Экспериментальное исследование и математическое моделирование вольт-секундных характеристик воды
Электрический пробой газов и диэлектриков. Вольт-секундные характеристики изоляции. Разработка импульсного генератора высоких напряжений. Моделирование и построение математической модели, позволяющей проводить расчет электрического разряда в жидкости.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | дипломная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 26.11.2011 |
Размер файла | 3,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Рис. 3.10. Осциллограмма выходного импульса
Для регистрации импульсов напряжения использован компьютерный осциллограф (PCSCOPEPCS-500) с временным разрешением 20 нс и максимальным измеряемым напряжением 100В. В отличие от измерений, осуществляемых амплитудным вольтметром, измерения осциллографом позволяют помимо измерения максимального значения наблюдать изменение испытательного напряжения во времени, что позволяет в некоторых случаях определить, поврежден или не поврежден объект при испытаниях. При этом форма импульса не должна искажаться в измерительной цепи.
К делителю напряжения предъявляются жесткие требования, чтобы исключить его влияние на источник напряжения. Он должен обладать хорошими передаточными характеристиками. Однако при этом нет гарантии, что наблюдаемая на экране осциллографа картина в известном масштабе отображает измеряемое высокое напряжение. Наряду с делителем напряжения могут вызывать дополнительные погрешности подводящие провода и кабели, идущие от делителя к осциллографу [14]. В данной работе при измерениях сигнал с емкостного делителя подавался на измерительный щуп осциллографа, имеющий входное сопротивление1МОм, коэффициент деления 1:10, частотный диапазон 0ч50 МГц.
3.5 Электромагнитная совместимость
Используемый в измерениях электронный осциллограф чувствителен к входным перенапряжениям. Производитель гарантирует его нормальную работу при уровне входного напряжения до 100 В, превышение которого приводит к необратимому выходу из строя входных блоков осциллографа и является абсолютно недопустимым. Вследствие чего был принят ряд мер по защите входных цепей осциллографа. Во-первых, использование измерительного щупа, понижающего напряжение в 10 раз. Во-вторых, в связи с тем, что измерение коротких импульсов не позволяет использовать полупроводниковые защитные элементы (трансилы, варисторы и др.), то в экспериментах проводилось тестирование измерительного тракта с помощью аналогового осциллографа. Таким образом, снижался риск порчи дорогостоящего оборудования. В-третьих, в процессе проведения серии испытаний проводилась профилактическая замена изолятора делителя. В рассматриваемой конструкции толщина изоляции равна 3 см, средняя электрическая прочность , однако из-за наличия воздушных зазоров изоляция подвергается воздействию частичных разрядов.
Для снижения уровня электромагнитных помех питание производится от автономного источника бесперебойного питания. Кроме того, осциллограф PCS-500 имеет систему оптоэлектронной развязки по каналу связи с компьютером. Возможно также использование осциллографа TectronixTDS 3012 B, позволяющего проводить запись сигнала на внешний носитель информации, что делает необязательным наличие связи с компьютером.
Конструкция установки, заключенная в металлический корпус, позволяет снизить уровень электромагнитных помех в окружающем пространстве. Связь установки с питающей сетью осуществляется через режекторный фильтр.
4. Экспериментальное исследование и математическое моделирование вольт-секундных характеристик воды
4.1 Проведение экспериментов
Эксперименты проводились на образце, эскиз которого представлен на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Эскиз экспериментального образца: 1 - электроды, 2 -вода, 3 - листовой полиэтилен, которым был дополнен образец во избежание пробоя по поверхности
В экспериментах использовалась техническая вода при комнатной температуре, не подвергавшаяся процедуре обезгаживания. Для приближения к условиям, которые могут иметь место в технологическом процессе, опыты производились без смены воды с интервалом между импульсами 30 с. В экспериментах не было обнаружено существенного изменения формы импульса при переходе от первого к последующим импульсам. Возможно, упомянутый подход привел к повышенному разбросу экспериментальных результатов. Однако он оправдан близостью к условиям работы технологической установки.
