RU2129342C1 - Plasma direct current reactor - Google Patents
Plasma direct current reactor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2129342C1 RU2129342C1 RU97100294A RU97100294A RU2129342C1 RU 2129342 C1 RU2129342 C1 RU 2129342C1 RU 97100294 A RU97100294 A RU 97100294A RU 97100294 A RU97100294 A RU 97100294A RU 2129342 C1 RU2129342 C1 RU 2129342C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- windings
- control
- electrodes
- arc
- voltage
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 66
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 12
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 10
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 8
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 8
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000678 plasma activation Methods 0.000 description 1
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно, к устройствам преобразования электрической энергии в тепловую с помощью электродугового разряда и может быть использовано для производства плавленых огнеупорных материалов, а также в металлургии. The invention relates to electrical engineering, namely, devices for converting electrical energy into heat using an electric arc discharge and can be used for the production of fused refractory materials, as well as in metallurgy.
Известна плазменно-дуговая установка для переработки порошкообразных материалов, содержащая электродуговую камеру с устройствами ввода и вывода реагентов и продуктов переработки, два стержневых электрода и электромагнит поперечного магнитного поля дуги. Магнитопровод электромагнита представляет собой ярмо, охватывающее дуговую камеру, и два полюсных наконечника, расположенных вдоль плоскости перпендикулярной плоскости размещения электродов. Обмотки полюсов электромагнита включены последовательно с током дуги. За счет этого осуществляется отрицательная обратная связь по току дуги через поперечное магнитное поле. Введение поперечного магнитного поля, функционально связанного с током дуги, в электродуговую камеру позволяет стабилизировать ток дуги и получить восходящие вольт-амперные характеристики, что приводит к улучшению энергетических показателей использования данной плазменно-дуговой установки (см. Шевцов В.П., Мельник Г.Е. и др. Плазменно-дуговая установка для переработки твердых мелкодисперсных материалов //Высокотемпературные энерготехнологические процессы и аппараты (лабораторные разработки). - М., 1980. - С. 131-135). Known plasma-arc installation for processing powdered materials, containing an electric arc chamber with input and output devices of reagents and processed products, two rod electrodes and an electromagnet of the transverse magnetic field of the arc. The magnetic core of the electromagnet is a yoke covering the arc chamber, and two pole pieces located along the plane perpendicular to the plane of electrode placement. The windings of the poles of the electromagnet are connected in series with the arc current. Due to this, negative feedback on the arc current through the transverse magnetic field is carried out. The introduction of a transverse magnetic field functionally associated with the arc current into the electric arc chamber allows one to stabilize the arc current and obtain ascending current-voltage characteristics, which leads to an improvement in the energy performance of using this plasma-arc installation (see Shevtsov V.P., Melnik G. E. et al. Plasma-arc installation for processing solid finely dispersed materials // High-temperature energy-technological processes and apparatuses (laboratory developments). - M., 1980. - P. 131-135).
Однако в известной плазменно-дуговой установке нет большой реакционной зоны с равномерным температурным полем и отсутствует возможность регулирования мощности электродугового разряда при неизменном напряжении питающей сети. However, in the known plasma-arc installation there is no large reaction zone with a uniform temperature field and there is no possibility of regulating the power of the electric arc discharge at a constant voltage of the supply network.
Известна также плазменная технологическая установка, состоящая из разрядной камеры, двух стержневых электродов и магнитопровода, выполненного в виде охватывающего камеру замкнутого ярма с двумя парами симметрично установленных в плоскости, перпендикулярной плоскости установки электродов, полюсных наконечников. На двух противоположных наконечниках размещена сериесная обмотка электромагнита с выводами для подключения к источнику питания дуги плазмотрона. На двух других полюсных наконечниках, установленных в плоскости электродов, размещена дополнительная обмотка переменного поля. В такой плазменной установке благодаря наличию отрицательной обратной связи по току дуги через поперечное магнитное поле, создаваемое сериесной обмоткой электромагнита, включенной в цепь тока дуги, стабилизируется горение электродугового разряда. Взаимодействие тока дуги с продольным переменным магнитным полем дополнительных обмоток приводит к возникновению колебаний анодного и катодного столбов дуги в поперечном относительно оси разрядной камеры направлении. Это способствует заполнению камеры плазмой, выравниванию температуры в ней, увеличению тепло- и массообмена и повышению степени переработки пылевидных материалов (см. Шевцов В.П., Мессерле В.Е. и др. Плазменная технологическая установка для термообработки мелкодисперсных материалов //Плазменная активация горения углей. - Алма-Ата, 1989 г. - С. 150-168). Also known is a plasma technological installation consisting of a discharge chamber, two rod electrodes and a magnetic circuit made in the form of a closed yoke enclosing the chamber with two pairs symmetrically installed in a plane perpendicular to the plane of installation of the electrodes, pole tips. On two opposite tips there is a serial winding of an electromagnet with leads for connecting to a power source of the plasma torch arc. On two other pole pieces mounted in the plane of the electrodes, an additional winding of an alternating field is placed. In such a plasma installation, due to the presence of negative feedback on the arc current through the transverse magnetic field created by the series winding of the electromagnet included in the arc current circuit, the combustion of the electric arc discharge is stabilized. The interaction of the arc current with a longitudinal alternating magnetic field of the additional windings leads to oscillations of the anode and cathode columns of the arc in the direction transverse to the axis of the discharge chamber. This helps to fill the chamber with plasma, equalize the temperature in it, increase heat and mass transfer and increase the degree of processing of dusty materials (see Shevtsov V.P., Messerle V.E. et al. Plasma processing plant for heat treatment of finely dispersed materials // Plasma activation coal burning. - Alma-Ata, 1989 - S. 150-168).
