ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЯ

Електронний посібник

ГОЛОВНА	ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ	АНОТАЦІЯ
ДОДАТКИ	СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ	УКЛАДАЧІ

2. ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЧНІ УСТАНОВКИ

2.4. Електроімпульсна техніка і технологія

2.4.1. Генератори імпульсів

2.4.2. Електричні огорожі

2.4.3. Електрогідравлічний ефект і його використання

2.4.1. Генератори імпульсів

Електроімпульсна технологія заснована на впливі на предмети праці імпульсів електричного струму. Електричний імпульс – короткочасне (до мільярдних часток секунди) збільшення електричного струму або напруги. На відміну від традиційних технологій, заснованих на безперервному споживанні електроенергії, електроімпульсна технологія дозволяє підвищити параметри електричних впливів (напруженість поля, густину струму, миттєву потужність) і, як наслідок, суттєво інтенсифікувати процеси, знизити їх енергоємність, здійснити такі процеси, які взагалі неможливо виконати іншими способами (керування поведінкою тварин, виготовлення складних за формою деталей тощо).

Рис. 2.4.1. Схема генератора імпульсів RC

(а) криві зміни напруги на конденсаторі (б) і струму в розрядному контурі (в):

R_Н – еквівалентний опір навантаження; А1 – електрод-інструмент; А2 – деталь.

Технічну основу електроімпульсної технології складають генератори імпульсів. Найпростіші із них – це залежні релаксаційні конденсаторні генератори типу RC (рис. 2.4.1.). Під час подачі постійної напруги струм протікає по зарядному контуру і заряджає конденсатор С до напруги початку розряду U_P, яка визначається електричною міцністю міжелектродного проміжку. Під час пробивання конденсатор С розряджається на міжелектродний проміжок.

Суть цього способу обробки металів полягає в тому, що під час електроіскрового розряду між електродом і оброблюваним металом утворюється плазма високої температури (до 10⁴ К). Обробляють метали в посудині з рідким діелектриком. Тривалість імпульсів розряду 10^-5 – 10^-7 с, тому теплота виділяється лише на поверхні. Поверхня металу нагрівається. Маленькі краплинки металу вилітають за межі електродів і охолоджуються робочою рідиною.

Електроерозійна обробка дає можливість створювати в металі отвори складної форми діаметром менше 0,3 мм, виготовляти інструменти з будь-якими механічними властивостями тощо.

2.4.2. Електричні огорожі

Електрична огорожа підходить для утримання або захисту від практично всіх видів тварин. Під час вибору огорожі, необхідно знати для чого вона буде використовуватися – для внутрішньої перегородки або для зовнішнього периметра.

Рис. 2.4.2. Електрична огорожа

Принцип дії електроогорожі обох типів однаковий. На металеві дроти, закріплені на ізоляторах, подається напруга. У результаті контакту об’єкта з дротом виникає електричний ланцюг, в якій об’єкт виконує функцію провідника електрики від джерела у вигляді дроту до заземлення, тобто ґрунту. Проходження струму високої напруги створює нестерпний рівень дискомфорту, больові відчуття. За високої напруги і сили струму це може призводити до термічних опіків і загибелі.

Середня висота електричної перегородки як для домашньої птиці, так і для свиней, становить 55 – 85 см з 3 – 4 дротами і 50 – 75 см 2 – 3 дротами відповідно. При цьому електрична огорожа для птахів, по їхньому вмінню злітати, може бути виконано висотою до 120 см.

Рис. 2.4.3. Схема пристрою і розміри електроогорожі

Електрична огорожа складається з генератора імпульсів високої напруги, м’якого стального оцинкованого дроту діаметром 1,5 – 2 мм, який огороджує ділянку випасу тварин. Дріт підвішують на ізоляторах, закріплених на опорах Кількість дроту може бути 1 – 3, висота підвісу 0,3 – 0,9 м, відстань між опорами 10 – 20 м. Дріт утворює ізольовану від землі струмоведучу лінію, на яку поступають імпульси високої напруги від генератора імпульсів. Альтернативою дроту стали провідні елементи на основі полімерів. У них вбудовані металеві нитки або електропровідна фольга.