4.2 Результаты экспериментов
Расстояние между электродами изменялось от 3 мм до 7,2 мм. При каждом промежутке были сняты 3ч4 осциллограммы. На рис. 4.2, 4.3представлены осциллограммы для, , соответственно.
Рис. 4.2. Экспериментальные зависимости формы импульса от времени при
Рис. 4.3. Экспериментальные зависимости формы импульса от времени при
Результаты измерений - максимальное напряжение разряда Umax и время от начала разряда до достижения максимально гозначения напряжения были занесены в таблицу 4.1.
Табл.4.1. Результаты измерений
3 |
0,46 |
203,13 |
5,8 |
0,4 |
50 |
|
3 |
0,44 |
203,13 |
5,8 |
0,46 |
62,5 |
|
3 |
0,34 |
195,31 |
5,8 |
0,48 |
54,69 |
|
3 |
0,38 |
195,31 |
5,8 |
0,5 |
51,56 |
|
4 |
0,36 |
65,63 |
6 |
0,4 |
56,25 |
|
4 |
0,36 |
42,19 |
6 |
0,62 |
93,75 |
|
4 |
0,4 |
60,94 |
6,2 |
0,38 |
73,44 |
|
4 |
0,4 |
54,69 |
6,2 |
0,38 |
110,94 |
|
4 |
0,42 |
57,81 |
6,2 |
0,42 |
59,38 |
|
4 |
0,5 |
53,13 |
6,2 |
0,42 |
104,69 |
|
5 |
0,62 |
76,56 |
6,2 |
0,42 |
120,31 |
|
5 |
0,74 |
53,13 |
6,8 |
0,4 |
48,44 |
|
5 |
0,9 |
56,25 |
6,8 |
0,5 |
59,38 |
|
5,5 |
0,34 |
62,5 |
6,8 |
0,56 |
50 |
|
5,5 |
0,36 |
95,31 |
6,8 |
0,6 |
62,5 |
|
5,5 |
0,4 |
68,75 |
7,2 |
0,38 |
60,94 |
|
5,5 |
0,42 |
56,25 |
7,2 |
0,38 |
56,25 |
|
5,5 |
0,44 |
60,94 |
7,2 |
0,44 |
54,69 |
Параметры точек, выделенных цветом (для промежутка d=3мм, 6,8мм, 7,2мм), сильно отличаются от средних значений и были исключены из рассмотрения.
4.3 Построение математической модели
Для полученных результатов предполагалось на основе простой математической модели описать пробой воды, производя подбор одного или нескольких параметров модели с целью получения максимально возможного совпадения результатов расчета с экспериментом. Одним из распространенных методов описания характеристик разряда является модель, предложенная Ромпе и Вайцелем [9]. Эта модель хорошо зарекомендовала себя при описании газового разряда, и в ряде случаев были предприняты попытки ее использования для описания пробоя жидких или твердых сред [15]. В данной работе также была проведена серия пробных расчетов, которая показала невозможность получения удовлетворительной точности описания экспериментальных данных. Была предпринята попытка модификации модели добавлением нелинейной емкости, о которой будет написано ниже.
Электрическая схема для получения расчетных осциллограмм и расчетная схема Pspiceпредставлены на рис. 4.4и рис. 4.5 соответственно.
Рис.4.4. Электрическая схема
Рис.4.5. Расчетная схема Pspice
Здесь ROMPE - макромодель, созданная с помощью программы PSpiceModelEditor на основе зависимости сопротивления искры от тока и времени для газового разряда:
,
где - длина разрядного промежутка, - давление в газе, - ток разряда, - коэффициент Ромпе-Вайцеля.
Ниже приведена структура макромодели ROMPE в стандарте Pspice:
.subckt rompe 1 2
*const r_v- last coefficient of gout
gout 1 4 poly(2) (1,2) (6,0) 1e-6 0 0 0 b
rut 1 4 1G
v0 4 2 0
hq 3 0 poly(1) v0 0 0 1
rint 3 8 100K
cint 5 8 1n
eint 5 0 poly(1) (8,0) 0 -1e6
rouin 5 0 1G
einv 9 0 poly(1) (5,0) 0 -1
eou1 6 0 poly(2) (9,0)(7,0) 0 1e6 -1e6
rou1 6 0 1G
eou2 7 0 poly(2) (6,0) (6,0) 0 0 0 0 1
rou2 7 0 1G
.ends
Описание макромодели начинается директивой .subckt и заканчивается директивой .ends. Между ними помещаются описания компонентов, входящих в состав макромодели [16].