Недостатком такой плазменной технологической установки является также отсутствие возможности регулирования мощности дуги при неизменном напряжении питающей сети. A disadvantage of such a plasma technological installation is also the lack of the ability to control the arc power at a constant supply voltage.
Наиболее близким прототипом по технической сущности к заявляемому является устройство для тепловой обработки потока огнеупорных сыпучих материалов, включающее разрядную камеру, устройства для ввода-вывода реагентов, два стержневых электрода и магнитопровод с охватывающим разрядную камеру ярмом. Магнитопровод содержит также установленные в плоскости, перпендикулярной плоскости установки электродов, два полюсных наконечника, на которых размещены обмотка стабилизации с выводами, подключенными к источнику питания дуги газового разряда, и обмотка управления с выводами, подключенными к автономному источнику питания постоянного тока. В цепи обмоток стабилизации и управления введены соответственно регулируемые сопротивление стабилизации и сопротивление управления. Управление режимами работы устройства осуществляется с помощью задатчика параметров работы, формирователя сигналов управления и трех механизмов отработки, два из которых отрабатывают заданные величины регулируемых сопротивлений стабилизации управления, а третий отрабатывает заданный расход сыпучих материалов через управление работой дозатора устройств подачи реагентов. Изменение величин регулируемых сопротивлений стабилизации и управления ведет к изменению электромагнитного, а следовательно, и теплового режима работы устройства. Таким образом достигается нагрев потока частиц, соответствующего заданному режиму работы дозатора, при токе дугового разряда, заданному соответствующими величинами сопротивления стабилизации и управления (см. RU 2061304 C1 (Научно-производственное объединение "РАТЕМ"), 27.05.96, H 05 B 7/18, H 05 H 1/00, 1/26, 6 с.). The closest prototype in technical essence to the claimed one is a device for heat treatment of a flow of refractory bulk materials, including a discharge chamber, devices for input-output of reagents, two rod electrodes and a magnetic circuit with a yoke covering the discharge chamber. The magnetic circuit also contains two pole lugs installed in a plane perpendicular to the electrode installation plane, on which a stabilization winding with leads connected to a gas discharge arc power source, and a control winding with leads connected to an autonomous DC power supply are placed. In the chain of stabilization and control windings, respectively, adjustable stabilization resistance and control resistance are introduced. The operation modes of the device are controlled using the operating parameter setter, a control signal generator and three testing mechanisms, two of which work out the set values of adjustable control stabilization resistances, and the third work out the set flow rate of bulk materials through controlling the operation of the batcher of the reagent supply devices. Changing the values of adjustable stabilization and control resistances leads to a change in the electromagnetic, and hence the thermal operating mode of the device. In this way, heating of the particle flow corresponding to a given dispenser operating mode is achieved at an arc discharge current specified by the corresponding stabilization and control resistance values (see RU 2061304 C1 (Scientific and Production Association "RATEM"), 05/27/96, H 05
Практика плавки огнеупорных материалов в плазменных установках с отрицательной обратной связью по току дуги через поперечное магнитное поле, создаваемое обмотками, включенными в цепь тока дуги, в некоторых случаях показала недостаточную устойчивость режима горения электродугового разряда, что объясняется неравномерным запылением токового канала дуги и пульсациями напряжения на дуге с частотой нескольких кГц. В результате этого приходится снижать производительность установки по сравнению с расчетными показателями. В указанном устройстве не решается вопрос управления режимом его работы с одновременным повышением устойчивости горения электродугового разряда. Кроме этого, очевидно, что скорость регулирования заданного потока с помощью заслонки (дозатора) бункера, особенно при производительности устройства в десятки и сотни килограмм в час, не соизмерима со скоростью управления протекания электромагнитных процессов в цепи электродугового разряда. Например, в плазменном устройстве с отрицательной обратной связью по току дуги через поперечное магнитное поле мощностью до 400 кВт, установленном на Подольском заводе огнеупорных материалов для плавки оксида циркония расход перерабатываемого материала достигает 150 кг/час, а расстояние от дозатора до входа исходного материала в разрядную камеру ~1,5 м. При подаче мелкодисперсной шихты в камеру самотеком время прохождения ею указанного пути составляет порядка 0,4-0,5 с. Ток дуги в данном устройстве равен 1000-1200 А. При таких токах и выше затрудняется техническая реализация регулируемого сопротивления стабилизации, включенного в силовую цепь дуги, а его наличие снизит КПД установки в целом. Таким образом устройство для тепловой обработки потока огнеупорных сыпучих материалов не решает вопроса повышения устойчивости горения электродугового разряда и применимо для обработки частиц там, где производительность плазменного устройства и его КПД не играют решающей роли. The practice of melting refractory materials in plasma systems with negative feedback on the arc current through a transverse magnetic field created by windings included in the arc current circuit, in some