|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Spawanie elektryczne ćwierćfalowe. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / sprzęt spawalniczy Krótkofalowcy i wszyscy, którzy kiedykolwiek poważnie interesowali się komunikacją radiową, wiedzą, że fale stojące o dużej mocy są wyraźnie złe. Po ustabilizowaniu się na ścieżce transmisji mocy RF fale stojące mogą powodować wiele problemów. Na przykład uszkodzić wzmacniacz mocy, spalić kabel do anteny, spalić przekaźnik anteny itp. Opowiem ci tę historię. Któregoś dnia potrzebowałem kawałek 75-omowego kabla koncentrycznego o długości dokładnie 2 m. Zwinąłem cewkę kabla w jednym kawałku o długości 30 m. Odciąłem potrzebny kawałek, oddzieliłem końcówki i sprawdziłem przerwę w rdzeniu środkowym za pomocą omomierz. Uznałem, że skoro kawałek pochodzi z końca zatoki, to można go odłamać. Znowu odciąłem wymagany kawałek, pociąłem, sprawdziłem - znowu było pęknięcie w środkowym rdzeniu. Myślałem, że to zużyty kabel leżący gdzieś w sterowni i można go było podeptać. Drugi koniec kabla powinien być przy antenie, tam nie ma kogo deptać. Odciąłem kawałek z drugiego końca zatoki. To samo - przerwa w centralnym rdzeniu. Moja cierpliwość się skończyła, wyniosłem całą zatokę na podwórko i zacząłem ją wycinać. Po pocięciu cewki na 17 części i nie dostaniu ani jednej odpowiedniej, postanowiłem udać się do sklepu i kupić nowy kabel. Po drodze myślałem o tym, jak można przepalić kabel w wielu miejscach jednocześnie. W przypadku prądu stałego obwód zwykle przepala się w jednym, najsłabszym miejscu, a potem inne miejsca już się nie palą. Po powrocie do domu z nowym kablem postanowiłem zdjąć cały oplot z kawałków starego kabla. Następnie przez półprzezroczystą izolację widoczne były ciemne obszary i przerwy w przewodach o średnicy 24 mm. Średnica rdzenia centralnego kabla RK-75-4-11 wynosi 0,72 mm, do spalenia takiego drutu potrzebny jest prąd o natężeniu 21 A. Miejsca przepaleń lokalizowano z określoną częstotliwością - nieco poniżej 1 m. Później udało mi się dowiedzieć, że uszkodzony kabel był używany jako część stacji radiowej 54 MHz. Długość fali w kablu wynosiła 3,66 m (uwzględniając współczynnik skracania 1,52). I wtedy zdałem sobie sprawę, że kabel został „pocięty” na ćwierćfalowe odcinki po 0,915 m. W literaturze nie mogłem znaleźć jasnego wyjaśnienia tego efektu. I wtedy wymyśliłem odpowiedni model, który proponuję poniżej.
Wymagania wstępne (symbole pokazano na rys. 1): 1) idealna linia współosiowa z równomiernym rozkładem parametrów na długości w trybie przerwania obciążenia; 2) izolacja pomiędzy rdzeniem centralnym a oplotem jest idealnie wytrzymała elektrycznie i nie może zostać przebita przez żadne napięcie; 3) rdzeń centralny ma małą rezystancję omową i ma zdolność zwiększania oporu w miejscu nagrzewania, rdzeń równomiernie nagrzany ma rezystancję równomiernie rozłożoną na całej swojej długości; 4) rdzeń centralny można wypalić dużym prądem w podgrzanym miejscu, w tym miejscu tworzy się kapsuła wypełniona parą z metalu rdzenia; 5) kapsuła w miejscu wypalenia zostaje przebita i zjonizowana przez zwiększone napięcie, jonizacja utrzymuje się w kapsule przez długi czas, a przewodność w niej wzrasta wraz ze wzrostem prądu w zjonizowanym gazie (łuku) i wydzielaniem ciepła. Powtarzające się awarie występują przy znacznie niższym napięciu niż pierwotne. Rysunek 1 a,b przedstawia wykresy rozkładu napięć i prądów na długości linii w trybie skrajnego niedopasowania (przerwa w obciążeniu lub zwarcie – wykresy są przesunięte o λ/4). W tym przypadku maksima nazywane są antywęzłami, a wartości zerowe nazywane są węzłami. Rysunek 1c przedstawia wyidealizowaną długą linię koncentryczną w trybie fali stojącej (w momencie zaniku obciążenia), gdzie antywęzły prądu i napięcia są przedstawione jako symbole. Naprzemiennie mają okres λ/4, zaczynając od końca wyjściowego, ponieważ tam fala jest całkowicie odbijana. Linia zasilana jest z generatora dopasowanego do linii elektroenergetycznej. Przy obecnych antywęzłach następuje równomierne nagrzewanie odcinków linii. W takim przypadku opór wzrasta w tym obszarze i może nastąpić stopienie rdzenia i utworzenie się kapsuły wypełnionej parami metalu. W rzeczywistości, ze względu na nierównomierny rozkład parametrów kabla, przetopienie rdzenia centralnego nie może nastąpić jednocześnie we wszystkich antywęzłach prądu.