Так, например,- зависимый нелинейный источник тока, управляемый напряжением, задается предложением:
где POLY - полиномиальная функция вида:
где - управляющих переменных
Для начала работы модели Ромпе-Вайцеля необходимо минимальное отклонение значения тока от нуля. Это значение начального тока задано в описании источника тока .
Также в макромодели ROMPEопределены другие зависимые источники сигналов: - источник напряжения, управляемый током; , , , - источники напряжения, управляемые напряжением; а также следующие параметры:
ѕ сопротивления резисторов , , , , ;
ѕ емкость конденсатора ;
Подбирая параметр в описании источника тока, который связан с коэффициентом Ромпе-Вайцеля соотношением , стремились получить расчетные кривые, близкие по своим параметрам экспериментальным. Как оказалось, учет только параметра b не приводит к удовлетворительным результатам.
Экспериментальные кривые отличаются от расчетных по модели Ромпе-Вайцеля тем, что вершины импульсов имеют сглаженный вид, это дает основание считать, что при больших напряжениях играет роль возрастающая в процессе разряда емкость разрядного промежутка, которая может быть учтена введением дополнительного нелинейного элемента.
На рис.4.6 представлены зависимости формы импульса от времени для классической модели Ромпе-Вайцеля, где учитывается только постоянная b, модифицированная модель, где в учет берется еще одна постоянная - емкость разрядного промежутка, а также зависимость, полученная в ходе экспериментов.
Рис. 4.6. Зависимости формы импульса от времени
В качестве элемента, учитывающего емкость разрядного промежутка, используется модель емкости, зависящей от напряжения, характеристики которой будут введены как дополнительный варьируемый параметр при получении расчетных кривых (рис.4.7).
Рис. 4.7. Схема модели изменяющейся емкости: Uупр - напряжение управления, Cvar-функциональный блок, С0 - постоянная емкость
Была выбрана простейшая форма зависимости емкости от напряжения, которая позволила получить удовлетворительное совпадение расчета с экспериментом.
4.4 Результаты моделирования
Для каждого эксперимента проводился подбор коэффициента и нелинейной емкости путем последовательных расчетов, критерием являлось совпадение амплитуд и длительности импульса. Результаты подбора занесены в таблицу 4.2.
Табл. 4.2.Результаты расчета
0,36 |
65,63 |
4 |
0,348 |
65,6 |
1,51 |
0,4 |
|
0,4 |
60,94 |
4 |
0,392 |
60,9 |
1,56 |
0,6 |
|
0,4 |
54,69 |
4 |
0,4 |
54,7 |
1,73 |
0,8 |
|
0,42 |
57,81 |
4 |
0,422 |
57,83 |
1,59 |
0,8 |
|
0,5 |
53,13 |
4 |
0,508 |
53,2 |
1,59 |
1,4 |
|
0,34 |
62,5 |
5,5 |
0,331 |
62,5 |
1,63 |
0,4 |
|
0,4 |
68,75 |
5,5 |
0,407 |
68,63 |
1,34 |
0,5 |
|
0,42 |
56,25 |
5,5 |
0,410 |
56,2 |
1,66 |
0,8 |
|
0,44 |
60,94 |
5,5 |
0,449 |
60,9 |
1,46 |
0,8 |
|
0,4 |
50 |
5,8 |
0,397 |
50 |
1,9 |
1 |
|
0,46 |
62,5 |
5,8 |
0,463 |
62,5 |
1,4 |
0,8 |
|
0,48 |
54,69 |
5,8 |
0,48 |
54,3 |
1,6 |
1,2 |
|
0,5 |
51,56 |
5,8 |
0,489 |
51,6 |
1,67 |
1,4 |
|
0,38 |
73,44 |
6,2 |
0,402 |
73,1 |
1,27 |
0,4 |
|
0,42 |
59,38 |
6,2 |
0,407 |
59,39 |
1,57 |
0,7 |
|
0,42 |
104,69 |
6,2 |
0,419 |
107,4 |
0,8 |
0,15 |
|
0,42 |
120,31 |
6,2 |
0,415 |
120,1 |
0,7 |
0,1 |
Полученные усредненные данные были аппроксимированы уравнениями и в интервале от 2 до 7 мм. Полосы погрешности соответствуют доверительному интервалу по совокупности рассчитанных значений постоянной при уровне значимости . Зависимости представлены на рис.4.8.
