Исследование электрических характеристик высоковольтного разряда в жидкометаллических средах
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
воздействий является актуальной проблемой при реализации задач направленного управления структурой и свойствами литого металла [1-4]. Одним из таких сравнительно новых способов обработки является обработка импульсным электрическим током [5-9].
Одним из методов электроимпульсной обработки расплава - это обработка при непосредственном пропускании разрядного тока емкостного накопителя энергии через жидкий металл в ковше.
Для определения функциональных возможностей и возможных путей совершенствования данного метода внепечной обработки необходимо четкое представление о процессах происходящих в технологическом узле (объекте обработки) и их связи с параметрами разрядного контура емкостного накопителя энергии (ЕНЭ).
Данная проблема подразумевает под собой широкомасштабные многофакторные теоретические и экспериментальные исследования [10,11]. Одним из этапов данного эксперимента являются исследования электрических характеристик разряда на жидкий металл в LC-цепи.
Задачей или целью данной работы является экспериментальное определение электрических характеристик разряда на жидкий металл в LC-цепи, таких как:
временные зависимости тока, напряжения при разряде на жидкий металл;
временные зависимости сопротивления расплава при разряде емкостного накопителя;
временные зависимости мощностей при разряде на жидкий металл в LC-цепи, при различных параметрах разрядного контура;
к.п.д. преобразования энергии запасенной в емкостном накопителе при разряде на жидкий металл;
выдать рекомендации по проведению дальнейших исследований.
импульсный ток осциллограф напряжение
2. Экспериментальные исследования электрических характеристик разряда емкостного накопителя на жидкий металл
.1 Методика проведения испытаний
.1.1. Идея предполагаемых исследований
Идея предполагаемых исследований состоит в том, чтобы:
Определить электрические характеристики электроимпульсного разряда в жидком металле.
Варьируемые параметры: напряжение обработки U0, зарядная емкость конденсаторов C, частота следования импульсов f.
Регистрируемые параметры: зависимости напряжения во времени в расплаве U(t), сила тока во времени I(t).
Анализируемые параметры: зависимости напряжения во времени разряда в расплаве U(t), сила тока во время разряда I(t), сопротивление расплава во время разряда R(t), баланс энергий (запасенная/выделившаяся в технологическом узле) и мощность.
Постоянные величины: масса металла, химический состав металла, температуры выплавки, обработки и разливки, время обработки, последовательность отбора проб., индуктивность разрядного контура.
Методами металлографии экспериментально показать тенденции в изменении структуры и свойств литого металла при его обработке электроимпульсным током.
Численным моделированием определить зависимости температурного и силового факторов, влияющих на состояние расплава при его электроимпульсной обработке.
Выявить наиболее чувствительные и эффективные характеристики электроимпульсного воздействия.
Разработать методические и технические рекомендации для практической реализации метода.
Таким образом, в работе на данном этапе применена следующая методика экспериментальных исследований.
.2.2 Экспериментальный стенд. Проведение эксперимента
Настоящие исследования направлены на изучение влияния различных параметров импульсного электрического тока на структуру и свойства литейного алюминиевого сплава.
Описание экспериментального стенда. Для физического моделирования высоковольтной электроимпульсной обработки расплавов был создан экспериментальный стенд. Блок - схема экспериментального стенда приведена на рисунке 1, а фотография на рис. 2(а). Высоковольтное оборудование, вошедшее в состав стенда, имеет широкий диапазон варьирования энергетическими параметрами обработки (C - зарядная емкость - от 0,5 до 100 мкФ; U0 - зарядное напряжение - от 1 до 50 кВ (имеется возможность плавной регулировки); Рмах - максимальная потребляемая мощность - 10 кВА; f - частота следования импульсов - от 0,5 до 6 Гц), одновременной регистрации электрических и температурных характеристик процессов электроимпульсного нагружения. Конфигурация электродной системы, использованная в данной серии экспериментов, - острие-плоскость, глубина погружения 5 мм. Фотография лабораторного высоковольтного оборудования приведена на рисунке 2(б).
План натурного эксперимента приведен в таблице 1. Для того, чтобы исследовать влияние энергии нагружения на качество литого металла, в каждом последующем режиме запасаемая энергия увеличивалась в 2 раза за счет напряжения. Соответственно, изменялся и разрядный ток, а величину зарядной емкости и частоту следования импульсов поддерживали постоянными. Влияние конфигурации электромагнитного поля и возникающих при этом гидродинамических сил регулировалось геометрическими размерами ковша с металлом.
Таблица - 1 Матрица экспериментов по высоковольтной электроимпульсной обработке алюминиевых расплавов
№ режима12345С, мкф11111Uo, кВ710142131f, Гц22222W0, Дж2550100220450Т, мкс99999Iмах, А57101622ПримечаниеРежимы №1-№3 используются для обработки технического алюминия и сплава АЛ7. Режимы №3-№5 используются для обработки сплава АК9.
Таблица 2 ? Результаты металлографического анализа структуры образцов и свойства технического алюминия
U0, кВМакроструктураМикро-структураТвер-дость, НВРазмер зерна, ммШирина зо?/p>