WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 14 |

Обоснование электротехнологических параметров и режимов низковольтного активатора для предпосевной обработки семян лука

-- [ Страница 6 ] --

- - - - - объемные токи, поверхностные токи Весьма затруднительным оказывается определение поверхностного сопротивления и у тонких слоев твердых диэлектриков, так как практически невозможно отделить поверхностные токи утечки от объемных. В слое семян каждое семя имеет несколько точечных контактов и при больших напряженностях электрического поля значение поверхностного сопротивления может существенно уменьшаться, что подтверждается проявлением пробойных напряжений слоя семян.

Наряду с рассмотрением электрофизических свойств семян необходимо исследовать электрические процессы собственно в активаторе во время работы.

Для этого необходимо рассмотреть схемы замещения активатора.

2.3. Анализ и расчет электрических схем замещения активатора Конструктивно активатор представляет собой плоский конденсатор, содержащий внутри себя два соприкасающихся плоскопараллельных диэлектрических слоя. Один из слоев в активаторе - это смесь семян и воздуха, второй - изолятор (воздух). Границу слоя семян и воздуха принимаем за плоскость одного потенциала.

постоянного тока можно использовать схему с последовательно включенными (рисунок 2.3 а). Для переменного тока эквивалентная схема замещения включает соответствующих слоев (рисунок 2.3 б).

Рисунок 2.3 – Схема электрическая электроактиватора: а) для постоянного тока;

сопротивлением замещает слой семян, другой - воздушный промежуток между электродом и слоем семян. Для таких диэлектриков с потерями вводится комплексная диэлектрическая проницаемость а j р, учитывающая наличие конечной проводимости семян [18, 86].

Составляющие комплексной диэлектрической проницаемости и тангенса потерь определяются следующими выражениями [94]:

где r1, r2 – сопротивления слоя воздуха и слоя семян соответственно, Ом;

1, 2 – диэлектрические проницаемости слоев, Ф/м; – частота, Гц;

S – площадь электрода активатора, м.

Тангенс угла диэлектрических потерь определится В данных выражениях сопротивление воздушной прослойки r1 значительно больше сопротивления слоя семян r2, а емкость воздушной прослойки С меньше емкости слоя С2, что говорит о том, что подаваемое напряжение большей частью распределяется на воздушном промежутке и фактически не идет на обработку семян. Для того чтобы получить наибольшее равномерное влияние электрического поля (внешнего напряжения), исключим из рассмотрения слой воздуха. Соответствующая электрическая схема замещения представлена на рисунке 2.4. Для простоты расчетов рассмотрим сначала идеальный случай, когда индуктивностью L подводящего кабеля (т.е. rk 0, L=0). Эта схема замещения позволяет достаточно полно представить (рассчитать) все три стадии работы активатора: включение, установившийся режим, отключение.

Рассчитаем сначала режим зарядки электрической емкости активатора импульсом напряжения. Определим токи через электрическую емкость - ic, сопротивление - ia, суммарный ток источника - iист, а также напряжение U c на конденсаторе в зависимости от времени после подачи от источника ступеньки напряжения от источника.

т.е. пока для простоты длительностью фронта импульсов напряжения пренебрегаем (не учитываем).

Система уравнений, описывающая процесс зарядки конденсатора, имеет вид:

Эта система уравнений в конечном виде приводится к неоднородному линейному дифференциальному уравнению первого порядка:

где - постоянная времени включения генератора напряжения через его выходное сопротивление Rист.

Решение уравнения (2.21) имеет вид:

Подставим (2.22) в (2.20), получаем для токов соотношения:

Отметим, что геометрические размеры активатора определяются его заданной производительностью. Для производительности при обработке семян лука 1000 кг/ч его размеры следующие: площадь плоских параллельных электродов S=0,2х0,4 м2, толщина заполняемого семенами объема d=0,05 м, диэлектрическая проницаемость смеси семена лука – воздух см=8,46 (приложение 2). Исходя из этих параметров геометрическая емкость активатора, рассчитанная для случая заполнения его семенами лука равна:

По экспериментальным измерениям получили, что электрическая емкость активатора равна Сэкс148 пФ±1% (приложение 2), а шунтирующее ее сопротивление утечки при U=200 В равно Rут=120 МОм (§ 3.5, рисунок 3.9).

