Физика/теоретическая физика

Мусапирова Г.Д., к.т.н. Бочкарева Г.В.

Алматинский институт энергетики и связи, Казахстан

ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ПРОВОДИМОСТИ КОРОНЫ В ОБЛАСТИ ВЫСОКИХ ЧАСТОТ

Для объяснения характера аномалий дифференциальной проводимости положительной короны в области высоких частот (до 1,5 МГц), необходимо основывается на поведении электронов в коронирующем слое, т.е. электронной составляющей тока короны вблизи коронирующего электрода. Качественный анализ полученных кривых , появление максимумов и минимумов в них, возможен только при некоторых допущениях.

Во первых, пренебрегаем влиянием пространственного заряда в коронирующем слое. Это означает, что в этом слое выполняется следующее условие:

, (1)

которое справедливо для цилиндрического конденсатора при отсутствии свободных зарядов в объеме. Граница этой области простирается до расстояния 0,3 от поверхности проволоки, ионизационные процессы за которой не значительны и ток разряда определяется в основном переносом положительных ионов. Следовательно, справедливо ожидать критичность существования от расстояния 0,3 Во-вторых, частью тока разряда, переносимого положительными ионами в коронирующем слое, практически можно пренебречь из-за их малой скорости дрейфа. Таким образом, определяющим в плотности тока разряда в коронирующим слое будет дрейф электронов под действием электрического поля:

, (2)

где скорость дрейфа электронов. - подвижность электронов, - напряженность электрического поля. Это уравнение пригодно только для средних значений , а при больших значениях или в молекулярных газах зависимость от и может существенно изменяться. Для вывода точного уравнения скорости дрейфа необходимо получить точные сведения относительно распределения электронов по энергиям и изменения длины свободного пробега электронов с энергией.

Аппроксимация известных экспериментальных данных скорости дрейфа электронов в воздухе позволяет определить характерные значения :

(3)

где - давление воздуха в мм рт. ст. для расчета принято значение = 540 /B сек, близкое известным данным других авторов [2].

При наложении на постоянное поле дополнительного высокочастотного напряжения эффективное поле определяется последующему соотношению [1].

(4)

где – частота столкновений электронов с молекулами газа. При атмосферном давлении воздуха и при частотах зондирующего напряжения 1,5 МГц ,что позволяет принять значения множителя =1. Поэтому при развитой короне, когда сформирован коронирующий слой и протекает стационарный разряд, следует рассмотреть воздействие высокочастотного поля на электроны в коронирующем слое. Расчет, проведенный, исходя из электростатического распределения поля в цилиндре =2мм; =10÷50 микрон, дает значения E на поверхности проволоки в пределах 1,5÷5 кВ/см при =30 B.

При увлечении частоты дополнительного высокочастотного напряжения незначительно повышается эффективность ионизации газа электронами, что приводит к постепенному увеличению значения. При определенных частотах, зависящих от диаметра коронирующего электрода и величины разрядного тока. переходит максимум, затем минимум и снова повышается. Дополнительная ионизация электронами, т.е. аномалии при максимуме, возможна из-за увеличения времени нахождения электронов в коронирующем слое при наложении переменного поля. При сравнимых временах пробега электронов и полупериода зондирующего напряжения наблюдается уже снижение до минимума. Для расчета времен пробега электронов в первом приближении могут быть взяты растояния 0,3 Но при наложении переменного напряжения из-за колебательного движения электронов внешняя граница коронирующего слоя может быть сдвинута дальше от проволоки. Поэтому более справедливо определять сдвиг кажущейся границы, исходя из значений полупериодов переменного напряжения при частоте [3].

Распределение напряженности поля переменного напряжения в цилиндрической системе описывается формулой:

= (5)

Где - расстояние от поверхности проволоки. Для времени пробега электронами расстояния, равного толщине коронирующего слоя , справедливо:

, (6)

приравнивая и обозначая частоту при (емкостная) , определим по формулам (5), (6) зависимость от :

(7)

где - в см, - действующее значение переменного напряжения в вольтах, в - герцах, принято =540 см/B сек.

Выражение (7) позволяет произвести качественные оценки значения и сравнение его с расстоянием 0,3 Расчеты показывают, что величина близка 0,3 при частотах, хотя наблюдается >0,3 с уменьшением диаметра коронирующей проволоки. Например, = 0,029 см для значений R=0,2 см, = 0,005 см, = 1070 кГц, = 10 B, а расстояние 0,3 равно 0,021 см. При уменьшении радиуса, =0,001 см, = 0,022 см, 0,3 = 0,0095 см.

Предложенная формула (7) не может охватить сложную зависимость аномалий . Она устанавливает приближенно существенную связь между критической длиной геометрией промежутка и параметрами высокочастотного напряжения . Она не затрагивает полученную зависимость, величины тока короны. Для количественного определения кривых необходимо провести дополнительные исследования коронного разряда при различных давлениях газа и температурных условиях, что в дальнейшем позволит получить количественные данные и уточнить основной механизм воздействия высокочастотного напряжения на коронирующий промежуток.

Анализ полученных данных показывает существенную зависимость областей аномалий по частотам от размеров электродов и силы тока стационарной короны. Результаты исследования дают возможность создать ряд новых коронноразрядных приборов, использующих частотную зависимость развитой униполярной короны.

Список литературы:

1. Френсис Г. Ионизационные явления в газах. М.,Атомиздат, 1964.51 с.

2. Аронов М.А., Колечицскй Е.С., Ларионов В.П., Минеин В.Ф., Сергеев Ю.Г. электрические разряды в воздухе при напряжении высокой частоты. Под ред. В.П. Ларионова М., «Энергия» , 1969.72 с.

3. Бахтаев Ш.А., Боканова А.А., Бочкарева Г.В., Сыдыкова Г.К. Физика и техника коронноразрядных приборов. Алматы 2007. С. 126-131.