Dlatego wprowadzamy heterogeniczność do linii. Taka niejednorodność może być wadą fabryczną (zmniejszenie przekroju rdzenia w określonym miejscu, wgniecenie, wtrącenie). I tak np. na anty-węźle 3λ/4 od otwartego końca linii nastąpiło przepalenie (ryc. 2, a) i utworzyła się kapsuła wypełniona parami metalu. Takie przerwanie linii odbierane jest jako przerwa w obciążeniu, antywęzeł napięcia zostaje przesunięty o λ/4, tj. do miejsca pierwszej przerwy i dokonuje pierwotnego podziału (ryc. 2, b). Jonizacja w kapsule wzrasta, a opór maleje w wyniku wyładowania łukowego. Antywęzeł napięciowy zostaje ponownie przesunięty o λ/4, a w jego miejsce antywęzeł prądowy, przywracając przewodnictwo w szczelinie, tj. w tym miejscu łuk plazmowy przywraca przewodność rdzenia. Ale ponieważ koniec obciążenia linii jest otwarty, fala stojąca zostaje przywrócona do poprzedniej postaci (ryc. 2, c). Temperatura w obszarze odtworzonego w ten sposób obszaru wzrasta, a w wyniku wymiany ciepła wzrasta rezystancja rdzenia w obszarach sąsiednich. W sąsiednich antywęzłach prądu wydziela się zwiększone ciepło, co prowadzi do spalenia rdzenia w prawo i w lewo o λ/4 od miejsca pierwszego uszkodzenia, a antywęzły napięcia przesuwają się w te miejsca na rys. 2, c. W powstałych kapsułkach następuje pierwotny rozpad szczelin, ich nagrzanie i silna jonizacja. W tym czasie wcześniej zapalony łuk jest podtrzymywany prądem lub napięciem (na przemian w miarę dalszego uszkodzenia linii), a w sąsiednich obszarach następuje zwiększone nagrzewanie, aż do stopienia, po czym proces przebiega, jak pokazano na ryc. 2, d na całej długości kabla. Widzimy, że fala stojąca przekazuje energię (ale nie do ładunku) i uwalnia ją na „ładunkach”, które organizuje, rozmieszczonych z krokiem λ/4, w postaci stopienia centralnego rdzenia. Ponadto przy stosunkowo małej mocy generatora na antywęzłach powstają bardzo duże wartości prądu i napięcia. Dodanie tych rozdzielonych ilości następuje na skutek bezwładności zjonizowanych szczelin (jonizacja w kapsułkach utrzymuje się dość długo). W omówionym powyżej przypadku z kablem RK-75-11, przy 18 uszkodzeniach i średniej szczelinie 3 mm, łączna szczelina ta wynosiła około 50 mm.
