodes 2 / II of the fifth group, two electrodes 2 / III of the sixth group and two electrodes 2 / IV of the seventh group are connected to the second phase. And to the third phase are connected two electrodes 3/1 of the fourth group, two electrodes 3 / II of the fifth group, two electrodes 3 / III of the sixth group and two electrodes 3 / IV of the seventh group.

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. Installation works as follows. When you turn on the power source at the ends of all the electrodes, an electric discharge is ignited with current flowing between the electrodes of the same group - around the circumference, and between the electrodes of the neighboring groups with the formation of closed triangular loops / for example, 1 / IV - 2 / IV - 3 / III /. As a result, a stable and stable vertically oriented plasma column with a current region closed in a ring and a plasma tent closing it is formed by the resulting current grid. Any processed substance can be introduced inside this tent - gas, aerosol, powder, where it interacts with plasma in accordance with one or another technology. The processed substance can be heated, evaporated and excited when using the installation for spectral analysis, heated, crushed and melted during spheroidization, heated, excited and enter into chemical reactions when using the installation for plasma chemistry, etc.

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. This installation allows the processing of substances in a wide range of technologies. Moreover, the stability of the discharge is quite high and is ensured, first of all, by the fact that the plasma column is formed by mutually flowing currents. In this regard, the installation can be widely used not only for low-current, as in the above example, and for high-current electric discharges. The natural convection taking place, due to the placement of the ends of the electrodes in horizontal planes, creates a stable picture of the plasma column with a tent area of low temperature, into which the processed substance is fed. The conditions of the substance inside the torch provided by natural convection make the process of processing it effective, and the installation as a whole highly efficient.

Claims

Installation for creating a multi-electrode three-phase discharge in the form of a cylindrical shell, containing at least two parallel groups of electrodes located around a circle at equal angular distances, connected to the terminals of a three-phase power source with a relative phase shift, characterized in that the number of electrodes in the group is selected in multiples of three, the electrodes of the even groups are shifted relative to the electrodes of the odd groups by half the interelectrode gap with the formation between the groups of closed loops in e isosceles triangles, and the power supply to the terminals adjacent groups are connected in parallel with the relative shift in adjacent loops providing reverse phase sequence.