cases, showed insufficient stability of the combustion mode of the electric arc discharge, which is explained by the uneven dusting of the current channel of the arc and voltage ripples on an arc with a frequency of several kHz. As a result of this, it is necessary to reduce the productivity of the installation in comparison with the calculated indicators. The specified device does not solve the issue of controlling the mode of its operation with a simultaneous increase in the stability of combustion of the electric arc discharge. In addition, it is obvious that the rate of regulation of a given flow using the hopper flap (dispenser), especially when the device's performance is tens or hundreds of kilograms per hour, is not commensurate with the control speed of the flow of electromagnetic processes in the arc circuit. For example, in a plasma device with negative feedback on the arc current through a transverse magnetic field with a power of up to 400 kW installed at the Podolsk refractory plant for melting zirconium oxide, the consumption of the processed material reaches 150 kg / h, and the distance from the batcher to the input of the starting material into the discharge the chamber ~ 1.5 m. When a finely dispersed charge is fed into the chamber by gravity, the time it takes to travel the indicated path is about 0.4-0.5 s. The arc current in this device is 1000-1200 A. At such currents and higher, the technical implementation of the adjustable stabilization resistance, included in the power circuit of the arc, is difficult, and its presence will reduce the efficiency of the installation as a whole. Thus, a device for heat treatment of a flow of refractory bulk materials does not solve the problem of increasing the stability of combustion of an electric arc discharge and is applicable for processing particles where the performance of the plasma device and its efficiency do not play a decisive role.
Сущность заявляемого технического решения заключается в повышении устойчивости горения электродугового разряда при обеспечении возможности электросети, а следовательно, и в увеличении производительности плазменного реактора. The essence of the proposed technical solution is to increase the stability of combustion of an electric arc discharge while providing the possibility of an electric network, and, consequently, to increase the productivity of a plasma reactor.
Для достижения указанного технического результата в известном устройстве для тепловой обработки потока огнеупорных сыпучих материалов (плазменном реакторе постоянного тока), включающем реакционную камеру, а два стержневых электрода, устройства ввода-вывода сырья и продуктов переработки, а также магнитопровод с охватывающим реакционную камеру ярмом и полюсными наконечниками, на двух из которых размещены сериесные обмотки электромагнита с выводами для подключения к источнику постоянного тока питания электрической дуги плазменного реактора, и обмотки управления, согласно изобретения, выводы обмоток управления подключены к вторичным обмоткам трансформатора через вторичный управляемый выпрямитель так, что магнитный поток управления направлен только в одну сторону встречно поперечному магнитному полю сериесных обмоток, причем управляющие электроды тиристоров соединены с выходом синхронного импульсно-фазового устройства, вход которого через управляющий орган, содержащий задатчик выбранной величины напряжения и переходное устройство, подключен к клеммам электродов реактора. Достижение технического результата достигается так же тем, что при этом, в качестве обмоток управления может быть использована часть витков сериесных обмоток, причем сериесные обмотки двух симметрично расположенных наконечников соединены только с одним из электродов и между этими обмотками включен диод. To achieve the specified technical result in a known device for heat treatment of a flow of refractory bulk materials (DC plasma reactor), including a reaction chamber, and two rod electrodes, input-output devices for raw materials and processed products, as well as a magnetic circuit with a yoke and pole covering the reaction chamber tips, on two of which are placed serial windings of the electromagnet with leads for connecting to a constant current source a power supply of the plasma arc electric arc the actor and the control windings, according to the invention, the leads of the control windings are connected to the secondary windings of the transformer through a secondary controlled rectifier so that the magnetic control flux is directed only to one side opposite to the transverse magnetic field of the series windings, and the control electrodes of the thyristors are connected to the output of the synchronous pulse-phase device, the input of which through the control body, containing the selector of the selected voltage and a transition device, is connected to the terminals of the electrode s reactor. The achievement of the technical result is also achieved by the fact that in this case, part of the turns of the series windings can be used as control windings, while the series windings of two symmetrically arranged tips are connected to only one of the electrodes and a diode is connected between these windings.
Рассмотрим сущность предлагаемого изобретения, используя экспериментально полученные сведения о механизме горения дуги в поперечном магнитном поле, обеспечивающем отрицательную обратную связь по току дуги. Consider the essence of the invention, using experimentally obtained information about the mechanism of arc burning in a transverse magnetic field, providing negative feedback on the arc current.