(ОАО «Электроавтоматика»), выходное сопротивление генератора в диапазоне частот повторения импульсов 100 1000 Гц можно взять равным Rист 100 Ом. Эту величину можно оценить также из паспортных данных генератора: при U max из соотношения (2.21) получаем: 1,5 10 8 с, т.е. она мала. В силу этого также мала величина времени нарастания напряжения на электрической емкости активатора, которая равна фр 2,2 Сэкс R ут 39нс (рисунок 2.5). По физическому смыслу это означает, что время, за которое на конденсаторе через сопротивление источника устанавливается высокий уровень напряжения, существенно меньше длительности импульса напряжения, поскольку tимп=5,0…50,0 мкс.

Подставляя параметры в (2.22) получаем соотношение:

по которому построен график, представленный на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 – Изменение во времени напряжения заряда емкости активатора:

Отметим, что для построения графиков напряжения и токов по соотношениям (2.22 - 2.24) нами также использована математическая программа численного моделирования MathCAD 14.0.



По соотношениям (2.23) и (2.24) рассчитаны и построены графики для активного i a и реактивного iс токов активатора (рисунок 2.6).

Рисунок 2.6 – Изменение во времени токов активатора а) активного - i a ;

Сумма токов i a и iс определяет ток источника, который максимален в начале импульса и уменьшается по мере заряда конденсатора. Установившееся значение тока составляет 8,33 10 6 А.

Рисунок 2.7 – График изменения тока через источник без учета индуктивности соединительного кабеля, которая может значительно влиять на значение тока источника iист. Схема замещения в этом случае представлена на рисунке 2.8.

L - индуктивность источника и соединительного кабеля Оценим величину индуктивности электрического кабеля, используя формулу индуктивности для двухпроводной линии [58]:

где a - диаметр проводов, мм; d - расстояние между их центрами, мм; l длина проводов, м.

L 2,63мкГн 3мкГн для соединительного кабеля от генератора к активатору.

Для расчета токов и напряжений в схеме рисунка 2.8 запишем соответствующую систему уравнений.

дифференциальное уравнение второго порядка для изменения напряжения на емкости С:

0 - частота собственных колебаний, Гц. Подставляя Rист=100 Ом, L=3 мкГн, R=120 МОм, С=148 пФ, получаем, что 1,67 10 7, 0 4,75 10 7 Гц, процессом разряда электрической емкости активатора через шунтирующее сопротивление утечки можно пренебречь при оценке времен зарядки и разрядки емкости активатора ( фр и среза ). Например, фр 2,2 / 132 нс.

По физическому смыслу уравнение (2.27) описывает процесс затухающих колебаний в колебательном контуре.

Решение уравнения (2.27) получаем классическим методом, и оно имеет вид:

Подставив численные величины, получаем:

График этой зависимости изображен на рисунке 2.9.

График 2.9 – Временная зависимость установления напряжения на электрической емкости активатора при наличии индуктивности. Параметры: L=3мкГн, Изменение тока источника в процессе зарядки электрической емкости активатора выражается соотношением:

Подставив численные значения величин, получаем:

По соотношениям (2.29) и (2.31) в программе MathCAD 14.0 просчитаны и построены графики для изменений напряжения U c (рисунок 2.9) и тока iист (рисунок 2.10).

Рисунок 2.10 – График изменения тока источника во времени при наличии Из сравнения графиков для напряжений и токов (рисунки 2.5-2.7, 2.9-2.10) можно сделать вывод, что учет индуктивности подводящего напряжение кабеля приводит к существенному увеличению времени зарядки электрической емкости активатора до величины 150 нс.

Необходимо отметить, что процессы разряда электрической емкости конденсатора активатора при включении импульса напряжения совершенно похожи на процессы зарядки емкости активатора и описываются практически теми же дифференциальными уравнениями, только с другими начальными условиями для напряжения источника Здесь также рассматриваем идеальный случай, т.е. длительностью среза импульса напряжения пренебрегаем (не учитываем).

