С – емкость батареи, мкФ; Lэкв – индуктивность подводящих проводов,

Рис. 14. Схема замещения разрядной цепи

Гн; Rэкв – сопротивление, учитывающее все необратимые потери энергии, Ом; UC, UL, UR - напряжение соответственно на емкостном, индуктивном и резисторном элементах.

Энергия, необходимая для формообразования вытяжкой Едеф, кДж;

где D - внешний диаметр заготовки, мм; S - площадь заготовки, мм2

σB - предел прочности, кг с/мм2 (σB = 7,5 кг с/мм2);

где γп - удельная электрическая проводимость материала проводника (для меди γп =58 106 См/м);

ρn - плотность материала проводника (для меди ρn = 8,94 10-6 кг/м); σпр- предел прочности при растяжении (для меди σпр=260-280 мПа);

λп - коэффициент теплопроводности материала проводника (для меди λп

=390 Вт/м К).

Скорость нарастания тока и теплового потока ηу,

31

1

ηу =10−4 Eдеф 4 , м/мкс (6.9)

lпрt2

4.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1.Определить возможность данной установки преобразовать электрическую энергию в энергию ударной волны.

4.2.Рассчитать Eдеф, t, lпр, d пр, ηу.

4.3.Осторожно снять крышку с взрывной камеры.

4.4.Изготовить проводник необходимой длины.

4.5.Подпаять проводник к электродам взрывной камеры.

4.6.Заполнить камеру трансформаторным маслом.

4.7.Положить уплотнительную прокладку, заготовку из алюминиевой фольги, накрыть крышкой-матрицей и закрутить болты до упора.

4.8.Подсоединить камеру к установке.

4.9.Поместить взрывную камеру в защитную. Емкость закрыть.

4.10.Вставить вилку установки в розетку. Тумблер “сеть” перевести в положение “вкл.”. Переключатель рода импульса должен находиться в положение “ручной”. Напряжение зарядки батареи емкостей контролируется по вольтметру. При U = 300 В нажать кнопку “пуск”.

4.11.Тумблер “сеть” перевести в положение “выкл.”. Вынуть вилку из розетки. Через 20-30 с отверткой-индикатором проверить отсутствие напряжения на защитной емкости, камере, электродах.

4.12.Если напряжение есть – повторить контроль отверткой – индикатором через 15-20с. При отсутствии напряжения вынуть камеру из защитной емкости и произвести разборку.

4.13.Разобрать камеру, снять полученную деталь, вылить отработанное масло. Визуально сравнить качество поверхности матрицы и детали.

5.ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ

5.1.Сущность метода электрогидродинамической штамповки.

5.2.Устройство и принцип действия установки.

5.3.Природа образования ударной волны при электрогидродинамической штамповке.

5.4.Как определить оптимальные размеры, взрывающегося проводника?

32

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7. ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДУГИ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является ознакомление со свойствами и статическими характеристиками дуги постоянного тока и с методами практического использования этих характеристик.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Для технического применения дуги постоянного тока существенное значение имеют вольтамперные характеристики –зависимости напряжения на дуге от тока при неизменной длине дуги Uд=f1(Iд) и регулировочные характеристики-зависимости напряжения на дуге от её длины при неизменном токе Uд=f2(lд).Если режим дуги стационарен, т.е. её параметры не изменяются в течение периода наблюдения, то её характеристики называют статическими.

Особенность открытой дуги постоянного тока при атмосферном давлении и относительно небольших токах заключается в том, что её статическая вольтамперная характеристика имеет падающий вид, т.е. с ростом тока напряжение тока на дуге уменьшается. Таким образом, дуга является нелинейным элементом электрической цепи, а падающий характер её вольтамперной характеристики приводит к возможности статически неустойчивых режимов её работы.

Простейшим путём повышения устойчивости такой дуги является включение в цепь дуги резистора (балластного резистора) с сопротивлением R. Тогда схема замещения контура с дугой постоянного тока получит вид, как на рис. 15 (где G-источник напряжения Uи постоянного тока), а уравнение напряжения контура имеет вид

Uи=Iд . R+Uд(Iд, Iд).