Рис.4.8. Расчетные данные
Полученные значения постоянных в модели Pspiceопределены для конкретной длины промежутка, т.е. мы не предполагаем линейной зависимости сопротивления промежутка от его длины, как это делается в классической модели Ромпе-Вайцеля. Значение динамической емкости обнаруживает слабую зависимость от длины.
Далее на рис.4.9 приведены результаты серии пробных расчетов формы импульса с использованием зависимости для величин зазора от 2 до 7 мм, продемонстрировавшие неплохое согласие с экспериментом.
Рис.4.9. Расчетная зависимость формы импульса от времени
В данной работе выбор параметров модели производился одновременно с получением экспериментальных данных, что позволило корректировать постановку эксперимента в зависимости от степени успешности моделирования.
Такой подход имеет свои преимущества и недостатки. Недостатком является ограничение возможности конкретной экспериментальной установки. В то же время полученные результаты носят обнадеживающий характер и могут служить обоснованием для продолжения данной работы.
4.5 Выводы по результатам эксперимента и компьютерного моделирования
1. В силу объективных причин (непостоянство свойств воды, наличие газовых включений и др.) экспериментальные данные обладают значительным разбросом. Для повышения достоверности результатов необходимо проведение большого количества дополнительных экспериментов. К сожалению, временные рамки работы не позволили выполнить достаточное количество экспериментов. Поэтому полученные результаты и параметры модели имеют ценность в основном с точки зрения отработки методики моделирования.
2. Предложенная модификация модели Ромпе-Вайцеля качественно правильно отражает особенности пробоя воды по сравнению с пробоем газа. Использованная линейная зависимость дополнительной емкости от напряжения может считаться лишь пробной. Она имеет преимущества перед более сложными зависимостями только с точки зрения простоты. Возможно, данная зависимость будет уточнена в дальнейшем с привлечением физических моделей.
3. Разработанная установка имеет ряд недостатков, связанных с ее малыми габаритами и мощностью. В дальнейшем целесообразно проведение экспериментов на установке большего масштаба.
5. Экономическая часть
5.1 Оценка затрат на разработку лабораторной установки и проведение экспериментов
Задача: создание экспериментальной установки, получение максимального возможного количества опытных данных и создание модели водяного разрядного промежутка, удобного для практического использования.
Заказчик: Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет.
Подрядчик: Кафедра ИЭ и ТВН в лице сотрудника к.т.н., доцента Адамьяна Ю.Э. и дипломантки Ершовой Т.Н.
Затраты на разработку экспериментальной установки включают в себя следующее:
1) заработная плата сотрудников ();
2) стоимость элементов установки ();
3) стоимость расходных материалов ();
4) проведение исследований ();
5) создание математической модели ().
1. В разработке участвовало два сотрудника: Ершова Т.Н. и Адамьян Ю.Э. Работы проводились в течение пяти месяцев, в том числе один месяц (по два рабочих дня в неделю) - на разработку установки, два месяца (по одному рабочему дню в неделю) - на проведение экспериментов по пробою воды, два месяца (по одному рабочему дню в неделю) - на обработку полученных данных и создание математической модели. Таким образом, время, затраченное разработчиками, равно дням дня. Заработная плата Адамьяна Ю.Э. составляет З1=870руб/день (с учетом вычета подоходного налога). Ершова Т.Н., как дипломница, получает стипендию З2=37руб/день. Таким образом, заработная плата сотрудников составляет:
2. Стоимость оборудования, используемого в установке, приведена в таблице 5.1.
Табл. 5.1. Стоимость оборудования, используемого в установке
Наименование устройства |
Марка |
Количество, шт. |
Стоимость, руб. |
|
Разрядник управляемый |
РУ-62 |
1 |
5000 |
|
Импульсный конденсатор |
К75-48М |
1 |
3000 |
|
Зарядное устройство |
1 |
3000 |
||
Корпус |
1 |
800 |
||
Итого |
11800 |
3. К затратам на расходные материалы относятся затраты на электроэнергию . Цена 1кВт*ч электроэнергии равна . Затраты на потребляемую электроэнергию равны произведению себестоимости на время работы (). При суммарной мощности используемого оборудования - затраты на электроэнергию составят:
4. Затраты на исследования включают в себя затраты на приобретение литературы и временных затрат, т.е. время которое было потрачено на изучение приобретенной литературы:
5. Одной из основных задач данной работы являлось схемотехническое моделирование разрядного промежутка, которое проводилось в среде OrCAD. Поскольку расчеты проводились на учебной версии OrCAD, затраты на создание математической модели включают в себя только стоимость программного обеспечения OSWindows:
Таким образом, полные затраты на разработку, создание и отладку лабораторной установки равны:
5.2 Целесообразность разработки установки
Целью данной работы являлось создание математической модели водяного разрядного промежутка, удобного для практического применения. В дальнейшем полученные результаты могут быть применены при проектировании отдельных элементов электротехнологических установок, таких как установок для электроимпульсного бурения.
Электроимпульсное бурение основано на разрушении горной породы мощным электрическим разрядом (пробоем) высокого напряжения (до 200кВ), происходящим в приповерхностной зоне забоя скважины, заполненной жидким диэлектриком (техническая вода, масло, дизельное топливо). Этот метод разработан в конце 60-х гг. 20 в. в СССР (А. А. Воробьев и др.). Бур выполнен в виде кольцевого зубчатого и центрального электродов. При бурении электроды прижимаются к забою, а центральный электрод вращается, обеспечивая создание последовательных электрических импульсов-пробоев с определенной частотой по всей площади скважины. Горная порода разрушается за счёт напряжений, возникающих в ней при электрическом пробое. Удаление продуктов разрушения производится циркуляцией жидкого диэлектрика. Скорость бурения до 6--10 м/ч. Область применения -- нисходящие скважины в плотных горных породах, обладающих высоким электрическим сопротивлением и не поглощающих циркулирующий в скважине жидкий диэлектрик. Эффективность бурения не зависит от крепости пород и глубины скважины и определяется параметрами электрического пробоя и условиями удаления продуктов разрушения.
В данной работе была построена математическая модель с выбором параметров для пробоя технической воды на основе проведенных экспериментов. Использование уже готовой модели позволит сократить расходы предприятия, занимающегося электроимпульсным бурением, а именно:
ѕ затраты на заработанную плату персонала;
ѕ затраты на разработку установки, получение опытных данных и проведение исследований.
Срок службы данной установки сложно оценить, так как она является опытным образцом и пока не существует опыта ее длительной эксплуатации. В любом случае созданная установка проста по конструкции и, следовательно, проста в обслуживании и ремонте, что ведет к снижению стоимости ее эксплуатации. Однако на данном этапе работы оценить экономический эффект не представляется возможным.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что создание данной лабораторной установки является экономически целесообразным для использования ее в учебных и исследовательских целях.
6. Безопасность жизнедеятельности
6.1 Введение
Конструкция установки заключена в металлический корпус, напряжение питания 220 В переменного тока 50 Гц. Связь установки с питающей сетью осуществляется через режекторный фильтр.
Эксплуатация установки происходит в помещении для лабораторных работ по технике высоких напряжений на кафедре ИЭ и ТВН Санкт-Петербургского Государственного Политехнического Университета. В соответствии с ПУЭ данное помещение относится к помещениям с повышенной опасностью поражения током в связи. В помещении имеется вывод заземляющего контура.
Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием в них одного из следующих условий, создающих повышенную опасность:
ѕ сырость или токопроводящая пыль;
ѕ токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные т.п.);
ѕ высокая температура;
ѕ возможность одновременного прикосновения человека к металлоконструкциям здания, имеющим соединение с землей, технологическим аппаратам, механизмам и т.п., с одной стороны, и к металлическим корпусам оборудования (открытым проводящим частям) с другой.
Помещение для лабораторных работ характеризуется по последнему условию.
6.2 Анализ вредных и опасных факторов
Основными опасными производственными факторами являются:
1. Опасность поражения электрическим током промышленной частоты с действующим значением 220В. Установка имеет шнур питания со стандартным разъемом для подключения к общей потребительской сети.
2. Потенциальная опасность поражения потоком электронов и тормозным рентгеновским излучением от электронно-лучевой трубки осциллографа, который используется для измерений.
3. Недостаточная освещенность на рабочем месте.
4. Пожаровзрывобезопасность.
5. Ненормативные условия микроклимата.
6. Ненормативные условия шума и вибрации.
6.3 Меры защиты
ѕ от поражения электрическим током
При эксплуатации лабораторной установки необходимо соблюдать правила техники безопасности при работе такого типа. Необходимо следить затем, чтобы питающий шнур и вилка находились в исправном состоянии, корпус прибора должен быть заземлен.
ѕ от опасности поражения потоком электронов и тормозным рентгеновским излучением
Стекло электронно-лучевой трубки и корпус осциллографа обеспечивают защиту от потока электронов и тормозного рентгеновского излучения, что гарантируется заводом-изготовителем.
ѕ требования к уровням шума и вибрации
Допустимые уровни звукового давления, уровня звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах должны соответствовать требованиям «Санитарных норм допустимых уровней шума на рабочих местах» №2.2.4/2.1.8.56662-96. Общая вибрация на рабочих местах не должна превышать предельно допустимых величин, установленных «Санитарными нормами вибрации рабочих мест» №2.2.4/2.1.8.566-96.
Для снижения шума вибрации в помещениях оборудование, аппараты, приборы необходимо устанавливать на специальные фундаменты и амортизирующие прокладки, предусмотренные нормативными документами. Стены и потолки облицовываются звукопоглощающими материалами. При работе оборудования со значительным уровнем шума предусматривается использование специальных звукопоглотителей, может быть осуществлено экранирование рабочих мест.
Уровни звука в помещениях, где работают математики-программисты и операторы ВДТ, не должны превышать величин, установленных санитарными нормами.
Уровни шума и вибрации при проведении лабораторных работ соответствовали требованиям «Санитарных норм допустимых уровней шума на рабочих местах».
ѕ требования к воздуху рабочей зоны
Параметры микроклимата должны удовлетворять требованиям СанПиН 2.2.4.1340-03 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» и в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны».
Табл. 6.1. Оптимальные нормы микроклимата для помещений с ВДТ и ПЭВМ.
Период года |
Категория работ |
Температура воздуха, °С |
Относительная влажность, % |
Скорость движения воздуха, м/с |
|
холодный |
Легкая - 1а |
22-24 |
40-60 |
0,1 |
|
Легкая - 1б |
21-23 |
40-60 |
0,1 |
||
теплый |
Легкая - 1а |
23-25 |
40-60 |
0,1 |
|
Легкая - 1б |
22-24 |
40-60 |
0,2 |
Учитывая представленные данные можно заключить, что условия микроклимата в помещении для лабораторных работ обеспечиваются.
ѕ пожаровзрывобезопасность
Основные требования к огнестойкости зданий и сооружений, противопожарным преградам и эвакуации людей из зданий и помещений содержатся в СНиП II-2-80 «Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений».
Существует опасность того, что трансформатор, используемый для питания, может возгореться, но эта опасность является чисто теоретической, так как трансформатор является сухим и смонтирован в железном корпусе, поэтому при перегорании его изоляции возгорание не происходит.
Помещение, в котором находится лабораторная установка, оснащено четырьмя огнетушителями углекислотными бромэтиловыми ручными ОУБ-3. Также на лестнице находится ящик с песком, эвакуация осуществляется по главной лестнице.
