ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электрическое поле и объемные заряды внешней зоны короны переменного тока из "Корона переменного тока" Электрическое поле внешней зоны короны переменного тока, а также распределение и закономерности движения объемного заряда во внешней зоне обладают рядом характерных особенностей. Эти особенности рассматриваются ниже для конкретного примера короны в цилиндрическом конденсаторе с диаметрами внутреннего и наружного электродов 3 мм и 3 м соответственно и при амплитуде приложенного к электродам переменного напряжения, в 2,1 раза превышающей начальное коронное напряжение (относительное перенапряжение /г = /7, / /о = 2,1). [c.10] Все обсуждающиеся ниже характеристики были получены путем интегрирования дифференциальных уравнений, описывающих физические процессы во внешней зоне короны. При этом задача решалась как нестационарная, так как только в этом случае удается относительно просто определить начальные и граничные условия. [c.10] Для первого полупериода после внезапного приложения к данным электродам напряжения расчеты осуществлялись согласно методике, развитой в [Л. 10] для переходной униполярной короны. В последующие полупериоды после появления в промежутке зарядов разных знаков (биполярный режим) использовалось численное решение уравнений поля. [c.10] Для состояния 2 внешняя зона короны уже вплоть до г=5 см заполнена объемным зарядом, плотность которого распределена в пространстве неравномерно и достигает у поверхности провода 6-10 к1см. Напряженность электрического поля во всех точках внешней зоны (за исключением области, прилегающей к поверхности провода) оказывается выше, чем в состоянии /. [c.11] В момент времени 3 фронт волны обьемного заряда продвигается дальше в глубь разрядного промежутка, а распределение плотности объемного заряда остается еще существенно неравномерным. В кривой напряженности электрического поля в точке, соответствующей фронту волны объемного заряда, намечается излом, который еще в большей степени проявляется в состоянии 4. Здесь для значительной части области, заполненной объемным зарядом, напряженность электрического поля оказывается почти постоянной. Для момента 4 положение максимума плотности объемного заряда уже не совпало с поверхностью провода, а переместилось в глубь промежутка. В целом распределение плотности объемного заряда оказывается уже более равномерным по сравнению с распределением в предыдущие моменты времени. [c.11] Состояние 5 соответствует угасанию короны на проводе. Отметим, что величина напряжения при этом еще мало отличается от амплитудного значения. Волна объемного заряда полностью сформирована, а ее хвост отрывается от поверхности провода и в последующие моменты времени будет перемещаться в глубь промежутка. Напряженность поля здесь уже пракгическн для всей части внешней зоны, заполненной объемным зарядом, приблизительно постоянна. В связи с этим вся волна объемного заряда, за исключением небольшой части ее хвоста, будет перемещаться и глубь промежутка приблизительно с одинаковой скоростью. [c.11] Новая вспышка короны во второй полупериод в рассматриваемом случае (л = 2,1) происходит сразу же после прохождения напряжения через нуль, т. е. почти. при нулевом мгновенном значении напряжения. Состояние промежутка для этого и ряда последующих моментов времени второго полупериода характеризуется графиками на рис. 1-2. [c.13] В момент времени 1 (новая вспышка короны) хвост волны положительного объемного заряда, созданного в предшествующий полупериод, находится на некотором удалении от поверхности провода, хотя и движется уже к нему под действием напряженности поля измененной полярности. Фронт волны и часть волны (приблизительно половина) в это время еще удаляется от провода, и процесс расширения волны объемного заряда продолжается. Важно отметить, что при новой вспышке короны в зону ионизации еще не поступают ионы предшествующего полупериода, т. е. вспышка имеет место в чистом от объемного заряда пространстве и независимо от полярности будет происходить при достижении градиентом провода начальной величины, а ие критической, характерной для развитой короны. [c.13] В момент времени 2, когда фронт нового отрицательного объемного заряда продвинулся от поверхности провода на значительное расстояние, хвост волны заряда предшествующего полупериода еще не достиг поверхности провода. Фронт этой волны еще движется в это время от провода, поскольку напряженность электрического поля для г 20 см еще не изменила своего направления. Таким об-разо.м, начиная от момента вспышки короны и вплоть до рассматриваемого момента времени, фронт волны отрицательного заряда данного полупериода и фронт волны положительного заряда предшествующего полупериода из-за особенностей поля короны движутся в одном направлении — от провода. Несколько раньше момента времени 2 волны объемных зарядов противоположного знака вступают в соприкосновение, а в момент 2 уже частично перекрывают друг друга. Это сопровождается возникновением процесса рекомбинации ионов, которая во все последующие моменты времени уже не прекращается и является одной из главных причин уменьшения объемных зарядов того и другого знаков, заполняющих внешнюю зону короны. [c.13] В моменты вре.