Изучение физических основ работы
Выполнил: ст. гр. 2141107
Шаймарданов И.И.
Проверил: доцент
Габдрахманов А.Т.
Цель работы: изучить устройство, назначение, область применения, характеристики электродугового плазмотрона постоянного тока и условия устойчивого горения электрической дуги.
Оборудование: плазмотрон АЛПЛАЗ-04 в комплекте (блок питания с сетевым кабелем, плазменная горелка, подставка для горелки и инструкция по работе с установкой АЛПЛАЗ-04), специальные защитные очки или сварочная маска.
Теоретическая часть.
Одним из широко распространенных технических устройств применяемых для получения потоков плазмы являются электродуговые плазмотроны (ЭДП) постоянного тока. В них, через область электрической дуги прогоняют рабочий газ, который в результате, разогревается до плазменного состояния. Различают разряды свободные и пространственно стабилизированные. Стабилизируют разряды потоком плазмообразующего газа, охлаждаемыми стенками разрядной камеры, дополнительным магнитным полем соленоида. Особенно большое применение получили разряды, стабилизированные в канале с потоком газа. Таким генератором плазмы является портативный аппарат АЛПЛАЗ–04.
Назначение и область применения.
Портативный плазмотрон предназначен для резки любых материалов толщиной до 5 мм (в том числе и тугоплавких), для сварки или пайки черных и цветных металлов толщиной до 5 мм. Портативный плазмотрон незаменим в домашних условиях, и условиях небольших мастерских или лабораторий.
Важной электрической характеристикой дугового разряда является вольтамперная характеристика (ВАХ), т.е. зависимость напряжения горения дуги UА от силы тока J. На вид ВАХ UА = f (J) существенное влияние оказывают давление в разрядной трубке, расход и свойства плазмообразующего газа, форма и размеры дугового канала плазмотрона. Поэтому зависимость UА = f (J) является не только характеристикой дуги, но и плазмотрона в целом.
Для однокамерных плазмотронов с вихревой подачей плазмообразующего газа зависимость UА = f (J) приближенно записывается в виде:
,
где G – массовый расход плазмообразующего газа; d - диаметр разрядной камеры канала плазмотрона; р - давление газа в канале; k1, 
1, 2, 3, 4 – постоянные конкретных конструкций плазмотронов.
Закон Она для электрической цепи питания плазмотрона записывается в виде
, (1)
где 
и r - электродвижущая сила и внутреннее сопротивление источника; RБ и RД – сопротивление балластного реостата и электрической дуги.
Уравнение (1) может быть представлено в более удобном для анализа виде:
. (2)
Здесь 
- напряжение источника тока UИП; JRБ = U Б - падение напряжения на балластном сопротивлении RБ; JRД = U Д - напряжение горения электрической дуги.
Условия устойчивости горения дуги.
Рис.3.
UИП = UД + UБ. (8)
На рисунке 3 построены графики зависимости UБ =(J), UД = f (J), U = f (J), UИП = f (J). Как видно из рисунка, условию (8) удовлетворяют точки А и В, соответствующие JA и JB.
Рассмотрим состояние, соответствующее точке А. В процессе горения дуги возможны значительные флуктуации тока, обусловленные эмиссией заряженных частиц на катоде. Так, при уменьшении силы тока менее JA напряжение источника тока UИП становится меньше напряжения, необходимого для устойчивого горения дуги. Это приводит к дальнейшему снижению тока вплоть до полного прекращения дуги. И, наоборот, при случайном увеличении силы тока более JА, требуемое для горения напряжение убывает, поэтому в цепи дуги создается избыток напряжения. За счет этого избыточного напряжения сила тока продолжает расти до значения JB, соответствующего точке В. При дальнейшем увеличении тока напряжение UИП для поддержания этого роста станет недостаточным и ток уменьшится до значения JB. В случае уменьшения тока возникает избыток напряжения и ток восстанавливается до значения JB. Таким образом, непрерывное горение дуги реализуется при значении силы тока JB, а состояние, соответствующее точке А, является неустойчивым.
Для питания плазмотронов конкретного технологического назначения (плазменная резка, сварка) преимущественное применение получили источники постоянного тока с круто падающими вольтамперными характеристиками. Они представляют собой выпрямители, собранные на тиристорах, с регулируемым углом открывания тиристоров относительно начала синусоиды напряжения.
Вывод: В данной работе я изучила устройство плазматрон, его назначение, область применения, вольтамперную характеристику, условия устойчивого горения дуги и принцип его действия.