ѕ расчет освещенности на рабочем месте
Освещение в помещениях должно быть смешанным (естественным и искусственным). Величина коэффициента естественной освещенности должна соответствовать нормативным уровням по СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования».
Искусственное освещение в помещениях осуществляется в виде комбинированной системы освещения с использованием люминесцентных источников света в светильниках общего освещения. При этом в качестве светильников используют установки с преимущественно отраженным или рассеянным светораспределением.
Величина освещенности при искусственном освещении люминесцентными лампами должна быть в горизонтальной плоскости не ниже 300 лк для системы общего освещения и не ниже 750 лк для системы комбинированного освещения. Аварийное освещение должно быть предусмотрено в помещениях, где недопустимо прекращение работ в случае отключения рабочего освещения.
Для расчета общего равномерного освещения при горизонтальной рабочей поверхности основным является метод светового потока (коэффициента использования), учитывающий световой поток, отраженный от потолка и стен. Световой поток лампы (лм) при лампах накаливания или группы ламп светильника при люминесцентных лампах рассчитывают по формуле:
,
где - нормированная минимальная освещенность, лк; - площадь освещаемого помещения, м2; - коэффициент минимальной освещенности, равный отношению (значение для ламп накаливания и ДРЛ -1,15, для люминесцентных - 1,1), - коэффициент запаса, - число светильников в помещении; - коэффициент использования светового потока ламп, зависит от КПД и кривой распределения силы света светильника, коэффициент потолка ( и ), высоты подвеса светильников и показателя помещения:
,
где и - два характерных размера помещения; - высота светильников над рабочей поверхностью. Возьмем для освещения помещения три лампы накаливания в светильниках с отражателем.
Данные для расчета: Тогда , а, следовательно, .
По приведенной выше формуле световой поток лампы:
Подбираем ближайшую стандартную лампу Г215-255-300 и определяем электрическую мощность всей осветительной системы - 278Вт.
Заключение
Для моделирования пробоя технической воды была применена модифицированная модель Ромпе-Вайцеля, реализованная в системе PSpice. Использование модели в системе Pspice, являющейся мировым стандартом схемотехнического моделирования, позволяет проводить расчет электрического разряда в жидкости применительно к электротехнологическим установкам.
Суть модификации классической модели Ромпе-Вайцеля состоит во введении дополнительной нелинейной емкости, зависящей от напряжения, что позволяет адекватно описывать процесс электрического разряда в жидкости и энерговклад в жидкость во время разряда.
Данная модель в сочетании с моделированием пробоя твердых сред (горных пород или цемента) может быть использована в проектировании рабочих органов установок для электроимпульсного бурения.
Возможность определения энерговклада позволяет также применять данную модель при расчетах электрогидроимпульсного эффекта при пробое воды для получения импульсов высокого давления.
Список использованной литературы
1. Брылин В.И. Бурение скважин специального назначения: Учебное пособие. - Томск: Изд-во ТПУ, 2006. - 255с.
2. Курец В.И., Усов А.Ф., Цукерман В.А. Электроимпульсная дезинтеграция материалов. - Апатиты:Изд-во Кольского научного центра РАН, 2002. -324 с.
3. Воробьев А.А., Нарушение электрической прочности диэлектриков и их пробой. - Томск: Изд-во ТПУ, 1962. - 108с.
4. Важов В.Ф., Лавринович В.А., Лопаткин С.А. Техника высоких напряжений. - Томск: Изд-во ТПУ, 2006. - 119с.
5. Воробьев Г.А., Похолков Ю.П., Королев Ю.Д., Мекулов В.И. Физика диэлектриков (область сильных полей): Учебное пособие. - Томск: Изд-во ТПУ, 2003. - 244 с.
6. Peek F.W. The Effect of Transient Voltages on Dielectric IV // AIEE. - N49.
7. Горев А.А., Машкилейсон Л.Е. Эмпирические уравнения кривых времени разряда // Электричество. - 1935. - N13.
8. Caldwell R.O., Darveniza M. Experimental and Analytical Studies of the Effect of Non-Standard Waveshapes on the Impulse Strength of External Insulation, Power Apparatus and Systems // IEEE Transactions on. - 1973. - N92.