Формирование электродугового разряда осуществляется развитием электрического столба дуги под действием поперечного магнитного поля от токовой перемычки между электродами до дуговой петли, последующем ее шунтировании токовой перемычкой вблизи концов электродов и развитием этой перемычки в очередную дуговую петлю. При пульсации дуговой петли изменяется длина дугового столба и его электрическое сопротивление, что вызывает колебания тока в цепи дуги. Небольшое уменьшение тока резко увеличивает напряжение между электродами за счет электродвижущей силы самоиндукции, возникающей в индуктивностях обмоток аппарата, включенных в цепь тока дуги. The formation of an electric arc discharge is carried out by the development of an electric column of an arc under the action of a transverse magnetic field from the current bridge between the electrodes to the arc loop, its subsequent shunting by the current bridge near the ends of the electrodes, and the development of this bridge into another arc loop. When the arc loop ripples, the length of the arc column and its electrical resistance change, which causes current fluctuations in the arc circuit. A small decrease in current sharply increases the voltage between the electrodes due to the electromotive force of self-induction that occurs in the inductances of the windings of the apparatus included in the arc current circuit.
Если межэлектродное напряжение достигает напряжения электрического пробоя, то происходит пробой зазора между концами электродов и образование токопроводящего канала, развивающегося затем в очередную дуговую петлю. Если же максимальное межэлектродное напряжение меньше напряжения пробоя, то дуга гаснет. При чрезмерно низком напряжении пробоя шунтирование происходит преждевременно, при диаметре петли, значительно меньше диаметра разрядной камеры. В результате средняя длина дугового столба и его электрическое сопротивление оказываются низкими, соответственно низки напряжение и мощность плазменного реактора. If the interelectrode voltage reaches the voltage of electric breakdown, then a breakdown of the gap between the ends of the electrodes and the formation of a conductive channel then develops into another arc loop. If the maximum interelectrode voltage is less than the breakdown voltage, then the arc goes out. With an excessively low breakdown voltage, shunting occurs prematurely, with a loop diameter significantly less than the diameter of the discharge chamber. As a result, the average length of the arc column and its electrical resistance are low, respectively, the voltage and power of the plasma reactor are low.
Из изложенного следует, что для повышения производительности плазменного реактора напряжение пробоя следует поддерживать в заданных пределах, а для управления его мощностью следует изменять величину напряжения этого межэлектродного пробоя. It follows from the foregoing that in order to increase the productivity of a plasma reactor, the breakdown voltage should be maintained within specified limits, and to control its power, the voltage value of this interelectrode breakdown should be changed.
Величина напряжения электрического пробоя между концами электродов зависит как от свойств перерабатываемого материала, его расхода и состава газа в разрядной камере, так и скорости движения дугового столба и температуры вблизи концов электродов, определяемой среднемассовой температурой в разрядной камере, величиной тока и времени существования токовой перемычки вблизи концов электродов. Экспериментально показано, что температуру в локальной зоне у концов электродов можно поддерживать в определенных пределах, регулируя глубину и продолжительность изменения величины поперечного магнитного поля. Уменьшение снижает скорость выбрасывания токопроводящего канала из зоны концов электродов. В результате увеличивается время его пребывания в этой зоне и в ее пределах происходит нарастание тока канала за счет снижения тока отмирающей дуговой петли, что увеличивает выделение энергии и температуру газа в приэлекетродной зоне. Параметр, по которому производится регулирование - напряжение на дуге. The magnitude of the electric breakdown voltage between the ends of the electrodes depends both on the properties of the material being processed, its consumption and the composition of the gas in the discharge chamber, and the speed of the arc column and the temperature near the ends of the electrodes, determined by the mass-average temperature in the discharge chamber, the current value and the lifetime of the current bridge near the ends of the electrodes. It has been experimentally shown that the temperature in the local zone at the ends of the electrodes can be maintained within certain limits by adjusting the depth and duration of the change in the magnitude of the transverse magnetic field. The decrease reduces the rate of ejection of the conductive channel from the zone of the ends of the electrodes. As a result, the time of his stay in this zone increases and the channel current increases within it due to a decrease in the current of the dying arc loop, which increases the energy release and gas temperature in the near-electrode zone. The parameter by which the regulation is made is the voltage across the arc.
Проведенный заявителем анализ уровня техники не обнаружил аналогичных технических решений, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии предложения критерию "новизна". The analysis of the prior art by the applicant did not find similar technical solutions characterized by characteristics identical to all the essential features of the claimed invention, which allows us to conclude that the proposal meets the criterion of "novelty."
Из уровня техники, определенного заявителем, установлено, что заявляемого изобретение не вытекает для специалиста явным образом, поскольку не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного решения преобразований на достижение технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии предложения условию "изобретательский уровень". From the prior art determined by the applicant, it was found that the claimed invention does not follow explicitly for the specialist, since the effect of the transformations provided for by the essential features of the claimed decision on the achievement of the technical result is not revealed, which allows us to conclude that the proposal meets the condition of "inventive step".