Из уравнений (2.28) и (2.30) с учетом начальных условий (2.32) получаем соотношения для напряжения на емкости и тока через нее во время процесса разрядки:

Согласно (2.34), направление тока разрядки, как и должно быть, противоположно направлению тока зарядки.

С учетом численных значений величин соотношения (2.33) и (2.34) приобретают вид:

На рисунке 2.11 изображен график зависимости (2.33), из которого следует, активатора равна среза 164 нс и приблизительно соответствует постоянной времени зарядки его емкости - фр 150 нс.

Рисунок 2.11 – Временная зависимость напряжения на емкости активатора при выключении импульса напряжения. Параметры: Uист=0, L=3мкГн, длительность Необходимо отметить, что схемотехнические компоненты выходной цепи индуктивности, превосходящие значительно индуктивность соединительного (ОАО «Электроавтоматика») индуктивность выходного каскада генератора импульсов напряжений может составлять величины 250-350 мкГн. Поэтому для времен фронта и среза импульсов напряжений получаем оценку:

Рассмотренные динамические процессы в активаторе позволяют оценить его энергетические характеристики: пиковую мощность потребления, среднюю потребляемую мощность.

Энергию электрического поля, приобретаемую электрической емкостью активатора в течение времени ее зарядки 150 нс, оценим по формуле:

где учли, что С=148 пФ и Umax=1000 В.

Пиковую мощность активатора определим по соотношению:

а) режим максимального напряжения: Umax=1000 B, f=1000 Гц, имп 50 мкс, напряжений, тогда среднюю (действующую) мощность активатора оценим по выражению:

б) режим рациональных параметров обработки: Umax=200 B, f=600 Гц, имп 35 мкс, фр 6,6 мкс. Получаем величины: Pпик 0,46 Вт, Pср 0,0083 Вт.

Для сравнения приведем подобные оценки мощностей активаторов других известных установок по обработке семян импульсным электрическим полем.

Таблица 2.3 – Основные электрические параметры активаторов в рациональных режимах работы для нескольких известных установок по предпосевной обработке семян сельскохозяйственных культур импульсным электрическим полем.

* параметры для рационального режима обработки семян лука.

** конструкции, предложенные сотрудниками СтГАУ в 2010 г. [142] Отметим, что рациональные режимы обработки семян импульсным электрическим полем определяются на разных установках экспериментально и соответствуют наибольшему возрастанию посевных качеств семян (энергии прорастания и всхожести).

Таблица 2.4 – Потребляемые мощности активаторов, рассчитанные по параметрам таблицы 2. * параметры для рационального режима обработки семян лука.



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 14 |
 


Похожие материалы:

« ВАЛЕЕВ РУСЛАН АЛЬФРЕДОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБЛУЧЕНИЯ МЕРИСТЕМНЫХ РАСТЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЕТОДИОДНЫХ УСТАНОВОК Специальность 05.20.02 – электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель: 1 Доктор технических наук, профессор Кондратьева Н.П. Ижевск 2014 2 Оглавление ВВЕДЕНИЕ 1.АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ ВЫРАЩИВАНИЯ МЕРИСТЕМНЫХ РАСТЕНИЙ И ИСТОЧНИКОВ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ...»

« Нигматулин Ильдар Дагиевич ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТРАКТОРОВ, ОСНАЩЕННЫХ ГАЗОБАЛЛОННЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ Специальность 05.20.03 – Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук. Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Володин В.В. Саратов – 2014 2 Содержание СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1 1.1 Системы ...»

« Кожевников Юрий Александрович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ УСТАНОВКИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИТНОГО КОТЕЛЬНОГО БИОТОПЛИВА ИЗ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ И НЕФТЕХОЗЯЙСТВ 05.20.01 – технологии и средства механизации сельского хозяйства Диссертация на соискание степени кандидата технических наук научный руководитель: д.т.н., профессор, академик РАСХН, заслуженный деятель науки РФ Стребков Д.С. Москва – 2014 2 СОДЕРЖАНИЕ Введение ………………………………………………………………………………………. 6 Актуальность ...»




 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.