9. Rompe R., Weizel W. Uber das Toeplersche Funkengesets. - Zs.Physik, 1944, B.122, H.9-12.
10. Месяц Г.А. Генерирование мощных наносекундных импульсов. - М.: Сов. Радио, 1974. - 256с.
11. Матханов П.Н., Гоголицын Л.З. Расчет импульсных трансформаторов. - Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980. - 112с.
12. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. расчет индуктивностей: Справочная книга. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 488с.
13. Электроэнергетика. Источники питания электротехнологических установок: Учеб. пособие / Ю.Э. Адамьян, Е.П. Бельков, Ю.Н. Бочаров и др. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2006. - 170с.
14. Шваб А. Измерения на высоком напряжении: Измерительные приборы и способы измерения. - 2-е изд., перераб. и доп. Пер. с нем. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 264с.
15. Removal of surface layer of concrete by a pulse-periodical discharge.-Digest of Technical Papers 11-th IEEE Int. Pulsed Power Confer. Editors: G.Cooperstein I.Vitkovitsky. USA, Baltimore, 1997, p.1078-1084. V.Goldfarb, R.Bundy, A.Dunton, Yu.Adamian, S.Krivosheev, G.A.Shneerson.
16. Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DesignLab 8.0. - М.: Солон, 1999. - 698с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Физика явлений, происходящих в газовых разрядах с непрерывным и импульсным подводом электрической энергии, как основа лазерных технологий. Виды, свойства и характеристики разрядов. Разряд униполярного пробоя газа, его вольт-амперные характеристики.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 25.02.2013Принцип действия генератора импульсного напряжения. Характеристики вакуумных разрядников, условия развития пробоя. Исследование электрической прочности РВУ-43, РВУ-53. Расчеты распределения электрического поля в них при помощи программного пакета Comsol.
дипломная работа [8,7 M], добавлен 14.02.2014Устройство структуры металл-диэлектрик–полупроводник. Типы полупроводниковой подложки. Экспериментальное измерение вольт-фарадных характеристик и характеристика многослойных структур. Методология электрофизических измерений, описание их погрешности.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 07.01.2011Общие понятия и определения в математическом моделировании. Основные допущения при составлении математической модели синхронного генератора. Математическая модель синхронного генератора в фазных координатах. Реализация модели синхронного генератора.
дипломная работа [339,2 K], добавлен 05.10.2008Понятие полупроводникового диода. Вольт-амперные характеристики диодов. Расчет схемы измерительного прибора. Параметры используемых диодов. Основные параметры, устройство и конструкция полупроводниковых диодов. Устройство сплавного и точечного диодов.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 04.05.2011Характеристики тлеющего разряда, процессы, обеспечивающие его существование. Картина свечения. Объяснение явлений тлеющего разряда с точки зрения элементарных процессов. Вольт-амперная характеристика разряда между электродами. Процессы в атомарных газах.
реферат [2,8 M], добавлен 03.02.2016Условия возникновения электрического разряда в газах. Принцип ионизации газов. Механизм электропроводности газов. Несамостоятельный газовый разряд. Самостоятельный газовый разряд. Различные типы самостоятельного разряда и их техническое применние.
реферат [32,3 K], добавлен 21.05.2008Механизмы возникновения электрического разряда в газах, условия их электропроводности. Ионная электропроводимость газов. Различные типы самостоятельного разряда и их техническое применение. Искровой, коронный и дуговой разряды. "Огни святого Эльма".
презентация [2,9 M], добавлен 07.02.2011Методики экспериментального определения коэффициента ионизации газа. Напряжение возникновения разряда. Вольт-амперные характеристики слаботочного газового разряда в аргоне с молибденовым катодом. Распределение потенциала в газоразрядном промежутке.
контрольная работа [122,5 K], добавлен 28.11.2011Исследование спектров электролюминесценции, вольт-амперных и люкс-амперных характеристик "фиолетовых" и "желтых" светодиодов в температурном диапазоне 300-90 К. Анализ процессов токопереноса, генерации и рекомбинации носителей заряда в гетероструктурах.
контрольная работа [245,8 K], добавлен 11.08.2010