Устройство поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена схема предлагаемого плазменного реактора постоянного тока, вид спереди; на фиг. 2 - то же с указанием порядка размещения обмоток электромагнита; на фиг. 3 показана принципиальная электрическая схема включения плазменного реактора с трехфазным выпрямлением тока управляющих обмоток; на фиг. 4 - принципиальная электрическая схема включения плазменного реактора с однополупериодным выпрямлением тока управления; на фиг. 5 - то же с использованием в качестве управляющих витков сериесных обмоток. The device is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed plasma DC reactor, front view; in FIG. 2 - the same with the order of placement of the windings of the electromagnet; in FIG. 3 shows a circuit diagram of the inclusion of a plasma reactor with three-phase rectification of the current of the control windings; in FIG. 4 is a circuit diagram of the inclusion of a plasma reactor with half-wave rectification of the control current; in FIG. 5 - the same using serial windings as control turns.
На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - реакционная камера плазменного реактора, 2 - стержневые электроды, 3 - устройство для ввода сырья, 4 - ярмо электромагнита, 5 - полюса поперечного магнитного поля, 6 - полюса продольного магнитного поля, 7 - сериесные обмотки основного поперечного магнитного поля, 8 - обмотки управления, 9 - дополнительные обмотки продольного переменного поля, 10 - трансформатор, 11 - управляемый тиристорный выпрямитель (трехфазный или однофазный), 12 - синхронное импульсно-фазовое устройство (СИФУ), 13 - управляющий орган, 14 - задатчик напряжения с переходным устройством, 15 - выпрямитель питания плазменного реактора постоянного тока, 16 - сглаживающий дроссель выпрямленного тока, 17 - диод.In the drawings, the following notation:
1 - reaction chamber of a plasma reactor, 2 - rod electrodes, 3 - device for introducing raw materials, 4 - yoke of an electromagnet, 5 - pole of a transverse magnetic field, 6 - pole of a longitudinal magnetic field, 7 - series windings of the main transverse magnetic field, 8 - windings control, 9 - additional windings of a longitudinal alternating field, 10 - transformer, 11 - controlled thyristor rectifier (three-phase or single-phase), 12 - synchronous pulse-phase device (SIFU), 13 - control body, 14 - voltage regulator with transition devices m, 15 - rectifier DC plasma reactor, 16 - smoothing the rectified inductor current 17 - diode.
В плазменном реакторе постоянного тока (фиг. 1 и 2) электрическая дуга горит между концами стержневых электродов 2 и на стенки разрядной камеры 1 не замыкается. Стабилизация горения электродугового разряда достигается за счет отрицательной обратной связи по току дуги через поперечное магнитное поле, создаваемое сериесными обмотками 7, размещенными на полюсных наконечниках 5. Индукция магнитного поля сериесных обмоток 7 пропорциональна току дуги. In a plasma DC reactor (Fig. 1 and 2), an electric arc burns between the ends of the
Обмотки управления 8 подключены к вторичным обмоткам трансформатора 10 (фиг. 2 и 3) через тиристорный управляемый выпрямитель 11. Трансформатор 10 служит для согласования напряжений питающей сети и цепей управления. К электродам 2 подключено переходное устройство 4, обеспечивающее передачу мгновенных значений межэлектродного напряжения с ослаблением и гальванической развязкой на управляющий орган 13, содержащий задатчик величины напряжения межэлектродного пробоя с потенциометром ручной установки. В управляющем органе 13 происходит сравнение величин напряжений на электродах и заданного и преобразование их разности в управляющее напряжение, задающее СИФУ 12 требующиеся углы управления тиристорами. СИФУ 12 содержит оконечные усилители и импульсные трансформаторы, через которые выдает импульсы, поступающие на управляющие электроды тиристоров выпрямителя 11. The
Предлагаемый плазменный реактор работает следующим образом. В спокойном режиме горения дуги в плазменном реакторе пиковое межэлектродное напряжение и его эквивалент на выходе переходного устройства 14 не превышают заданных величин. Управляющий орган 13 подает большое управляющее напряжение на вход СИФУ 12, что приводит к выдаче управляющих импульсов с большим углом управления, например 120-150 электрических градусов. Соответственно, ток в управляющих обмотках 8 и индукция поперечного магнитного поля управления малы и работа реактора определяется величиной индукции магнитного поля сериесных обмоток 7. Ввод тепла в приэлектродную зону умеренный, температура газа в ней и напряжение электрического пробоя межэлектродного зазора в норме, установленной задатчиком напряжения управляющего им органа 13. В пусковой период и на время действия помех, например, значительного заноса перерабатываемых материалов в межэлектродную зону, вызывающих охлаждение газа в этой зоне, пиковое межэлектродное напряжение и его эквивалент увеличиваются, на СИФУ 12 подается меньшее управляющее напряжение, угол управления тиристорами выпрямителя 11 уменьшается, а величина тока в управляющих обмотках 8 и индукции поперечного магнитного поля управления увеличиваются. В результате величина индукции суммарного поперечного магнитного поля сериесных обмоток 7 и управляющих 8 уменьшается, что приводит к уменьшению вытягивающей силы, действующей на дугу, уменьшению размеров дуговой петли и силы, действующей на дугу, уменьшению размеров дуговой петли и увеличению времени пребывания токовой перемычки вблизи концов электродов. При этом увеличивается ввод тепловой энергии в приэлектродную зону, что стабилизирует температуру газа в ней и поддерживает заданное напряжение электрического пробоя межэлектродного зазора, обеспечивая устойчивое горение без снижения ее напряжения и мощности. The proposed plasma reactor operates as follows. In a quiet mode of arc burning in a plasma reactor, the peak interelectrode voltage and its equivalent at the output of the
Управление мощностью указанного плазменного реактора производят изменением величины уставки задатчика напряжения управляющего органа 13. При этом меняется угол открывания тиристоров выпрямителя 11, изменяется ток управляющих обмоток 8, магнитное поле которых направлено встречно поперечному полю сериесных обмоток 7. Величина индукции результирующего поля и определяет мощность реактора при прочих равных условиях. The power of the specified plasma reactor is controlled by changing the setpoint of the voltage regulator of the
Следует отметить, что реакционная камера 1 плазменного реактора (фиг. 1 и 2) может быть изготовлена металлической. В этом случае она собирается из продольных изолированных, водоохлаждаемых секций для предотвращения шунтирования электрической дуги на стенку камеры. Выравнивание же профиля температур в поперечном сечении камеры 1 может быть достигнуто за счет осуществления колебаний прианодного и прикатодного столбов дуги в продольном переменном магнитном поле, которое может быть создано дополнительными обмотками переменного тока 9, расположенными на полюсах 6 в плоскости размещения электродов 2. It should be noted that the reaction chamber 1 of the plasma reactor (Fig. 1 and 2) can be made of metal. In this case, it is assembled from longitudinal insulated, water-cooled sections to prevent shunting of the electric arc on the chamber wall. The equalization of the temperature profile in the cross section of the chamber 1 can be achieved by oscillating the anode and cathode columns of the arc in a longitudinal alternating magnetic field, which can be created by
Рассмотрим пример реализации схемы управления тиристорным выпрямителем. Consider an example implementation of a thyristor rectifier control circuit.
Обмотки электромагнитной системы включены согласно фиг. 3. В переходном устройстве 14 использован узел серийного преобразователя мощности типа ПОЗО. 2 - электромагнит с пермаллоевым сердечником, в зазоре которого находится датчик Холла. Обмотка электромагнита с пермаллоевым сердечником подключена к электродам 2, размещенным в разрядной камере плазменного реактора, через резисторы, на которых падает основная часть напряжения, вследствие чего ток в обмотке и магнитная индукция в зазоре электромагнита практически точно соответствует мгновенным значениям межэлектродного напряжения. The windings of the electromagnetic system are included according to FIG. 3. In the
ЭДС датчика Холла усиливается схемой с операционным усилителем, после чего сигнал поступает на потенциометр - задатчик напряжения электрического пробоя межэлектродного зазора управляющего органа 13. С ползунка потенциометра напряжение подается через диод на "запоминающий" конденсатор, заряжающийся до напряжения - эквивалента наибольшего из пиков межэлектродного напряжения - эквивалента наибольшего из пиков межэлектродного напряжения за время 10-15 мс, предшествующих подаче импульса на управляющие электроды тиристорного выпрямителя 11. После подачи импульса конденсатор разряжается и далее вновь начинается его зарядка - фиксация наибольшего межэлектродного напряжения. Напряжение конденсатора определяет управляющее напряжение для СИФУ 12 и угол управления - угол открытия тиристоров. Таким образом, угол управления устанавливается индивидуально для каждого импульса 50 раз в секунду, что обеспечивает быстрое реагирование схемы на изменения напряжения электрического пробоя межэлектродного зазора, то есть на измерения величины напряжения между электродами 2. The EMF of the Hall sensor is amplified by a circuit with an operational amplifier, after which the signal is fed to a potentiometer - voltage regulator for electrical breakdown of the electrode gap of the governing
На практике для обеспечения устойчивой работы плазменного реактора иногда достаточно регулировать величину индукции суммарного магнитного поля периодически в течение половины каждого периода питающей сети, в этом случае управляемый тиристорный выпрямитель 11 может быть выполнен в однофазном исполнении (фиг. 4). In practice, to ensure stable operation of the plasma reactor, sometimes it is enough to adjust the magnitude of the induction of the total magnetic field periodically for half of each period of the supply network, in this case, the controlled