На рис. 16 изображены статическая вольтамперная характеристика дуги Uд=f1(Iд) – кривая 1, а также прямая 2, описываемая уравнением Uд=Uи - IдR (нагрузочная линия источника с балластным резистором). Обе линии пересекаются в точках А и В, т. е. возможны два режима, при которых удовлетворяется уравнение

33

(1). Однако анализ показывает, что статически устойчив из них только режим, определяемый точкой В, а режим, определяющий точкой А, существовать не может. Принцип устойчивости заключается в том, что нагрузочная линия, проведённая через точку, определяющую режим, наклонена к оси абсцисс круче, чем касательная к статической вольтамперной характеристике дуги, проведённая через эту точку.

При неизменном напряжении источника Uи и изменении R, нагрузочная прямая поворачивается вокруг точки её пересечения с осью ординат, и рабочие точки режима соответственно перемещаются по кривой 1, причём увеличение R увеличивает угол наклона нагрузочной прямой, т.е. повышает статическую устойчивость. Предельным режимом при этом будет режим, при котором нагрузочная прямая занимает положение 3, касаясь кривой 1 в точке С. Соответствующее значение Rmax по известным из графика значениям 1 и Uд=f1(I1 кр) можно найти из уравнения (1).

При неизменном R при изменении Uи прямая 2 перемещается параллельно самой себе, отсекая на оси ординат отрезки, соответствующие значениям Uи. Предельное значение Uи max соответствует нагрузочной прямой 4.

Рис. 17. Электрическая схема стенда

На оси абсцисс нагрузочные прямые отсекают отрезки, соответствующие току КЗ контура Iкз, когда электроды замкнуты накоротко Rд=0, равные Uи/R. Так как в дуговых установках дугу зажигают чаще всего путем соприкосновения и разведения электродов, толчки тока до Iкз неизбежны, хотя они и вредны для источников питания. Если таким источником служит генератор коллекторного типа, то для него эти толчки тока не должны превышать 2,5-3 значений номинального тока генератора.

3. ОБОРУДОВАНИЕ

Электрическая схема стенда дана на рис. 17. Питание стенда от источника постоянного тока DC. Напряжение питания подается на электроды дуговой камеры и контролируется по вольтметру PV2, амперметр РА измеряет ток цепи.

Напряжение на дуге измеряют вольтметром PV2. Резисторы R1-R4, последовательно подключаются к постоянному R5. Изображение дуги через диафрагму в стенке дуговой камеры КД проецируется на экран с масштабной

34

сеткой. Для удобства настройки длины дуги на экран нанесена сетка с ячейками

10х10 мм.

Из вертикально расположенных в дуговой камере электродов нижний неподвижен, а верхний можно перемещать по вертикали вращением приводной рукояти на боковой панели стенда.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1. Экспериментально снять статические вольтамперные характеристики дуги постоянного тока в диапазоне токов от 8 до 25 А для четырёх значений длины дуги, лежащих в пределах 4-12 мм.

4.2. При сближении и разведении электродов, между ними возникает электрическая дуга. Момент соприкосновения электродов контролируют по показаниям амперметра, т.е. по появлению в цепи тока КЗ.

4.3. Построить график семейства вольтамперных характеристик Uд=f1(Iд)

при lд=l1; l2; l3;l4.

4.4. Построить график семейства регулировочных характеристик Uд=f1(lд)

при Iд=I1; I2; I3;I4.

4.5. С помощью полученных графиков для заданных преподавателем значений тока Iд и длины дуги lд выбрать целесообразные параметры электрического контура при питании от шунтового генератора постоянного тока, а именно:

а) номинальное напряжение Uг ном и ток Iг ном генератора;

б) номинальное сопротивление Rб балластного резистора; в) минимальное сопротивление Rбmin балластного резистора;

г) минимальное (критическое) значение Ur min при номинальном сопротивлении балластного резистора и ток I2 кр при этом режиме;

4.6. Снять показания приборов PV1, PV2 и PA при трёх способах изменения тока дуги:

Uи=var, lд=const, Rб=const;

Uи=const, lд=const, Rб=var;

Uи=const, lд=var, Rб=const;

4.7. Построить графики характеристик ηэ=f(Pд) при трёх способах изменения тока дуги.

5.ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ

5.1.Из каких характерных областей состоит электрическая дуга? Что такое статические характеристики дуги?

5.2.Какова роль балластного резистора в цепи дуги постоянного тока?

5.3.Объяснить порядок построения регулировочных характеристик. Должны ли регулировочные характеристики иметь общую точку пересечения?

35