5 ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ План лекции 1 Особенности

5 ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

План лекции 1 Особенности электроимпульсной 2 технологии, области применения в СХП 3 Генераторы импульсов и их параметры Электрические изгороди, требования к генераторам импульсов, электрические схемы, особенности эксплуатации и техники безопасности

2 Электроимпульсная обработка растительного сырья Электрогидравлическая обработка, сущность электрогидравлического эффекта, области применения 3 Электрофизические методы обработки металлов, электроэрозионная обработка, электроконтактная обработка, принципиальные схемы процессов, области применения

1. 1 ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ В СХП ЭИТ основана на воздействии импульсов электрического тока на предметы труда, что позволяет существенно повысить рабочие параметры электрических воздействий (напряженности поля, плотности тока, мгновенной мощности).

Увеличение энергии, выделяемой в объекте воздействия при непрерывном ее подводе, сопряжено со значительным ростом мощностей источников питания, и при некоторых пороговых или критических значениях параметров невозможно реализовать процесс. Электроимпульсные технологические процессы характеризуются прерывистым подводом энергии с определенной длительностью, частотой и скважностью.

Благодаря концентрации мощности при импульсном подводе энергии можно интенсифицировать многие процессы, снизить их энергоемкость, а в некоторых случаях получить такие результаты, которые недостижимы при традиционных методах. С помощью современных электротехнических средств создают импульсы тока или напряжения, которые непосредственно в объекте могут преобразовываться в механическую, магнитную, оптическую, химическую и другие виды энергии.

- Быстрое выделение энергии (в течение 1. . . 10 мкс) вызывает ионизационные, взрывные и лавинные процессы, воздействующие на объекты. Основные технологии в СХП: обработка с. х. сырья и материалов (например, очистка и стерилизация), управление поведением животных, электрофизическая обработка металлов, разрушение, дробление и измельчение валунов и др. объектов, подъем, обеззараживание воды и т. п.

Эффективность воздействия зависит: - от амплитудных значений мощности, тока и напряжения, - и их изменения во времени, т. е. формы импульсов и их периодичности. Импульсы формируют с помощью генераторов, преобразующих исходный постоянный или переменный ток в импульсный требуемых параметров или непрерывно подводимую неэлектрическую энергию в прерывистую электрическую.

- 1. 2 ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ И ИХ ПАРАМЕТРЫ Методы генерирования силовых импульсов: непосредственные (электромашинные и статические электромагнитные генераторы) , путем инвертирования, формирования (изменения формы кривой), и суммирования или компенсации.

Системы генерирования импульсов: - подключаемые параллельно нагрузке (релаксационные, электромашинные и др. ), - последовательно с ней (генераторы с прерывателями и ключами) - и комбинированные.

По характеру влияния нагрузки на генератор и его реакции на нагрузку можно выделить независимые и зависимые генераторы импульсов. У независимых амплитуда, длительность, полярность, частота и форма импульсов не зависят от состояния нагрузки во время работы, у зависимых эти параметры определяются не только генератором, но и нагрузкой.

В СХП используют релаксационные генераторы. Они просты по устройству и эксплуатации, и поэтому используются в сельскохозяйственном производстве. Название обусловлено зависимостью параметров импульсов от состояния межэлектродного промежутка, процесса его деионизации. Различают RC-, RLC-, RCL-, LC-, ССгенераторы. Все они содержат зарядную и разрядную цепи

Релаксационный RC-генератор

Зависимости изменений напряжений на конденсаторе и тока в цепи разряда

При замыкании выключателя SA конденсатор С через резистор R заряжается от источника питания G, и напряжение на конденсаторе, а следовательно, и на межэлектродном промежутке (МЭП) повышается. Когда напряжение станет равным пробивному, происходит пробой промежутка и энергия, накопленная в конденсаторе С за время заряда, выделяется в МЭП. Напряжение на конденсаторе падает и разряд прекращается.

Начинается процесс деионизации МЭП (восстановление его диэлектрических свойств) и заряд конденсатора. Для нормального протекания процесса необходимо, чтобы время заряда было больше периода деионизации, иначе возможен переход импульсного разряда в дуговой.