Обычно ток обмоток управления на порядок ниже величины тока цепи электрической дуги. Если же нет ограничений по установке сильноточного оборудования, то в качестве управляющих обмоток 8 можно использовать часть витков сериесных обмоток 7 (фиг. 5). В этом случае в контуре управляющих витков сериесных обмоток 7 через управляемый тиристорный выпрямитель 11 от вторичных обмоток трансформатора 10 создается ток управления, направление которого выбрано встречным току дуги, протекающему по сериесным обмоткам 7. Так как индукция поперечного магнитного поля создаваемая сериесными обмотками 7 пропорциональна току, протекающему в этих обмотках, то уменьшение суммарного тока в управляющих витках приводит к уменьшению индукции поперечного магнитного поля плазменного реактора, что равнозначно введению размагничивающих ампервитков с помощью отдельных управляющих обмоток. Управляющие электроды тиристоров, также как было показано выше, соединены с выходом СИФУ 12, вход которого через управляющий орган 13 с задатчиком напряжения и переходное устройство 14 подключен к клеммам электродов реактора. Typically, the current of the control windings is an order of magnitude lower than the current value of the electric arc circuit. If there are no restrictions on the installation of high-current equipment, then as
В данном случае обе сериесные обмотки 7, размещенные на двух противоположных полюсных наконечниках 5, должны подключаться в цепь тока дуги только со стороны одного из электродов 2, при этом управляющий ток не протекает по контуру цепи, в который включена электрическая дуга. Включение диода 17 между сериесными обмотками 7 исключает возможность протекания по ним суммарного тока в обратном направлении и изменения направления индукции поперечного магнитного поля. In this case, both
Преимущество предложенного плазменного реактора состоит в увеличении его производительности за счет повышения устойчивости горения электродугового разряда при одновременной стабилизации тока и напряжения, а следовательно, и мощности дуги. The advantage of the proposed plasma reactor is to increase its productivity by increasing the stability of the combustion of the electric arc discharge while stabilizing the current and voltage, and hence the arc power.
Вышеизложенное свидетельствует о возможности осуществления изобретения с получением указанного технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии предложения условию "промышленная применимость". The foregoing indicates the feasibility of the invention to obtain the specified technical result, which allows us to conclude that the proposal meets the condition of "industrial applicability".
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97100294A RU2129342C1 (en) | 1997-01-08 | 1997-01-08 | Plasma direct current reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97100294A RU2129342C1 (en) | 1997-01-08 | 1997-01-08 | Plasma direct current reactor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97100294A RU97100294A (en) | 1999-02-10 |
| RU2129342C1 true RU2129342C1 (en) | 1999-04-20 |
Family
ID=20188923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97100294A RU2129342C1 (en) | 1997-01-08 | 1997-01-08 | Plasma direct current reactor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2129342C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2176277C1 (en) * | 2000-12-28 | 2001-11-27 | Бурлов Юрий Александрович | Plasma reactor |
| RU2182185C1 (en) * | 2001-07-11 | 2002-05-10 | Лежава Карл Ильич | Method for plasma heating of charge at ferroalloy production |
| RU2190034C2 (en) * | 2000-06-26 | 2002-09-27 | Региональное Уральское отделение Академии инженерных наук Российской Федерации | Method of smelting alloys from oxide-containing materials |
| RU2213792C1 (en) * | 2002-04-19 | 2003-10-10 | Бурлов Юрий Александрович | Plasma-type reactor-separator |
| RU2225685C2 (en) * | 2001-12-29 | 2004-03-10 | Карпенко Евгений Иванович | Electromagnetic process reactor and its starting method |
| RU2432719C1 (en) * | 2010-07-13 | 2011-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Восточно-Сибирский государственный технологический университет" | Electromagnet process reactor |
| RU2764506C1 (en) * | 2020-11-03 | 2022-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" | Plasma method for producing mineral wool from bottom ash waste from incineration plants and unit for implementation thereof |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2530828A1 (en) * | 1974-07-23 | 1976-02-12 | Asea Ab | ARC FURNACE FURNISHED BY DIRECT CURRENT |
| WO1992012610A1 (en) * | 1990-12-26 | 1992-07-23 | Inzhenerny Tsentr ''plazmodinamika'' | Device for plasma-arc processing of material |
| RU2021645C1 (en) * | 1993-04-12 | 1994-10-15 | Геннадий Николаевич Муханов | Process of plasma thermal treatment of surface layer of parts and plasma burner for thermal treatment of surface layer of parts |