Рис. 2.4.4. Полімерні огороджувальні елементи

Параметри електроогорож установлюють за умовами ефективності огорожі і безпеки для тварин: частота імпульсів 1 – 2 Гц, амплітудне значення струму близько 150 мА, кількість електрики в імпульсі близько 2,5 мКл, тривалість імпульсів близько 5 мс, амплітудне значення напруги на огорожі 2 – 10 кВ.

Основний вузол електроогорожі – генератор імпульсів. Генератори можуть бути різні за схемним виконанням, але всі вони відносяться до незалежних генераторів релаксаційного типу.

Розглянемо схему генератора ГИЕ-1 (рис 2.4.5.). Живлення генератора здійснюється від внутрішньої батареї сухих елементів GB1 – GB12 або від мережі змінного струму 220 В через знижувальний трансформатор TV із вторинною напругою 12 В.

Рис. 2.4.5. Генератор електропастуха Corral NA 100 DUO

Генератор може працювати в автоколивальному режимі, безперервно подає імпульси на огорожу, або в чекаючому, коли імпульс на огорожу подається тільки в момент доторкування тварини.

До схеми входять:

ü блок живлення (батарея GB – GB12 або трансформатор TV1 і випрямляч А1);

ü стабілізатор напруги (стабілітрон VD3, транзистори VТ2, VТ4, VТ5, резистор R6);

ü перетворювач постійного струму (елементи схеми С5, R13, R14, VТ8,

ü VТ9, Т V2, випрямляч А2);

ü ємнісний накопичувач енергії (конденсатори С7 і С8);

ü комутуючий пристрій (тиратрон VL з холодним катодом);

ü знижувальний трансформатор (ТV3 з конденсатором С9);

ü датчик порогового пристрою (R1);

ü пороговий пристрій (VТ1 – VТ3);

ü виконавчий елемент (VТ6 – VТ7).

Рис. 2.4.5. Принципіальна електрична схема генератора імпульсів ГИЕ-1.

Режим роботи вибирається перемикачем SA2. В автоколивальному режимі SA2 – у верхньому положенні. Живлення від стабілізатора напруги подається в перетворювач постійного струму, і через випрямляч А2 заряджається накоплювач С7 – С8. Одночасно через резистор R17 заряджається конденсатор С6.

Коли напруга на С6 досягне порогового значення, відкривається тиратрон VL, і через нього розряджається С6 по колу керування електрода тиристора VS. Тиристор відкривається і накоплювач С7 – С8 розряджається на первинну обмотку підвищувального трансформатора ТV3. На вторинній обмотці ТV3 виникає імпульс високої напруги, який подається на електроогорожу. Коли тварина доторкається до огорожі, імпульс струму замикається по колу: нижній вивід вторинної обмотки ТV3 – стабілітрони VD1 – VD2 – тіло тварини – струмоведуча лінія – верхній вивід вторинної обмотки ТV3. Конденсатор С9 підвищує ефективність роботи трансформатора ТV3, діод VD4 захищає тиристор VS від зворотної перенапруги.

Під час переводу генератора в чекаючий режим перемикач SА2 встановлюють у нижнє положення. У цьому положенні напруга на перетворювач постійного струму може бути подана тільки під час відкритого стану транзистора VT7, який наступає за певного (вище порогового значення) спаду напруги на резисторі R1. Якщо тварина не доторкається огорожі, то протікаючий через R1 від стабілізатора струм практично рівний нулю (стабілітрони VD1 – VD2 не проводять струм зворотного напрямку). Під час доторкання тварини до огорожі струм через R1 і падіння напруги на ньому різко зростають. Сигнал підсилюється в пороговому пристрої VT1 – VT3 і подається на несиметричний мультивібратор VT6 – VT7. Транзистор VT7 відкривається і підключає джерело живлення до перетворювача постійного струму. Далі процес протікає як і в автоколивальному режимі.