В период заряда напряжение, В, на конденсаторе возрастает по экспоненциальному закону т. е зависит от номинального напряжения, времени от начала заряда, с, и постоянной времени цепи заряда, с.

Разряд начинается при некотором напряжении , достигаемом за время заряда, Из формулы можно определить время заряда, с, - степень заряда конденсатора

При разряде напряжение на конденсаторе изменяется также по экспоненциальному закону Мгновенное значение тока разряда (тока импульса) -заряд (количество электричества) конденсатора, Кл, в момент времени.

В начале разряда напряжение на конденсаторе , а заряд конденсатора Необходимая ёмкость конденсатора, Ф, при заданном значении заряда

Энергия импульса, Дж, Максимальное значение энергии разряда, Дж, Количество электричества в импульсе, Кл,

Период следования импульсов, с, Частота, 1/с, Так как сопротивление цепи заряда во много раз больше сопротивления цепи разряда , то

Пренебрегая значением , получим Скважность Средняя мощность, подводимая к разрядному контуру, Вт, Мощность генератора импульсов, Вт,

§ § § § Основные параметры генераторов импульсов определяются технологическими условиями: амплитуда токов разряда, энергия и средняя мощность импульса, количество электричества в нем, периодичность повторения, скважность, напряжение питания, мощность генератора, напряжение в начале разряда.

В RС-генераторах значительная часть энергии затрачивается на нагрев резистора и пр. , поэтому их КПД не превышает 25 % и мощность составляет 5. . . 7 к. Вт. Чтобы ускорить заряд конденсатора и увеличить напряжение на нем, вместо резисторов применяют индуктивные элементы (в LC- или RLC-генераторах). В результате КПД становится равным 50 %.

Обычно релаксационные генераторы применяют как дополнительные блоки в генераторах других типов. С помощью электромашинных генераторов получают большие токи (КПД 70. . . 75 %), однако у них высокий уровень шума. Промышленность выпускает генераторы этого класса типа МГИ.

Генераторы типов ШГИ, ТГ и ГКИ на полупроводниковых и ламповых переключающихся элементах, позволяющие получить импульсы заданной (часто очень сложной) формы с изменяемой частотой, широко применяют для электроэрозионной обработки металлов.

- - 1. 3 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗГОРОДИ. УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ Электрические изгороди (ЭИ) применяют: при загонной пастьбе животных; для временного ограждения и защиты посевов, стогов сена от потрав; для ограждения опасных мест (овраги, рвы и т. п. ), а также для временного ограждения кормушек при раздаче корма, принудительного прогона коров на доильную площадку, тренинга свиней. для управления поведением животных или их защиты (в том числе от хищников).

Применение ЭИ позволяет организовать загонно - порционное стравливание пастбища и способствует рациональному использованию травостоя, что обеспечивает постоянное производство высококачественного пастбищного корма.

Применение ЭИ основано на биологическом действии электрического тока, который, проходя через тело животного, вызывает раздражение нервов и мышц, неприятное ощущение электрического "удара". В результате у животных через некоторое время вырабатывается условный рефлекс боязни прикосновения к ограждающей проволоке.

ЭИ включает в себя: - генератор импульсов - и собственно изгородь: - опорные стойки с изоляторами и - токоведущая линия.

Схема устройства электрической изгороди

Преимущества ЭИ по сравнению со стационарными: - затраты материалов в 1, 8. . . 15 раз ниже, - время на сооружение и ремонт значительно меньше.

ТРЕБОВАНИЯ К ГЕНЕРАТОРАМ ИМПУЛЬСОВ ЭИ И ИХ НОМЕНКЛАТУРА Электрические импульсы должны достаточно сильно раздражать животных и вместе с тем быть безопасными для них и человека. Безопасным для животных является импульс не более 2, 5 м. Кл электричества.

§ § § Рекомендуемые параметры импульсов Амплитудное значение напряжения 2. . . 10 к. В Амплитудное значение тока в импульсе 50. . . 150 м. А Частота импульсов 60. . . 120 1/мин Количество электричества, протекающего через тело животного 2. . . 2, 5 м. Кл Длительность импульса, не более 0, 1 с Скважность импульсов, не менее 15

Для ЭИ обычно применяют RСгенераторы как наиболее простые и легкоуправляемые. Они могут быть с индуктивным и емкостным выходом. В генераторах с индуктивным выходом на накопительном конденсаторе при заряде создается низкое напряжение; затем через коммутирующее устройство он разряжается на первичную обмотку повышающего трансформатора.

Импульс высокого напряжения, индуцируемый во вторичной обмотке трансформатора, поступает на токоведущую линию (ТВЛ) изгороди. К этому типу относят генераторы изгородей ИЭ-200, ЭК-1 М, ЛСХА, ГИЭ-1 и др.

Генератор ГИЭ-1. Источниками питания могут служить: батарея сухих элементов, аккумуляторная батарея на 12 В либо сеть переменного тока 220 В. Срок службы батареи сухих элементов в автоколебательном режиме не менее 300 часов, в ждущем режиме – не менее 3600 часов; мощность, потребляемая от сети – не более 8 Вт; габаритные размеры генератора – 225 х160 х185 мм.

Особенность генератора ГИЭ-1 – реакция на скорость изменения сопротивления между ТВЛ и землей. Важно, что при влиянии на изоляцию окружающей среды сопротивление между ТВЛ и землей изменяется относительно медленно, а в результате контакта ТВЛ и животного - за доли секунды.

В генераторах с емкостным выходом на накопительном конденсаторе создается высокое напряжение; затем через коммутирующее устройство он разряжается непосредственно на ТВЛ изгороди. Примером может служить генератор EZK 10 "Cerberus" (Германия).

Генераторы, как правило, могут работать в двух режимах: - автоколебательном (импульсы поступают на ТВЛ непрерывно) - и ждущем (они подаются только прикосновении к ТВЛ животных). При работе в ждущем режиме можно существенно продлить срок службы автономных источников питания.

- ЭИ "Импульс - М" Технические характеристики: напряжение импульса 2000. . . 2500 В частота импульса 0, 3. . . 0, 5 Гц периметр ограждения до 1000 м гарантийный срок эксплуатации 36 мес колич. и тип аккумуляторов: 3 шт. R 16 габаритные размеры 250*90 мм масса 1, 75 кг; общая: 42 кг. Длины провода достаточно для огораживания 2, 5 га поля, что обеспечивает выпас 200 коров в день

Примеры импортных ЭИ: § § § ЭИ сетевые (220 В) Пантера 25000 и Пантера 12000 для больших ферм с электроизгородями, состоящими из нескольких проволок. Пантера 5800 - для средних ферм

§ Дельта 2, Дельта 3 - для небольших изгородей. § Дельта 1 - для маленьких изгородей.

Электроизгороди аккумуляторные Серия Випер - это электропастухи с аккумуляторными источниками предназначенные для больших (Випер 9000), средних (Випер 5000) и малых (Випер AN 90) изгородей. Дельта 1 Б, Дельта 2 Б, Дельта 3 Б – для малых изгородей

Особенности эксплуатации и техники безопасности При эксплуатации ЭИ следует соблюдать определенные правила безопасности: - На ТВЛ в хорошо видимых местах должны быть укреплены предупредительные плакаты "Опасно! Электрическая изгородь". - Нельзя прикасаться к ТВЛ, находящейся под напряжением.

- Вскрывать генератор импульсов разрешается только электрику, имеющему квалификационную группу по технике безопасности не ниже третьей. - Работы, связанные с извлечением блока генератора из корпуса, выполняют в помещениях без повышенной опасности. - Запрещается приближаться к ТВЛ и генератору импульсов во время грозы.

Необходимо оберегать людей с расстройствами сердечно-сосудистой системы от случайных прикосновений к электроизгороди. В зоотехнической и ветеринарной практике следует учитывать временные реакции, которые возникают от воздействия нескольких импульсов. Торможение молокоотдачи может быть преодолено спокойным уходом и длительным массажем. Удой при этом не снижается.