| RU2025054C1 (en) * | 1992-03-12 | 1994-12-15 | Мельник Георгий Евстафьевич | Electric teleological reactor |
| RU2035128C1 (en) * | 1993-05-27 | 1995-05-10 | Владимир Павлович Шевцов | Plasma reactor for reprocessing refractory materials |
| RU2059344C1 (en) * | 1993-01-27 | 1996-04-27 | Акционерное общество Научно-производственная фирма "АЗ" | Plasma current generating device |
| RU2061304C1 (en) * | 1993-12-24 | 1996-05-27 | Научно-производственное объединение "Ратэм" | Device for heat treatment of loose materials |
| RU2073316C1 (en) * | 1994-01-19 | 1997-02-10 | Научно-производственное объединение "Ратэм" | Device for shaping of products from flow of disperse materials |
-
1997
- 1997-01-08 RU RU97100294A patent/RU2129342C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2530828A1 (en) * | 1974-07-23 | 1976-02-12 | Asea Ab | ARC FURNACE FURNISHED BY DIRECT CURRENT |
| WO1992012610A1 (en) * | 1990-12-26 | 1992-07-23 | Inzhenerny Tsentr ''plazmodinamika'' | Device for plasma-arc processing of material |
| RU2025054C1 (en) * | 1992-03-12 | 1994-12-15 | Мельник Георгий Евстафьевич | Electric teleological reactor |
| RU2059344C1 (en) * | 1993-01-27 | 1996-04-27 | Акционерное общество Научно-производственная фирма "АЗ" | Plasma current generating device |
| RU2021645C1 (en) * | 1993-04-12 | 1994-10-15 | Геннадий Николаевич Муханов | Process of plasma thermal treatment of surface layer of parts and plasma burner for thermal treatment of surface layer of parts |
| RU2035128C1 (en) * | 1993-05-27 | 1995-05-10 | Владимир Павлович Шевцов | Plasma reactor for reprocessing refractory materials |
| RU2061304C1 (en) * | 1993-12-24 | 1996-05-27 | Научно-производственное объединение "Ратэм" | Device for heat treatment of loose materials |
| RU2073316C1 (en) * | 1994-01-19 | 1997-02-10 | Научно-производственное объединение "Ратэм" | Device for shaping of products from flow of disperse materials |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2190034C2 (en) * | 2000-06-26 | 2002-09-27 | Региональное Уральское отделение Академии инженерных наук Российской Федерации | Method of smelting alloys from oxide-containing materials |
| RU2176277C1 (en) * | 2000-12-28 | 2001-11-27 | Бурлов Юрий Александрович | Plasma reactor |
| RU2182185C1 (en) * | 2001-07-11 | 2002-05-10 | Лежава Карл Ильич | Method for plasma heating of charge at ferroalloy production |
| RU2225685C2 (en) * | 2001-12-29 | 2004-03-10 | Карпенко Евгений Иванович | Electromagnetic process reactor and its starting method |
| RU2213792C1 (en) * | 2002-04-19 | 2003-10-10 | Бурлов Юрий Александрович | Plasma-type reactor-separator |
| RU2432719C1 (en) * | 2010-07-13 | 2011-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Восточно-Сибирский государственный технологический университет" | Electromagnet process reactor |
| RU2764506C1 (en) * | 2020-11-03 | 2022-01-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" | Plasma method for producing mineral wool from bottom ash waste from incineration plants and unit for implementation thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2129342C1 (en) | Plasma direct current reactor | |
| US5138630A (en) | Direct current electric arc furnace | |
| JP4701250B2 (en) | Control device for AC induction furnace | |
| CN112170796A (en) | Control method of direct current plasma continuous casting tundish heating arc | |
| US5590152A (en) | DC arc furnace | |
| US5280496A (en) | Induction furnace with cooled crucible | |
| US4394720A (en) | Auto-stabilized high power electric generator especially adapted for powering processes involving discharge in a rarefied gaseous atmosphere | |
| RU2370002C1 (en) | Method of making plasma radiation source and device to this end | |
| RU2129343C1 (en) | Plasma reactor and method for control of electric-arc discharge of plasma reactor | |
| US4481639A (en) | Method for temperature control of inductors | |
| US20080123714A1 (en) | Electronic Circuit And Method Of Supplying Electricity ... | |
| CA1234595A (en) | System for control of the electroslag remelting | |
| SU1066049A1 (en) | Device for control of electric conditions of plasma generator | |
| RU2035128C1 (en) | Plasma reactor for reprocessing refractory materials | |
| JP2522416B2 (en) | Eccentric hearth bottom steel type DC arc furnace | |
| JPH0597443A (en) | Electric melting furnace of glass | |
| RU32954U1 (en) | Magnetron Power Supply | |
| KR200198961Y1 (en) | Electric current control device for arc welding machine | |
| RU1815813C (en) | Vacuum gas discharger | |
| RU2209367C1 (en) | Electric boiler | |
| SU829375A1 (en) | Apparatus for air/flame cutting of metals | |
| JPH02420B2 (en) | ||
| RU2225685C2 (en) | Electromagnetic process reactor and its starting method | |
| SU1184113A1 (en) | Device for controlling electric conditions of electric-arc furnace | |
| Bahur et al. | ELABORATION OF NEW TRAVELLING MAGNETIC FIELD INDUCTORS FOR MIXING ALUMINIUM MELT |