менн 4, 5, 6 продолжается образование волны отрицательного объемного заряда и ее продвижение в глубь внешней зоны, что сопровождается расширением области, в которой идет процеос рекомбинации ионов. В эти же мо.менты времени за счет движения волны положительного заряда к проводу и последовательного ухода ее частей на провод сокращаются ее длина и величина ее суммарноло заряда. [c.15] После угасания короны, происшедшего между мо ментами времени 6 и 7, полностью сформированная волна отрицательного объемного заряда отрывается от поверхности провода и вся в целом удаляется от провода. Волна же положительного объе.много заряда продолжает двигаться к проводу, и ее отдельные слои уходят на провод. [c.15] После угасания короны, так же как это имело место для первого полупериода, начинается уменьшение заряда провода и соответственно уменьшение напряженности электрического поля во всех точках внешней зоны. Наконец, в некоторый момент времени, промежуточный между моментами 9 и 10, напряженность поля у поверхности провода изменяет свое направление, и этот процесс (изменение знака) начинает в последующие моменты вре1мени распространяться в глубь промежутка. В силу этого хвостовые слои оставшейся части волны положительного объемного заряда предшествующего полупериода удаляются от поверхности провода. Хвост же новой, отрицательной волны объемного заряда, распределение которого уже приближается к равномерно.чу, начинает движение к проводу. В это время фронт этой волны еще продолжает движение от провода. Указанное состояние сохраняется в основных чертах и для мо.мента времени 11, с тем только отличием, что здесь уже вся оставшаяся часть волны положительного объемного заряда удаляется от провода, так как точка нулевой напряженности электрического поля переместилась за пределы ее фронта. [c.15] Состояние 11 предшествует новой, третьей вспышке короны в третий полупериод. Если отвлечься от наличия в некоторой части ннешией зоны биполярного объемного заряда, то в остальном это состояние аналогично существовавше.му в начале второго полупериода перед второй вспышкой короны. Это касается как сходства в распределении напряженности электрического поля, так и в распределении объемного заряда. Часть внешней зоны, прилегающая к поверхности провода, оказывается свободной от объемного заряда, т. е. новая, третья вспышка короны будет происходить, как и две предыдущие, в униполярных условиях. [c.15] Причиной убыли заряда во внешней зоне короны, кроме рекомбинации ионов, как уже отмечалось, является частичный возврат ионов к проводу. Расчетные кривые токов возврата приведены на графике и, кроме того, они вычтены из кривых полного тока (разность характеризуется тонкими линиями, близкими к кривым полно- -у го тока). Они показывают, что на большей части интервалов горела ния короны ток возврата составляет лишь относительно небольшую часть ионного тока у поверхности провода. Вблизи момента угасания короны положение изменяется. В связи с этим момент угасания короны не совпадает с моментом прохождения полного тока через нуль, а сдвинут несколько в сторону меньших времен. [c.17] Вышеуказанные причины убыли обьемного заряда из внешней зоны не равнозначны по количественным результатам. Об этом свидетельствуют построенные на рис. 1-4 на основании соответствующих расчетов для второго и третьего полуиерподов после включения напряжения кривые зависимости от вре.мепи мгновенных значений рекомбинировавшего объемного заряда (сплошные линии), а также заряда, вернувшегося на провод (пунктирные линии) оба заряда отнесены к 1 см длины провода. [c.17] Доля отрицательного объемного заряда второго полупериода, рекомбинировавшего к концу третьего полупериода, от всего заряда, созданного в зоне ионизации, составляет около 60%. Количество же вернувшегося на провод заряда составляет только 20%, т. е. убыль заряда внешней зоны за счет возврата ионов на провод в 3 раза меньше, чем убыль заряда за очет рекомбинации ионов. К концу третьего полупериода остаток отрицательного заряда второго иолуиериода, сохранившийся в объеме, составляет около 20% величины всего отрицательного заряда, созданного в зоне ионизации. [c.18] Остающиеся в объеме части заряда оказываются в достаточно удаленной от провода области дрейфа и распределены в пространстве с плотностями, меньшими плотности заряда в области пульсации, прилегающей к поверхности провода. В последующем оставшаяся в области дрейфа часть заряда данной полярности будет встречаться с зарядом противоположной полярности тоже пониженной плотности. Поэтому дальнейшее уменьшение заряда в зоне дрейфа будет замедляться и будет постепенно расширяться область дрейфа, в которой ионы совершают колебательно-поступательное движение. При постепенном (от полупериода к полупериоду) расширении области дрейфа она заполняется объемным зарядом обоих знаков с приблизительно равной плотностью порядка 10- -- 10- к/см (10 10 ед1см ), медленно движущейся (в среднем) от провода к некоронирующему электроду. [c.18] Вернуться к основной статье