2.4.3. Електрогідравлічний ефект

"Підводний вибух", "підводна блискавка" – так образно називають потужний високовольтний електричний розряд у рідині, вперше отриманий інженером Л.А. Юткіним. Суть електрогідравлічного ефекту полягає в тому, що під час збудження імпульсного розряду в рідині завдяки її малій стискуваності виникає великий імпульсний тиск. Він передається рідиною у всі сторони і діє на зустрічні предмети.

Рис. 2.4.3. Електрична схема (а) електрогідравлічної установки

і часові залежності напруги (б), і сили струму (в)

поддерживается вашим браузером.

Електрогідравлічний ефект – electrohydraulic effect

Спрощену принципіальну схему утворення електрогідравлічного ефекту зображено на рис 2.4.3. Схема – це генератор електричних імпульсів, який складається з підвищувального трансформатора ТV, діода VD, конденсатора С, повітряного іскрового розрядника і робочого проміжку в рідині. Якщо на схему подати напругу, то почнеться заряд конденсатора За досягнення на конденсаторі певної величини напруги пробиваються розрядник FV і робочий проміжок у рідині. Напруга на конденсаторі 30 – 70 кВ, а струм розряду 15 – 10 кА. У розрядному каналі робочого проміжку плазма нагрівається до температури близько 10⁴ К. Ефект супроводжується ударною (прямою і зворотною) хвилями, утворенням газового пузиря із продуктів розкладу води, кавітацією. Потужність імпульсу тиску на фронті ударної хвилі в тисячі разів перевищує потужність джерела живлення.

поддерживается вашим браузером.

Вибух у воді! Ефект Юткіна

Електрогідравлічний ефект застосовують у технологічних процесах, де основний діючий фактор – різке підвищення тиску.

Електрогідравлічний ефект використовують для очищення поверхонь, зняття внутрішніх напружень, штампування, зварювання, електрогідравлічні молоти і вібратори, електрогідравлічні насоси, дроблення і подрібнення корисних копалин, знезараження, у медицині – для дроблення каменів у нирках.

Під час використання високовольтного імпульсного розряду для подрібнення важкорозчинних вапняних і фосфоритних добрив підвищується ефективність їх застосування. Схему електрогідравлічної дробарки зображено на рис 2.4.4. а.

Електроімпульсні насоси (рис. 2.4.4. б.), в яких використовується електрогідравлічний ефект не мають частин, що обертаються, відрізняються простотою і високою надійністю роботи.

Рис. 2.4.4. Електрогідравлічна дробарка (а), насос (б):

1 – електроди; 2 – робоча камера; 3 – сітка; 4 – корпус; 5 – подрібнений матеріал; 6 – пружина; 7 – клапани.

Оскільки електрогідравлічному ефекту властива бактерицидна дія, його застосовують під час обробки води, молока, стічних вод тваринницьких ферм і інших рідин. Поливання рослин водою, обробленою високовольтними розрядами, підвищує врожайність сільськогосподарських культур. Електрогідравлічні установки для миття вовни в декілька раз скорочують затрати праці і підвищують якість миття. Високовольтний розряд у воді використовують для очищення фільтрів артезіанських скважин, що збільшує їх дебіт.

Питання для самоперевірки

1. Що таке електричний імпульс?

2. У чому полягають особливості електроімпульсної дії на технологічні об’єкти?

3. Які основні принципи роботи генераторів електричних імпульсів?

4. Поясніть фізичну суть електрогідравлічного ефекту.

5. Наведіть приклади застосування електрогідравлічного ефекту в АПК.

Попередня тема

На початок

Наступна тема