Energię fali stojącej można wykorzystać, przesuwając miejsca powstawania antywęzłów z linii elektroenergetycznej na jej końce. Dlatego osobno rozważymy linię ćwierćfalową. Rysunek 3a przedstawia taką linię dopasowaną do źródła zasilania i obciążenia. Jest to tak zwany transformator ćwierćfalowy na linii, który przekształca rezystancję obciążenia na rezystancję wejściową linii. Teraz rozważymy tryby skrajnego niedopasowania w ramach zaproponowanego wcześniej modelu i zastąpimy obciążenie obwodem spawalniczym składającym się z uchwytu elektrody i elektrody w postaci części spawanej jako klucza z jonizacją szczeliny między stykami. Na rysunku 3b przedstawiono przypadek zaniku obciążenia, gdy elektrody są oddalone od siebie o odległość, na jaką następuje przerwanie łuku, wówczas napięcie na końcu elektrody tworzy antywęzeł, po czym następuje przebicie szczeliny, wyładowanie antywęzła i powstanie zjonizowanej chmury. Rysunek 3,c przedstawia przypadek zamknięcia obciążenia, w którym łuk gaśnie, a elektroda „przykleja się” do spawanej części. W tym przypadku napięcie spada do zera (teoretycznie), ale prąd elektrody osiąga bardzo duże wartości i wypala mostek zamykający, a następnie intensywnie topi elektrodę, aż do osiągnięcia normalnej pracy. Rysunek 3d przedstawia przypadek trybu normalnego, jest to klasyczny przypadek przenoszenia mocy w trybie fali bieżącej przy dopasowanym obciążeniu, a warunki dopasowania również są nam znane. Wiadomo, że łuk pali się przy napięciu około 20 V, a natężenie w nim prądu zależy od przekroju użytej elektrody. Dzieląc napięcie przez prąd zgodnie z prawem Ohma, otrzymujemy rezystancję obciążenia, która powinna być równa impedancji charakterystycznej linii. Należy zauważyć, że w przypadku standardowych kabli koncentrycznych rezystancja ta jest niska i należy zaprojektować specjalne kable. Konieczne będzie zwiększenie przekroju centralnego rdzenia kabla, ponieważ przy prądach mniejszych niż 40 A łuk pali się niestabilnie i nie wytwarza temperatury wystarczającej do stopienia stali. Aby ułatwić projektowanie, należy zwrócić uwagę na następujące punkty. Transformator ćwierćfalowy stwarza niemal idealne warunki wzbudzenia i spalania łuku, odpowiadające charakterystyce stromo opadającej w konwencjonalnych transformatorach spawalniczych, co zwykle realizuje się poprzez przeniesienie punktu pracy transformatora na granicę nasycenia rdzenia, czyli wyjątkowo nieekonomiczne i powoduje ogromne zakłócenia w sieci oświetleniowej (kiedy rdzeń konwencjonalnego przekładnika prądowego jest nasycony, impulsy prądowe uzwojenia pierwotnego osiągają setki amperów, wygenerowaną moc cieplną mierzy się w kilowatach). Podczas spawania elektrycznego ćwierćfalowego łuk jest utrzymywany poprzez naprzemienne i łączenie wszystkich trzech trybów pracy linii ćwierćfalowej, ponieważ obwód spawalniczy najprawdopodobniej będzie musiał być zasilany ze źródła prądu przez transformator dopasowujący z generatora pracującego przy wyższe częstotliwości. Stosując taki transformator ćwierćfalowy, można wyeliminować tryb zwarciowy obciążenia generatora, co umożliwi zastosowanie obwodów przetwornicy tranzystorowej. Faktem jest, że zwarcie w obciążeniu podłączonym przez transformator ćwierćfalowy jest przekazywane na wejście linii w postaci dużej rezystancji. Ale jeśli obwód spawalniczy ulegnie przerwaniu, obciążenie generatora będzie podobne do zwarcia. Ale mamy ogromną rezerwę napięcia na elektrodach. Ze względów bezpieczeństwa napięcie to musi być ograniczone do pewnego poziomu. Ograniczając napięcie na otwartych elektrodach spawalniczych, jednocześnie zmniejszamy obciążenie szczytowe generatora i możemy zbudować zoptymalizowany system o mocy zaledwie kilkuset watów, zbliżony wydajnością do maszyny wielokilowatowej w klasycznym wykonaniu. Teoretycznie możliwe jest zastosowanie spawania elektrycznego ćwierćfalowego o częstotliwości 50 Hz, jednak w praktyce jest to bardzo kosztowne. Dlatego częstotliwość należy zwiększyć do co najmniej kilku megaherców. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa częstotliwość, tym prostsza i bardziej zwarta może być konstrukcja, ale zaczyna pojawiać się efekt naskórkowania, który zmniejszy głębokość spawania, a w kuchence mikrofalowej zamieni się w „generator fajerwerków”. Zgrzewanie elektryczne ćwierćfalowe sugeruję wyłącznie dla materiałów arkuszowych, w tym przypadku może zastąpić urządzenia typu KEMP. Efekt naskórkowania jest przydatny, ponieważ jest w stanie oczyścić powierzchnię metalu z warstw tlenkowych. Folia ta jest zwykle dielektryczna i ma strukturę krystaliczną, a pod nią pojawia się obszar o zwiększonej rezystancji dla prądów powierzchniowych, co spowoduje lokalne nagrzewanie się pod folią i na jej granicach, a różnica temperatur zniszczy strukturę folii warstwę tlenkową (folia będzie odpryskiwać od powierzchni metalu), która może stanowić alternatywę dla topników do elektrod spawalniczych. Mówiąc o praktycznym zastosowaniu, należy zauważyć, że fizyczna długość linii ćwierćfalowej w wersji koncentrycznej jest znacznie skrócona (w przeciwieństwie do drutów skręconych), a kable spawalnicze pełnią rolę kabla strojeniowego, który wydłuża linię tak, że ćwierćfala odcinek fali kończy się dokładnie na końcu elektrody spawalniczej.
W zwykłym połączeniu linii koncentrycznej (ryc. 4,a) jej impedancja charakterystyczna ρ jest równa impedancji charakterystycznej kabla Z. Wskazane jest zmniejszenie impedancji charakterystycznej linii kablowej (zastosowanie np. Standardu kable 50-omowe). Jeżeli oplot kabla podłączymy równolegle do rdzenia centralnego, jak pokazano na rys. 4b, wówczas rezystancję linii można zmniejszyć 2-krotnie. Oplot kabla ma zazwyczaj znaczny przekrój miedziany, przekraczający przekrój rdzenia centralnego, choć przepływające przez nie prądy są takie same. Sugeruję zastosowanie oplotu kabla jako uzwojenia wtórnego transformatora wyjściowego generatora. Możesz połączyć transformator wyjściowy generatora i transformator ćwierćfalowy na linii (ryc. 4, c), to znaczy możesz po prostu nawinąć uzwojenie wtórne kablem koncentrycznym, który tworzy linię ćwierćfalową. Ponieważ obwód na rys. 4c jest rezonansowy, możemy spodziewać się przeniesienia energii pola magnetycznego transformatora generatora na pole elektromagnetyczne linii koncentrycznej. Rysunek 4d pokazuje schemat zwykłego połączenia linii ćwierćfalowej. Tutaj obciążenie transformatora wzdłuż oplotu kabla można uzyskać stosując rezystor obciążający R, a także omówioną wcześniej konstrukcję kabla. Szczególnie wygodne w tej konstrukcji jest to, że jeden koniec przewodu jest zaślepiony, ale najprawdopodobniej będzie musiał być chłodzony. Autor: Yu.P.Sarazh
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Inteligentny samochodowy procesor wideo GEO GW5 ▪ Bezprzewodowe słuchawki Astell&Kern AK UW100 TWS ▪ Leczenie cukrzycy przeszczepem komórek insuliny
▪ sekcja serwisu Audio Art. Wybór artykułu ▪ artykuł Ośrodki geograficzne pochodzenia roślin uprawnych. Historia i istota odkryć naukowych ▪ artykuł Dlaczego nie wierzyli Marco Polo? Szczegółowa odpowiedź ▪ Ok artykuł. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Płyny, które zmieniają miejsca. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony